汽车理论课件_第六章_汽车的平顺性

生物力学评价法
总结词
生物力学评价法是通过研究人体对振动的反应来评价汽车的平顺性，主要关注人体对振动的感知和影 响。
详细描述
生物力学评价法结合了生物学、医学和工程学的知识，通过研究人体对振动的生理反应和心理感受， 评估汽车平顺性对乘客健康和舒适度的影响。这种方法能够更深入地了解人体对振动的敏感性和适应 性，为汽车平顺性的优化提供更有针对性的建议。
合理调整汽车的行驶状态也可以改善汽车的 平顺性。
详细描述
驾驶员可以通过合理控制车速、保持稳定的 车距和行驶轨迹等措施，降低车辆在行驶过 程中受到的外部干扰，从而提高汽车的平顺 性。此外，智能驾驶技术的不断发展也为行 驶状态的自动调整提供了更多可能性，未来 可以通过智能算法自动调整车辆参数和行驶
状态，实现更加舒适的驾驶体验。
平顺性与交通事故风险
交通事故风险
研究表明，车辆的平顺性对交通事故风险有显著影响。平顺性差的 车辆可能导致驾驶员和乘客受伤的风险增加。
平顺性与安全带使用
在颠簸的路面上，安全带能够提供额外的保护，减少因碰撞产生的 伤害。
安全驾驶习惯
除了选择具有良好平顺性的车辆外，驾驶员还应养成安全驾驶习惯， 如保持车距、注意观察路况等，以降低交通事故风险。
重要性
良好的平顺性可以提高乘客和驾驶员 的舒适度，降低由于振动和冲击引起 的疲劳、晕车等问题，同时也有助于 保护车辆部件，延长车辆使用寿命。
平顺性研究的历史与发展
历史
平顺性的研究始于20世纪初，随着汽车工业的发展和人们对舒适度的要求不断 提高，平顺性的研究逐渐受到重视。
发展
近年来，随着计算机技术和测试技术的发展，平顺性的研究得到了更深入的探 讨和应用。现代汽车理论课件中，平顺性的研究和应用已经成为一个重要的章 节。

3
提升安全性
保持车辆与路面的接触，减少制动距离和转向失控的风险。
提高汽车平顺性的方法
1 选购合适的车型
选择拥有良好悬挂系统和 平顺性口碑的车型。
2 维护和保养
3 驾驶技巧
定期检查和保持悬挂系统、 轮胎和减震器的良好状态。
注意避免过度加速和过急 刹车，平稳驾驶能提升平 顺性。
总结和要点
• 汽车平顺性直接影响驾驶和乘坐的舒适感。 • 悬挂系统和减震器是提高平顺性的重要因素。 • 正确的轮胎选择和维护也对平顺性至关重要。
《汽车的平顺性》PPT课 件
今天我们将探讨汽车平顺性的重要性以及对驾驶体验的影响。
汽车平顺性概述
1 定义
平顺性是指车辆在行驶过 程中的舒适性和稳定性。
2 影响因素
悬挂系统、车轮胎的选择 和条件、车辆结构等。
3 为什么重要
平顺性直接影响乘客的舒 适感和驾驶者的操作体验。
车辆的振动和噪音
1 振动
2 噪音
汽车悬挂系统
悬挂系统概述
悬挂系统通过减少路面颠簸和振 动，提供更舒适的驾驶体验。
悬挂系统组成
包括弹簧、减震器和悬挂布局。
独立悬挂系统
独立悬挂系统可以提供更好的平 顺性和操控性。
汽车减震器的作用

1
减少振动
减震器通过阻尼和吸收振动，提供更稳定的驾驶感。
2
保护悬挂系统
减震器可以减少悬挂系统的磨损，延长其使用寿命。
车辆行驶时会出现的不规 则振动，如震动、抖动等。
来自发动机、风、轮胎和 路面的噪音会影响乘坐和 驾驶的舒适性。
3 影响因素
车辆状态、路况、驾驶方 式等因素会影响振动和噪 音的强度。
平顺性的影响因素

