【正文】 ............................ 15 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的模 擬 ............................................ 15 激勵(lì)譜的確定 .................................................. 19 隨機(jī)激勵(lì)下汽車振動(dòng)的模擬 ...................................... 23 車速對汽車振動(dòng)響應(yīng)的影響 ...................................... 29 汽車行駛速度工況分析 .......................................... 30 路面對汽車振動(dòng)響應(yīng)的影響 ...................................... 34 新評價(jià)體系的建立 .............................................. 41 本章小結(jié) ...................................................... 48 第 4 章 汽車行駛平順性隨機(jī)輸入試驗(yàn) ..................................... 49 試驗(yàn)方法 ...................................................... 49 汽車主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對平順性的影響 ................................ 51 本章小結(jié) ...................................................... 54 結(jié)論 .................................................................. 55 致謝 ................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 第 1 章 緒論 在全球經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡慕煌üぞ?。為了滿足人們 對汽車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 各汽車制造者共同追求的目標(biāo)。 本課題研究的現(xiàn)狀 汽車的平順性主要是 保持汽車在行駛的過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊環(huán)境對乘員舒適性的影響在一定界限之內(nèi)， 因此平順性主要是根據(jù)乘員主觀感覺的舒適性來評價(jià)，對于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能，它是現(xiàn)代高速汽車的主要性能之一。影響汽車平順性的因素是多方面 的，同時(shí)對汽車平順性的評價(jià) 也顯得十分復(fù)雜。幾乎所有反映汽車振動(dòng)特性的物理量（頻率、振幅、速度、加速度、功率、能量等）都有人試圖用來作為平順性的評價(jià)指標(biāo) 。試驗(yàn)表明，為了保持汽車具有良好的行駛平順性，車身振動(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。為了保證所運(yùn)輸貨物的完整性，車身振 動(dòng)加速度也不宜過大。所以，車身振動(dòng)加速度的極限值應(yīng)低于 ～ 。從 1985 年開始進(jìn)行全面修訂，于 1997 年公布了 ISO26311： 1997（ E）《人體承受全身振動(dòng)評價(jià)—— 第一部分：一般要求》。我國對相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，公布了 GB/T49701996《汽車平順性 隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》。隨著人們生活水平的提高，對汽車乘坐的舒適性要求越老越高。特別是長途客車和旅游客車。所西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 以，從人們的要求，產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)展方面來看，改善汽車行駛平順性顯得十分重要，對汽車的行駛平順性的研究也就具有了十分重要的意義。 在汽車的實(shí)際使用過程中，如果汽車的平順性能差，駕駛員就會因車輛的強(qiáng)烈振動(dòng)而被迫降低汽車行駛速度。在被迫降低車速后，汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)不可能在最合適的轉(zhuǎn)速下工作，因而將導(dǎo)致汽車燃油經(jīng)濟(jì)性變壞，增加運(yùn)輸?shù)某杀尽＿@些情況都嚴(yán)重影響了汽車的使用壽命。因而也關(guān)系到汽車的操縱穩(wěn)定性和通過性，進(jìn)而影響到人的生命安全。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，獲得較好的汽車平順性是可以實(shí)現(xiàn)的。 既然改善汽車行駛平順性是必然的趨勢，那么，汽車的平順性評價(jià)指標(biāo)的研究也就顯得很重要。指標(biāo)體系的科學(xué)建立，反映了該門學(xué)科的發(fā)展水平及 完善程度。 總而言之，要達(dá)到改善汽車行駛平順性的要求，必須有恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)方法和實(shí)用的評價(jià)指標(biāo)，之后才能進(jìn)行合理、正確的試驗(yàn)驗(yàn)證，并研究改善平順性的途徑。 本人所完成的工作 ? 分析了目前國內(nèi)外主要用來評價(jià)汽車行駛平順性能的 ISO2631 國際標(biāo)準(zhǔn)和吸收功率法。 ? 分析了 ISO2631 國際標(biāo)準(zhǔn)和 GB4970 評價(jià)指標(biāo)所存在的一些缺陷。 提出了加速度均方根、1/3 倍頻帶中心頻率、車速、“疲勞 降低工效界限”的三維關(guān)系曲線。因此，為了盡可能地反映汽車在不同路面上 行駛平順性能的好壞，本文對汽車平順性試驗(yàn)中試驗(yàn)路面的選擇作了簡單的分析。 ? 簡單討論了某些汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)對平順性的影響。 但通常討論的 平順性主要還是指路面不平引起的汽車振動(dòng)，頻率范圍 約為 到 25Hz。研究平順性的主要目的就是控制汽車的振動(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”下不超過一定得界限，以保持乘員的 舒適性。但是到目前為止，還沒有通用的指標(biāo)系統(tǒng)。在對汽車平順性做人體試驗(yàn) 時(shí)，整個(gè)身體的振動(dòng)會對人產(chǎn)生很復(fù)雜和多種不可預(yù) 知的生理和心理作用。 