汽车理论-人体对振动的反应和平顺性的评价
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第16讲第六章1人体对振动的反应和平顺性的评价2路面不平度的统计特性3汽车振动系统的简化单质量系统的振动
将m取隔离体进行受力分析。
设m沿z轴方向移动了位移z。
有一对平衡力：mg和kλs，由于当m在任意位置时它们都平衡，所以在分析时可以不予考虑。
则只存在物体受到弹簧的拉力（弹性恢复力），其方向与位移方向相反，始终指向平衡位置。即：
Fs= -kz这里，Fs与位移方向相同。
设此时m的加速度为，根据牛顿力学定律可得运动微分方程：
n是空间频率，即为波长的倒数，表示每米波长中有几个波长。它与时间频率的关系为：f = u n
路面的空间频率谱密度Gq(n)也可以换算成时间频率谱密度Gq(f)：Gq(f) = Gq(n)/u
响应（输出）--振动系统在激励作用下产生的运动（位移、速度、加速度等）。
§6-3汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
微分方程的解与时间有关，要想求出特解，必须给出初始条件。设当t=0时，初位移为z0，初速度为0，将初始条件代入通解：
z0= A.sinφ
0= A.cosφ
联立可以解出：
振幅A =
初相位φ= arctg
讨论：
1.振幅、初相位与初始条件有关。而固有圆频率ω0和固有频率f及周期T只与系统的结构有关。
2.由于振动位置按正弦规律变化，因此，单自由度系统的自由振动为简谐振动。
（一）ISO2631国际标准《人承受全身振动的评价指南》用加速度的均方根值给出了在1～80Hz振动频率范围内人体对振动反应的三个不同界限：
1、暴露极限：人体承受的振动强度低于此值，将能保持健康和安全。
2、疲劳-工效降低界限：振动强度在此界限之内，驾驶员能准确灵敏地反应，正常地进行驾驶。
3、舒适降低界限：振动强度低于此值，乘员能在车上顺利进行吃、读、写等动作。
第16讲2学时
教学目的及要求：
设m沿z轴方向移动了位移z。
有一对平衡力：mg和kλs，由于当m在任意位置时它们都平衡，所以在分析时可以不予考虑。
则只存在物体受到弹簧的拉力（弹性恢复力），其方向与位移方向相反，始终指向平衡位置。即：
Fs= -kz这里，Fs与位移方向相同。
设此时m的加速度为，根据牛顿力学定律可得运动微分方程：
n是空间频率，即为波长的倒数，表示每米波长中有几个波长。它与时间频率的关系为：f = u n
路面的空间频率谱密度Gq(n)也可以换算成时间频率谱密度Gq(f)：Gq(f) = Gq(n)/u
响应（输出）--振动系统在激励作用下产生的运动（位移、速度、加速度等）。
§6-3汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
微分方程的解与时间有关，要想求出特解，必须给出初始条件。设当t=0时，初位移为z0，初速度为0，将初始条件代入通解：
z0= A.sinφ
0= A.cosφ
联立可以解出：
振幅A =
初相位φ= arctg
讨论：
1.振幅、初相位与初始条件有关。而固有圆频率ω0和固有频率f及周期T只与系统的结构有关。
2.由于振动位置按正弦规律变化，因此，单自由度系统的自由振动为简谐振动。
（一）ISO2631国际标准《人承受全身振动的评价指南》用加速度的均方根值给出了在1～80Hz振动频率范围内人体对振动反应的三个不同界限：
1、暴露极限：人体承受的振动强度低于此值，将能保持健康和安全。
2、疲劳-工效降低界限：振动强度在此界限之内，驾驶员能准确灵敏地反应，正常地进行驾驶。
3、舒适降低界限：振动强度低于此值，乘员能在车上顺利进行吃、读、写等动作。
第16讲2学时
教学目的及要求：
《汽车理论》第六章 汽车的平顺性
aw
1 T
T 0
aw2 (t)dt
aw(t)是通过频率加权函数滤波网络后得到的加速 度时间信号。
频率加权
a(t)
滤波网络
aw(t)
平顺性评价方法
1. 按加速度加权均方根值评价。样本时间T一 般取120s。
2. 同时考虑3个方向 3轴向xs、ys、zs振动的 总加权加速度均方根值为：
av
(1.4axw )2
2. 频率加权系数 对不同频率的振动，人体敏感度也不一样。例如，人
体内脏在椅面z向振动4-8Hz发生共振，8-12.5Hz对脊椎影 响大。椅面水平振动敏感范围在0.5-2Hz。标准用频率加权 函数w描述这种敏感度。
平顺性名词解释(2)
3. 均方根值
a(t)是测试的加速度时间信号。
4. 加权均方根值
G 32768 65536 131072 1?2.26 243.61 344.52 H 131072 262144 524288 344.52 487.22 689.04
三、汽车振动系统的简化、单质量系统振动
