汽车平顺性性能试验解析实用教案

1、 汽车行驶舒适性、平顺性汽车行驶舒适性、平顺性 ( Ride Comfort, Ride Quality, Ride ( Ride Comfort, Ride Quality, Ride Evaluate)Evaluate) 什么是汽车平顺性？什么是汽车平顺性？ 保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具有一保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定舒适程度和保持货物完好的性能。定舒适程度和保持货物完好的性能。 为什么要研究为什么要研究(ynji)(ynji)汽车的平顺性？汽车的平顺性？ 振动影响人的舒适性、工作效能、身体健康和货物振动影响人的舒适性、工作效能、身体健康和货物的完整性以及零部

2、件的性能和寿命的完整性以及零部件的性能和寿命-控制汽车振控制汽车振动系统的动态特性！动系统的动态特性！第1页/共60页第一页，共60页。 汽车振动的发生源主要有以下几个方面汽车振动的发生源主要有以下几个方面 路面凹凸不平的变化、不平衡或不均匀（非均匀性）路面凹凸不平的变化、不平衡或不均匀（非均匀性）轮胎的旋转、不平衡传动轴的旋转以及发动机爆发时轮胎的旋转、不平衡传动轴的旋转以及发动机爆发时扭矩变化等。扭矩变化等。 汽车振动的传递路径汽车振动的传递路径 由路面、轮胎产生的振动，首先传递到悬架系统，并由路面、轮胎产生的振动，首先传递到悬架系统，并受悬架自身振动特性的影响而产生变化后，再传递到受悬架

3、自身振动特性的影响而产生变化后，再传递到车身，进而通过车身的地板和座椅分别传给乘客的脚车身，进而通过车身的地板和座椅分别传给乘客的脚部、臀部、背部、手臂和头部，由车身传给转向系的部、臀部、背部、手臂和头部，由车身传给转向系的振动以方向盘抖动的形式传到驾驶员的手部。由发动振动以方向盘抖动的形式传到驾驶员的手部。由发动机、传动系产生的振动，通过支承发动机、变速器和机、传动系产生的振动，通过支承发动机、变速器和传动轴的缓冲橡胶块，经明显传动轴的缓冲橡胶块，经明显(mngxin)(mngxin)的衰减后的衰减后再传给车身。再传给车身。第2页/共60页第二页，共60页。一、汽车振动(zhndng)(zh

4、ndng)系统“路面-汽车-人”系统评价指标评价指标加权加速度加权加速度均方根值均方根值撞击悬架限撞击悬架限 位概率位概率(gil)(gil)行驶安全性行驶安全性输入：输入：路面不平度路面不平度车速车速发动机、发动机、传动系和车传动系和车轮轮等旋转部件等旋转部件(bjin)(bjin)非平衡干扰非平衡干扰振动系统：振动系统：弹性元件弹性元件阻尼元件阻尼元件车身质量车身质量车轮质量车轮质量输出：输出：车身车身/ /传至人体传至人体 的加速度的加速度悬架弹簧动挠度悬架弹簧动挠度车轮与路面间车轮与路面间 动载动载振动系统振动系统输入输入输出输出评价评价第3页/共60页第三页，共60页。二、汽车(qc

5、h)平顺性主要内容 l人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价l振动振动“输入输入” ” 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性l汽车振动系统的简化，系统频响特性和系统参数对汽车振动系统的简化，系统频响特性和系统参数对“输出输出(shch)”(shch)”影响的分析影响的分析l汽车平顺性的测试汽车平顺性的测试第4页/共60页第四页，共60页。三、人体(rnt)对振动的反应 国际标准(u j bio zhn)ISO2631：“人体承受全身振动评价指南” 1974年制定, 1985年开始进行全面修订, 1997年公布了ISO2631-1:1997（E） Mechanical

