【正文】 ........................................... 55 致謝 ................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。為了滿(mǎn)足人們 對(duì)汽車(chē)性能日益苛刻的要求，優(yōu)異的操縱穩(wěn)定性和平順性已經(jīng)成為 各汽車(chē)制造者共同追求的目標(biāo)。影響汽車(chē)平順性的因素是多方面 的，同時(shí)對(duì)汽車(chē)平順性的評(píng)價(jià) 也顯得十分復(fù)雜。試驗(yàn)表明，為了保持汽車(chē)具有良好的行駛平順性，車(chē)身振動(dòng)的固有頻率應(yīng)為人體所習(xí)慣的步行時(shí)，身體上、下運(yùn)動(dòng)的頻率。所以，車(chē)身振動(dòng)加速度的極限值應(yīng)低于 ～ 。我國(guó)對(duì)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，公布了 GB/T49701996《汽車(chē)平順性 隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》。特別是長(zhǎng)途客車(chē)和旅游客車(chē)。 在汽車(chē)的實(shí)際使用過(guò)程中，如果汽車(chē)的平順性能差，駕駛員就會(huì)因車(chē)輛的強(qiáng)烈振動(dòng)而被迫降低汽車(chē)行駛速度。這些情況都嚴(yán)重影響了汽車(chē)的使用壽命。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，獲得較好的汽車(chē)平順性是可以實(shí)現(xiàn)的。指標(biāo)體系的科學(xué)建立，反映了該門(mén)學(xué)科的發(fā)展水平及 完善程度。 本人所完成的工作 ? 分析了目前國(guó)內(nèi)外主要用來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)行駛平順性能的 ISO2631 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和吸收功率法。 提出了加速度均方根、1/3 倍頻帶中心頻率、車(chē)速、“疲勞 降低工效界限”的三維關(guān)系曲線。 ? 簡(jiǎn)單討論了某些汽車(chē)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)平順性的影響。研究平順性的主要目的就是控制汽車(chē)的振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，使振動(dòng)的“輸出”在給定工況 的“輸入”下不超過(guò)一定得界限，以保持乘員的 舒適性。在對(duì)汽車(chē)平順性做人體試驗(yàn) 時(shí)，整個(gè)身體的振動(dòng)會(huì)對(duì)人產(chǎn)生很復(fù)雜和多種不可預(yù) 知的生理和心理作用。另外，在相同條件下，多次重復(fù)試驗(yàn)下指標(biāo)數(shù)量應(yīng)基本一致。首先，測(cè)量加速度比較方便，目前的科技水平就已經(jīng)擁有高精度的加速度測(cè)量?jī)x器和測(cè)量手段， 顯然隨著科技的發(fā)展，會(huì)越來(lái)越精確與快捷； 其次，前人的研究已經(jīng)積累了大量的在不同條件下作用于人的加速度值的寶貴經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù) ；再者，對(duì)人的大量生理試驗(yàn)也表明，加速度 變化對(duì)人體的激勵(lì)影響很大，很適合 作為 測(cè)量的激勵(lì)參數(shù)。 ISO26311： 1997（ E）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了圖 212 所示的人體坐姿受振 模型。在此極限內(nèi)，人體對(duì)所暴露的振動(dòng)環(huán)境主觀感覺(jué)良好，并能順利完成吃、讀、寫(xiě)等動(dòng)作。當(dāng)人體承受的振動(dòng)強(qiáng)度在這個(gè)極限之內(nèi)，將保持健康或安全。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) （ 2） 總的加權(quán)加速度評(píng)價(jià)方法 這個(gè)方法使用一個(gè)指標(biāo)，在這個(gè)指標(biāo)中以不同的加權(quán)系數(shù)考慮不同頻率的振動(dòng)加速度。 