一、系统ห้องสมุดไป่ตู้化
x
z
y
z
msr
msc
msf
mur
b
a
muf
L
单质量振动系统 在远离车轮固有频率 ft 10 ~ 16Hz的较低激振 频率（f 5Hz)范围内轮 胎的变形很小，可忽略其 弹性变形和质量得到单质 量垂直振动系统模型
C 2m2 K
方程的解为
z(t) Aent sin( 02 n2 t )
z
系统固有圆频率
0
r有阻尼固有圆频率
Aent
r
2 0
n2
任务五 汽车行驶平顺性评价指标及检测
两自由度：车轮，车身垂直速度Z
二、双质量振动系统模型
m 2r
m 2f
m 1r
m 1f
三、单质量振动系统模型
z
f 5Hz 轮胎的变形十分小 ( ft : 车轮固有频率,ft 10 ~ 15HZ ) 单质量振动系统
m
x
Kc q
单质量系统的自由振动
二阶常系数方程
ms z C(z q) K (z q) 0
❖ 改变轮胎结构型式，如采用子午线轮胎。 因轮胎径向弹性大，可以缓和不平路面的 冲击，并吸收大部分冲击能量，使汽车平 顺性得到改善。
❖ 提高帘线和橡胶的弹性，要用较柔软的胎 冠。
四、悬挂质量：如前所述，悬挂质量分配
系数为
2 y
ab
， 是评价汽车平顺性极其重要的参数。
它取决于悬挂质量的分布情况。悬挂质量 的布置应使 ε≈1。当ε≈ 1时，前、后悬挂 质量的振动彼此互不影响。
❖ 轮胎性能的好坏，是用轮胎在标准气压和载 荷下，压缩系数的大小(轮胎被压下的高度与 充气断面高度的百分比)来表示的。在最大允 许负荷作用下，普通轮胎的压缩系数为10% ～ 12%，为了乘坐舒适，客车轮胎的压缩系 数稍大些，为12%～14%。
提高轮胎缓冲性能的方法
❖ 增大轮胎断面、轮辋宽度和空气容量，并 相应降低轮胎气压。
❖ 了解汽车平顺性的影响因素。
汽车平顺性可由路面-汽车-人系统框架图来分析
路面
汽车
人
输入
路面不 平度
车速
振动系统
弹性元件 阻尼元件 车身、车
轮质量
输出 车身传至人体
的加速度 悬架弹簧动挠度 车轮与路面之间
的动载
评价指标 ➢加权加速度
均方根值 ➢撞击悬架限位
第六章汽车的平顺性-文档资料
两个后轮遇到的不平度（由于存在滞后距
离L）：
q2(I) xI L, q4(I) yI L
谱量 Gik (n)
Gik (n)
1 lim T T
Fi* (n)Fk (n)
Fi (n)、Fk (n)为qi (n)、qk (n)的傅立叶变换 Fi*(n)、Fk*(n)为Fi (n)、Fk (n)共轭复数；T为长度I的分析区间。
相干函数在频域内描述了两个轮迹中频率为n 的分量之间线性相关的程度。
cohxy2 (n) 1, 两个轮迹中频率为n的分量之间幅值比 和相位差保持不变，完全线性相关； cohxy2 (n) 0, 两个轮迹中频率为n的分量之间幅值比 和相位差是随机变化的。
第三节 汽车振动系统的简化，单质量
系统的振动
暴露界限：当人体承受的振动强度在此界 限内，将保持人的健康或安全。它作为人 体可承受振动量的上限。
疲劳－降低工作效率界限：当人承受的振 动强度在此界限内时，能准确灵敏地反应， 正常地进行驾驶。它与保持人的工作效能 有关。
舒适降低界限：在此界限之内，人体对所 暴露的振动环境主观感觉良好，能顺利地 完成吃、读、写等动作。它与保持人的舒 适有关。
1）1/3倍频带分别评价法：
对传至人体的加速度进行频谱分析，可得1/3倍频 带的加速度均方根值谱。
1/3倍频法认为:同时有许多个1/3倍频带都有能量作用于 人体时，各个频带振动作用无明显联系，对人体产生的 影响主要是人体感觉振动强度最大的一个1/3倍频带所 造成的。
2）总的加速度加权均方根值评价法
所包含的不平度垂直位移q的谱量成同其“功率”仍
为
2 q~n
,因此换算的时间频谱密度可表示为
:
汽车理论6-1
Law＝ 20 lg aw a0
式中，a0为参考加速度均方根值，a0=10-6 m·-2 s
6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价
二、平顺性的评价方法
表6-2给出了加权振级Law和加权加速度均方根值 aw与人的主观感觉之间的关系。
加权加速度均方根值aw <0.315 0.315～0.63 0.5 ～1.0 0.8 ～1.6 1.25 ～2.5 >2.0 加权振级Law 110 110 ～116 114 ～120 118 ～124 112 ～128 126 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 很不舒适 极不舒适
评价指标 •人对振动的反应 •加权加速度均方根值 •撞击悬架限位的概率 •行驶安全性
输出 •车身传至人体的加速度 •悬架弹簧动挠度 •车轮与路面间动载