6、vibration and shock Evaluation of human exposure to whole-body vibration Part 1: General requirements 我国对相应标准进行修订，公布了“GB/T4970-1996 汽车平顺性随机输入行驶试验方法 ” 平顺性主要靠主观感觉判断。平顺性主要靠主观感觉判断。 国际标准国际标准ISO2631ISO2631，以短时间简谐振动，以短时间简谐振动(zhndng)(zhndng)的实验结的实验结果为基础。果为基础。 ISO 2631 ISO 2631用加速度均方根值给出了用加速度均方根值给出了1 180Hz80

7、Hz振动振动(zhndng)(zhndng)频率范围内人体对振动频率范围内人体对振动(zhndng)(zhndng)反应的三个不同界限。反应的三个不同界限。第5页/共60页第五页，共60页。ISO26311：1997(E)简介(jin ji) 第6页/共60页第六页，共60页。ISO26311：1997(E)简介 标准规定了图6-2所示的人体坐姿受振模型。在进行舒适性评价时，它除了考虑座椅支承面处输入(shr)点3个方向的线振动，还考虑该点3个方向的角振动，以及座椅靠背和脚支承面两个输入(shr)点各3个方向的线振动，共3个输入(shr)点12个轴向的振动。 第7页/共60页第七页，共60页。

8、ISO26311：1997(E)简介 此标准仍认为人体对不同频率振动的敏感程度不同，在图6-3上给出了各轴向0.5-80Hz的频率加权函数(渐进线)，又考虑不同输入点、不同轴向的振动对人体影响的差异，还给出了各轴向振动的轴加权系数k。表6-1给出了三个输入点12个轴向，分别选用哪一个频率加权函数和相应轴加权系数k，并列出了一辆European小轿车在城市(chngsh)公路上行驶时，实测的各轴向加权加速度均方根值aw，然后算出总的加权加速度均方根值av。第8页/共60页第八页，共60页。第9页/共60页第九页，共60页。 由 表 6 - 1 上 各 轴 向 的 轴 加 权 系 数 可 以 看

9、出 : （ 1 ） 椅 面 输 入 点 x s 、 y s 、 z s 三 个 线 振 动 的 轴 加 权 系 数 k = 1 ， 是 1 2 个 轴 向 中 人 体 最 敏 感 的 ， 其 余 各 轴 向 的 轴 加 权 系 数 均 小 于 0 . 8 。 （ 2 ） 另 外 I S 0 2 6 3 1 1 ： 1 9 9 7 ( E ) 标 准 还 规 定 ， 当 评 价 振 动 对 人 体 健 康 的 影 响 时 ， 就 考 虑 x s 、 y s 、 z s 这 三 个 轴 向 ， 且 x s 、 y s 两 个 水 平 轴 向 的 轴 加 权 系 数 取 k 1 . 4 ， 比 垂

10、直 轴 向 更 敏 感 。 （ 3 ） 标 准 还 规 定 靠 背 水 平 轴 向 x b 、 y b 可 以 由 椅 面 x s 、 y s 水 平 轴 向 代 替 ( d i t ) ， 此 时 轴 加 权 系 数 取 k = 1 . 4 。 （ 4 ） 因 此 ， 我 国 在 修 订 的 相 应 标 准 G B T 4 9 7 0 - - 1 9 9 6 汽 车 平 顺 性 随 机 输 入 行 驶 试 验 方 法 时 ， 评 价 汽 车 平 顺 性 就 考 虑 椅 面 x s 、 y s 、 z s 这 三 个 轴 向 。 第10页/共60页第十页，共60页。ISO26311：1997(

11、E)简介 椅面垂直轴向zs的频率加权函数(hnsh)最敏感频率范围标准规定为4125Hz，在4-8Hz这个频率范围，人的内脏器官产生共振，而8-125Hz频率范围的振动对人的脊椎系统影响很大。椅面水平轴向xs、ys的频率加权函数(hnsh) 最敏感频率范围为05-2Hz，大约在3Hz以下，水平振动比垂直振动更敏感，且汽车车身部分系统在此频率范围产生共振，故应对水平振动给予充分重视。 d第11页/共60页第十一页，共60页。 IS026311：1997(E)标准规定，当振动(zhndng)波形峰值系数 2. 0 110 110 116 114 120 118 124 122 128 126 没有

