第五章汽车平顺性.docx
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第五章汽车平顺性
第五章汽车平顺性
5.1概述
汽车在道路上行驶时，会因路面凹凸不平而产生振动。
汽车平顺性试验就是试验并评价因汽车振动使乘客感到不舒适或疲劳（或者使运载的货物造成损坏）的程度的试验。
汽车平顺性试验的主要对象是“路面—汽车—人（或货物）”系统。
在这个系统中，输入是路面不平度，它经过汽车的轮胎、悬架及座垫等弹性元件滤波后传到人体，再由人的生理、心理和机械等复杂因素的综合产生系统的输出——人（或货物）对振动的响应。
在制订汽车平顺性的试验方法和评价指标时，都是针对上述整个系统而不是其中的某一个环节。
汽车平顺性试验一般分为评价性和改进性试验两种。
所谓评价性试验，就是对已生产出来的汽车进行平顺性试验，并用相应的评价指标评价其平顺性。
所谓改进性试验，就是根据前次试验结果，对不理想的平顺性指标查找原因，进行结构改进，再进行平顺性试验，评价改进效果，这样反复进行试验，最后达到提高平顺性的目的。
由于改进试验方法多种多样，并随试验技术的发展而变化，因此这里主要讨论评价性试验。
评价性试验又分为主观感觉评价试验和客观物理量评价试验两种。
主观感觉评价试验就是依靠试验人员乘坐的主观感觉进行试验评价，同时也包括通过测定有关人体生理学、心理学变化的情况进行分析的内容。
客观物理量评价试验，首先对振劝测定位移、速度、加速度等物理量，然后根据测定结果进行评价，并且在评价过程中，要对测取的物理量按与人的感觉有关的标准等进行平顺性评价指标运算。
从客观物理量评价过程来看，它是建立在主观感觉评价试验基础之上进行的。
5.2路面平度的统计特性
汽车在道路上行驶时，路面的凹凸不平是引起汽车振动的主要原因。
在我国，非铺装的砂石路面占有相当的比例，即使是铺装路面，由于施工质量和维护质量差等原因也是相当不平的。
因此，在研究汽车平顺性时，总是把路面输入视为最重要的因素。
路面的种类极其繁多，各种路面的平度特性也不相同，但如果从引起汽车振动出发，大致可以分为以下两种：
一种是接近平衡随机的不平路面，其不平整主要是由于在施工和使用过程中的一些随机因素而形成的，不平整状态比较均匀，例如一般的沥青咱面、砂石路面。
这些路面的特性可以用统计特性来描述，它的频率成分一般是很丰富的，是一种宽带随机过程。
汽车平顺性输入行驶试验就是在这种路面上进行的。
另一种路面是冲击型不平路面。
在这种路面上往往出现单个或数个较平均不平度明显大的凸起接缝、横过道路的水沟、桥梁与道路的不良连接处以及与公路交叉的铁轨等。
当汽车驾驶员没有适当地降低车速通过这些障碍时，常常会造成严重的振动冲击，甚至损害人的健康。
这些冲击型障碍可以用其主要几何尺寸来描述，汽车平顺性脉冲输入行驶试验就是模拟这种使用工况的。
本节主要讨论平稳随机的不平路面。
5.2.1单道和多道路面平度的统计特性
路面不平度可以用专门的路面计进行连续测量，然后将测得的不平度系数在数字计算机上进行频谱分析，即可得到路面的功率谱密度。
大量测量统计结果表明，路面平度的统计特性可以用路面功率谱来描述。
5.2.1.1单道路面平度的统计特性
单道路面平度的统计特性用铅垂位移单边功率谱密度
来描述，
式中：
——铅垂位移单边功率谱密度，m2/m-1；
——路面平度系数，是参考空间频率n0对应的功率谱密度；
n——空间频率，是波长
的倒数，m-1；
——参考空间频率，
0.1m-1；
w——频率指数，是一个无因次常数。
功率谱密度图形的纵坐标
和横坐标均以对数形式表示。
5.2.1.2多道路面平度的统计特性
多道路面平度的统计特性用各道的功率谱密度函数与它们之间的相互功率谱密度函数或相干函数来描述，其中相干函数的表达式为：
式中：
——相干函数；
——第j道与第k道之间的互谱密度，m2/m-1；
——第j道的互谱密度，m2/m-1；
——第k道的互谱密度，m2/m-1。
5.2.2路面的分级标准
国际标准化组织1972年采纳了英国MIRA推荐的以功率谱进行道路分类的标准草案，该标准将路面分为5级。
参照国际标准草案，结合我国道路的具体状态，GB/T7031-86《车辆振动输入路面平度表示方法》按功率谱密度将路面分为8级（见图5-1）。
图5-1路面等级分布图
表5-1列出了各种路面的平度系数值范围及其几何平均值。
表5-1路面的平度系数值范围及其几何平均值
路面等级
路面平度系数
Gd（n0）10-6m2/m-1n0=0.1m-1
下限
几何平均
上限
A
8
16
32
B
32
64
128
C
128
256
512
D
512
1024
2048
E
2048
4096
8192
F
8192
16384
32768
G
32768
65536
131072
H
131072
262144
524288
5.3国际标准ISO2631《人体承受全身振动的评价指南》简介
GB/T4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》就是参照ISO2631及其修改草案而制定的。
ISO2631《人体承受全身振动的评价指南》，它用振动加速度均方根值（rms）将机械振动强度和频率与人体的承受能力有机地联系起来。
SO2631主要用于通过支持表面传到整个人体上的振动，特别适合于人站立或坐着的状态。