6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价 概述
三、研究目标
控制振动的传递，使乘坐者不舒适的感觉 不超过一定界限，需要从三个环节来研 究：
输入：对路面不平度的统计规律 输出：汽车振动系统的传递特性，汽车振动系 统简化，系统频响特性和参数对响应（输出 ）的影响。 评价（反应）：人体对振动的反应和平顺性的 评价
§6-1 人体对振动的反应和平顺性 的评价 介绍人体对振动的反应、人体坐姿
受振模型、平顺性的评价方法等
邹旭东 制作 zxd1020_qd@
6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价
一、人体对振动的反应
6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价
一、人体对振动的反应
人体对振动的反应 频率 垂直方向4～12.5Hz 水平方向0.5～2Hz 强度 作用方向
汽车行驶系 的功能、组成、构造及 工作原理。 随机振动基 础知识。
2人体对振动的反应和平顺性评价
2011-11-26
x = rms 许洪国 10/20
2.汽车平顺性评价方法 frequency window analysis
frequency band
1/3 倍 频 分 别 评 价 法 ：
1
对传至人体的加速度 进行频谱分析，可得
fu / fl = 23 =1.26
1/3倍 频 带的加速度
1
均方根值谱。
E舒适降低界限:当人体承受的振动强度此界限内, 人对所暴露的振动环境主观感觉良好,能顺利完成 吃、读、写等动作。它与保持人的舒适有关。
exposure limit fatigue-decreased proficiency boundary 2011-r1e1-2d6 uced comfort boundary许洪国
f
)
=
⎧1 ⎨⎩8 /
f
wd椅面x,y向和靠背y,z 向
we靠背x向 we椅面转动方向
we
(
f
)
=
⎧1 ⎨⎩1/
f
2011-11-26
许洪国
(0.5Hz < f < 8Hz)
(8Hz < f < 80Hz)
(0.5Hz < f < 1Hz)
(1Hz < f < 80Hz)
5/20
feeling evaluation subjective evaluation
σ
＝
pw
10(σ pwi )max
= 3.16(σ pwi )max
实际上 σ pw = 2(σ ) pwi max
2011-11-26
许洪国
18/20
4. 总加权合成加速度评价方法
人体对振动的响应和平顺性评价
弧 ：ｇｌ 一 ｌ ＝１ １ 一 ｌ Ｉ ；１ Ｉ 旷２ ． ０ ｏｌ ，Ｊ ｇ 口 一增Ｊ ＝Ｊ留 Ｊ ’ ｇＪ ＝１… …． 口 ， Ｄ 一， 矿 ，
这 样 就 可 以把 ００ １ １ ０ ．０ ～ ０ ０用 ６位 刻 度 来 表 示 。
２
Ｌ ＝１ ｇ＾ ０１
人 对 动 响 和 顺 体 振 的 应 平 性 ⑧
董 科 钱玉 霞 山东水利职 业学院
人 体 对 振 动 的 响 应 和 汽 车 的 平 顺 性 是 汽 车 的 重 要 性 能 之 一 。 体 对 振 动 的 响应 取 决 于 ： 频 率 人 ① 与 强 度 ； 作 用 方 向 ； 暴 露 时 间 。频 率 ８ ② ③ Ｈｚ以下 水 平 方 向 允 许 的 加 速 度 值 低 于 垂 直 方 向 ４—８ Ｈｚ
，一 ｌ ｏｗｅ ｒ
Ｃ —ｃｅｎｔ ｅ ’ ｒ
豳壹查 垒垫 ： 生 塑塑
１３倍 频 法 认 为 ：同 时 有 许 多 个 １３倍 频 带 都 ／ ／ 有 能 量 作 用 于 人 体 时 ，各 个 频 带 振 动 作 用 无 明 显 联 系 ，对 人 体 产 生 的 影 响 主要 是 人 体 感 觉 振 动 强 度 最 大 的 一 个 １３倍 频 带 所 造 成 的 。 人 体 对 各 频 ／ 带 振 动 的 敏 感 程 度 不 同 ，所 以 １３倍 频 加 速 度 均 ／ 方 根 值 分 量 盯ｐ 的 大 小 不 能 反 映 人 体 感 觉 振 动 ｉ 强 度 的 大 小 。 法 ： 用 人 体 对 不 同频 率 振 动 敏 感 方 采 程 度 的频 率 加 权 函 数 ，将 人 体 最 敏 感 以外 各 １３ ／
对 于汽车 的平顺 性 我们还 司以用 总加权 值方
汽车理论 余志生 第六章
2）辅助评价方法
辅助评价方法能更好地估计偶尔遇到 过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体 的影响。
三、路面不平度的统计特性
1.路面不平度由三部分组成： 1）超低频成分 整段路面上存在着的波长远大于
轴距的起伏波形。 整段路面上存在着的、宏观上可 察觉的、波长及幅值较大的路面凹凸不平。
2）中低频成分
