汽车平顺性研究
李全
（桂林电子科技大学机电工程学院广西，桂林541004）
摘要：汽车平顺性是汽车的重要性能，它不仅影响乘员的舒适性、工作效能和身体健康，还直接影响着汽车的动力性、经济性和操作稳定性等，因此，汽车生产厂家对其格外关注，对汽车平顺性的研究也就显得十分重要。
0.绪论
汽车行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，避免因汽车在行驶过程中所产生的振动和冲击，使人感到不舒服、疲劳，甚至损害健康，或者使货物损坏的性能。由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，所以又称为乘坐舒适性。汽车是一个复杂的多质量振动系统，其车身通过悬架的弹性元件与车桥连接，而车桥又通过弹性轮胎与道路接触，其他如发动机、驾驶室等，也是以橡皮垫固定于车架上。由于道路不平而引起的冲击和加速、减速时的惯性力，以及发动机与传动轴振动等产生的激振力作用于车辆系统，将使系统发生复杂的振动，对乘员的生理反应和所运货物的完整性，均会产生不利的影响。
1．汽车平顺性研究现状
在坏路上，汽车的允许行驶速度受动力性的影响不大，主要取决于行驶平顺性；而因坏路被迫降低行车速度，因而使汽车的平均技术速度减低，运输生产率下降。其次，振动产生的动载荷，加速了零件的磨损，乃至引起损坏，降低了汽车的使用寿命。此外，振动还引起能量的消耗，使燃料经济性变差。因此，减少汽车本身的振动，不仅关系到乘坐的舒适和所运货物的完整，而且关系到汽车的运输生产率、燃料经济性、使用寿命和工作可靠性等方面。我国的汽车平顺性标准是借鉴国际上关于振动评价的标准建立的，但与国际标准有一定差异。
2．人体对振动的反应和平顺性的评价
2.1 汽车行驶平顺性的评价指标
汽车行驶平顺性的评价方法，通常是根据人体对振动的生理反应，以及对保持货物完整性的影响制定的，并用振动的物理量，如频率、振幅、加速度等作为行驶平顺性的评价指标。
目前常用汽车车身振动的固有频率和振动加速度均方根值来评价汽车的行驶平顺性。试验表明，为了保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频率应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频率，它约为60～80次／min(1～1.6Hz),振动加速度的极限值为0.2g～0.3g。为了保证运输货物的完整性，车身振动加速度也不宜过大。如果车身加速度达
到1g,没有经固定的货物，就有可能离开车厢底板。所以，车身振动加速度的极限值应低于0.6g～0.7g。
2.2 人体对振动的反应
70年代，国际标准化组织（ISO）在综合大量有关人体全身振动的研究工作和文献的基础上，订出了国际标准IS02631—1978E《人体承受全身振动的评价指南》，这样在人承受全身振动的评价方面才有了国际通用性标准。该标准用加速度的均方根值给出了在1～80Hz 振动频率范围内人体对振动反应的三个不同的感觉界限。它们分别是暴露极限、疲劳降低工作效率界限和舒适降低界限。
2.2.1 暴露极限
当人体承受的振动强度在这个极限之内，将保持健康或安全。通常把此极限作为人体可以承受振动量的上限。
2.2.2 疲劳-降低工作效率界限
这个界限与保持工作效率有关。当驾驶员承受的振动在此界限内时，能保持正常地进行驾驶。
2.2.3 舒适降低界限
此界限与保持舒适有关，它影响人在车上进行吃、读、写等动作。这三个界限只是容许的振动加速度值不同。暴露极限的值为疲劳-降低效率界限的2倍，舒适降低界限为疲劳-降低工作效率界限的1／3.15。各界限容许加速度值，随频率的变化趋势完全一样。
影响汽车行驶平顺性的因素
上节我们对汽车这一复杂的振动系统进行了简化。而将汽车视为由彼此相联系的悬挂质量与非悬挂质量所组成。汽车的悬挂质量由车身、车架及其上的总成所构成。该质量由减振器和悬架弹簧与车轴、车轮相连。车轮、车轴构成非悬挂质量，车轮再经过具有一定弹性和阻尼的轮胎支承路面上。
悬架结构、轮胎、悬挂质量和非悬挂质量是影响汽车平顺性的重要因素。
2.3 悬架结构
悬架结构主要指弹性元件、导向装置与减振装置，其中弹性元件与悬架系统的阻尼对平顺性影响较大。
2.3.1 弹性元件
将汽车车身看成一个在弹性悬架上作单自由度振动的质量时，减少悬架刚度，可降低车身的固有频率，提高汽车行驶的平顺性。但是，如果增加高频的非悬挂质量的振动位移，大幅度的车轮振动有时会使车轮离开地面，在紧急制动时，会产生严重的汽车“点头”现象。为解决这一问题，可采取一些相应措施，如采用具有非线性特性的变刚度悬架，即悬架的刚度随载荷而变，这样可以使得在载荷变化时，保持车身振动的固有频率不变，从而获得良好的平顺性。悬挂的非线性弹性特性，可通过下述方法来实现：
在线性悬架中，加入辅助弹簧、复合弹簧，采用适当的导向机构，以及与车架的支承方式等。
选用具有非线性特性的弹性元件，如空气弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧和硅油弹簧等。
2.3.1 阻尼系统的阻尼
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，悬架系统中应具有适当的阻尼。