12、不舒适 稍有不舒适 一些不舒适 不舒适 很不舒适 极不舒适第25页/共60页第二十五页，共60页。1) 弹性元件弹性元件悬挂结构(jigu)主要指弹性元件、导向装置与减振装置，其中弹性元件与悬架系统中阻尼影响较大。第26页/共60页第二十六页，共60页。 汽车前、后悬架静挠度的匹配对行驶平顺性也有很大影响，若前、后悬架的静挠度(振动(zhndng)频率)都比较接近，共振的机会减少。为了减少车身纵向角振动(zhndng)，通常后悬架的静挠度要比前悬架的小些。 为了防止汽车在不平路面(lmin)上行驶时冲击缓冲块，悬架应有足够的动挠度(指悬架平衡位置到悬架与车架相碰时的变形)。 减少(jinsho

13、)悬架刚度，即增大静挠度，可提高汽车行驶平顺性。但刚度降低会增加非悬挂质量的高频振动位移。而大幅度的车轮振动有时会使车轮离开地面，前轮定位角也将发生显著变化，在紧急制动时会产生严重的汽车“点头”现象。转弯时因悬架侧倾刚度的降低，会使车身产生较大的侧倾角。第27页/共60页第二十七页，共60页。tnAeznt220sin25. 0汽车悬架系统阻尼比2) 阻尼阻尼(zn)系统的阻系统的阻尼尼(zn)为了衰减车身自由振动和抑制车身、车轮的共振，以减小车身的垂直振动加速度和车轮的振幅(减小车轮对地面压力的变化，防止车轮跳离地面)，悬架系统中应具有适当(shdng)的阻尼。第28页/共60页第二十八页，

14、共60页。轮胎的径向刚度，展平轮胎的径向刚度，展平(zhn pn)能力及内摩擦引起的阻尼作用。能力及内摩擦引起的阻尼作用。减少悬挂质量，车身的低频振动加速度增加，会大大降低行驶平顺性。在此情况下，为了保持良好的行驶平顺性，应采用等挠度悬架，使悬架刚度随悬挂质量的减小而减小。减小非悬挂质量可降低车身的振动频率，增高车轮的振动频率。这样就使低频共振与高频共振区域的振动减小，而将高频共振移向更高的行驶速度，对行驶平顺性有利。第29页/共60页第二十九页，共60页。乘坐舒适性在很大程度(chngd)上还取决座位的结构、尺寸、布置方式和车身的密封性(防尘、防雨、防止废气进入车身)、通风保暖、照明、隔声等

15、效能，以及是否设有其它提高乘客舒适的设备(音响系统等)。另外，大客车的发动机多采用后置式，以利于隔绝噪声(zoshng)和方便维修。车身越来越多采用承载式结构、空气悬架，以减轻振动和噪声(zoshng)。市内公共汽车因需经常起步、加速和换档，传动系统多采用自动变速器，以实现自动换档，减轻驾驶员的疲劳和改善发动机功率的利用。第30页/共60页第三十页，共60页。1.1.试验试验(shyn)(shyn)目的目的由于汽车行驶的路面是不平的，路面的不平度又是随机变化的，因此由于路面不平等因素激起的汽车振动是一种随机振动。GB/T 4970-1996 2. 2.试验仪器试验仪器试验仪器由加速度传感器、前

16、置放大器和磁带记录仪（信噪比应优于40dB）等组成。测试仪器的性能应稳定可靠，其频响，测人一椅系统的为0.1-100Hz，测货厢的为0.3-500Hz。第31页/共60页第三十一页，共60页。试验(shyn)仪器第32页/共60页第三十二页，共60页。 3. 3.试验试验(shyn)(shyn)方法方法（1）确定试验(shyn)车速。试验(shyn)车速至少有包括常用车速在内的3个车速。 沥青路： 轿车30 、40 、50 、60 、70 km/h（可选作80 km/h），常用车速为60 km/h。 客车、货车30 、40、50 、60 km/h，常用车速为 50 km/h。 沙石路： 轿车3