这是引起汽车振动的主要频率成分， 称为主频带。 3）高频成分 不易察觉的、波长很短、幅值很小的
振动的发生源主要 有凹凸不平的路面，不平衡轮胎的旋转，不平衡传动轴的旋 转以及发动机的扭矩变化等。
2.振动的传递途径 （1）振动的激励源
这些因素引起的振动大多与车速 相关，尤其是凹凸不平路面引起的振动， 随着车速的变化，振动的频率和强弱会 产生相应的变化。
（2） 振动的传递途径
因路面、轮胎产生的振动，先传到悬架，受悬架
2.使用因素对汽车平顺行驶的影响 1）道路坎坷不平是引起汽车振动的主要 因素 2）汽车技术状况对平顺性的影响
自身的振动特性影响后再传给车身，通过车身传到乘客的脚部。同时通 过座椅传给乘客的臀部和背部，还通过转向系，以转向盘抖动的形式传 到驾驶员手部。
因发动机、传动系产生的振动，通过支承发动
机、变速器和传动轴的缓冲橡胶块，经衰减后传给车身，再经上述途径 传至人体各个部位。
任何一个“振动系统”均有一个“固有 频率”。当外界激振信号的频率接近或等于 “固有频率”时，将出现“共振”现象，产生 剧烈的振动。
Ride performance
第六章 汽车的平顺性 1. 汽车行驶平顺性 指汽车不因车体振动而使乘客感到不
适或货物不因振动而受损的性能。
2. 汽车行驶平顺性的研究对象：“路面一汽 车一人（货物）”构成的系统。路面特性是系统 的输入，人（货物）对汽车振动的反应是系统的 输出。
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a0—参考加速度均方根值，a0 106 m / s2 。
14
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
（4）评价方法
Law和aw与人的主观感觉之间的关系
加权加速度均方根值aw <0.315
0.315～0.63 0.5 ～1.0 0.8 ～1.6 1.25 ～2.5 >2.0
加权振级Law 110
110 ～116 114 ～120 118 ～124 112 ～128
wd
1.00
wk
1.00
we
0.63
we
0.40
we
0.20
0.080 0.114 0.407 0.106 0.085 0.011
峰值 系数 5.0 4.7 5.5 4.9 5.0 4.5
16
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
频率加权函数和轴加权系数 European轿车上振动测量结果
位置 坐标轴 频率加 轴加权 加权加速度 峰值 名称 权函数 系数k 均方根值 系数
2
第六章 汽车的平顺性
振动系统 弹性元件 阻尼元件 车身、车轮质量
输入 路面不平度
车速 发动机、传动系和车轮等旋
转部件的非平衡干扰
本章将 不考虑
输出 车身传至人体的加速度
悬架弹簧的动挠度 车轮与路面间的动载荷
➢本章将围绕人体对振动的反应和平顺性 的评价指标、路面不平度的统计特性（振动 系统的输入）、振动系统的动力学分析、振 动系统的输出特性等内容而展开。
强度
作用方向
持续时间
垂直方向4～12.5Hz
人体对水平方向的振
水平方向0.5～2Hz
动比垂直方向更敏感
人体最敏感 传至人体的振动加速度
思考：公交车和长途 客车在设计时对平顺
客观因素
性的要求有何不同？
5
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
国际、国内与平顺性评价方法相关的标准 ➢1974年国际标准化组织制定了国际标准ISO2631：《人 体承受全身振动评价指南》
126
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 很不舒适 极不舒适
15
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
频率加权函数和轴加权系数 European轿车上振动测量结果
位置 坐标轴 频率加 轴加权 加权加速度 名称 权函数 系数k 均方根值
xs
ys
座椅
支承
zs
面
rx
ry
rz
wd
1.00
第六章 汽车的平顺性 第六章 汽车的平顺性
本章重点研究路面不平引起的汽车振动问题。
➢本章将具体研究以下内容：人体对振动的反应和平 顺性的评价；路面不平度的统计特性；汽车振动系统的 简化，系统的频率响应特性和系统参数对振动响应参数 的影响；汽车平顺性的测试等。
返回目录
第六章 汽车的平顺性
➢什么是汽车平顺性？ ➢保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具 有一定舒适程度和保持货物完好的性能。 ➢为什么要研究汽车的平顺性？ ➢振动影响人的舒适性、工作效能、身体健康， 影响货物的完整性以及零部件的性能和寿命。平顺 性研究的目的是有效控制汽车振动系统的动态特性。