在悬架系统中，引起振动衰减的阻尼来源很多。如轮胎变形时，橡胶分子间产生摩擦、系统中的减振器、钢板弹簧叶片间的摩擦等。
减振器的阻尼效果好，可提高汽车行驶平顺性，改善车轮与道路的接触条件，防止车轮离开路面，因而可改善汽车的稳定性，提高汽车的行驶安全性。改进减振器的性能，对提高汽车在不平道路上的行驶速度有很大的作用。
2.3.2 轮胎
轮胎由于本身的弹性，在很大程度上吸收了因路面不平所产生的振动，因此它和悬架系统共同保证了汽车的平顺性。
轮胎性能的好坏，是用轮胎在标准气压和载荷下，压缩系数的大小(轮胎被压下的高度与充气断面高度的百分比)来表示的。在最大允许负荷作用下，普通轮胎的压缩系数为10%～ 12%，为了乘坐舒适，客车轮胎的压缩系数稍大些，为12%～14%。
近年来，随着车速的提高，希望轮胎的缓冲性能越来越好。目前，提高轮胎缓冲性能的方法如下：
（1） 增大轮胎断面、轮辋宽度和空气容量，并相应降低轮胎气压。
（2） 改变轮胎结构型式，如采用子午线轮胎。它因轮胎径向弹性大，可以缓和不平路面的冲击，并吸收大部分冲击能量，使汽车子顺性得到改善。
（3） 提高帘线和橡胶的弹性，要用较柔软的胎冠。
车轮旋转质量的不平衡，对汽车的行驶平顺性和稳定性都有影响。为了避免因转向轮不平衡而引起振动，必须对每一车轮进行静平衡和动平衡。越是车速高的轿车，对平衡的要求就越高。
2.3.3 悬挂质量 如前所述，悬挂质量分配系数为ab y
2ρε=，ε是评价汽车平顺性极其重要的参数。它取
决于悬挂质量的分布情况。悬挂质量的布置应使ε≈1。当ε≈1时，前、后悬挂质量的振动彼此互不影响。
2.3.4 非悬挂质量
减少非悬挂质量，可以减少传给车身上的冲击力。非悬挂质量的振动，对悬挂质量振动加速度有较显著的影响，会使其数据值加大。因此，为了提高汽车的平顺性，采用非悬挂质量较小的独立悬挂更为有利。 非悬挂质量对行驶平顺性的影响，常用非悬挂质量与悬挂质量之比M m
进行评价。比
质量越小，则行驶平顺性越好。
总之，影响行驶平顺性的结构参数是很多，并且彼此间的关系较复杂，必须对这些参数进行综合分析，以便正确地选择参数，提高汽车行驶的平顺性。
小结
1.汽车行驶平顺性的评价指标：汽车行驶平顺性的评价方法，通常是根据人体对振动的生
理反应，以及对保持货物完整性的影响制定的，并用振动的物理量，如频率、振幅、加速度等作为行驶平顺性的评价指标。目前常用汽车车身振动的固有频率和振动加速度均方根值，评价汽车的行驶平顺性。
2.人体对振动反应的三种感觉界限：
暴露极限：当人体承受的振动强度在这个极限之内，将保持健康或安全。通常把此极限作为人体可以承受振动量的上限。
疲劳-降低工作效率界限：这个界限与保持工作效率有关。当驾驶员承受的振动在此界限内时，能保持正常地进行驾驶。
舒适降低界限：此界限与保持舒适有关，它影响人在车上进行吃、读、写等动作。
这三个界限只是容许的振动加速度值不同。暴露极限的值为疲劳-降低效率界限的2倍，舒适降低界限为疲劳-降低工作效率界限的1／3.15。
3.汽车振动系统的简化和车身振动的单质量系统模型。
4.汽车平顺性的影响因素：悬架结构（弹性元件、导向装置与减振装置）、轮胎、悬挂质
量和非悬挂质量。
第6章汽车行驶平顺性检测 6.1 行驶平顺性的评价指标及影响因素 知识目标 1.理解汽车行驶平顺性的评价指标 2.掌握汽车通过性影响因素。 能力目标 会对车辆的平顺性做出正确的评价 导入案例 有些人乘坐化油器普通桑塔纳轿车会感到头晕、呕吐现象；为什么？其主要原因是与汽车的行驶性能与平顺性能有关，即与地面因素有关也与底盘的固有频率有关，普通桑塔纳的固有振动频率与行使的平顺性要求不合适，也即是底盘的设计存在的因素。 6.1.1 汽车行驶平顺性的评价指标 汽车在行驶时对路面不平度的隔振特性，称为汽车行驶平顺性。汽车是由几个具有固有振动频率的系统组成，这些系统包括各车轮和各弹性元件及悬架弹簧等组成；它们之间互相有一定程度的联系。汽车在不平路面上行驶时，会激起汽车的振动；当这种振动达到一定程度时，使乘员感到疲劳和不舒服，或使货物损坏。同时还会引起汽车增加附加载荷，加速汽车有关零件的磨损，缩短汽车的使用寿命。所以，汽车行驶平顺性就是保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定的舒适性能；对载货汽车还包括保持货物完好的性能。 汽车行驶平顺性的评价与人体对汽车行驶振动密切相关，它不但受汽车振动频率与强度、振动作用的方向和时间影响；而且又受人的心理、生理状态的影响。所以评价和衡量汽车行驶平顺性是非常困难和复杂的。常用的汽车平顺性评价指标有两种：客观物理量的评价指标和主观感觉评价。 1.汽车行驶平顺性客观物理量评价 ⑴振动加速度振动加速度对平顺性影响很大。人体在不同的振动频率下，能承受的加速度不同。振动的强度采用加速度均方根值表示。国际标准协会提出的ISO2631标准是根据人体对不同方向、不同频率、不同振动强度机械振动的反应制定出三个评定界限，它们分别是： 舒适性降低界限：超过此界限会降低舒适性。 疲劳——工效降低极限：降低工作效率的界限，此界限与保持工作效率有关。 暴露极限：该极限为人体可以承受振动量的上限。 ⑵我国试行标准我国参照ISO2631制订了GB／T4970—1985、GB T5902—1986标准评价汽车行驶平顺性。GB/T4970—1985规定以疲劳——工效降低界限和舒适性降低界限为人体承受振动能力的主要评价指标。其中，轿车和客车用舒适性降低界限评价，货车用疲劳——工效降低界限，并对检测条件和车速做出相应规定。GB／T5902—1986规定以坐垫上和座椅底部地板振动加速度的最大值作为评价指标。 ⑶用车身的固有振动频率评价固有振动频率是指弹性系统由于偶然的干扰而离开