人应该由两个质量构 成，人—椅系统最好用三 自由度或两自由度表示。
本书将人体视为单质量 系统考虑，故简化为单自由 度系统。
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第六节 “人体—座椅”系统的振动
一、“人体—座椅”系统的传递特性
p q

p z2
z q

p z2
z2 q
p q

p z2
z2 q
p / z2 是“人体—座椅”单质量
系统的幅频特性，与车身单质量系统 的幅频特性相同。
1
p/z2


1 1 λs2
2 ζ s λs 2 2 2 ζ s λs
2

2
s / s
s
Ks ms
s Cs / 2 Ksms
第六节 “人体—座椅”系统的振动
思考：当考虑了 座椅以后，传递 给人体的振动加 速度发生了哪些 变化？
第六节 “人体—座椅”系统的振动
二、“人体—座椅”系统的参数选择
人体垂直方向最敏感的频率范围是4～12Hz
座椅的减振频率是 f 2 fs
f 4Hz
fs 4Hz / 2 3Hz
“人体—座椅”系统的固有频率不能取得太小，否
则与车身部分固有频率 f0 重合，传至人体的振动加速 度会出现峰值，这对平顺性不利。
希望“人体—座椅”系统的阻尼比达到0.2以上。
第六节 “人体—座椅”系统的振动 本节内容结束 下一节
汽车理论
Automobile Theory
主讲人：尹宗军
Email:zjyin2@ifl源自School of Mechanical Engineering Anhui Institute of Information Technology

即 σ=z 0.39g 时，可以使 超过1g的概率P=1%。
34
第三十四页，共59页。
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
正态分布情况下，超过标准差σx的±λ倍以外的概率P
λ
1
2
2.58
3
3.29
P 31.7% 4.6% 1% 0.3% 0.1%
1－P 68.3% 95.4% 99% 99.7% 99.9%
值明显下降。
|z/q| lg|z/q|
1
0
-1:1
-2:1
0.1 0.1
-1
1
10
频率比λ=ω/ω0
单质量系统位移输入与位移输出的幅频特29 性
第二十九页，共59页。
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
4.幅频特性曲线的讨论
3）高频段
lgλ
-1
0
1
10
1
|z/q| lg|z/q|
与ζ无关
➢悬架对输入位移起
➢渐近线斜率为-2:1。
➢“频率指数”为-2。
1
0
0.1 0.1
-2:1
1
频率比λ=ω/ω0
第二十三页，共59页。
-1 10
23
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
3.幅频特性曲线
lgλ
-1
0
1
10
1
|z/q| lg|z/q|
➢渐近线斜率为-1:1。
➢“频率指数”为-1。
1
0
-1:1
0.1 0.1
即
频率响应函数的幅角=-=
14
第十四页，共59页。
15
第十五页，共59页。

2016/4/12 汽车理论 wangjx@
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a(t)
aw(t)
加权函数w(f )的滤波网络 根据IS02631-1:1997(E)设定系数
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
四、平顺性的评价方法
(一)基本的评价方法
2. 对记录的加速度时间历程 间 程a(t)进行频谱分 行 谱 析得到功率谱密度函数 Ga f
汽车理论 Automotive theory
第六章
汽车的平顺性
内容概要
平顺性的基本概念 路面不平度输入 人体对振动的反应以及平顺性评价方法 平顺性研究基本方法、两自由度振动系 平顺性研究基本方法 两自由度振动系 统 主动悬架（了解）
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
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靠背
脚
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
三、人体对振动的反应
人体对不同频率的振动敏感程度不同 1.
zs 最敏感的频率范围是4～12.5Hz

在4～8Hz频率范围，人的内脏器官产生共振 频率范围 人的内脏器官产生共振 8～12.5Hz频率范围，对人的脊椎系统影响很大
2016/4/12 汽车理论 wangjx@


