【正文】 第 Ⅳ 頁 摘 要 本文主要從理論上 對 當(dāng)前國內(nèi)外 汽車行駛平順性的評價方法 及其指標(biāo) 進(jìn)行分析 。 但是， 歸根 結(jié)底 ，都是對汽車振動情況的分析，故各種評價方法之間 仍 然存在一定 的 聯(lián)系。 總的加權(quán)加速度 值 評價法的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠比較全面地評價振動激勵的強(qiáng)度。 本文 在此基礎(chǔ)上提出的新的評價方法，考慮了汽車行駛平順性的影響因素（道路、車速） ，提出了符合實(shí)際工況的汽車行駛平順性綜合評價指標(biāo)，并對汽車的平順性試驗提出了一些建議。隨著人們生活水平的提高和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽 車在行駛過程中的操縱性能和乘坐舒適性已越來越受到人們的重視。所以 一直都是國內(nèi)外學(xué)者普遍關(guān)心的問題。 目前，常用汽車車身振動的固有頻率和振動加速度評價汽車的行駛平順性。如果車身加速度達(dá)到 1g，未經(jīng)固定的貨物就有可能離開車廂底板。許多國家都參照它進(jìn)行汽車平順性的評價。人們在乘坐或者駕駛汽車時 需要有一個舒適的環(huán)境，以確保自己的各項生理和心理反應(yīng)正常。 此外，汽車行駛平順性也不是孤立的，它的好壞，不僅 影響到司機(jī)、乘員的疲勞強(qiáng)度、舒適性以及貨物的安全可靠的運(yùn)輸，而且還影響到汽車的其他使用 性能。 振動在汽車上產(chǎn)生動載荷，加速零件的磨損；由于動載荷而產(chǎn)生的交變應(yīng)力會造成構(gòu)件的疲勞破壞。因此，人們對改善汽車平順性能的要求日益提高。因為它是評價平順性好壞的依據(jù)，是指導(dǎo)改善平順性措施的方向。故，本課題是非常具有理論研究意義的。 分析 了在一定道路條件下 ，車速對車身振動的激勵 的影響。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 ? 汽車實(shí)際的行駛速度是復(fù)雜多變，因此，進(jìn)行汽車行駛平順性評價時， 根據(jù)汽車實(shí)際行駛速度的時間百分率的概率分布，從積累疲勞觀點(diǎn)從發(fā)，對不同汽車行駛平順性進(jìn)行綜合評價比較。 汽車的平順性可由圖 211 所示的平順性分析 框圖來分析。國內(nèi)外各公司、實(shí)驗場和研究人員所使用的指標(biāo)系統(tǒng)也都不盡相同，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。 2) 指標(biāo) 的精確度 應(yīng) 滿足要求 ，即表明指標(biāo)數(shù)量和受振量 之間應(yīng)有很高的相關(guān)性。 在前人的大量研究基礎(chǔ)上，顯然發(fā)現(xiàn)，加速度值是 合適的指標(biāo)量。 1997 年，經(jīng)過 3 次修改和補(bǔ)充， ISO 公布了 ISO2631—— 1： 1997（ E） 《人體 承受全身振動評價 —— 第一部分：一般要求》，這一標(biāo)準(zhǔn)在評價長時間作用的隨機(jī)振動和多輸入點(diǎn)、多軸向振動環(huán)境對人體的影響時，能更好地和主觀感覺一致 。 舒適－降低界限 CDT 與保持舒適有關(guān)。 暴露極限通常作為人體可以承受振動量的上限。即， 1/3 倍頻帶認(rèn)為，許多 1/3 倍頻帶中對人體產(chǎn)生影響最大的，主要是由人體感覺的振動強(qiáng)度最大的（折算到人體敏感頻帶范圍以后）那一個 1/3 倍頻帶所造成。 二 吸收功率法 提出吸收功率法的學(xué)者（ Fred Pradko 等）在研究人的傳遞特性 基礎(chǔ)上提出了吸收功率法概念。 頻域內(nèi)，吸收功率由下式確定： 11 0 3 5 . 2 4 4 na v iiP k G???? （ 212） 式中： avP —— 吸收功率， w； iG —— 第 i 個頻率的輸 入加速度自譜值， 2g K —— 考慮人體特性的頻率函數(shù)，不同的振動方向有不同的值 由下式確定： 1 4 2 310 2234F F F Fk k k FF?? ? ??? ? （ 213） 其中ω =2π f ω是圓頻率 對于垂直振動： 9 6 5 4 2 21 0 . 1 0 2 4 5 2 9 6 1 0 0 . 1 7 5 8 3 3 4 3 1 0 0 . 4 4 6 0 0 7 2 2 1 0 1F ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 214） 7 4 4 22 0 . 