汽车平顺性道路行驶试验报告 一、试验目的和任务 1、学习与该试验有关的数字信号采集和处理的知识。 2、对汽车相应部位振动信号进行采集，并对信号进行处理，作出对被试验车辆平顺性的评价。 3、根据主观感觉的舒适性来评价被检车辆的平顺性，同时，通过试验发现它们在平顺性方面存在的问题，探索产生问题的原因，为汽车平顺性设计提供改进措施。 二、试验内容和条件 1.试验内容 （1）随机输入行驶试验：测定汽车在随机不平路面上行驶时的振动对乘员及货物的影响，评价试验车辆平顺性。试验时，汽车在稳速段内以规定的车速稳定行驶，然后以该稳定车速匀速地驶过试验路段，记录各测量点的加速度时间历程（样本记录长度不小于3min）和平均行驶车速。 （2）脉冲输入行驶试验：测定汽车行驶单凸块时的，对乘员及货物的冲击响应，评价试验车辆平顺性。试验车速分别为10、20、30、40、50、60 km/h，每种车速的试验次数不少于8次。当汽车行驶到距凸块50m远时车速应稳定在试验车速上，而后以稳定的车速驶过凸块，同时用磁带记录仪记录汽车振动的全过程，待汽车驶过凸块并冲击响应消失后，停止记录。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0.1～100Hz，其中加速度传感器的量程不得小于10g。 2.试验条件 （1）根据试验内容和国标GB/T 4970-1996、GB/T 5902-86要求，本次试验在沥青路面上进行，路面平直、干燥，纵坡不大于1%，长度不小于3km，两端有30～50m扥稳速段，风速不大于5m/s。 （2）汽车各总成、部件、附件及附属装置（包括随车工具与备胎）必须按规定装备齐全，并在规定的位置上，调整状况应符合该车技术条件的规定，轮胎气压符合汽车技术条件的规定，误差不超过±10 kPa。 （3）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方向盘上，在试验过程中应保持乘坐姿势不变，乘员不靠在靠背上。 三、试验仪器和试验装置 1. 试验车辆：某型号轿车 整车质量 1930 kg。 相应轴载质量：前轴 1062 kg；后轴 868 kg。 悬架型式: 前轴麦弗逊式独立悬架后轴扭力梁式拖曳臂悬架 轮胎型式和轮胎气压 前轮 255/45 R19 104Y x1 ,2.1bar 后轮255/45 R19 104Y x1 ,2.1bar 轴距3122mm
1、汽车行驶平顺性 平顺性是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，避免因汽车在行驶过程中所产生的振动和冲击使人感到不舒服、疲劳、甚至损害健康，或者使货物损坏的性能。由于行驶平顺性主要是根据成员的舒适程度来评价，所以有称为乘坐舒适性。 汽车行驶平顺性评价方法，是根据人体对震动的生理反应，以及对货物完整性的影响制定的，并用震动的物理量，如频率、振幅、加速度等作为行驶平顺性的评价指标。车身震动的固有频率应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频率，它约为60—80次∕秒（1—1.6Hz），所以，车身振动加速度的极限值应低于0.6—0.7g。人体是一个复杂的振动系统，大量的试验资料表明，人体包括心脏、胃部在内的胸腹系统，在垂直振动4—8Hz、水平振动1—2Hz范围内会出现明显的共振，这就是人体对振动最敏感的频率范围。国际标准（ISO2631）对人体承受的振动加速度划分出3种不同的感觉界限； 《1》暴露极限； 振动加速度值在这个极限以下，人能保持健康或安全，这个极限作为能够承受的上限。 《2》疲劳降低工作效率界限；
振动加速度在这个界限以下，能保证驾驶员正常地驾驶车辆，不至太疲劳和使工作效率降低。 《3》舒适降低界限； 振动加速度在此界限时，能在车上进行吃、读、写等动作，超过此界限会降低舒适性。 2，汽车的通过性 是指汽车在一定载质量下能以足够高的平均车速通过各种坏路及无路地带和克服各种障碍的能力。（1）轮廓通过性。由于汽车与地面间的间隙不足而被地面托住，无法通过的情况，称为间隙失效。 当车辆中间底部的零件碰到地面而被顶住时， 称为顶起失效。当车辆前端或尾部触及地面而 不能通过时，则分别称为触头失效和托尾失效。 汽车通过性的几何参数包括最小离地间隙、纵 向通过角、接近角、离去角、最小转弯直径等。（2）支撑通过性 《1》牵引系数TC；单位车重的挂钩牵引力（净牵引力）挂钩牵引力表明汽车在松软地面上 加速、爬坡、克服道路不平的阻力或牵引其 他车辆的能力。 《2》牵引效率（驱动效率）;驱动轮输出功率与输入功率之比。它反映了车轮功率传递过程中