17、0 、40 、50 、60 km/h（可选作80 km/h），常用车速为50 km/h。客车，货车30 、40、50 km/h，常用车速为40 km/h。车速偏差为试验(shyn)车速的4%第33页/共60页第三十三页，共60页。（2）人的乘坐姿势。测试部位的乘员应全身放松，两手自由地放在大腿上，其中驾驶员的两手自然地置于转向盘上，在试验过程中应保持(boch)乘坐姿势不变。 （3）加速度传感器的安装。把加速度传感器安装在下列位置： 轿车左侧前排和后排座椅上。 客车驾驶员座椅、后轴上方座椅和最后排座椅上。 货车驾驶员座椅上，车厢底板中心及距车厢边板、车厢后板各300 mm处。（4）试验过程。试

18、验时，汽车在稳速段内要稳住车速，然后以规定的车速匀速驶过试验路段。 第34页/共60页第三十四页，共60页。 测量(cling)座垫上的加速度时，要把传感器安装在一个半刚性的垫盘内。第35页/共60页第三十五页，共60页。（1）试验车型及试验路面(lmin)选择4. 4. 软件软件(run jin)(run jin)的使用的使用第36页/共60页第三十六页，共60页。（2）数据(shj)读入（3）数据处理 纵向振动的“疲劳-降低工效界限”曲线（纵向振动的“降低舒适性界限”曲线） 横向振动的“疲劳-降低工效界限”曲线（横向振动的“降低舒适性界限”曲线） 自功率谱图 车速特性(txng)图 特征数

19、据显示 显示频域数据 结果输出第37页/共60页第三十七页，共60页。（1）对人一椅系统推荐采用下列参数： 截断频率100 Hz； 采样时间间隔0.005s； 分辨带宽Af和独立(dl)样本个数0.1953 Hz，q25； （2）对车厢，建议截断频率500Hz，其他参数亦可作相应改变。 （3）在试验结果中应注明TFD或TCD值之均方根值及其相应的中心频率，并注明所使用的窗函数名称。5. 5. 试验试验(shyn)(shyn)数据处理数据处理第38页/共60页第三十八页，共60页。数据处理系统 数据处理系统引进快速傅里叶变换，采用(ciyng)相应的软件，快速、精确的进行自谱、互谱、传递函数、相

20、干函数和概率统计等各种数据处理。记录(jl)的模拟信号 模拟-数字(shz)转换i=1,2,N/2快速傅里叶变换K=1,2,N/2计算自功率谱KKAAtia 频率加权WKWKAA均方根值计算( )W f a tvas( )KKAAf第39页/共60页第三十九页，共60页。数据处理系统 按照ISO-2631标准进行频率加权的“人体振动(zhndng)测量仪”在平顺性评价试验中得到采用。这种仪器通常用模拟/数字混合法计算加权加速度均方根值。记录(jl)的模拟信号模拟(mn)-数字转换i=1,2,N/2tia模拟 频率加权滤波 wat均方根值计算va a t Wf第40页/共60页第四十页，共60页

21、。（1）对于人体振动的评价，规定用人体承受振动能力的评价指标：“疲劳降低工效界限”TFD；“降低舒适界限”TCD为主； （2）用汽车平顺性评价指标与车速的关系曲线车速特性(txng)来评价； （3）根据需要亦可只用常用车速的评价指标来评价平顺性。6. 6. 评价评价(pngji)(pngji)指标指标第41页/共60页第四十一页，共60页。1.1.试验试验(shyn)(shyn)目的目的汽车(qch)在行驶过程中，有时会遇到凸块，有时会遇到凹坑，均会对汽车(qch)形成很大的冲击，严重地影响乘坐的舒适性，甚至可能会损害人体的健康，或对所运输的货物造成严重损坏。 为此必须对这种工况进行试验，并对