1 2 8 8 1 8 8 7 1 0 0 . 9 3 3 9 4 3 6 7 1 0 0 . 1 0 5 4 3 0 5 9F ????? ? ? ? ? （ 215） 9 6 5 4 2 23 0 . 4 5 4 1 6 1 5 6 1 0 0 . 3 7 6 6 7 1 2 9 1 0 0 . 5 6 1 0 4 4 0 6 1 0 1F ???? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 216） 1 1 6 7 4 3 24 0 . 2 1 1 7 9 1 9 3 1 0 0 . 5 1 7 2 8 1 1 1 0 0 . 1 7 9 4 6 7 4 8 1 0 0 . 1 0 5 43059F ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 217） 0k = （ 218） 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 1k = （ 219） 對于腳部輸入 ： 7 4 2 21 0 . 5 8 6 5 7 4 0 2 1 0 0 . 1 8 8 2 4 5 3 1 1 0 1F ????? ? ? ? ? （ 2110） 422 0 . 1 8 7 0 6 9 5 5 1 0 0 . 0 7 4 0 3 6 7 8 9F ??? ? ? ? （ 2111） 6 4 2 23 0 . 3 3 9 1 3 1 5 4 1 0 0 . 2 3 6 9 7 5 9 2 1 0 1F ????? ? ? ? ? （ 2112） 8 4 4 24 0 . 1 7 0 1 3 4 9 9 1 0 0 . 3 9 4 3 9 0 9 0 1 0 0 . 0 7 4 0 3 6 7 8 9F ????? ? ? ? ? （ 2113） 0k = （ 2114） 1k = （ 2115） 當(dāng)兩腳輸入不同時， 0k 應(yīng)被 2除。適合于周期振動、離散隨機(jī)振動和非周期振動。 圖 221 相同承受時間的不同振動曲線 ISO2631 國際標(biāo)準(zhǔn)的“總的加權(quán)加速度均方根值”的評價方法簡稱“積分評價法”。比如說，對乘客和駕駛員來說，在 1～ 2Hz 頻率帶中，加速度均方根值超過 許用界限，但由于在 10～ 12Hz 頻帶中的加速度均方根值很小，由于補(bǔ)償作用，使得總的加速度均方根值不大。如下圖 222 所示在垂直方向總的加權(quán)值相等時，判定兩者的平順性能是相同的，顯然就不合理了。橫向振動以及傳到坐著的人的腳部的振動相加，用一個數(shù)值來評價振動。 同時，根據(jù)吸收功率法的概念可知，實(shí)測的實(shí)驗對象必須是真人或者推薦的模擬的人。為此，我們有必要尋求它們之間的相關(guān)性。由于加速度均方根值 wa 和吸收功率 avP 都是表示在一個寬頻西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 11頁 上振動能量的總和。 吸收功率 avP 也可用一個積分表示為 ： ? ? ? ?dffGfkP ff?? 21 aav （ 234） 式中 ??fk 為考慮到人體振動特性的頻率函數(shù)。但是只要給出一個確定的 譜密度 ? ?fGa ，且給定積分限 12 ff、 時，就必然有對應(yīng)的常數(shù)，使得： ? ? ? ?常數(shù)42 CcG a ? ? ? ? ?常數(shù)53 CcG a ? 故 avP 和 ?a 的關(guān)系可表示為： 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 ? ? 21 wav aGcAP ，? （ 237） ? ?GcA ，1 表示隨譜密度 ??fG 的形式而變化。但是如圖 241 所示，ISO2631 標(biāo)準(zhǔn)中只給出了有限的幾個界限，當(dāng)?shù)玫降?1/3 倍頻程落在了兩條界限之間時，就不能準(zhǔn)確地指出承受時間是多少了。這樣可以不 中心頻率的影響，簡化計算。同時也可以根據(jù)大量的實(shí)踐數(shù)據(jù)來 不停地修正和完善（ 241）式的各系數(shù)，西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 14頁 使其盡可能的準(zhǔn)確反應(yīng)實(shí)際承受時間。 GB497085 評價方法中制定以? ? vavTT wFDCD ?? ， ，輔助以 vavP w ?? ,av 的評價方法 ，相對于 ISO2631 標(biāo)準(zhǔn)及吸收功率法而言更合理一些。因此，為了使頻率的影響更加直觀，必須把頻率的影響因素反映到坐標(biāo)體系中去。