基于越野路面谱汽车行驶平顺性建模与仿真 1 引言 汽车的行驶平顺性就是保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境中具有一定 舒适度的性能，对于载货汽车还包括保持货物完好的性能，它是评价现代汽车的重要性能指标之一。随着汽车工业的发展，如何改善汽车行驶平顺性，已经成为汽车设计者十分关注的问题。 汽车行驶时,路面的不平度会引起汽车的振动。当这种振动达到一定程度时，将使乘客感到不舒适和疲劳、或使运载的货物损坏，汽车行驶平顺性正是根据乘座者的舒适度来评价汽车性能的，又可称为乘座舒适性。汽车是一个复杂的多质量振动系统，其车身通过车架的弹性元件与车桥连接，而车桥又通过弹性轮胎与道路接触，其他如发动机、驾驶室等，也是以橡皮垫固定于车架。在激振力作用下，如道路不平而引起的冲击和加速、减速时的惯性力，以及发动机与传动轴振动等，系统将发生复杂的振动，对乘员的生理反取决于行驶平顺性，而被迫降低行车速度，因而使汽车的平均技术速度减低，运输生产应和所运货物的完整性，均会产生不利的影响。在坏路上，汽车的允许行驶速度受动力性的影响不大，主要率下降。其次，振动产生的动载荷，加速了零件的磨损，乃至引起损坏，降低了汽车使用寿命。此外，振动还引起能量的消耗，使燃料经济性变坏。因此，减少汽车本身的振动，不仅关系到乘坐的舒适和所运货物的完整，而且关系到汽车的运输生产率、燃料经济性、使用寿命和工作可靠性等。 1.1研究的意义 中国作为发展中国家，在过去的20多年里，国民经济持续、健康、快速发展，汽车工业也取得了跨越式的发展，我国的汽车生产能力也得很大的提高。近几年来，我国私人汽车拥有量快速增长，道路的建设，汽车行驶里程越来越远，乘客乘坐时间越来越长，汽车的行驶平顺性更加受到生产厂家及用户的关注。私人汽车拥有量快速增长,道路的建设，汽车行驶里程越来越远，乘客乘坐时间越来越长，汽车的行驶平顺性更加受到生产厂家及用户的关注。 舒适的振动环境，对于乘员，不仅在行驶过程中很重要，而且可以保证乘员到达目的地后，以良好的状态投入工作。对于载货汽车来说，平顺性影响着货物保持完好的程度。因而如何最大限度地降低汽车在行驶过程中产生的振动，甚至更进一步利用振动来为我所用是一项十分有价值和意义的工作，而有关振动在汽车领域的研究更是
第六章汽车行驶的平顺性 6.1 平顺性的评价 汽车行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，能保证乘员不会因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运货物完整无损的性能。由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，又称为乘坐舒适性。 汽车作为一个复杂的多质量振动系统，其车身通过悬架的弹性元件与车桥连接，而车桥又通过弹性轮胎与道路接触，其它如发动机、驾驶室等也是以橡胶垫固定于车架上。在激振力作用(如道路不平而引起的冲击和加速、减速时的惯性力等)以及发动机振动与传动轴等振动时，系统将发生复杂的振动。这种振动对乘员的生理反应和所运货物的完整性，均会产生不利的影响；乘员也会因为必须调整身体姿势，加剧产生疲劳的趋势。 车身振动频率较低，共振区通常在低频范围内。为了保证汽车具有良好的平顺性，应使引起车身共振的行驶速度尽可能地远离汽车行驶的常用速度。在坏路上，汽车的允许行驶速度受动力性的影响不大，主要取决于行驶平顺性，而被迫降低汽车行车速度。其次，振动产生的动载荷，会加速零件磨损乃至引起损坏。此外，振动还会消耗能量，使燃料经济性变坏。因此，减少汽车本身的振动，不仅关系到乘坐的舒适和所运货物的完整，而且关系到汽车的运输生产率、燃料经济性、使用寿命和工作可靠性等。 汽车行驶平顺性的评价方法，通常是根据人体对振动的生理反应及对保持货物完整性的影响来制订的，并用振动的物理量，如频率、振幅、加速度、加速度变化率等作为行驶平顺性的评价指标。 目前，常用汽车车身振动的固有频率和振动加速度评价汽车的行驶平顺性。试验表明，为了保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频率应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频率。它约为60～85次/ 分(1H Z ～1.6H Z )，振动加速度极限值为0.2～0.3g。为了保证所运输货物的
第七章汽车的通过性 摘要 汽车的通过性(越野性)是指汽车能以足够高的平均车速通过各种不良道路、无路地带和 克服各种障碍的能力。 本章对学习汽车的通过性意义进行概括性论述，讨论汽车的地面通过性、汽车的几何通过性的相关参数、分析汽车越过台阶、壕沟的能力，在此基础上分析各种因素对汽车通过性的影响，最后通过一些实例计算来说明以上所述理论内容的具体应用。 引言 汽车是一种常用的、高效率的交通运输工具，不同用途的汽车对通过性的要求也不同，用户应根据自己特定的用途选择具有合适通过性的汽车。高级轿车和公共汽车主要在城市行驶，由于路面条件甚好，所以对汽车通过性的要求不突出。农林区、矿区、建设工地等使用的车辆和军用车辆，经常行驶在坏路和无路地面上。因此，要求这些汽车应具有良好的通过性。 汽车的通过性主要决定于汽车的驱动力、附着力等牵引参数和几何参数，也与汽车的平顺性、机动性、视野等性能密切相关。本章首先从地面通过性的评价指标和土壤的可通过性两方面分析汽车的地面通过性，然后具体介绍了汽车的几何通过性参数和汽车越过台阶、壕沟的能力。在此基础上，从汽车结构、车轮和驾驶技术三个方面讨论了影响汽车通过性的因素。