wi是功率谱密度为0.1的 白噪声 （Simulink Si i 中的缺省值）
7
二、路面不平度输入

nc =0.01(cycle/m)，车速为20m/s
10 10 10 10 10 10 10
-2 -3 -4 -5 -6 -7 -8
评价方法： 评价方法
根据乘员舒适程度评价
2016/4/12 汽车理论 wangjx@
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➢ xs、ys 最敏感的频率范
围是0.5～2Hz。大约在3Hz 以下，人体对水平振动比对 垂直振动更敏感，且汽车车 身部分系统在此频率范围内 产生共振，故应对水平振动 给予充分重视。
10
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
各轴向的频率加权函数（渐近线）
频率加权函数
0.5 0.5Hz f 2Hz
wk
f
f / 4 2Hz f 4Hz 1 4Hz f 12.5Hz
12.5 / f 12.5Hz f 80Hz
wd
f
1 2 /
f
(0.5Hz f 2Hz)
2Hz f 80Hz
wc
f
8
1 /
f
(0.5Hz f 8Hz)
8Hz f 80Hz
we
f
1 1/
f
(0.5Hz f 1Hz)
靠背
xb yb
wc
wd
0.80 0.50
0.212
4.3
0.087
4.4
zb
wd
0.40
0.140
4.9
xf
脚
yf
wk
0.25
wk
0.25
0.090
5.4
0.093
5.1
zf
wk
0.40
0.319
6.2
1
av
a2 2 vj
0.628
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
2.辅助评价法
➢当峰值系数 > 9时，ISO 2631-1：1997（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 的脉冲引起的高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。

H jz~q
z q
K jC m2 2 K jC
即，可以由微分方程写出频率响应函数。
19
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
2.幅频特性 H j z~q
频率比 / 0
0 K / m2
阻尼比 C / 2 Km2
➢输出、输入的幅值比是频率 f 的函数，称为幅频特性。 ➢相位差也是 f 的函数，称为相频特性。 ➢两者统称为频率响应特性。
对于平顺性而言，相频特性不是非常重要。
17
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
1.频率响应特性的确定
➢由输出、输入谐量复振幅 z 与 q 的比值或 z t 与 qt 的傅里叶变换
齐次微分方程的解为 z Aent sin 02 n2t
➢有阻尼自由 振动时，质量m2 以有阻尼固有频
率 r 02 n2
振动，振幅按
ent 衰减。
10
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
阻尼比ζ对衰减振动的影响
1）与有阻尼固有频率ωr有关
r 02 n2 0 1 2
➢ζ增大，ωr下降。当ζ=1时，运动失去振荡特征。
应的影响；介绍悬架系统固有频率f0和阻尼比ζ的选择范围。
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第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
一、汽车振动系统的简化
➢车身质量有垂直、 俯仰、侧倾3个自由度， 4个车轮质量有4个垂 直自由度，整车共7个 自由度。
七自由度立体模型
➢当 xI yI ，并
忽略轮胎阻尼后，汽 车立体模ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ可简化为 平面模型。
2π
e nT1
1 2
阻尼比越大，振幅衰减得越快
lnd 2π 1 2

大 尼 系 不 动 阻 时 统 振
ζ ≤ 0.25 ⇒ωr比 0降 3 ω 低％
ωr ≈ ω0
32
A d= 1 称 减 系 为 幅 数 A 2 A A e nT 1 d= = =e 1 =e −n(t1+ 1) T A A e 2 n =ζω , 0 l d= n
A B C D E F G H
22
率 密 G 功 谱 度 q(n)
C
A
B
n G (n) =G (n0) q q n 0
−W
间 率 空 频 n
注：纵坐标和横坐标均采用对数单位
23
1.汽车振动系统的简化 7自由度模型 4车轮，Ix Iy Z
z
y
x
24
由于汽车是纵轴对称的，当左、右车撤的不 平度函数x(I)=y(I)时，汽车只有车身的垂直振 动z和俯仰振动ϕ，汽车可以简化为平面模型。
f − fr q e c e uny u −u p r p e l −lo e wr c −c n e e tr
12
1/3倍频法认为:同时有许多个 倍频带都有能 倍频法认为:同时有许多个1/3倍频带都有能 量作用于人体时， 量作用于人体时，各个频带振动作用无明显联 对人体产生的影响主要是人体感觉振动强 系，对人体产生的影响主要是人体感觉振动强 度最大的一个1/3倍频带所造成的。
29
z
x
K
m
c
q
二阶常系数齐次方程
c K 2 2 令 n = , ω0 = m m n c ζ= = ω0 2 m K
ω0 1 K f0 = = π 2 m π 2
30
z
Ae
− nt
− Ae
− nt