吸收功率法認(rèn)為， 人體 在一定范圍內(nèi) 是一彈性 線形體，考慮到人體接受的振動(dòng)能量和沿全身傳遞，其振動(dòng)能量的時(shí)間變化率為吸收功率 。 對(duì)于前后反向振動(dòng) ： 1 1F? （ 2116） 2 ? （ 2117） 23 0 .0 1 8 5 3 0 9 1F ?? ? ? （ 2118） 24 0 .0 0 0 6 1 8 9 3 4 0 .2 1 9 1 0 6F ?? ? ? （ 2119） 0k = （ 2120） 1k = （ 2121） 對(duì)于 左右方向振動(dòng)： 3 4 21 0 . 2 4 0 5 2 1 2 4 1 0 0 . 0 6 6 9 7 4 4 8 3 1F ???? ? ? ? （ 2122） 5 4 2 22 0 . 5 7 3 8 4 5 3 8 1 0 0 . 5 0 1 7 0 4 1 3 1 0 0 . 3 3 0 9 2 5 9 2F ????? ? ? ? ? （ 2123） 5 6 4 23 0 . 1 4 9 7 9 9 5 8 1 0 0 . 0 0 1 0 0 8 8 8 8 2 0 . 1 0 1 0 8 6 1 7 1F ? ? ??? ? ? ? ? ? （ 2124） 7 6 4 4 24 0 . 1 7 1 3 7 4 9 0 1 0 0 . 5 3 1 3 7 3 5 1 1 0 0 . 0 1 1 0 9 6 5 0 7 0 . 3 3 0 92592F ? ? ???? ? ? ? ? ? ? （ 2125） 0k = （ 2126） 1k = （ 2127） 因吸收功率是數(shù)值 量，故總的吸收功率為： 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 總avP1navii P??? （ 2128） 式中 aviP 是第 i個(gè)方向上的吸收功率。 其優(yōu)點(diǎn)在于，靈敏度高 ，并且對(duì)于不同方向以及某個(gè)方向上加速度均方根值的突出峰值位置比較清楚，有利于汽車(chē)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。在規(guī)定中的評(píng)率，振動(dòng)感覺(jué)越強(qiáng)，加權(quán)系數(shù)（敏感性系數(shù)）越大。同時(shí)低頻和 高頻的振動(dòng)激勵(lì)所引起的生理變化不同，盡管其激勵(lì)是同時(shí)作用的，但反應(yīng)不同，人所接受的程度也不一樣。 圖 222 垂直方向總的加權(quán)值相同的兩種不同振動(dòng)曲線 因此，為了較全面的分析行駛平順性，就、應(yīng)包括以單個(gè)頻率評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)的指標(biāo)，又應(yīng)包括積分評(píng)價(jià)指標(biāo)。 雖然該方法比較全面 ,但由于它是各個(gè)方向吸收功率之和 ,這樣會(huì)導(dǎo)致某一方向超過(guò)了允許值 ,而其它方向值很低時(shí) ,總的吸收功率不大 。若用沙袋、鐵塊等物代之，其結(jié)果將會(huì)很不準(zhǔn)確。 在 ISO2631 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中， 1/3 倍頻帶評(píng)價(jià)方 法的主要指標(biāo)是 FDT (疲勞限 ), CDT （降低舒適性限），而總的加速度均方根值的評(píng)價(jià)指標(biāo)為 wa （加速度加權(quán)均方根值）。因而 wa 和 avP 的數(shù)學(xué)表達(dá)式也有相似的形式。 對(duì)比 （ 29）和（ 32）式，顯然發(fā)現(xiàn)兩式的結(jié)構(gòu)完全相似 。 由上可知，吸收功率 avP 與加速度均方根值存在一定的關(guān)系，從而可以由其中一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)近似推算出另一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。