汽车行驶平顺性试验小论文

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1、专业：车辆工程汽车行驶平顺性试验姓名：XXX指导教师：XXX2013/6/12第1章 绪论在全球经济高速发展的今天，汽车已经成为人们日常生活中不可或缺的交通 工具。随着人们生活水平的提高和汽车工业的迅速发展，汽车在行驶过程中的操 纵性能和乘坐舒适性已越来越受到人们的重视。为了满足人们对汽车性能日益苛 刻的要求，优异的操纵稳定性和平顺性已经成为各汽车制造者共同追求的目标。 本文主要研究目前国内外汽车平顺性的主要评价方法。1.1本课题研究的现状汽车的平顺性主要是将汽车在行驶过程中产生的振动和冲击对乘员舒适性 的影响保持在一定界限之内，因此平顺性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价, 对于载货汽车还包

2、括保持货物完好的性能。汽车行驶时，汽车的振动主要由路面 不平度、发动机、传动系以及车轮等旋转部件引起。通常情况下，路面不平度 是汽车振动的基本输入，本课题主要讨论由路面不平度引起的汽车振动问题。汽车的平顺性可由图(1.1)所示的“路面汽车一人”系统的框图来分析。 路面不度和车速形成了汽车振动系统的“输入”，此“输入”经过轮胎、悬架和 坐挚等弹性元件、阻尼元件和悬挂、非悬挂质量构成的振动系统的传递，得到振 动系统的“输出”是悬挂质量或进一步经座椅传至人体的加速度，此加速度通过 人体对振动的反应舒适性来评价汽车的平顺性。1 2 汽车行驶平顺性的国内外研究概况汽车的行驶平顺性研究已有几十年的历史，许

3、许多多的专家学者为此付出了大量的努力，取得了很大进展。目前，汽车平顺性研究的主要方法可分为试验方 法与理论方法如图(1. 2)所示。lfllJ汽丰屮啊研覽方法Figar 12rnniada tn ride (Wott试验方法包括室外道路试验、试验场试验和室内模拟试验，而理论研究是力 求建立能完全反映客观实际的动力学仿真模型，通过计算得到振动的基本规律， 求解出行驶平顺性分析所需要的振动响应量，并将其进行数据处理，与相应的行 驶平顺性评价指标相比较，从而预测和分析汽车行驶平顺性。与试验相比，理论 研究不受试验条件的限制，在缩短研究周期，节约研究开发费用，指导产品的优 化设计和预测新产品的性能等方

4、面具有明显的优势，各国的工程技术人员在理论 方法方面做了大量的研究。131 汽车行驶平顺性评价方法研究评价汽车平顺性的优劣，离不开评价方法。汽车行驶平顺性的评价方法，通常根据人体 对振动的生理反应及对保持货物完整性的影响制订，并用振动的物理量，如频率、振幅、加 速度、加速度变化率等作为行驶平顺性的评价指标。31。国际标准化组织在综合大量有关人 体全身振动的研究工作和文献资料的基础上，颁布出国际标准IS02631人承受振动的评价 指南，它所使用的 13 倍频带评价方法、总加权值评价方法等被普遍采用，国际标准化组 织也在不断地进行修改和完善评价标准。我国等效地采用IS02631,制定了相应的国家标

5、准， 如GB/T13442人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价标准，GB4970汽车平顺性 随机输入行驶试验方法等。由于平顺性评价涉及到人的感觉，而人的感觉又是一个主观因 素，所以评价起来就非常复杂。根据优化准则和目标函数选择不同，总结出不同的评价方法 和准则，其中较有影响的是Dieckman的K系数法，Janeway准则，但是这两种评价方法的 试验是以振动台上的正弦振动作为输入，与实际路面输入相差较大，因而难以用它们较为真 实地评价承受随机振动的汽车行驶平顺性；Pradko和Lee提出的吸收功率法，“吸收功率” 为一数量值，输入给人体各方向的吸收功率可以直接相加；Griffin教授的“总体