第二节 路面不平度的统计特性
在双对数坐标上为一斜线， 式(6－4)在双对数坐标上为一斜线，对实测路面功率谱密度拟合时， － 在双对数坐标上为一斜线 对实测路面功率谱密度拟合时， 为了减少误差， 为了减少误差，在不同空间频率范围可以选用不同的拟合系数进行 分段拟合，但不应超过4段。 分段拟合，但不应超过 段
第六章 汽车的平顺性
内容提要
人体对振动的反应和平顺性的评价 路面不平度的统计特性 汽车振动系统的简化， 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 车身与车轮双质量系统的振动 双轴汽车的振动 人体－ 人体－座椅系统的振动 汽车平顺性试验和数据处理
引 言
汽车行驶时，由路面不平以及发动机、 汽车行驶时，由路面不平以及发动机、传动系和车轮等旋转 部件激发汽车的振动。通常， 部件激发汽车的振动。通常，路面不平是汽车振动的基本输 故本章讨论的平顺性(Ride)主要指路面不平引起的汽车 入，故本章讨论的平顺性 主要指路面不平引起的汽车 振动，频率范围约为0.5~25Hz。 振动，频率范围约为 。 汽车的平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲 击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内， 击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此平顺性主 要根据乘员主观感觉的舒适性来评价， 要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，对于载货汽车还包括 保持货物完好的性能，它是现代高速汽车的主要性能之一。 保持货物完好的性能，它是现代高速汽车的主要性能之一。 汽车的平顺性可由图6-1所示的 路面一汽车一入” 所示的“ 汽车的平顺性可由图 所示的“路面一汽车一入”系统的框 图来分析。路面不平度和车速形成了对汽车振动系统的“ 图来分析。路面不平度和车速形成了对汽车振动系统的“输 输入”经过由轮胎、悬架、座垫等弹性、 入”，此‘输入”经过由轮胎、悬架、座垫等弹性、阻尼元 件和悬挂、非悬挂质量构成的振动系统的传递， 件和悬挂、非悬挂质量构成的振动系统的传递，得到振动系 统的“输出”是悬挂质量或进一步经座椅传至人体的加速度， 统的“输出”是悬挂质量或进一步经座椅传至人体的加速度， 此加速度通过人体对振动的反应——舒适性来评价汽车的平 此加速度通过人体对振动的反应 舒适性来评价汽车的平 顺性。当振动系统的“输出”作为优化的目标时， 顺性。当振动系统的“输出”作为优化的目标时，通常还要 综合考虑车轮与路面间的动载和悬架弹簧的动挠度。 综合考虑车轮与路面间的动载和悬架弹簧的动挠度。它们分 别影响“行驶安全性”和撞击悬架限位的概率。 别影响“行驶安全性”和撞击悬架限位的概率。

第六章 汽车的平顺性
§6-2 影响汽车平顺性的结构因素
五、座椅 座位的布置对平顺性有很大的影响。 根据试验表明，距离重心越近，平顺性越好。 座椅的刚度和阻尼对平顺性也有重要影响。
另外，汽车的乘坐舒适性还在很大程度上取决于 座位的结构、尺寸、布置方式和车身的密封性、通风 保暖、照明、隔音等效能，以及是否有提供乘客舒适 的设备如电视、音响、空调等。道路周围的环境对平 顺性也有一定的影响。
汽车的平顺性是指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度的性能，对 于载货汽车还包括保持货物完好的性能。
第六章 汽车的平顺性
研究平顺性的目的就是控制振动的传递，使乘坐 者不舒适的感觉不超过一定的界限。
汽车的平顺性的分析可依据汽车振动系统框图：
输入 •路面不平度 •车速
振动系统 •弹性原件 •阻尼元件 •车身、车 轮质量
输出
•车身传至人 体的加速度 •悬架弹簧动 挠度 •车轮与路面 之间的动载
振动的来源：①路面不平度 85% ②车速 车速高振动大
评价指标
•加权加速度 均方根值 •撞击悬架限 位概率 •行使安全性
第六章 汽车的平顺性
§6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价 一、人体对振动的反应
人体是一个复杂的机械系统，振动时对人体 的影响，既取决于振动的频率与强度、振动作用 方向和持续时间，也取决于人的心理、生理状态， 因此人体对振动作用的反应是一个十分复杂的过 程。心理品质和身体素质不同的人，对振动的敏 感程度有很大的差异。
（依据ISO2631-1：1997（E）《人体承受全 身振动评价—第一部分：一般要求》）
我国对平顺性评价依据标准：
GB/T4970-1996《汽车平顺性随机行驶试验方 法》