最后介绍了测定和比较汽车的通过性能的试验。 第一节汽车的地面通过性 汽车的地面通过性是指汽车在松软地面上的行驶能力。 一、地面通过性的评价指标 汽车在松软地面上能否行驶取决于汽车行驶的驱动与附着条件，但满足该条件只是说明 能否正常行驶，还不能说明能力的大小。评价汽车行驶能力的大小，通常用牵引性系数等 指标。 牵引力对汽车总重力之比称为牵引性系数。牵引性系数Ⅱ用下式表示： Ⅱ== 式中为在松软土壤上行驶时的土壤阻力。 牵引性系数Ⅱ反映了汽车加速、爬坡、克服道路不平的阻力和牵引挂车或武器装备的能力。牵引性系数越大，通过性越好。 二、土壤的可通过性 土壤的可通过性是土壤支承车辆通过的能力。美国学者贝克(Bekker)通过大量研究后建 议，用在均布压力g作用下每单位承载面积的土壤所能产生的净推力来衡量，即
第6章汽车的平顺性 学习目标 通过本章的学习，要求掌握汽车行驶平顺性的评价指标和人体对振动反应的感觉界限；掌握汽车振动系统的简化方法，并能正确分析车身振动的单质量系统模型；了解汽车通过性的影响因素。 汽车行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，避免因汽车在行驶过程中所产生的振动和冲击，使人感到不舒服、疲劳，甚至损害健康，或者使货物损坏的性能。由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，所以又称为乘坐舒适性。 汽车是一个复杂的多质量振动系统，其车身通过悬架的弹性元件与车桥连接，而车桥又通过弹性轮胎与道路接触，其他如发动机、驾驶室等，也是以橡皮垫固定于车架上。由于道路不平而引起的冲击和加速、减速时的惯性力，以及发动机与传动轴振动等产生的激振力作用于车辆系统，将使系统发生复杂的振动，对乘员的生理反应和所运货物的完整性，均会产生不利的影响。在坏路上，汽车的允许行驶速度受动力性的影响不大，主要取决于行驶平顺性；而因坏路被迫降低行车速度，因而使汽车的平均技术速度减低，运输生产率下降。其次，振动产生的动载荷，加速了零件的磨损，乃至引起损坏，降低了汽车的使用寿命。此外，振动还引起能量的消耗，使燃料经济性变差。因此，减少汽车本身的振动，不仅关系到乘坐的舒适和所运货物的完整，而且关系到汽车的运输生产率、燃料经济性、使用寿命和工作可靠性等方面。 6.1节人体对振动的反应和平顺性的评价 6.1.1 汽车行驶平顺性的评价指标 汽车行驶平顺性的评价方法，通常是根据人体对振动的生理反应，以及对保持货物完整性的影响制定的，并用振动的物理量，如频率、振幅、加速度等作为行驶平顺性的评价指标。 目前常用汽车车身振动的固有频率和振动加速度均方根值，评价汽车的行驶平顺性。试验表明，为了保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频率应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频率，它约为60～80次／min(1～1.6Hz),振动加速度的极限值为0.2g～0.3g。为了保证运输货物的完整性，车身振动加速度也不宜过大。如果车身加速度达到1g,没有经固定的货物，就有可能离开车厢底板。所以，车身振动加速度的极限值应低于0.6g～0.7g。 6.1.2 人体对振动的反应 70年代，国际标准化组织（ISO）在综合大量有关人体全身振动的研究工作和文献的基础上，订出了国际标准IS02631—1978E《人体承受全身振动的评价指南》，这样在人承受全身振动的评价方面才有了国际通用性标准。该标准用加速度的均方根值给出了在1～80Hz 振动频率范围内人体对振动反应的三个不同的感觉界限。它们分别是暴露极限、疲劳降低工作效率界限和舒适降低界限。 6.1.2.1 暴露极限
第六章汽车制动性 - 第七章汽车通过性 一、名词解释 1.汽车的行驶平顺性：保持汽车行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定舒适 程度，并保持货物完好无损的性能。 2.轴加权系数：对不同方向振动，人体敏感度不一样，用轴加权系数描述这种 敏感度。 3.频率加权系数：对不同频率的振动，人体敏感度也不一样，用频率加权函数 w(f) 描述这种敏感度。 4.路面不平度函数：路面相对基准平面的高度，沿道路走向长度的变化称为路 面不平度函数。 5.汽车的通过性：指汽车能以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带（如 松软地面、凹凸不平地面等）及各种障碍（如陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障等）的能力。 6.牵引系数TC：单位车重的挂钩牵引力。 7.牵引效率TE：驱动轮输出功率与输入功率之比。 8.燃油利用指数E f：单位燃油消耗所输出的功。 9.间隙失效：由于汽车与地面间的间隙不足而被地面拖住，无法通过的现象。 10.顶起失效：当车辆中间底部的零件碰到地面而被顶住时。 11.触头失效 : 当车辆前端触及地面不能通过时。 12.托尾失效：当车辆尾部触及地面不能通过时。 13.最小离地间隙：汽车满载，静止时，支承平面与汽车上的中间区域（0.8b 范围内）最低点之间的距离。 14.接近角：汽车满载，静止时，前端突出点向前轮所引切线与地面间的夹角。 15.离去角：汽车满载，静止时，后端突出点向后轮所引切线与地面间的夹角。 16.最小转弯直径：当转向盘转到极限位置，汽车以最低稳定车速转向行驶时， 外侧转向轮的中心平面在支承平面上滚过的轨迹圆直径。 二、填空 1、汽车平顺性有两种评价方法：一是根据乘员舒适程度评价，二是根据