在車輛行駛過程中，實(shí)際的車速分布情況 ，在不同的城市和地區(qū)，由于道路路面情況及交通情況會有不同的分布情況。試驗時應(yīng)該使用不同 的車速段。 對 于 在前兩者基礎(chǔ)上提出的國家標(biāo)準(zhǔn) GB4970,本章也做了簡短的分析。為了便于分析研究，必須進(jìn)行簡化。在我國的公路網(wǎng)中，瀝青路已經(jīng)越來越占據(jù)主要的比重。 視汽車左右輪對稱，則汽車系統(tǒng)可以簡化為等效線性的平面模型 。 圖 311 五自由度汽車振動系統(tǒng) 根據(jù)拉格朗日定理列平衡方程，化簡整理為： 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 17頁 ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?222 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3 2 1 2 3 2 1205 4 5 2 2 05 4 5 2 2222 2 1 2 1 2 3 2 1 2 2 2 1 2 2 2 105 5 5 20f f f f f f f r r r r r rf r f rr f f f f f f r r r r r rfZ r Z Z Z Z r Z Z Z Zd c d cr Z Z Z Z Z ZL L L LZ r Z Z Z Z r Z Z Z Zdr Z ZL? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?22 05 5 5 2 2221 0 2 1 0 2 1 1 1221 0 2 1 0 2 1 1 125 5 5 2 2 5 5 2 20000r f rf f f f f f f f f fr f r r r r r r r rf r f rc d cZ Z Z ZL L LZ r Z Z Z Z ZZ r Z Z Z Z Zd c d cZ r Z Z Z Z Z ZL L L L??? ? ?? ? ??????????? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? （ 311） 式 中： 2 2 2 2 2 2 2 21 2 3 4 52 2 2 2 2, , , ,a b a b a a c a b b c? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?； 2 1 22 2 2 2 2 2 2 2552 1 22 2 0 5 1 1 5 0 01 1 5 1 1, , , , , , ,f f fr r rf r f r f rf r f rk k kkkk k kM M M M M M M M? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?； 2255 220 5 0 0 5 2 25 1 1 5, , , , ,ffrrf r f rfrcccc ccr r r r r rM M M M M M? ? ? ? ? ?。在汽車重心上建立直角坐標(biāo)系，按照 沿坐標(biāo)方向的直線運(yùn)動和繞坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可以把車輛在行駛過程中產(chǎn)生的運(yùn)動分為 6 種運(yùn)動，即： 縱向運(yùn)動 —— 沿 x 軸方向 即行駛方向的運(yùn)動 側(cè)傾運(yùn)動 —— 繞 x 軸的轉(zhuǎn)動 垂直運(yùn)動 —— 沿 z 軸方向的運(yùn)動 橫擺運(yùn)動 —— 繞 z 軸的轉(zhuǎn)動 側(cè)向運(yùn)動 —— 沿 y 軸方向的運(yùn)動 俯仰運(yùn)動 —— 繞 y 軸的轉(zhuǎn)動 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計 第 18頁 圖 312 四輪汽車簡化的立體圖 從圖 312 可以看出，汽車的懸掛（車身）質(zhì)量為 2m ，它由車身、車架及其上的總成所構(gòu)成。在討論平順性時，這一立體模型的車身質(zhì)量主要考慮垂直、俯仰、側(cè)傾 3 個自由度，4 個車輪質(zhì)量有 4 個垂直自由度，共 7 個自由度。在這個模型中，又因輪胎阻尼較小而予以忽略，同時把質(zhì)量為 2m ，轉(zhuǎn)動慣量為 yJ 的車身按動力學(xué)等效的條件分解為前軸上，后軸 上 及質(zhì)心 C 上的三個集中質(zhì)量 2fm 、 2rm 及 2cm 。 圖 313 雙軸汽車