汽车理论-第六章 汽车的平顺性（6.1-6.2）

6.1人体对振动的反响和平顺性的评价人体对振动的反响：机械振动对人体的影响，取决于振动的频率、强度、作用方向和持续时间，而且每个人的心理与身体素质不同，故对振动的敏感程度有很大差异。一、人体对振动的反响人体对振动的反响垂直方向4～12.5Hz水平方向0.5～2Hz人体最敏感传至人体的振动加速度人体对水平方向的振动比垂直方向更敏感心理生理思考：公交车和长途客车在设计时对平顺性的要求有何不同？客观因素主观因素第一节人体对振动的反应和平顺性的评价持续时间强度作用方向频率1974年国际标准化组织制定了国际标准ISO2631：?人体承受全身振动评价指南?1997年公布了ISO2631－1：?人体承受全身振动评价—第一局部：一般要求?我国对相应国际标准进行了修订，公布了GB/T4970—1996?汽车平顺性随机输入行驶试验方法?国际、国内与平顺性评价方法相关的标准第一节人体对振动的反应和平顺性的评价ISO2631-1：1997(E)?人体承受全身振动评价——第一局部：一般要求?：此标准对于评价长时间作用的随机振动和多输入点多轴向振动环境对人体的影响时，能与主观感觉更好地符合。许多国家都参照它进行汽车平顺性的评价，我国对相应标准进行了修订，公布了GB／T4970—1996?汽车平顺性随机输入行驶试验方法?。座椅支承面处：

3个方向的线振动

3个方向的角振动，座倚靠背：

3个方向的线振动脚支承面：

3个方向的线振动

共3个输入点12个轴向的振动ISO2631—1：1997(E)标准规定了图6—2所示的人体坐姿受振模型。1、轴加权系数对不同方向振动，人体敏感度不一样。该标准用轴加权系数描述这种敏感度。2、频率加权系数对不同频率的振动，人体敏感度也不一样。例如，人体内脏在椅面z向振动4-8Hz发生共振，8-12.5Hz对脊椎影响大。椅面水平振动敏感范围在0.5-2Hz。标准用频率加权函数w描述这种敏感度。平顺性名词解释(1)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。

即人对座椅传给人体的振动最敏感思考：由轴加权系数的不同取值可否确定人体对哪个点输入的振动最敏感？第一节人体对振动的反应和平顺性的评价由各轴向的轴加权系数可以看出，椅面输入点xs、ys、zs三个线振动的轴加权系数k＝l，是12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。ISO2631—1：1997(E)标准还规定，当评价振动对人体健康的影响时，就考虑xs、ys、zs这三个轴向，且xs、ys两个水平轴向的轴加权系数取k=1.4，比垂直轴向更敏感。标准规定靠背水平轴向可以由椅面水平轴向代替，此时轴加权系数取k＝1．4。因此，我国在修订的相应标准GB／T4970-1996?汽车平顺性随机输入行驶试验力法?时，评价汽车平顺性就考虑椅面Xs、Ys、Zs三个轴向。椅面垂直轴向Zs的频率加权函数最敏感频率范围标准规定为4-12.5Hz，在4-8Hz这个频率范围，人的内脏器官产生共振，而8-12.5Hz频率范围的振动对入的脊椎系统影响很大。椅面水平轴向xs、ys的频率加权函数最敏感频率范围为0.5—2Hz，大约在3Hz以下，水平振动比垂直振动更敏感，且汽车车身局部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。ISO2631—1：1997(E)标准规定，当振动波形峰值系数＜9时，用根本的评价方法——加权加速度均方根值来评价振动对入体舒适和健康的影响。根据测量，各种汽车包括越野汽车，在正常行驶工况下对这一方法均适用。平顺性的评价方法频率加权滤波网络aw(t)a(t)3、均方根值a(t)是测试的加速度时间信号。4、加权均方根值aw(t)是通过频率加权函数滤波网络后得到的加速度时间信号。频率加权函数见p172。平顺性名词解释(2)第一节人体对振动的反应和平顺性的评价频率加权滤波网络aw(t)

a(t)

(一)、根本的评价方法：用根本的评价方法来评价时，先计算各轴向加权加速度均方根值。具体有两种计算方法：1)滤波网络法:对记录的加速度时间历程a(t)，通过相应频率加权函数w(f)的滤波网络得到加权加速度时间历程aw(t)．按下式计算加权加速度均方根值：式中，T为振动的分析时间，一般取120s。〔1〕计算各轴向加权加速度均方根值aw各轴向的频率加权函数〔渐近线〕频率加权函数第一节人体对振动的反应和平顺性的评价2)频谱分析法:

对记录的加速度时间历程a(t)进行频谱分析得到功率谱密度函数Ga(f)，按下式计算：(2)当同时考虑Xs、Ys、Zs椅面这三个轴向振动时，三个轴向的总加权加速度均方根值，按下式计算：(3)有些“人体振动测量仪〞采用加权振级，它与加权加速度均方根值换算，按下式进行：a0为参考加速度均方根值，表6—2给出了加权振级和加权加速度均方根值与人的主观感觉之间的关系〔4〕评价方法Law和aw与人的主观感觉之间的关系加权加速度均方根值aw加权振级Law人的主观感觉<0.315110没有不舒适0.315～0.63110～116有一些不舒适0.5～1.0114～120相当不舒适0.8～1.6118～124不舒适1.25～2.5112～128很不舒适>2.0126极不舒适第一节人体对振动的反应和平顺性的评价位置坐标轴名称频率加权函数轴加权系数k加权加速度均方根值峰值系数座椅支承面wd1.000.0805.0wd1.000.1144.7wk1.000.4075.5we0.630.1064.9we0.400.0855.0we0.200.0114.5频率加权函数和轴加权系数European轿车上振动测量结果第一节人体对振动的反应和平顺性的评价位置坐标轴名称频率加权函数轴加权系数k加权加速度均方根值峰值系数靠背0.800.2124.3wd0.500.0874.4wd0.400.1404.9wk0.250.0905.4脚wk0.250.0935.1wk0.400.3196.20.628第一节人体对振动的反应和平顺性的评价频率加权函数和轴加权系数European轿车上振动测量结果2.辅助评价法当峰值系数>9时，ISO2631-1：1997〔E〕标准规定用加权加速度4次方根值评价。它能更好地估计偶尔遇到过大的脉冲引起的顶峰值系数振动对人体的影响。此时采用辅助评价方法——振动剂量值。第一节人体对振动的反应和平顺性的评价27第六章汽车的平顺性

本节将介绍路面空间频率的功率谱密度，路面等级，时间频率的功率谱密度，路面对四轮汽车输入的功率谱密度等。第二节

路面不平度的统计特性返回目录28一、路面不平度的功率谱密度1.路面不平度函数路面相对基准平面的高度q，沿道路走向长度I的变化q〔I〕称为路面不平度函数。用水准仪或路面计可以得到路面不平度函数。第二节路面不平度的统计特性292.路面不平度的功率谱密度

1〕的拟合公式n—空间频率〔m-1〕，表示每米长度包括几个波长；

—

参考空间频率下的路面功率谱密度，也称路面不平度系数；n0—参考空间频率，n0=0.1m-1；W—频率指数。〔双对数坐标上斜线的斜率〕,它决定路面谱的频率结构，一般W=2.第二节路面不平度的统计特性30路面等级Gq(n0)/(10-6m3)（n0=0.1m-1）σq

/(10-3m)0.011m-1<n<2.83m-1

几何平均值几何平均值A163.81B647.61C25615.23D102430.45E409660.90F16384121.80G65536243.61H262144487.222〕路面不平度8级分类标准第二节路面不平度的统计特性31路面不平度分级图第二节路面不平度的统计特性323〕速度功率谱密度和加速度功率谱密度速度功率谱密度加速度功率谱密度当W=2时与n无关——“白噪声〞第二节路面不平度的统计特性33二、空间频率功率谱密度

化为时间频率功率谱密度

当空间频率n或带宽Δn

一定时，时间频率f

与带宽Δf随车速成正比变化。第二节路面不平度的统计特性车速34将代入单位频带内的“功率〞〔均方值〕即为功率谱密度。空间频率的功率谱密度—路面功率谱密度在频带Δn内包含的“功率〞。第二节路面不平度的统计特性35空间频率和时间频率谱密度的关系时间频率谱密度Gq(f)空间频率谱密度Gq(n)第二节路面不平度的统计特性nfu=1/2u=1u=2112Gq(f)Δn速度u不同时，空间频率与时间频率的关系36第二节路面不平度的统计特性37uGq(n0)第二节路面不平度的统计特性

对上式的等式两边取对数后作图，得到位移功率谱密度。38uGq(n0)第二节路面不平度的统计特性

对上式的等式两边取对数后作图，得到速度功率谱密度。39uGq(n0)第二节路面不平度的统计特性

对上式的等式两边取对数后作图，得到加速度功率谱密度。40三、路面对四轮汽车输入的功率谱密度第二节路面不平度的统计特性41汽车有四个输入的振动传递时，要掌握四个车轮输入的自谱和四个车轮彼此间的互谱，共16个谱量2，3，4〕，其中12个谱量两两共轭。四个车轮不平度函数的傅里叶变换为第二节路面不平度的统计特性42左、右轮迹间的互谱可以表示