思考：由轴加权系数的不同取值可否 确定人体对哪个点输入的振动最敏感？
xs、ys、zs
即人对座椅传给人体的振动最敏感
9
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
ISO2631-1：1997（E）标准还规定 当评价振动对健康的影响时
➢只考虑 xs、ys、zs 这三 个轴向振动，且xs、 ys 两
个水平轴向的轴加权系数
1
VDV
T 0
aw4
t
dt
4
/ ms 1.75
18
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 本节内容结束
下一节
19
1Hz f 80Hz
12
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
二、平顺性的评价方法
1.基本评价法
（1）计算各轴向加权加速度均方根值aw
1）滤波网络法
➢将测得的 at通过相 应的频率加权函数 w f
的滤波网络，得到加权加
速度时间历程 aw t 。
1
aw
1 T
T 0
aw2
t
dt
2
2）频谱分析法
取 k=1.4。
➢靠背水平轴向 xb、yb 可以由椅面水平轴向 xs、ys
代替，此时轴加权系数取
k=1.4。
➢我国标准规定，评价汽车平顺性时就考虑椅面 xs、ys、zs
三个轴向振动。
10
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
人体对不同频率的振动敏感程度不同
➢zs 最敏感的频率范
围是4～12.5Hz。在4～ 8Hz频率范围，人的内 脏器官产生共振；8～ 12.5Hz频率范围，对人 的脊椎系统影响很大。
靠背
xb yb
wc
wd
0.80 0.50
0.212
4.3
0.087
4.4
zb
wd
0.40
0.140
4.9
xf
脚
yf
wk
0.25
wk
0.25
0.090
5.4
0.093
5.1
zf
wk
0.40
0.319
6.2
1
av
a2 2 vj
0.628
17
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
2.辅助评价法
➢当峰值系数 > 9时，ISO 2631-1：1997（E）标准规定用 加权加速度4次方根值评价。它能更好地估计偶尔遇到过大 的脉冲引起的高峰值系数振动对人体的影响。此时采用辅助 评价方法 —— 振动剂量值。
wk
f
f / 4 2Hz f 4Hz 1 4Hz f 12.5Hz
12.5 / f 12.5Hz f 80Hz
wd
f
1 2 /
f
(0.5Hz f 2Hz)
2Hz f 80Hz
wc
f
8
1 /
f
(0.5Hz f 8Hz)
8Hz f 80Hz
we
f
1 1/
f
(0.5Hz f 1Hz)
➢1997年公布了ISO2631－1：《人体承受全身振动评价— 第一部分：一般要求》
➢我国对相应国际标准进行了修订，公布了GB/T4970 — 1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》
6
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
人体坐姿受振模型
共3个输入点、12个方向的振动 7
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
➢对 at进行频谱分
析，得到功率谱密度
函数Ga f 。
1
aw
80
W
0.5
2f
Ga f
df
2
13
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
（2）三个方向总加权加速度均方根值
aw
1.4axw
2
1.4ayw
2
az2w
1 /
2
思考：为什么乘以系数1.4？
（3）总加权振级Law
Law 20lgaw / a0
➢ xs、ys 最敏感的频率范
围是0.5～2Hz。大约在3Hz 以下，人体对水平振动比对 垂直振动更敏感，且汽车车 身部分系统在此频率范围内 产生共振，故应对水平振动 给予充分重视。
11
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
各轴向的频率加权函数（渐近线）
频率加权函数
0.5 0.5Hz f 2Hz
评价指标 加权加速度均方根值 撞击悬架限位的概率
行驶安全性
3
第六章 汽车的平顺性
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
➢本节将学习人体对振动的反应、人体坐 姿受振模型、平顺性的评价方法等。
返回目录 4