6、乘坐值法” (1986)，该法较为全面，适用场合较广：日本国营铁道推荐的“乘坐舒适性系数法”；美国 宇航局莱利研究中心提出的“单一不舒适性指数法”等。1. 3. 2路面不平度统计特性的研究汽车的主要激励来自于路面，路谱的研究是进行汽车平顺性研究的重要基础工作。国内目 前采用的是国际标准协会在文件Is0 / TCl08 / Sc2N67中提出的“路面不平度表示方法草案” 和长春汽车研究所起草制定的“车辆振动输入一地面平度表示方法”两个标准，均以用幕函 数形式表示的路面功率谱密度来描述路面特性。这两个标准可以反映实际路面的一般状况, 但有待进一步完善。在路面特性方面开展的研究主要有：提出了多种比较

7、接近真实路面的道 路谱表示方法，特别是各种不同路面对四轮汽车输入谱矩阵；按路面不平度谱特性建设试验 道路，目前我国利用计算机模拟方法已设计和建造了海南、襄樊等道路试验场，长春汽车研 究所还研制成功具有国际先进水平的双迹真实路形计。第 2 章 汽车行驶平顺性随机输入试验4.1 试验方法合理的汽车平顺性试验方法对汽车平顺性评价结果的准确性也是至关重要 的。为了能得到理想的结果，就需要对试验方法进行合理的规划和设计。为了规范汽车平顺性试验方法，我国曾公布了 GB4970-85汽车平顺性随机 输入行驶试验方法。随着，汽车平顺性评价方法及其指标的进一步研究和完善， 国家对此试验方法也进行了相应的修订工作

8、，并公布了 GB/T4970-1996汽车平 顺性随机输入在GB/T4970-1996中，对试验中的各个方面的影响因素都对出 了详细的规范。（1）试验条件国标GB/T4970-1996对汽车平顺性随机输入试验条件的做了很细致的规划。 在道路的选择上，国标中给出了两种道路情况：A. 沥青路，其路面等级符合GB 7031规定的B级路面；B. 砂石路，其路面等级符合GB 7031规定的C级路面；砂石路为越野车、矿用自卸车优选路面，沥青路为其余类型汽车优选路面。在国 标中对于各种车型都只选择了一种路面，显然是不足于反映汽车实际行驶路况。 在前一章中，已经详细的分析了路面对汽车平顺性的影响。因此在试验中

9、对路面 的选择应该跟尽量反映出汽车实际行驶路面。目前我国的道路情况一直在进行大 力的改善和建设，B级甚至A级的路面不断增加。但是当前实际的道路情况仍 然不是十分的乐观。但就成都来说，虽然路况良好沥青路不断地增加，但是仍然 还存在相当数量的水泥路面。对于长途运输的车辆来说，路面情况就更加得不到 保障了。所以，在做平顺性试验时，应该充分考虑到不同路面情况。本文在此给 出以下三种道路情况：A. 沥青路、水泥路，其路面等级符合GB 7031规定的B级路面；B. 沥青路、水泥路，其路面等级符合 GB 7031 规定的 C 级路面；C. 砂石路、土路，其路面等级符合GB 7031规定的C级路面； 在进行汽

10、车平顺性的行驶试验时，参考各车型实际的行驶路况统计数据，选择上 述三种道路。具体的方法参照第三章中 3.5节的分析。在平顺性试验中，试验车速至少有包括大于常用车速、小于常用车速以及常 用车速在内的三种车速。试验时，应使用常用档位。国标 GB/T4970-1996 中规 定按照不同的路况、不同的车型选择不同的车速段。对于沥青路面：A. 轿车：40, 50, 60, 70, 80, 90, 100km/h,常用车速为 70km/h；B. 其它类型汽车：40, 50, 60, 70, 80 km/h,常用车速60km/h。 对于砂石路：A. 轿车：40, 50, 60, 70 km/h,常用车速为

11、60km/h；B. 其它类型汽车：30, 40, 50, 60 km/h,常用车速50km/h。 除此之外,为了保证试验结果的准确性,国标要求车速偏差在试验车速的4% 之内。(2) 试验仪器平顺性测试用仪器系统应包括有加速度传感器、放大器、磁带记录仪或数据 处理器。其中，磁带记录仪的信噪比应优于40dB。测试系统的性能应可靠，测 人-椅系统的频响为0.1100Hz，测货厢的频响为0.3500Hz。随着科技的进步，制造工艺的提高，各实验仪器的精度和可靠度都得到了很 大的提高。更加方便我们得到准确的试验数据和结果。(3) 实验方法A. 加速度传感器安装在下述测试位置：a. 轿车：左侧前排和后排座椅

