汽車?yán)碚?第六章 汽車的平順性（6.1-6.2）

6.1人體對振動的反響和平順性的評價(jià)人體對振動的反響：機(jī)械振動對人體的影響，取決于振動的頻率、強(qiáng)度、作用方向和持續(xù)時(shí)間，而且每個(gè)人的心理與身體素質(zhì)不同，故對振動的敏感程度有很大差異。一、人體對振動的反響人體對振動的反響垂直方向4～12.5Hz水平方向0.5～2Hz人體最敏感傳至人體的振動加速度人體對水平方向的振動比垂直方向更敏感心理生理思考：公交車和長途客車在設(shè)計(jì)時(shí)對平順性的要求有何不同？客觀因素主觀因素第一節(jié)人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價(jià)持續(xù)時(shí)間強(qiáng)度作用方向頻率1974年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2631：?人體承受全身振動評價(jià)指南?1997年公布了ISO2631－1：?人體承受全身振動評價(jià)—第一局部：一般要求?我國對相應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，公布了GB/T4970—1996?汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法?國際、國內(nèi)與平順性評價(jià)方法相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)第一節(jié)人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價(jià)ISO2631-1：1997(E)?人體承受全身振動評價(jià)——第一局部：一般要求?：此標(biāo)準(zhǔn)對于評價(jià)長時(shí)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(shí)，能與主觀感覺更好地符合。許多國家都參照它進(jìn)行汽車平順性的評價(jià)，我國對相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，公布了GB／T4970—1996?汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法?。座椅支承面處：

3個(gè)方向的線振動

3個(gè)方向的角振動，座倚靠背：

3個(gè)方向的線振動腳支承面：

3個(gè)方向的線振動

共3個(gè)輸入點(diǎn)12個(gè)軸向的振動ISO2631—1：1997(E)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了圖6—2所示的人體坐姿受振模型。1、軸加權(quán)系數(shù)對不同方向振動，人體敏感度不一樣。該標(biāo)準(zhǔn)用軸加權(quán)系數(shù)描述這種敏感度。2、頻率加權(quán)系數(shù)對不同頻率的振動，人體敏感度也不一樣。例如，人體內(nèi)臟在椅面z向振動4-8Hz發(fā)生共振，8-12.5Hz對脊椎影響大。椅面水平振動敏感范圍在0.5-2Hz。標(biāo)準(zhǔn)用頻率加權(quán)函數(shù)w描述這種敏感度。平順性名詞解釋(1)此標(biāo)準(zhǔn)仍認(rèn)為人體對不同頻率振動的敏感程度不同，在圖6—3給出了各軸向0.5-80Hz的頻率加權(quán)函數(shù)(漸進(jìn)線)，又考慮不同輸入點(diǎn)、不同軸向的振動對人體影響的差異，還給出了各軸向振動的軸加權(quán)系數(shù)k。表6-1給出了三個(gè)輸入點(diǎn)12個(gè)軸向，分別選用哪一個(gè)頻率加權(quán)函數(shù)和相應(yīng)軸加權(quán)系數(shù)k，并列出了一輛European小轎車在城市公路上行駛時(shí)，實(shí)測的各軸向加權(quán)加速度均方根值aw，然后算出總的加權(quán)加速度均方根值av。