為了能 指出具體的承受時(shí)間，方便用承受時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)行駛平順性好壞，給實(shí)際使用帶來(lái)方便，在此，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中給出的幾個(gè)承受時(shí)間的 1/3 倍頻程幅值，用多項(xiàng)式插值方法在計(jì)算機(jī)上擬合出相應(yīng)的多項(xiàng)式曲線，從而能求出在某一中心頻率上相應(yīng)的幅值所對(duì)應(yīng)的承受時(shí)間 。在計(jì)算時(shí)以 8 小時(shí)承受時(shí)間界限為基準(zhǔn)， 兩條承受界限的 1/3 倍頻程幅值之比不隨中心頻率變化，所以在某個(gè)中心頻率處，取其承受界限的幅值與 8h 承受界限的幅值之比為自變量；承受時(shí)間為因變量，插值節(jié)點(diǎn)取為 、 1 小時(shí)和 25 分鐘五個(gè)，計(jì)算出一條四次方曲線 ： 432 0 4 1 7 7 0 9 2 8 0 1 1 1 xxxxy ????? （ 241） 式中： y—— 承 受時(shí)間，小時(shí)（ h） x—— 某中心頻率處，該承受界限的幅值與 8 小時(shí)承受界限的 1/3 倍頻程幅值之比。由于本人試驗(yàn)條件和水平的限制，在此就不在討論了。但是 GB497085 標(biāo)準(zhǔn)還是存在一些缺陷。 （ 2）由于在不同的車(chē)速段，汽車(chē)的評(píng)價(jià)指標(biāo) ? ?CDFDTT 并不按 v（車(chē)速）規(guī)律變化 。所以在評(píng)價(jià)汽車(chē)平順性能的時(shí)候，也應(yīng)該吧實(shí)際車(chē)速和使用情況反映進(jìn)去。 綜上所述，為了更加全面地，能夠反映實(shí)際工況地評(píng)價(jià)汽車(chē)行駛平順性能，應(yīng)建立更加完善的評(píng)價(jià)體系。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15頁(yè) 第 3 章 基本理論推導(dǎo)及新體系的建立 汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的模擬 在討論汽車(chē)平順性時(shí)，需要把路面、輪胎、車(chē)軸（橋）、懸架、車(chē)身、座椅作為一個(gè)整體進(jìn)行研究。簡(jiǎn)化的主要的原則是：根據(jù)所討論問(wèn)題的需要和精度要求，從等效線性 化的角度可以將汽車(chē)簡(jiǎn)化為滿(mǎn)足精度要求的等效的線性系統(tǒng)模型。從實(shí)際測(cè)量的 路面數(shù)據(jù)來(lái)看，在較好的 瀝青 路面上 （三級(jí)以上），左右輪跡的自功率譜密度函數(shù)相差不大，一般在 5%以?xún)?nèi)，可以視為相等。對(duì)于載重汽車(chē)，若將懸架上系統(tǒng)視為一剛體，而且不考慮車(chē)架的彈性振動(dòng)以及 發(fā)動(dòng)機(jī)工作引起的振動(dòng)。 此外，目前比較常用的平順性模型 ，考慮到汽車(chē)平順性主要是研究車(chē)輛的低頻振動(dòng) ，將車(chē)身及所有被懸架支撐的質(zhì)量簡(jiǎn)化為一集中質(zhì)量的剛體。該質(zhì)量通過(guò)懸架系統(tǒng)與車(chē)軸、車(chē)輪相連接。 當(dāng)汽車(chē)對(duì)稱(chēng)于其縱軸線（大 部分車(chē)輛是這種情況），且左、右車(chē)轍的不平度函數(shù) 相等或者近似相等，可以將整車(chē)簡(jiǎn)化為半車(chē)物理模型或稱(chēng)為 1/2 車(chē)輛模型。這三個(gè)質(zhì)量由無(wú)質(zhì)量的剛性桿連接，他們的 大小由下述三個(gè)條件決定： （ 1）總質(zhì)量保持不變 2 2 2 2f r cm m m m? ? ? （ 312） （ 2）質(zhì)心的位置不變 220frm a m b?? （ 313） （ 3）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 yJ 的值保持不變 2 2 22 2 2y y f rJ m m a m b?? ? ? （ 314） 式中， y? 為繞橫軸 y的回轉(zhuǎn)半徑； a、 b 為車(chē)身質(zhì)量部分的質(zhì)心至前、后軸的距離 。此時(shí)前后軸上方車(chē)身部分的集中 質(zhì)量 2fm 、 2rm 的垂直方向運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立的。 