该标准中规定，在1~80Hz范围内，适用于周期振动、具有离散频谱的随机和非周期的振动；还规定了以人体心脏为坐标原点的直角坐标系，用以测量铅垂方向、前后方向、左右方向的振动，测量的位置应尽量靠近人体本身，在汽车座椅上允许安装如图5-2所示的传感器支架。
ISO2631对体承受平稳随机振动提出了三个评价界限，并对承受铅垂振动和横向振动分别规定了评价限值。
图5-2传感器支架
a）疲劳—降低工效界限（保持工作效率界限）
图5-3和图5-4是ISO2631的基础曲线。
试验表明，人体对垂直振动的敏感频率是4~8Hz，对横向振动的敏感频率为2Hz以下。
当振动频率超过图中所示的时间界限时，意味着可能引起工作效率的显著下降，汽车驾驶员长时间驾驶汽车引起的疲劳就可以用此降低工效界限进行评价。
表5-2和表5-3分别列出了相对应的界限值。
加速度（m/s2）
表5-2纵向振动加速度的“疲劳—降低工效界限”数值
频率（1/3倍频程的中心频率）
（Hz）
加速度（m/s2）
暴露时间
24h
16h
8h
4h
2.5h
1h
25min
16min
1min
1.0
0.280
0.425
0.63
1.06
1.40
2.36
3.55
4.25
5.60
1.25
0.250
0.375
0.56
0.95
1.26
2.12
3.15
3.75
5.60
1.6
0.224
0.335
0.50
0.85
1.12
1.90
2.80
3.35
4.50
2.0
0.200
0.300
0.45
0.75
1.00
1.70
2.50
3.0
4.0
2.5
0.18
0.265
0.40
0.67
0.90
1.50
2.24
2.65
3.1
3.15
0.160
.235
0.355
0.60
0.80
1.32
2.00
2.35
3.15
4.0
0.140
0.212
0.315
0.53
0.71
1.18
1.80
2.12
2.80
5.0
0.140
0.212
0.315
0.53
0.71
1.18
1.80
2.12
2.80
6.3
0.140
0.212
0.315
0.53
0.71
1.18
1.80
2.12
2.80
8.0
0.140
0.212
0.315
0.53
0.71
1.18
1.80
2.12
2.80
10.0
0.180
0.265
0.40
0.67
0.90
1.50
2.24
2.65
3.55
12.5
0.224
0.335
0.50
0.85
1.12
1.90
2.8
3.35
4.50
16.0
0.280
0.425
0.63
1.06
1.40
2.36
3.55
4.25
5.60
20.0
0.355
0.530
0.80
1.32
1.80
3.00
4.50
5.30
7.10
25.0
0.450
0.670
1.0
1.70
2.24
3.75
5.60
6.70
9.00
31.5
0.560
0.850
1.25
2.12
2.80
4.75
7.10
8.50
11.2
40.0
0.710
1.06
1.60
2.65
3.55
6.00
9.00
10.6
14.0
50.0
0.900
1.320
20
3.35
4.50
7.50
11.2
13.2
18.0
63.0
1.120
1.700
2.5
4.25
5.60
9.50
14.0
17.0
22.4
80.0
1.400
2.120
3.15
5.30
7.10
11.8
18.0
21.2
23.0
图5-4横向振动“疲劳—降低工效界限”曲线
表5-3横向振动加速度的“疲劳—降低工效界限”数值
频率（1/3倍频程的中心频率）
（Hz）
加速度（m/s2）
暴露时间
24h
16h
8h
4h
2.5h
1h
25min
16min
1min
1.0
0.100
0.150
.224
0.355
0.50
0.85
1.25
1.50
2.0
1.25
0.100
0.150
.224
0.355
0.50
0.85
1.25
1.50
2.0
1.6
0.100
0.150
.224
0.355
0.50
0.85
1.25
1.50
2.0
2.0
0.100
0.150
.224
0.355
0.50
0.85
1.25
1.50
2.0
2.5
0.125
0.190
0.280
0.450
0.63
1.06
1.6
1.9
2.5
3.15
0.16
0.235
0.355
0.560
0.8
1.32
2.0
2.36
3.15
4.0
0.20
0.300
0.450
0.710
1.0
1.70
2.5
3.0
4.0
5.0
0.250
0.375
0.560
0.900
1.25
2.12
3.15
3.75
5.0
6.3
0.315
0.475
0.710
1.12
1.6
2.65
4.0
4.75
6.3
8.0
0.40
0.60
0.90
1.40
2.0
3.35
5.0
6.0
8.0
10.0
0.50
0.75
1.12
1.80
2.80
4.0
6.3
7.5
10
12.5
0.63
0.95
1.40
2.24
3.15
5.30
8.0
9.5
12.5
16.0
0.80
1.18
1.80
2.80
4.0
6.70
10
11.8
16
20.0
1.00
1.50
2.24
3.55
5.0
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