汽车行驶的平顺性和通过性评价 授 课 课程名称 汽车使用性能与检测技术 第 15 讲 班 级 章 第十章 汽车平顺性和通 汽车行驶的平顺性和通过性评 学时 2 节 过性 课题 价 本 讲 主 汽车行驶的平顺性；汽车行驶的通过性 要 内 容 本 讲 知识点： 教 能力点： 掌握汽车行驶的平顺性、 学 汽车行驶的 通过性的定义及评价指标 能分析汽车行驶的平顺性、通过性的影响因素。 目 的 教 汽车行驶的平顺性、汽车行驶的通过性的定义及评价指标 学 重 点 教 汽车行驶的平顺性、汽车行驶的通过性的影响因素 学 难 点 教 学 方 法 导入、讲授、演示、多媒体 及 手 段 课 1、什么叫汽车行驶平顺性？ 外 2、如何评价人体对振动的反应？ 作 3、影响行驶平顺性的主要因素有哪些？业 4、汽车哪些几何参数与通过性有关？ 本讲主要教学内容 由 一、汽车的行驶平顺性 汽
车 1、定义 夜 间汽车的平顺性是指汽车行驶时对不平路面的隔震特性。汽车是由包括车轮、悬架弹行簧及弹性减震坐垫等，具有固有振动特性弹性元件组成，这些弹性元件可缓和不平路面驶 状对汽车的冲击，使乘员舒适和减少货物损伤。但路面不平激起的震动达到一定程度时， 态会使乘员感到不适和疲劳或使运载的货物损坏，车轮载荷的波动还影响地面与车轮间的 导 入附着性能，影响到汽车的操纵稳定性。汽车在行驶过程中由于路面不平的冲击，会造成本汽车的振动，使乘客感到疲劳和不舒适，货物损坏。为防止上述现象的发生，不得不降 讲 内低车速。同时振动还会影响汽车的使用寿命。汽车在行驶中对路面不平的降震程度，称容为汽车的行驶平顺性。 2、汽车行驶平顺性的评价指标 通常用客车和轿车采用 " 舒适降低界限 "车速特性。当汽车速度超过此界限时，就会降低乘坐舒适性，使人感到疲劳不舒服。该界限值越高，说明平顺性越好。货车采用" 疲劳 --降低工效界限 "车速特性。汽车车身的固有频率也可作为平顺性的评价指标。从 重 舒适性出发，车身的固有频率在600 赫兹～ 850 赫兹的范围内较好。 点 高速汽车尤其是轿车要求具有优良的行驶平顺性。轮胎的弹性、性能优越的悬挂装介 置、座椅的降震性能以及尽量小的非悬挂质量，都可以提高汽车的行驶平顺性。 绍 目前常用的三种评价汽车行驶平顺性的方法是“1／ 3 倍频带分别评价法”、“总加权汽 值评价法”和“1／ 2 总加权值评价法”。 车 汽车行驶平顺性的物理评价 前 1）暴露极限 照 当人体承受的震动强度在这个极限以下，能保持人的健康和安全。这个极限值 灯 常作为人体能够承受震动量的上限。 检 2）疲劳减低工作效率界限 测 当驾驶员承受的震动在此界限以下，能保证正常驾驶，不致太疲劳以致工作效 的 率降低。 目 3）舒适最低界限 的 在此界限之下时，成员能在车上进行吃、读、写等动作。 和 二、汽车的通过性 要 通过性是指车辆通过一定情况路况的能力。通过能力强的车子，可以轻松翻越坡度 求
汽车平顺性试验 一、 平顺性试验的主要内容 平顺性试验主要包括以下几方面内容：汽车悬挂系统的刚度、阻尼和惯性参数的测定，悬挂系统部分固有频率（偏频）和阻尼比的测定，汽车振动系统的频率响应函数的测定，在实际随机输入路面上的平顺性试验。 1）汽车悬挂系统的刚度、阻尼和惯性参数的测定 通过测定轮胎、悬架、座垫的弹性特性（载荷与变形的关系曲线），可以求出在规定载荷下轮胎、悬架、座垫的刚度。由加、卸载曲线包围的面积可以确定这些元件的阻尼。此外，还要测量悬挂（车身）质量m 2、非悬挂（车轮）质量m 1、车身质量分配系数 等振动系统惯性方面的参数。 2) 汽车振动系统的频率响应函数的测定 在实际随机输入的路面上或在电液振动台上，给车轮0.5～30 Hz 范围的振动输入，记录车轴、车身、座垫上各测点的振动响应，然后由数据统计分析仪或测试计算机记录处理得到悬架、座垫各环节的频率响应函数。 3）在实际随机随机输入路面上的平顺性试验 随机输入试验是评定汽车平顺性的最主要的试验。这个试验按照GB/T 4970-2009《汽车平顺性试验方法》进行。随机输入试验主要以总加权加速度均方根值 v a 来评价，车厢底板及车轴上采用该处的加速度均方根值来评价。 二、 平顺性试验数据的采集和处理 1) 平顺性试验测试系统的组成 平顺性试验要采集大量随机振动信号，然后以微机为主体配以采样、模数转换以及各种软、硬件的数据处理系统，进行平顺性评价及频率响应函数的处理。 2) 数据处理系统 数据处理系统引进快速傅里叶变换（FFT ），采用相应的软件快速、精确地进行各种数据处理。测试计算机软件将记录的信号a(t)进行快速傅里叶变换得到复振幅A k, ,由A k 与其共轭复数A k * 计算自功率谱，再按W(f)频率加权计算加权自功率谱，最后总加权加速度均方根值a v ，这一系列运算和处理均可在测试计算机的软件中完成，并形成最终的试验报告。 三、 数据处理 用“AutoTest 数据采集与分析系统“打开测得的平顺性试验数据，如图所示