在遠(yuǎn)離車(chē)輪部分固有頻率 tf （ 10～ 15Hz）的較低激振頻率范圍（如 5Hz 以下），輪胎變形很小，忽略其彈性與車(chē)輪質(zhì)量，可得到分析車(chē)身垂直振動(dòng)的最簡(jiǎn)單的單質(zhì)量系統(tǒng)。路面相對(duì)于基準(zhǔn)平面的高度 q 沿道路走向長(zhǎng)度 I的變化 ??Iq 稱(chēng)為路面縱斷面曲線或不平度函數(shù) 。 式（ 40）在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上為一斜線，對(duì)實(shí)測(cè)路面功率譜密度擬合時(shí)，為了減少誤 差，在不同空間頻率范圍可以選用不同的擬合系數(shù)進(jìn)行分段擬合，但不應(yīng)超過(guò) 4西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21頁(yè) 段。 路面等級(jí) ? ? ? ?360 10/ mnGq ? ? ?10 ?? mn幾何平均值 ? ?? ?113 ??? mnmmq ＜＜σ 幾何平均值 A 16 B 64 C 256 D 1024 E 4096 F 16384 G 65536 H 262144 表 321 路面不平度 8 級(jí)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn) 圖 322 為路面不平度分級(jí)圖，可以看出路面功率密度隨空間頻率 n 的提高或波長(zhǎng)λ的減小而變小。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)等級(jí)公路路面譜也基本上在 A、 B、 C 三級(jí)范圍之內(nèi)，只是 B、 C 級(jí)路面所占得比重比較大。根據(jù)車(chē)速 v，將空間頻率功率譜密度 ??nGq 換算為時(shí)間頻率功率譜密度 ??fGq 。 當(dāng)?shù)缆凡黄蕉葹楦咚狗植嫉钠椒€(wěn)隨機(jī)過(guò)程時(shí)，由隨機(jī)過(guò)程的振動(dòng) 理論可知，其振動(dòng)響應(yīng)仍是平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，在頻域內(nèi)有如下關(guān)系式： ? ? ? ? ? ? ? ?11nny j k j kjkG H H G? ? ? ????? ?? （ 332） 式中： ???yG 為響應(yīng) ??ty 的功率譜密度函數(shù)； ? ??jkG 為輸入 ??txj 及 ??txk 之間的自譜（ j=k），互譜（ j≠ k）密度函數(shù)； ? ??nH 為第 n 個(gè)輸入 ??txn 到響應(yīng) ??ty 之間的頻率響應(yīng)函數(shù)； + y(t) 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25頁(yè) ? ???jH 為頻率響應(yīng)函數(shù) ? ??jH 的共軛函數(shù)。四個(gè)車(chē)輪所遇到的不平度函數(shù)用 ? ? ? ? ? ?1 2 3,q I q I q I和 ??4qI表示。 圖 333 四輪汽車(chē)示意圖 在分析汽車(chē)有 1 2 3,q q q 和 4q 四個(gè)輸入的振動(dòng)傳遞時(shí)，要掌握四個(gè)車(chē)輪輸入的自譜和四個(gè)車(chē)輪 彼此間的互譜共 16 個(gè)譜量 ? ?? ?, 1, 2, 3, 4ikG n i k ? ， 其中 12 個(gè)互譜兩兩共軛?，F(xiàn)假定前后輪車(chē)轍完全重合，如圖 334 所示 ： 圖 334 雙輪汽車(chē)示意圖 此時(shí)路面輸入譜陣為 ： ? ? ? ? ? ?? ? ? ?1 1 1 11 1 1 122jLx x x xik jLx x x xG n G n eGnG n e G n???????????? ?? （ 337） 其中 2L? 為前后輪輸入的 相位角 且 ： ? ? ? ?11x x qG n G n? ? ?qGn 為路面輸入譜 所以 式 （ 337）式可簡(jiǎn)化為： 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28頁(yè) ? ? ? ?20 20111fjL vqq fjLvf evG f G nvne??????? ???? ???? ??? ?????? （ 338） 對(duì)于圖 33