即人對座椅傳給人體的振動最敏感思考：由軸加權(quán)系數(shù)的不同取值可否確定人體對哪個(gè)點(diǎn)輸入的振動最敏感？第一節(jié)人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價(jià)由各軸向的軸加權(quán)系數(shù)可以看出，椅面輸入點(diǎn)xs、ys、zs三個(gè)線振動的軸加權(quán)系數(shù)k＝l，是12個(gè)軸向中人體最敏感的，其余各軸向的軸加權(quán)系數(shù)均小于0.8。ISO2631—1：1997(E)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定，當(dāng)評價(jià)振動對人體健康的影響時(shí)，就考慮xs、ys、zs這三個(gè)軸向，且xs、ys兩個(gè)水平軸向的軸加權(quán)系數(shù)取k=1.4，比垂直軸向更敏感。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定靠背水平軸向可以由椅面水平軸向代替，此時(shí)軸加權(quán)系數(shù)取k＝1．4。因此，我國在修訂的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB／T4970-1996?汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)力法?時(shí)，評價(jià)汽車平順性就考慮椅面Xs、Ys、Zs三個(gè)軸向。椅面垂直軸向Zs的頻率加權(quán)函數(shù)最敏感頻率范圍標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為4-12.5Hz，在4-8Hz這個(gè)頻率范圍，人的內(nèi)臟器官產(chǎn)生共振，而8-12.5Hz頻率范圍的振動對入的脊椎系統(tǒng)影響很大。椅面水平軸向xs、ys的頻率加權(quán)函數(shù)最敏感頻率范圍為0.5—2Hz，大約在3Hz以下，水平振動比垂直振動更敏感，且汽車車身局部系統(tǒng)在此頻率范圍產(chǎn)生共振，故應(yīng)對水平振動給予充分重視。ISO2631—1：1997(E)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)振動波形峰值系數(shù)＜9時(shí)，用根本的評價(jià)方法——加權(quán)加速度均方根值來評價(jià)振動對入體舒適和健康的影響。根據(jù)測量，各種汽車包括越野汽車，在正常行駛工況下對這一方法均適用。平順性的評價(jià)方法頻率加權(quán)濾波網(wǎng)絡(luò)aw(t)a(t)3、均方根值a(t)是測試的加速度時(shí)間信號。4、加權(quán)均方根值aw(t)是通過頻率加權(quán)函數(shù)濾波網(wǎng)絡(luò)后得到的加速度時(shí)間信號。頻率加權(quán)函數(shù)見p172。平順性名詞解釋(2)第一節(jié)人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價(jià)頻率加權(quán)濾波網(wǎng)絡(luò)aw(t)

a(t)

(一)、根本的評價(jià)方法：用根本的評價(jià)方法來評價(jià)時(shí)，先計(jì)算各軸向加權(quán)加速度均方根值。具體有兩種計(jì)算方法：1)濾波網(wǎng)絡(luò)法:對記錄的加速度時(shí)間歷程a(t)，通過相應(yīng)頻率加權(quán)函數(shù)w(f)的濾波網(wǎng)絡(luò)得到加權(quán)加速度時(shí)間歷程aw(t)．按下式計(jì)算加權(quán)加速度均方根值：式中，T為振動的分析時(shí)間，一般取120s?！?〕計(jì)算各軸向加權(quán)加速度均方根值aw各軸向的頻率加權(quán)函數(shù)〔漸近線〕頻率加權(quán)函數(shù)第一節(jié)人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價(jià)2)頻譜分析法:

對記錄的加速度時(shí)間歷程a(t)進(jìn)行頻譜分析得到功率譜密度函數(shù)Ga(f)，按下式計(jì)算：(2)當(dāng)同時(shí)考慮Xs、Ys、Zs椅面這三個(gè)軸向振動時(shí)，三個(gè)軸向的總加權(quán)加速度均方根值，按下式計(jì)算：(3)有些“人體振動測量儀〞采用加權(quán)振級，它與加權(quán)加速度均方根值換算，按下式進(jìn)行：a0為參考加速度均方根值，表6—2給出了加權(quán)振級和加權(quán)加速度均方根值與人的主觀感覺之間的關(guān)系〔4〕評價(jià)方法Law和aw與人的主觀感覺之間的關(guān)系加權(quán)加速度均方根值aw加權(quán)振級Law人的主觀感覺<0.315110沒有不舒適0.315～0.63110～116有一些不舒適0.5～1.0114～120相當(dāng)不舒適0.8～1.6118～124不舒適1.25～2.5112～128很不舒適>2.0126極不舒適第一節(jié)人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價(jià)位置坐標(biāo)軸名稱頻率加權(quán)函數(shù)軸加權(quán)系數(shù)k加權(quán)加速度均方根值峰值系數(shù)座椅支承面wd1.000.0805.0wd1.000.1144.7wk1.000.4075.5we0.630.1064.9we0.400.0855.0we0.200.0114.5頻率加權(quán)函數(shù)和軸加權(quán)系數(shù)European轎車上振動測量結(jié)果第一節(jié)人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價(jià)位置坐標(biāo)軸名稱頻率加權(quán)函數(shù)軸加權(quán)系數(shù)k加權(quán)加速度均方根值峰值系數(shù)靠背0.800.2124.3wd0.500.0874.4wd0.400.1404.9wk0.250.0905.4腳wk0.250.0935.1wk0.400.3196.20.628第一節(jié)人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價(jià)頻率加權(quán)函數(shù)和軸加權(quán)系數(shù)European轎車上振動測量結(jié)果2.輔助評價(jià)法當(dāng)峰值系數(shù)>9時(shí)，ISO2631-1：1997〔E〕標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用加權(quán)加速度4次方根值評價(jià)。它能更好地估計(jì)偶爾遇到過大的脈沖引起的頂峰值系數(shù)振動對人體的影響。此時(shí)采用輔助評價(jià)方法——振動劑量值。第一節(jié)人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價(jià)27第六章汽車的平順性