汽车振动系统本身和路面输入的复杂性决定了影响汽车平顺性的因素很多。下面从结构与使用两个因素做出分析。 (一)结构因索 汽车是一个由多质量组成的复杂振动系统，为便于分析，需要进行简化。一般情况下，汽车可视为由彼此相联系的悬架质量和非悬架质最所组成。悬架质量M主要由悬架弹簧上的车身、车架及其上的总成所组成。非悬架质最m主要由悬架弹簧下的车轮和车轴组成，由此形成由车身和车轮组成的双质最振动系统，如图I一13所示。而且实际上从振动角度看，由于存在前、后车轮两个路面输入。这就决定汽车有垂直和俯仰两个自由度振动，从而导致汽车纵轴线上任一点的垂直振动不同。下面定性分析结构因索对汽车平顺性的影响。 (1)悬架弹性的影响。悬架弹性对车身振动频率起着决定性的作用。悬架上的载荷与其变型之间的关系称为弹型元件的弹性特性。如果悬架的刚度是常数，则其变形与所受载荷成正比，这种悬架称为线性悬架，一般钢板弹簧、螺旋弹簧悬架均属此类。采用线性悬架的汽车往往不能满足汽车平顺性的要求，使用中．汽车的有效载荷变化较大(特别是公共汽车和载货汽车)，会出现空载时振动频率较高或满载振动频率较低的现象。为了改善这种情况，现代汽车多采用非线性悬架(也称变剐度悬架)，即其刚度可随栽荷的变化而变化。如采用空气弹簧、空气液力弹簧和橡胶弹簧等具有非线性特性的弹性元件，或增设副簧、复合弹簧。 (2)悬架阻尼的影响。为了衰减车身的自由振动并抑制车身和车轮的共振，以减小车身的垂直振动加速度和车轮的振幅(防止车轮跳离地面)，悬架系统中应具有适当的阻尼。悬架的阻尼主要来自于减振器、钢板弹簧叶片和轮胎变形时橡胶分子间的摩擦等。钢板弹簧悬架系统中的干摩擦较大，而且钢板弹簧叶片数目越多，摩擦越大，故有的汽车采用钢板弹簧悬架时可以不装减振器，但弹簧摩擦阻尼的数值很不稳定．钢板生锈阻力力过大，不易控制。而采用其他内摩擦很小的弹性元件(如螺旋弹簧、扭杆弹簧等)的悬架，必须采用减振器，以吸收振动能量而使振动迅速衰减。为使减振器阻尼效果好，又不传递大的冲击力，常把压缩行程的阻力和伸张行程的阻力取的不同。压缩行程取较小的相对阻尼系数，在伸张行程取较大的相对阻尼系数。有的减振器压缩时无阻尼而只在伸张行程时有阻尼，具有这种阻尼特性的减振器称为单向作用减振器。而在压缩、伸张两行程中均有阻尼作用的减振器称为双向作用减振器。 采用减振器不仅可以提高汽车的平顺性，而且还可以增加悬架的角刚度，改善车轮与道路的接触情况。防止车轮跳离地面，因而能改善汽车的稳定性、提高汽车的行驶安全性。改善减振器的性能对提高汽车在不平道路上的行驶速度有很好的作用。悬架系统的干摩擦可使悬架的弹性部分或全部被锁住，使汽车只在轮胎上发生振动，因而增加振动频率且使路面冲击容易传给车身。为减少钢板弹簧叶片叫的摩擦，叶片间应加润滑脂或摩擦村垫，结构上采用少片弹簧。 （3）主动悬架与半主动悬架。一般悬架由弹簧和减振器组成，其特性参数(悬架刚度K 和阻尼系数c)是在一定条件下进行优化确定的。这种悬架的特性参数一旦选定便无法更改，称为被动悬架。其缺点是不能适应使用工况(如载荷变化引起的悬架质量变化，车速和路况所决定的路面输入等)的变化进行控制调整．无法满足汽车较高性能的要求。 利用电控技术与随动液压技术的主动悬架和半主动悬架能较好地改善汽车的平顺性。如图1—14所示为车身与车轮两个自由度主动悬架或半主动悬架模型。主动悬架一般用液压缸作为主动力发生器，代替悬架的弹簧和减振器，由外部高压液体提供能源，用传感器测量系统运动的状态信号，反馈到电控单元，然后由电控单元发出指令控制力发生器，产生主动控制力作用于振动系统，构成闭环控制。半主动悬架的核心部分是采用可调阻尼减振器，其控制逻辑有的和主动悬架类似，是闭环的，也有根据车速等参数进行开环控制的，它消耗的全部能量只用来驱动控制阀，顾能耗低。
课程设计说明书 课程名称汽车理论 设计题目汽车动力性与平顺性研究 专业 设计人 学号 指导教师 学院 时间：
一、专业课程设计任务书 要求：本次计算设计以小组为单位进行，每组计算两种车型(大型车、小型车)。先通过手工计算并绘图（选取5-8个特征点），然后计算机编程实现并绘图，并打印计算说明书和程序。答辩时应交上查阅资料，计算草稿，设计说明书。具体设计要求如下： 1.汽车动力性经济性分析计算 通过查阅收集有关资料，计算分析给定型号汽车的动力性能及燃油经济性，并绘出该车型的发动机外特性曲线，驱动力——行驶阻力平衡图，动力特性图，百公里油耗曲线等。根据计算结果和实际情况，分析该车型发动机参数和底盘性能参数匹配是否合理，并提出修改意见。 2.汽车平均技术速度的分析计算 通过计算给定型号汽车在假设给定路面上行驶的平均技术速度来分析该车型在实际运行中的应用。 3.参数 有的车型参数不完整，请查阅相关资料或用经验公式计算选取，并经手动计算分析后修正获得。 4.说明书 全班统一设计格式（封面、目录、版式。具体参照毕业设计说明书格式—见校园网）； 说明书内容包括：任务书、目录、各车型参数分析、计算、图表、结论、设计体会等。