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
一、人体对振动的反应
人体对振动的反应
主观因素 心理 生理
频率
频率加权函数和轴加权系数
位置 座椅支承面
靠背 脚
坐标轴名称
xs
ys zs rx
ry
rz
xb yb zb xf yf zf
频率加权函数 轴加权系数k
wd
1.00
wd
1.00
wk
1.00
we
0.63
we
0.40
we
0.20
wc
0.80
wd
0.50
wd
0.40
wk
0.25
wk
0.25
wk
0.40
8
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
14
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
（4）评价方法
Law和aw与人的主观感觉之间的关系
加权加速度均方根值aw <0.315
0.315～0.63 0.5 ～1.0 0.8 ～1.6 1.25 ～2.5 >2.0
加权振级Law 110
110 ～116 114 ～120 118 ～124 112 ～128
wd
1.00
wk
1.00
we
0.63
we
0.40
we
0.20
0.080 0.114 0.407 0.106 0.085 0.011
峰值 系数 5.0 4.7 5.5 4.9 5.0 4.5
16
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
频率加权函数和轴加权系数 European轿车上振动测量结果
位置 坐标轴 频率加 轴加权 加权加速度 峰值 名称 权函数 系数k 均方根值 系数
2
第六章 汽车的平顺性
振动系统 弹性元件 阻尼元件 车身、车轮质量
输入 路面不平度
车速 发动机、传动系和车轮等旋
转部件的非平衡干扰
本章将 不考虑
输出 车身传至人体的加速度
悬架弹簧的动挠度 车轮与路面间的动载荷
➢本章将围绕人体对振动的反应和平顺性 的评价指标、路面不平度的统计特性（振动 系统的输入）、振动系统的动力学分析、振 动系统的输出特性等内容而展开。
强度
作用方向
持续时间
垂直方向4～12.5Hz
人体对水平方向的振
水平方向0.5～2Hz
动比垂直方向更敏感
人体最敏感 传至人体的振动加速度
思考：公交车和长途 客车在设计时对平顺
客观因素
性的要求有何不同？
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
国际、国内与平顺性评价方法相关的标准 ➢1974年国际标准化组织制定了国际标准ISO2631：《人 体承受全身振动评价指南》
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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 很不舒适 极不舒适
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
频率加权函数和轴加权系数 European轿车上振动测量结果
位置 坐标轴 频率加 轴加权 加权加速度 名称 权函数 系数k 均方根值
xs
ys
座椅
支承
zs
面
rx
ry
rz
wd
1.00
第六章 汽车的平顺性 第六章 汽车的平顺性
本章重点研究路面不平引起的汽车振动问题。
➢本章将具体研究以下内容：人体对振动的反应和平 顺性的评价；路面不平度的统计特性；汽车振动系统的 简化，系统的频率响应特性和系统参数对振动响应参数 的影响；汽车平顺性的测试等。
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第六章 汽车的平顺性
➢什么是汽车平顺性？ ➢保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具 有一定舒适程度和保持货物完好的性能。 ➢为什么要研究汽车的平顺性？ ➢振动影响人的舒适性、工作效能、身体健康， 影响货物的完整性以及零部件的性能和寿命。平顺 性研究的目的是有效控制汽车振动系统的动态特性。
思考：由轴加权系数的不同取值可否 确定人体对哪个点输入的振动最敏感？
xs、ys、zs
即人对座椅传给人体的振动最敏感
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
ISO2631-1：1997（E）标准还规定 当评价振动对健康的影响时
➢只考虑 xs、ys、zs 这三 个轴向振动，且xs、 ys 两
个水平轴向的轴加权系数
1
VDV
T 0
aw4
t
dt
4
/ ms 1.75
18
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 本节内容结束
