第6章 汽车舒适性

2.悬架阻尼 悬架系统的阻尼主要来自减振器、钢板弹簧叶 片之间的摩擦以及轮胎变形时橡胶分子间的摩 擦。其作用是使车身的震动迅速衰减，减小传 递给乘员和货物的震动加速度，缩短震动时间， 改善行驶平顺性，还能改善车轮与道路的接触 状况，防止车轮跳离地面，提高操纵稳定性。 在使用中，应防止减振器失效及弹簧片生锈锁 住，影响行驶平顺性。
图6.3 人体坐姿受振模型
图6.4 各轴向频率加权函数（渐进线）
此标准认为人体对不 同频率振动的敏感程 度不同，在图6.4上给 出了各轴向0.5~80Hz 的频率加权函数（渐 进线），又考虑不同 输入点、不同轴向的 振动对人体影响的差 异，还给出了各轴向 振动的轴加权系数k。
图6.4 各轴向频率加权函数（渐进线）
2 2


2
式中， a x ——为前后方向（轴方向）加权加速度均方根值； a y ——为左右方向（轴方向）加权加速度均方根值； a z ——为前后方向（轴方向）加权加速度均方根值。
3.加权振级与加权加速度均方根值的换算
目前在具体测量时，有些“人体振动测量仪”采用加 L a 权振级 ，加权振级表明振动的量级，可以理解为用 分贝值表示的加权加速度均方根值。它与加权加速度 a 均方根值 的换算按下式进行
行驶平顺性问题可以用下图方框图来分析
图6.1 汽车震动系统方框图
上述诸多“信号”不断地“输入”行驶中的汽车，而汽车 又可以看作是由轮胎、悬架、座垫等弹性、阻尼元件和悬 架质量及非悬架质量构成的“震动系统”。各种“输入” 信号沿不同的路径传至乘员人体，其主要传递路径如图6.2 所示。
图6.2 汽车行驶震动传递路径不意图
1 80 2 a ( f )Ga ( f )df T 0.5
1 2
2.总加权加速度均方根值 a 0 当同时考虑椅面 xs、y s、z s 这三个轴向振动 时，三个轴向的总加权加速度均方根值按下 式计算 1
a 0 1.4a x 1.4a y a z2
加权加速度均方根值 2） <0.315 0.315~0.63 1.5~1.0 0.8~1.6 1.25~2.5 >2.0
a s /（m·-
加权振级 110
L a /dB
人的主观感觉 没有不舒适 有一些不舒适 相当不舒适 不舒适 很平舒适 极不舒适
110~116 114~120 118~124 112~128 126
第6章
汽车舒适性
定义:汽车舒适性是指为乘员提供舒适、愉快的乘坐环境 和方便安全的操作条件的性能。 包括：汽车平顺性、汽车空气调节性能、汽车乘坐环境 及驾驶操作性能等。 汽车平顺性就是保持汽车在行驶过程中乘员所处的震动 环境具有一定舒适度的性能。 汽车空气调节性能是指对车内空气的温度、湿度、粉尘 浓度实现控制调节，使车室内空气经常保持使乘员舒适 状态的性能。 汽车乘坐环境及驾驶操作性能是指乘坐空间大小、座椅 及操纵件的布置、车内装饰、仪表信号设备的易辨认性 等。
1.单轴向加权加速度无度方根 a w
用基本的评价方法来评价时，先计算各轴向加权加速度均方 根值。 具体计算方法如下： 1）对记录的加速度时间历程a(t)，通过相应频率加权函 数w(t)的滤波网络得到加权加速度时间历程 a (t ) ，按下式 计算加权加速度均方根值: 1 a a (t ) dt T
座椅支承面
xs ys zs rx ry rz xb xb xb xf xf xf
靠背
脚
以前，有关标准及文章对人体的评价，用疲劳——降低工效 界限，降低舒适界限以及加权加速度均方根值等指标对货车 车厢振动的评价，用加速度均方根值和加速度功率谱密度函 数。ISO2631-1∶1997（E）标准规定，当振动波形峰值系 数<9（峰值系数是加权加速度时间历程的峰值与加权加速度 均方根值的比值）时，用基本的评价方法——加权加速度均 方根值来评价振动对人体舒适和健康的影响。根据测量，这 一方法对各种汽车在正常行驶工况下均适用。
T

0

2
1 2
式中，T为振动的分析时间，一般取120s。
频率加权函数w(t) （渐进线）可用以下公式表示， 式中频率f的单位为Hz
0.5 f /4 k ( f ) 1 12.5 / f
(0.5 f 2) (2 f 4) (4 f 12.5) (12.5 f 80)
f0
f1
1 2 T
1 1 ' 2 T
由车身和车轮部分的衰减率
按下式求出阻尼比 、

1 4 2 1 2 ln
'
A1 A2 、 ' A'1 A' 2
'
1 4 2 1 2 ' ln
（3）汽车震动系统的频率响应函数的测定
在实际随机输入的路面上或在电液震动台上，给车轮 0.5~30Hz范围的震动输入，记录车轴、车身、座垫上各 测点的震动响应；然后由数据统计分析仪处理，按车轴/ 输入、车身/车轴、坐垫/车身可相应得到车轮、悬架、座 垫各环节的频率响应函数。其幅频特性的峰值所在频率 即为各环节的固有频率，峰值幅值可用于近似求出各环 节的阻尼比