22、所产生的最大加速度予以限制。GB 5902-86 试验用仪器构成的测试系统应适宜于冲击测量，其性能应稳定、可靠、频响范围为0.3-1 000Hz，加速度传感器量程不得小于10g。测试仪器可选用随机输入行驶试验所用仪器。2.2.试验仪器试验仪器第42页/共60页第四十二页，共60页。（1）确定试验车速。试验车速为10、20、30、40、50、60km/h。（2）人的乘坐姿势。人的乘坐姿势与随机输入行驶试验相同。（3）加速度传感器的安装。 轿车左侧前排、后排座椅上及这些座椅底部的地板上； 客车与驾驶员同侧的前轴、后轴正上方座椅及这些座椅底 部的地板上，根据(gnj)需要可增加驾驶员座椅和最后排座

23、椅上及这些座椅底部的地板上 （4）凸块的放置。将凸块放置在试验道路中间，并按汽车轮距 调整好两个凸块间的距离。 （5）试验过程。试验时，汽车以规定的车速匀速驶过凸块，在 汽车通过凸块前50 m应稳住车速，并用测速装置测量车速。3.3.试验试验(shyn)(shyn)方法方法第43页/共60页第四十三页，共60页。三角形凸块长坡形凸块第44页/共60页第四十四页，共60页。（1）试验数据处理。（2）评价指标(zhbio)的计算。最大的（绝对值）加速度响应按下式计算：（3）将计算结果列入试验结果记录表。4.4.试验试验(shyn)(shyn)数据处理及评价指标的数据处理及评价指标的计算计算8max

24、max118jiZZ第45页/共60页第四十五页，共60页。第46页/共60页第四十六页，共60页。第47页/共60页第四十七页，共60页。通过测定轮胎(lnti)、悬架、座垫的弹性特性（载荷与变形关系曲线），可以求出在规定的载荷下，轮胎(lnti)、悬架、座垫的刚度。由加载、卸载曲线包围的面积，可以确定这些元件的阻尼 分别测定轮胎、悬架、座垫等元件的载荷与变形的关系曲线，可以求出在规定载荷下的刚度。 由加载和卸载曲线包围的面积，可以确定这些元件的阻尼。 测量悬挂质量m2、非悬挂质量m1、车身质量分配系数等振动系统惯性参数。第48页/共60页第四十八页，共60页。 以上参数的测定可以用来分析新

25、设计或改进汽车的平顺性。探索产生问题的原因，并找出结构(jigu)参数对平顺性的影响。加速度传感器、数据(shj)采集卡、电荷放大器传感器一般采用压电式加速度计第49页/共60页第四十九页，共60页。1 1. . 滚下法滚下法方法：将被测端的车轮驶上预先制做的凸块上（高度60、90、120mm），停车熄火、变速杆在空档位置。当一切准备工作就绪后，启动记录仪器并将汽车从凸块上推下（推下时两轮应尽量保持同时(tngsh)落地）使其产生自由振动，记录安装在车轴上和车轴上方车身或车架相应位置上传感器输出的自由衰减振动的时间历程。待振动全部停止后关闭记录仪器。优点：简单易行，缺点：但因其左、右两个车轮难

26、以保证同 时落地，而且每次由凸块上推下的速度也不一样，衰减 振动曲线的重复性较差。因此对同一端要进行3-5次测试。注意：传感器放在车轴上为车轮振动固有频率，传感器放在车身或车架上为悬架或车身振动固有频率。第50页/共60页第五十页，共60页。2 2. . 抛下法抛下法用跌落机构将汽车被测端车轴中部的平衡位置支起60mm或90mm高，然后跌落机构释放，汽车测试端被突然抛下而产生自由衰减振动。其测试过程的记录与滚下法相同。该种试验方法适合(shh)用于具有整体车轴的非独立悬架3 3. . 拉下法拉下法 用绳索和滑轮装置将汽车被测端车轴附近的车身(ch shn)或车架中部由平衡位置拉下60mm或90mm，然后用松脱器突然松开，使悬挂-车身(ch shn)产生自由衰减振动。其测试记录与滚下法相同。该方法之优点是车身(ch shn)产生自由振动，而车轮部分振动较小，所以车身(ch shn)上测得的响应主要是车身(ch shn)振动的振型。它的缺点是需要有一套复杂的测试机构。第51页/共60页第五十一页，共60页。1. 1