下一节
19
1Hz f 80Hz
12
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
二、平顺性的评价方法
1.基本评价法
（1）计算各轴向加权加速度均方根值aw
1）滤波网络法
➢将测得的 at通过相 应的频率加权函数 w f
的滤波网络，得到加权加
速度时间历程 aw t 。
1
aw
1 T
T 0
aw2
t
dt
2
2）频谱分析法
取 k=1.4。
➢靠背水平轴向 xb、yb 可以由椅面水平轴向 xs、ys
代替，此时轴加权系数取
k=1.4。
➢我国标准规定，评价汽车平顺性时就考虑椅面 xs、ys、zs
三个轴向振动。
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
人体对不同频率的振动敏感程度不同
➢zs 最敏感的频率范
围是4～12.5Hz。在4～ 8Hz频率范围，人的内 脏器官产生共振；8～ 12.5Hz频率范围，对人 的脊椎系统影响很大。
靠背
xb yb
wc
wd
0.80 0.50
0.212
4.3
0.087
4.4
zb
wd
0.40
0.140
4.9
xf
脚
yf
wk
0.25
wk
0.25
0.090
5.4
0.093
5.1
zf
wk
0.40
0.319
6.2
1
av
a2 2 vj
0.628
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
2.辅助评价法
➢当峰值系数 > 9时，ISO 2631-1：1997（E）标准规定用 加权加速度4次方根值评价。它能更好地估计偶尔遇到过大 的脉冲引起的高峰值系数振动对人体的影响。此时采用辅助 评价方法 —— 振动剂量值。
wk
f
f / 4 2Hz f 4Hz 1 4Hz f 12.5Hz
12.5 / f 12.5Hz f 80Hz
wd
f
1 2 /
f
(0.5Hz f 2Hz)
2Hz f 80Hz
wc
f
8
1 /
f
(0.5Hz f 8Hz)
8Hz f 80Hz
we
f
1 1/
f
(0.5Hz f 1Hz)
➢1997年公布了ISO2631－1：《人体承受全身振动评价— 第一部分：一般要求》
➢我国对相应国际标准进行了修订，公布了GB/T4970 — 1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
人体坐姿受振模型
共3个输入点、12个方向的振动 7
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
➢对 at进行频谱分
析，得到功率谱密度
函数Ga f 。
1
aw
80
W
0.5
2f
Ga f
df
2
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
（2）三个方向总加权加速度均方根值
aw
1.4axw
2
1.4ayw
2
az2w
1 /
2
思考：为什么乘以系数1.4？
（3）总加权振级Law
Law 20lgaw / a0
➢ xs、ys 最敏感的频率范
围是0.5～2Hz。大约在3Hz 以下，人体对水平振动比对 垂直振动更敏感，且汽车车 身部分系统在此频率范围内 产生共振，故应对水平振动 给予充分重视。
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
各轴向的频率加权函数（渐近线）
频率加权函数
0.5 0.5Hz f 2Hz
评价指标 加权加速度均方根值 撞击悬架限位的概率
行驶安全性
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第六章 汽车的平顺性
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
➢本节将学习人体对振动的反应、人体坐 姿受振模型、平顺性的评价方法等。
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
一、人体对振动的反应
人体对振动的反应
主观因素 心理 生理
频率
频率加权函数和轴加权系数
位置 座椅支承面
靠背 脚
坐标轴名称
xs
ys zs rx
ry
rz
xb yb zb xf yf zf
频率加权函数 轴加权系数k
wd
1.00
wd
1.00
wk
1.00
we
0.63
we
0.40
we
0.20
wc
0.80
wd
0.50
wd
0.40
wk
0.25
wk
0.25
wk
0.40
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价