1 2 A2 1
（4）实际路面随机输入行驶试验
此项试验是评定汽车平顺性的最主要试验。按照 GB/T4970—1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》 进行。 各种车辆因工作条件不相同、试验要求的路况、车速、传 感器安装位置等也有所不同。 平顺性随机输入试验主要以总加权加速度均方根值 a wo 来评 价。根据试验中记录的震动加速度时间历程，通过数据处 理设备得到加速度功率谱密度，并可计算各1/3倍频程带 宽中心频率 f ci 的加速度均方根 i ，进而可求得 a w 。这些 评价指标随车速的变化曲线称为“车速特性”，可用于整 个使用车速范围内全面地评价汽车平顺性。
4.座椅 座椅的布置对平顺性有较大的影响。接近车身中部 的座位振幅较小，前、后两端的座位振幅较大，在 相同频率下乘员感受到的震动加速度就不一致，所 以轿车的座位均布置在前后轴轴距之内。载货汽车 和公共汽车，为了减少水平前后方向的振幅，座位 在高度方向上应尽量缩小与重心间的距离。 座垫也有一定减振作用。座垫的刚度和阻尼要作适 当选择，以使人一座椅系统的固有频率避开人体最 敏感的4~8Hz范围，同时应使阻尼系数达到0.2以 上。
La 20Lg (a / a0 )
a 式中， 0 为参考加速度均方根值，10-6m· La 为 s-2； 加权振级，dB。
ISO2631—1∶1997（E）标准给出了在1~80Hz振动频 率范围内人体对振动的主观感觉（表6.2）；由以上计 算得到的加权加速度均方根值与表6.2比较，可得知人 的主观感觉程度，即可评价汽车的平顺性优劣。
1 c ( f ) 8 / f
(0.5 f 8) (8 f 80)
1 d ( f ) 2 / f
(0.5 f 2) (2 f 80)
1 e ( f ) 1 / f
(0.5 f 1) (1 f 80)
2）对记录的加速度时间历程a(t)进行频谱分析 得到功率谱密度函数 Ga ( f ) ，按下式计算
1.平顺性试验的主要内容 （1）汽车悬挂系统的刚度、阻尼和惯性参数的测定 通过测定轮胎、悬架、座垫的弹性特性（载荷与变形的关 系曲线），可以求出在规定载荷下轮胎、悬架、座垫的刚 度。由加、卸载曲线包围的面积，可以确定这些元件的阻 尼。另外，还要测量悬挂（车身）质量、非悬挂（车轮） 质量、车身质量分配系数等。
作为系统的“输出”，是人体或货物受到的震动，其中最重要 的是震动的频率和震动加速度。任何一个“震动系统”均有一 个“固有频率”，当外界激振频率接近或等于“固有频率”时， 将出现“共振”现象，产生剧烈的震动，这既要影响汽车的操 纵稳定性，也要影响行驶平顺性。 人体是一个复杂的机械震动系统，人体对震动的反应既与震动 频率及强度、震动作用方向和暴露时间有关，也与乘员的心理、 生理状态有关。 通过大量的震动试验表明，人体对不同方向的震动存在差异， 对上下震动忍耐性最强，其次是前后震动，对左右震动最敏感。 人体上下震动的共振点大约在4Hz~8Hz，水平震动的共振点大 约在1Hz~2Hz。如果在共振点上加振，人的抗振能力会严重下 降，氧气消耗量剧增，能量代谢加快。 研究汽车行驶平顺性实际上要解决两方面的问题：一是如何避 免汽车这个“震动系统”的“共振”现象；二是使“震动系统” 输出的震动频率避开人体敏感的范围，震动加速度不超过人体 所能承受的强度。
表6.1给出了三个输入点12个轴向，分别选用哪 一个频率加权函数和相应的轴加权系数k。
轴加权系数k 1.00 1.00 1.00 0.63 0.40 0.20 0.80 0.50 0.40 0.25 0.25 0.40
位置
坐标轴名称
频率加权函数 ωd ωd ωk ωe ωe ωe ωc ωd ωd ωk ωk ωk
6.1.2
行驶平顺性的评价
目前对行驶平顺性的评价仍是以人的主观感觉为最终 依据，它既要受震动环境特点的影响，又要受人的心 理、生理因素的影响，所以这种评价和衡量是非常困 难和复杂的。 1997年分布了ISO2631-1《人体承受全身震动评 价——第一部分：一般要求》。ISO2631-1∶1997 （E）标准规定了人体坐姿受振模型（图6.3）。模 型表明在进行舒适性评价时，它除了考虑座椅支承 面处输入点3个方向的线振动，还考虑该点3个方向 的角振动（ x、 y、 z ）以及座椅靠背和脚支承面两 个输入点各3个方向的线振动；共3个输入点12个轴 向的振动。
（5）汽车驶过凸块或凹坑脉冲输入行驶试验
汽车行驶时偶尔会遇到凸块或凹坑，其冲击会影响汽 车平顺性，严重时会损害人体健康，破坏运载的货物。 此项试验按GB/ 4970—1996《汽车平顺性单脉冲输入 行驶试验方法》进行，汽车以一定车速驶过规定尺寸 的三角形凸块得到脉冲输入。评价指标用坐垫上和地 板上加速度最大值或加权加速度最大值。