12、上；b. 客车：驾驶员座椅、左侧后轴上方座椅和最后排座椅上；c. 其它类型汽车：驾驶员座椅上，车厢底板中心及距车厢边板、车厢后 板各300 mm处。安装在座椅上的加速度传感器应能测三个方向的振动，以测量垂直振动(即Z 轴向的直线振动)、横向振动(即左右方向Y轴向和前后方向X轴向的直线振 动)的加速度时间历程。传感器应与人体紧密接触，并且在人体与座椅间放入一 安装传感器的垫盘，其底盘推荐采用如下图(4-1-1)所示的结构型式。B. 试验时，汽车在稳速段内要稳住车速，然后以规定的车速匀速驶过试验路段。 在进入试验路段时启动测试仪器以测量各测试部位的加速度时间历程，同时测量 通过试验路段的时间以计算

13、平均车速。C. 样本记录长度不短于 3min。(4) 数据处理的要求A. 对人-椅系统采用下列参数：a. 截断频率f=100 Hz；cb. 采样时间间隔At=0.005 s；c. 分辨带宽Af和独立样本个数q: Af =0.1953 Hz, q25；d.使用窗函数。汽车行驶平顺性能主要决定于道路条件、车速和车辆隔振系统三个方面的因 素。随着车速的提高，对路面条件提出了更高的要求。但是更重要的还是车辆的 隔振系统的改进，这是近代汽车设计中非常重视的一个问题。悬架结构、座椅系 统、轮胎、悬挂质量和非悬挂质量是影响汽车平顺性的重要因素。（1）悬架系统汽车是一个复杂的多质量系统，每个质量都存在着垂直、

14、纵向和横向三个坐 标轴方向的线振动以及绕三个坐标轴的角振动。对平顺性影响最大的主要是车体 的垂直振动和纵向角振动（俯仰振动）。悬架的刚度和阻尼以及前后悬架偏频的 匹配，对上述两个振动分量起决定性的作用。悬架刚度过低，将易发生制动点头， 加速时汽车后仰。此外，过软的钢板弹簧静绕度较大，这将给钢板弹簧设计和总 体布置造成困难。弹簧太软，在坏路上行驶时，如果限位行程不足，容易造成频 繁地撞击限位块，使汽车平顺性反而更加恶化。悬架刚度k决定悬架系统的固有频率f （f = /2兀），对平顺性影响最大。n n n降低固有频率f可以明显减小车身加速度，这事改善平顺性的一个基本措施。n但是随着f降低，动挠度8

15、增大，限位行程8 也就必须与固有频率f成反比nddn地相应增大，而8 受结构布置限制不能太大，所以降低f是有限度。表4-2-1dn是目前大多数汽车悬架系统的固有频率f、静挠度8和限位行程8 的实用范围。nsd表4-2-1悬架系统f、8 8 的实用范围nsd车型*fH (Hz)申g (cmj 沪乞-(cm)沪轿车申1. 2-1. 115 3i 1货车*2- 1.56- C大客车心1. 8-1.加了15*越野车22137-13轿车舒适性要求很高，而行驶的路面相对货车和越野车较好，悬架动挠度8d 引起的撞击限位的概率很小，故其车身部分固有频率f选择得比较低，以减少 n 车身加速度，一般式在11.5H

16、z范围。反之，货车的越野车行驶的路面较差， 为减少撞击限位的概率，车身固有频率f较高，一般选择在1.52Hz范围。nF前后悬架系统刚度的匹配对汽车平顺性也有较大影响。一般希望前、后悬架 系统的固有频率接近相等，这可以通过选择前、后悬架刚度使k/k沁b/a来实1 2现。为了减少小车身纵向角振动，一般将前悬架的固有频率选得略低于后悬架的 固有频率。悬架系统的弹性特性指悬架变形与所受载荷之间对应关系，分为线性与分线 性两种。具有线性弹性特性的悬架刚度 k 为常数。车身振动固有频率 f 随装载 n 质量多少而改变，尤其是后悬架装载质量变化较大的货车和大客车。这种变化使 汽车空载或部分载荷时前、后悬架振