圖 211 汽車平順性分析框圖 輸出 ● 車身傳至人體的加速度 ● 懸架彈簧動(dòng)撓度 ● 車輪與路面之間的動(dòng)載 輸入 ● 路面不平度 ● 車速 振動(dòng)系統(tǒng) ● 彈性元件 ● 阻尼元件 ● 身，車輪質(zhì)量 評價(jià)指標(biāo) ● 加權(quán)加速度均方根值 ● 撞擊懸架限位概率 ● 行駛安全性 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 行駛 平 順性 指標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)滿足下述要求： 1) 指標(biāo)應(yīng)有科學(xué)根據(jù)，即在 理論上或在試驗(yàn)上，指標(biāo)和受振量間的關(guān)系（功能或統(tǒng)計(jì)關(guān)系）都應(yīng)得到證明。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。 4) 指標(biāo)的靈敏度應(yīng)滿足要求， 即隨著振動(dòng)量的變化，指標(biāo)數(shù)量應(yīng)盡量按比例相應(yīng)的增加或者減少。首先，測量加速度比較方便，目前的科技水平就已經(jīng)擁有高精度的加速度測量儀器和測量手段， 顯然隨著科技的發(fā)展，會越來越精確與快捷； 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，對人的大量生理試驗(yàn)也表明，加速度 變化對人體的激勵(lì)影響很大，很適合 作為 測量的激勵(lì)參數(shù)。但是， IS02631 標(biāo)準(zhǔn)是以短時(shí)間簡諧振動(dòng)的試驗(yàn)研究成果為基礎(chǔ)的，所以對車輛長時(shí)間隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境以及其它一些沖擊比較大的振動(dòng)環(huán)境中的應(yīng)用仍有爭議。 ISO26311： 1997（ E）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了圖 212 所示的人體坐姿受振 模型。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 圖 212 人體坐姿受振模型 （ 1） 1/3 倍頻帶評價(jià)方法 其核心內(nèi)容是，根據(jù)人體對不同頻率、不同方向的機(jī)械振動(dòng)的平均忍受能力（表達(dá)為一定強(qiáng)度下的允許承受時(shí)間或一定承受時(shí)間下的允許忍受程度）制定了三個(gè)評定準(zhǔn)則界限，即： 暴露極限、疲勞 工效降 低界限（ FDT ）、舒適降低 界限 ( CDT )。在此極限內(nèi)，人體對所暴露的振動(dòng)環(huán)境主觀感覺良好，并能順利完成吃、讀、寫等動(dòng)作。當(dāng)駕駛員承受振動(dòng)在此極限內(nèi)時(shí)，能保持正常地進(jìn)行駕駛。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。在這種情況下，標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定分別計(jì)算出各個(gè) 1/3 倍頻程寬帶上的均方根值，然后分別與相應(yīng)的中心頻率上的界限值相比較 。 西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 （ 2） 總的加權(quán)加速度評價(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。 椅面垂直軸向 sZ 的頻率加權(quán)函數(shù) kω 最敏感頻 率范圍規(guī)定為 4～ ，椅面水平軸向 sx 、 sy 的頻率加權(quán)函數(shù) dω 最敏感的頻率范圍為 ～ 2Hz。 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 。這是時(shí)域里確定的吸收功率法。 對于前后反向振動(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 總avP1navii P??? （ 2128） 式中 aviP 是第 i個(gè)方向上的吸收功率。它是汽車平順性評價(jià)的基礎(chǔ)，可以用一個(gè)數(shù)評價(jià)寬頻帶激勵(lì)。 其優(yōu)點(diǎn)在于，靈敏度高 ，并且對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，有利于汽車結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。 例如在下圖 221 中的 A、 B 兩款車型，人體能過承受的時(shí)間均為 4h，由此認(rèn)為 這兩輛車的平順性能相同，顯然 是不合理的。在規(guī)定中的評率，振動(dòng)感覺越強(qiáng)，加權(quán)系數(shù)（敏感性系數(shù)）越大。其缺陷是：積分評價(jià)是建立在 假定人作為一個(gè)整體接受帶寬隨機(jī)過程的基礎(chǔ)上的 這樣就會導(dǎo)致在某窄帶中加速度均方根值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了允許值 ,但在其它頻帶中加速度均方根值較小 ,由于補(bǔ)償作用 ,使總的加權(quán)值不大。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。積分評價(jià)法對振動(dòng)激勵(lì)的頻譜分量的改變靈敏度也 較西南交通大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10頁 低，甚至如果在某一窄帶中的加速度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過許用界限，但在其他頻帶中，加速度值 的降低，這可能就不會影響積分評價(jià)指標(biāo)值。 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)頻率評價(jià)為基礎(chǔ)的指標(biāo)，又應(yīng)包括積分評價(jià)指標(biāo)。 吸收功率評價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)在于：垂直振動(dòng)、縱向振動(dòng)。 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 ,這樣會導(dǎo)致某一方向超過了允許值 ,而其它方向值很低時(shí) ,總的吸收功率不大 。此外 ,它只能對已有車輛作出評價(jià) ,而對產(chǎn)品的開發(fā)預(yù)測及汽車具體結(jié)構(gòu)參數(shù)的改進(jìn)不能提出指導(dǎo)意見。若用沙袋、鐵塊等物代之，其結(jié)果將會很不準(zhǔn)確。由于 ISO2631 標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重客觀評價(jià)，而吸收功率法則偏重主觀評價(jià)，各有優(yōu)缺點(diǎn)。 在 ISO2631 國際標(biāo)準(zhǔn)中， 1/3 倍頻帶評價(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價(jià)指標(biāo)為 wa （加速度加權(quán)均方根值）。前人的試驗(yàn)和研究結(jié)果表明， wa 和 吸收功率 avP 之間保持著相同的變化趨勢。因而 wa 和 avP 的數(shù)學(xué)表達(dá)式也有相似的形式。 Z 軸方向 ? ?/4112 .5 /fWff???? ???? ? ?? ?? ?? ?42????????ffff （ 232） X、 Y 軸方向 ? ????? ffW /21 ? ?? ?802 ?? ??f f