二.车辆数据 车型三：东风EQ1090E载货汽车 一、发动机EQ6100-1（附表一） Nmax=99kw(相应转速3000r/min) Mmax=353N.m(相应转速1400r/min) 二、整车参数： 1.尺寸参数：全长L=6910mm，全宽B=2470mm，全高H=2455mm，轴距L1=3950mm,前轮距B1=1810mm，后轮距B2=1800mm. 2.重量参数（附表二） 3.性能参数： 变速箱传动比i1=7.31,i2=4.31,i3=2.45,i4=1.54,i5=1,i倒=7.66。主减速器比io=6.33。车轮：9.00-20。 三、使用数据： 滚动阻力系数f=0.03； 道路阻力系数：强度计算用Φ=1 性能计算用Φ=0.8 空气阻力系数：Cd=0.8； 迎风面积：A=0.78X宽X高； 传动系效率：η=0.9 表一：发动机参数
附录A （规范性附录） 平顺性评价指标的计算 驾驶舒适性采用振动剂量值来评价，振动剂量值VDV （单位m/s 1.75 ）按下式计算[GB/T 4970-2009 附录AA.1.2]： 1 4 4w 0VDV ()d T a t t ?? =???? ? 式中： w ()a t —— 加权加速度时间历程，单位为米每二次方秒（m/s 2）； T —— 作用时间（从踩下制动踏板到车辆停止时间段） ，单位为秒（s ）。 其中，加权加速度时间历程w ()a t 由加速度时间历程通过符合表A.1和表A.2规定的频率加权滤波网络得到。 表A.1 纵向不同测点的倍频带的加权系数 表A.2 1/3倍频带的主要加权系数
附录B （规范性附录） 试验记录表 试验车辆整车整备质量 kg 动力蓄电池类型 表B.1 起步阶段试验 试验日期试验场地天气气压 kPa 风向风速 m/s 气温℃跑道坡度 % 轮胎规格轮胎气压，前 kPa 后 kPa 蓄电池荷电状态（开始）加载质量试验员 表B.2 加速/减速阶段试验 试验日期试验场地天气气压 kPa 风向风速 m/s 气温℃跑道坡度 % 轮胎规格轮胎气压，前 kPa 后 kPa 蓄电池荷电状态（开始）加载质量试验员 表B.3 模式切换阶段试验 试验日期试验场地天气气压 kPa 风向风速 m/s 气温℃跑道坡度 % 轮胎规格轮胎气压，前 kPa 后 kPa 蓄电池荷电状态（开始）加载质量试验员 驾驶员性别体重身高 表B.4 制动阶段试验
风向风速 m/s 气温℃跑道坡度 % 轮胎规格轮胎气压，前 kPa 后 kPa 蓄电池荷电状态（开始）加载质量试验员
影响汽车平顺性的主要因素 汽车振动系统本身和路面输入的复杂性决定了影响汽车平顺性的因素很多。下面从结构与使用两个因素做出分析。 (一)结构因索 汽车是一个由多质量组成的复杂振动系统，为便于分析，需要进 行简化。一般情况下，汽车可视为由彼此相联系的悬架质量和非悬架 质最所组成。悬架质量M主要由悬架弹簧上的车身、车架及其上的总 成所组成。非悬架质最m主要由悬架弹簧下的车轮和车轴组成，由此 形成由车身和车轮组成的双质最振动系统，如图I一13所示。而且实 际上从振动角度看，由于存在前、后车轮两个路面输入。这就决定汽 车有垂直和俯仰两个自由度振动，从而导致汽车纵轴线上任一点的垂 直振动不同。下面定性分析结构因索对汽车平顺性的影响。 (1)悬架弹性的影响。悬架弹性对车身振动频率起着决定性的作用。悬架上的载荷与其变型之间的关系称为弹型元件的弹性特性。如果悬架的刚度是常数，则其变形与所受载荷成正比，这种悬架称为线性悬架，一般钢板弹簧、螺旋弹簧悬架均属此类。采用线性悬架的汽车往往不能满足汽车平顺性的要求，使用中．汽车的有效载荷变化较大(特别是公共汽车和载货汽车)，会出现空载时振动频率较高或满载振动频率较低的现象。为了改善这种情况，现代汽车多采用非线性悬架(也称变剐度悬架)，即其刚度可随栽荷的变化而变化。如采用空气弹簧、空气液力弹簧和橡胶弹簧等具有非线性特性的弹性元件，或增设副簧、复合弹簧。 (2)悬架阻尼的影响。为了衰减车身的自由振动并抑制车身和车轮的共振，以减小车身的垂直振动加速度和车轮的振幅(防止车轮跳离地面)，悬架系统中应具有适当的阻尼。悬架的阻尼主要来自于减振器、钢板弹簧叶片和轮胎变形时橡胶分子间的摩擦等。钢板弹簧悬架系统中的干摩擦较大，而且钢板弹簧叶片数目越多，摩擦越大，故有的汽车采用钢板弹簧悬架时可以不装减振器，但弹簧摩擦阻尼的数值很不稳定．钢板生锈阻力力过大，不易控制。而采用其他内摩擦很小的弹性元件(如螺旋弹簧、扭杆弹簧等)的悬架，必须采用减振器，以吸收振动能量而使振动迅速衰减。为使减振器阻尼效果好，又不传递大的冲击力，常把压缩行程的阻力和伸张行程的阻力取的不同。压缩行程取较小的相对阻尼系数，在伸张行程取较大的相对阻尼系数。有的减振器压缩时无阻尼而只在伸张行程时有阻尼，具有这种阻尼特性的减振器称为单向作用减振器。而在压缩、伸张两行程中均有阻尼作用的减振器称为双向作用减振器。 采用减振器不仅可以提高汽车的平顺性，而且还可以增加悬架的角刚度，改善车轮与道路的接触情况。防止车轮跳离地面，因而能改善汽车的稳定性、提高汽车的行驶安全性。改善减振器的性能对提高汽车在不平道路上的行驶速度有很好的作用。悬架系统的干摩擦可使悬架的弹性部分或全部被锁住，使汽车只在轮胎上发生振动，因而增加振动频率且使路面冲击容易传给车身。为减少钢板弹簧叶片叫的摩擦，叶片间应加润滑脂或摩擦村垫，结构上采用少片弹簧。 （3）主动悬架与半主动悬架。一般悬架由弹簧和减振器组成，其特性参数(悬架刚度K 和阻尼系数c)是在一定条件下进行优化确定的。这种悬架的特性参数一旦选定便无法更改，称为被动悬架。其缺点是不能适应使用工况(如载荷变化引起的悬架质量变化，车速和路况所决定的路面输入等)的变化进行控制调整．无法满足汽车较高性能的要求。