17、动固有频率过高或失配，导致车身猛烈颠簸， 平顺性变差。为此，可采用具有非线性弹性特性的悬架，即悬架的刚度k可随载 荷的改变而变化，以保持汽车各种载荷情况下， f 基本不变或变化不大，从而n达到改善平顺性的目的。这种悬架也称为变刚度悬架。(2) 座椅系统车身地板的振动是通过坐垫传到人体的。因此座椅的机械振动特性对平顺性 有很大的影响，是不可忽视的因素。如果只有性能良好的悬架，而减振性能较差， 则悬架性能的优势得不到发挥。由于人体质量远比车身质量小，因此可以不考虑人体运动对车身运动的反馈 影响，这样就可以把“座椅-人体”系统看作是单质量系统。人体对振动最敏感的频率是48Hz，因此为了改善汽车平顺性

18、，使传至人 体的振动比较小，在选择“人体座椅”系统参数时，首先要保证人体垂直方向最 敏感的频率范围48Hz处于减振区，按“人体-座椅”构成单质量系统来考虑， 其固有频率f 4x212沁3Hz。在选择固有频率f时，还要避开与车身固有频率 hhf重合，防止传至人体的振动加速度谱出现突出的尖峰对平顺性不利。f 一般nn在1.22Hz之间，于是f 一般可选在3Hz左右。“人体-座椅”系统的阻尼比ghh一般达到0.2以上才能有较好的减振效果。顺便指出，若考虑人体自身的减振效 果，研究成果表明，f值可以选得高一些，达到56Hz，在适当g配合下，仍 hh可保证48Hz处于减振区。(3) 轮胎系统轮胎对行驶平

19、顺性的影响取决于轮胎的径向刚度，轮胎的展平能力以及轮胎 内摩擦所引起的阻尼作用。减少轮胎径向刚度，可使悬架换算刚度减小10% 15%。当汽车行驶于不平道路时，由于轮胎的弹性作用，轮胎位移曲线较道路断 面轮廓要圆滑平整，其长度较道路坎坷不平处的实际长度大，而曲线的高度则较 道路不平的实际高度小，即所谓的轮胎展平能力。它可使汽车在高频的共振振动 减小。由于轮胎内摩擦所引起的阻尼作用，对于轿车轮胎的相对阻尼系数 可达 0.05 0.106。为了提高汽车行驶平顺性，轮胎径向刚度应尽可能减小。在采用足够软的悬 架的情况下，在相当大的行驶速度范围内，低频共振的可能性完全可以消除。但 轮胎刚度过低，会增加车

20、轮的侧向偏离，影响稳定性，同时，还使滚动阻力增加， 轮胎寿命降低。轮胎由于本身的弹性在很大程度上吸收了因路面不平所产生的振动，因此它 和悬架共同保证了汽车的平顺性。近年来随着车速的提高，希望轮胎的缓冲性能 越来越好。提高轮胎缓冲性能的方法有：(a) 增大轮胎断面、轮辋宽度和空气容量，并相应降低轮胎气压。(b) 改变轮胎结构型式，如采用子午线轮胎，它因胎体的径向弹性大，可 以缓和不平路面的冲击并吸收大部分冲击能量，使平顺性得到改善。(c) 提高帘线和橡胶的弹性，采用较柔软的胎冠。车轮旋转质量的不平衡会引起汽车振动，影响平顺性和行驶稳定性，这在高 速时尤为突出，所以必须对每一车轮(含装好的轮胎)进

21、行静平衡和动平衡，以 保证高速行驶时的舒适性。(4) 非悬挂质量非悬挂质量的振动对悬挂质量振动加速度有较明显的影响，减小非悬挂质量, 可以减小传给悬挂质量的冲击力。因此，提高悬挂质量与非悬挂质量的比值，有 利于改善汽车的平顺性。另外，悬挂质量的布置应尽量使悬挂质量分配系数1。 以减小前、后悬挂质量振动的联系。4.3本章小结本章主要分析了国标GB/T4970-1996汽车平顺性随机输入试验方法中对 汽车平顺性主要的影响因素的规定，以及简单分析了汽车本身的一些结构参数对 汽车平顺性能的影响。参考文献1 余志生. 汽车理论（第4版）. 北京：机械工业出版社，2006.52 陈家瑞. 汽车构造（第五版）. 北京：人民交通出版社，2005.93 万里翔，许明恒. 汽车行驶平顺性评价方法的研究. 西南交通大学学报， 2001，36（1）4 高树新. 汽车行驶平顺性评价方法述评. 汽车技术，1995，（12）5中华人民共和国国家标准.汽车平顺性随机输入行驶试验方法.GB/T4970-1996