本節(jié)將介紹路面空間頻率的功率譜密度，路面等級，時(shí)間頻率的功率譜密度，路面對四輪汽車輸入的功率譜密度等。第二節(jié)

路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性返回目錄28一、路面不平度的功率譜密度1.路面不平度函數(shù)路面相對基準(zhǔn)平面的高度q，沿道路走向長度I的變化q〔I〕稱為路面不平度函數(shù)。用水準(zhǔn)儀或路面計(jì)可以得到路面不平度函數(shù)。第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性292.路面不平度的功率譜密度

1〕的擬合公式n—空間頻率〔m-1〕，表示每米長度包括幾個(gè)波長；

—

參考空間頻率下的路面功率譜密度，也稱路面不平度系數(shù)；n0—參考空間頻率，n0=0.1m-1；W—頻率指數(shù)?！搽p對數(shù)坐標(biāo)上斜線的斜率〕,它決定路面譜的頻率結(jié)構(gòu)，一般W=2.第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性30路面等級Gq(n0)/(10-6m3)（n0=0.1m-1）σq

/(10-3m)0.011m-1<n<2.83m-1

幾何平均值幾何平均值A(chǔ)163.81B647.61C25615.23D102430.45E409660.90F16384121.80G65536243.61H262144487.222〕路面不平度8級分類標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性31路面不平度分級圖第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性323〕速度功率譜密度和加速度功率譜密度速度功率譜密度加速度功率譜密度當(dāng)W=2時(shí)與n無關(guān)——“白噪聲〞第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性33二、空間頻率功率譜密度

化為時(shí)間頻率功率譜密度

當(dāng)空間頻率n或帶寬Δn

一定時(shí)，時(shí)間頻率f

與帶寬Δf隨車速成正比變化。第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性車速34將代入單位頻帶內(nèi)的“功率〞〔均方值〕即為功率譜密度?？臻g頻率的功率譜密度—路面功率譜密度在頻帶Δn內(nèi)包含的“功率〞。第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性35空間頻率和時(shí)間頻率譜密度的關(guān)系時(shí)間頻率譜密度Gq(f)空間頻率譜密度Gq(n)第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性nfu=1/2u=1u=2112Gq(f)Δn速度u不同時(shí)，空間頻率與時(shí)間頻率的關(guān)系36第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性37uGq(n0)第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性

對上式的等式兩邊取對數(shù)后作圖，得到位移功率譜密度。38uGq(n0)第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性

對上式的等式兩邊取對數(shù)后作圖，得到速度功率譜密度。39uGq(n0)第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性

對上式的等式兩邊取對數(shù)后作圖，得到加速度功率譜密度。40三、路面對四輪汽車輸入的功率譜密度第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性41汽車有四個(gè)輸入的振動傳遞時(shí)，要掌握四個(gè)車輪輸入的自譜和四個(gè)車輪彼此間的互譜，共16個(gè)譜量2，3，4〕，其中12個(gè)譜量兩兩共軛。四個(gè)車輪不平度函數(shù)的傅里葉變換為第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性42左、右輪跡間的互譜可以表示