汽车行驶系统性能检测与评价

第五章 汽车行驶系统性能检测与评价,多媒体课件,5.1汽车平顺性评价指标及其影响因素,汽车行驶平顺性是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，能保证乘员不会因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运载货物完整无损的性能。由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，又称为乘坐舒适性。,汽车作为一个复杂的多质量振动系统，其车身通过悬架的弹性元件与车桥连接，而车桥又通过弹性轮胎与道路接触，发动机、驾驶室等也以橡胶垫固定于车架上。 在激振力作用(如道路不平而引起的冲击和加速、减速时的惯性力等)以及发动机与传动轴等振动时，系统将发生复杂的振动。 这种振动对乘员的生理反应和所运货物的完整性产生不利的影响；乘员也会因此必须调整身体姿势，加剧产生疲劳的趋势。,车身振动频率较低，共振区常在低频范围内。 为了保证汽车具有良好平顺性，应使引起车身共振的行驶速度远离汽车行驶的常用速度。 在坏路上，汽车的允许行驶速度受动力性的影响不大，主要取决于行驶平顺性，而被迫降低汽车行车速度。 振动产生的动载荷，会加速零件磨损乃至引起损坏。 振动还会消耗能量，使燃料经济性变坏。,5.1.1汽车行驶平顺性评价指标,汽车行驶平顺性的评价方法，通常是根据人体对振动的生理反应及对保持货物完整性的影响来制订的，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。,为了保证运输货物的完整性，车身振动加速度也不宜过大。 如果车身加速度达到1g，未经固定的货物就有可能离开车厢底板。 车身振动加速度的极限值应低于0.60.7g。,为了保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频率应为人体步行时所习惯的，身体上、下运动的频率。约6085次/min(11.4HZ)，振动加速度极限值为0.20.3g。,常用汽车车身振动的固有频率和振动加速度评价汽车的行驶平顺性。,ISO 2631用加速度均方根值给出了人体在180Hz振动频率范围内对振动反应的3个不同感觉界限： 舒适降低界限TCD 疲劳工效降低界限TFD 暴露极限,暴露极限通常作为人体可以承受振动量的上限。 当人体承受的振动强度在这个极限之内，将保持健康或安全。,舒适降低界限TCD与保持舒适有关。 在此极限内，人体对所暴露的振动环境主观感觉良好，并能顺利完成吃、读、写等动作。,疲劳工效降低界限TFD与保持工作效率有关。 驾驶员承受振动在此极限内时，能保持正常驾驶。,3个界限只是振动加速度容许值不同。 “暴露极限”值为“疲劳工效降低界限”的2倍(增加6dB)； “舒适降低界限”为“疲劳工效降低界限”的1/3.15(降低10dB)； 而各个界限容许加速度值随频率的变化趋势完全相同。,5.1.2影响汽车行驶平顺性的因素,在研究振动时，常将汽车由当量系统代替，即把汽车视为由彼此相联系的悬挂质量与非悬挂质量所组成。,四轮汽车的简化模型,汽车的悬挂质量M由车身、车架及其上的总成所构成。 该质量通过质心的横轴Y的转动惯量为IY，悬挂质量由减振器和悬架弹簧与车轴、车轮相连。,车轮、车轴构成的非悬挂质量为m，车轮再经过具有一定弹性和阻尼的轮胎支承路在面上。,四轮汽车的简化模型,悬架结构 轮胎 悬挂质量 非悬挂质量,影响汽车平顺性的重要因素,其中弹性元件与悬架系统中阻尼影响较大。,弹性元件 导向装置 减振装置,1.悬挂结构,悬挂结构,C悬架刚度，N/mm；G悬挂重力，N g重力加速度，g=9810mm/s2,1)弹性元件,将汽车车身看成一个在弹性悬架上作单自由度振动的质量时，其固有频率f0为,由上式可见，减少悬架刚度C，可降低车身的固有频率f0。 当汽车的其他结构参数不变时，要使悬架系统有低的固有频率，悬架就必须具备很大的静挠度。 静挠度是指汽车满载时，刚度不变的悬架在静载荷下的变形量。 对变刚度悬架，静挠度是由汽车满载时，悬架上的静载荷和与此相应的瞬时刚度来确定。,汽车悬架静挠度的变化范围，单位：mm 表6-3,fs悬挂重力作用下的悬架的静挠度，mm,汽车前、后悬架静挠度的匹配对行驶平顺性也有很大影响，若前、后悬架的静挠度以及振动频率都比较接近，共振的机会减少。 为了减少车身纵向角振动，通常后悬架的静挠度fS2要比前悬架fS1的小一些。 据统计，一般取fS2=(0.70.9)fS1。 短轴距的微型汽车，为了改善其乘坐舒适性，把后悬架设计得软一些，也就是使fS2fS1。,为了防止汽车在不平路面上行驶时经常冲击缓冲块，悬架还应有足够的动挠度fSm(指悬架平衡位置到悬架与车架相碰时的变形量)。,前、后悬架的动挠度常根据其相应的静挠度选取，其数值主要取决于车型和经常使用的路面状况，动挠度值与静挠度值之间的关系为,越野车的fm可按货车范围取上限，以减少车轮悬空和悬架击穿现象。,减少悬架刚度，即增大静挠度，可提高汽车行驶平顺性。 刚度降低会增加非悬挂质量的高频振动位移。 车轮大幅度振动有时会使车轮离开地面，前轮定位角也将发生显著变化，在紧急制动时会产生严重的汽车“点头”现象。 转弯时因悬架侧倾刚度的降低，会使车身产生较大的侧倾角。,为了防止路面对车轮的冲击而使悬架与车架相撞，要相应地增加动挠度 要有较大的缓冲间隙，就要增加纵置钢板弹簧的长度等，从而使悬架布置发生困难。 为了使悬架既有大的静挠度又不影响其他性能指标，可采取一些相应措施，如采用悬架刚度可变的非线性悬架。,由于非线性悬架的刚度随动行程增大，就可以在同样的随动行程中，得到比线性悬架更多的动容量(指悬架从静载荷时的位置起，变形到与车架部分接触时的最大变形)。 悬架的动容量越大，对缓冲块撞击的可能性就越小。 货车后悬架采用钢板弹簧加副簧是一种最简易的办法。,2)阻尼系统的阻尼,为了衰减车身自由振动和抑制车身、车轮的共振，以减小车身的垂直振动加速度和车轮的振幅(减小车轮对地面压力的变化，防止车轮跳离地面)，悬架系统中应具有适当的阻尼。,在悬架系统中，引起振动衰减的阻尼来源很多。 在有相对运动的摩擦副中，轮胎变形时橡胶分子间产生摩擦，或在系统中设减振器等。 对于各种悬架结构，以钢板弹簧悬架系统的干摩擦最大，钢板弹簧叶片数目越多，摩擦越大。,减振器可提高汽车行驶平顺性，还可增加悬架的角刚度，改善车轮与道路的接触条件，防止车轮离开路面，因而可改善汽车的稳定性，提高汽车的行驶安全性。 改进减振器的性能，对提高汽车在不平道路上的行驶速度有很大的作用。,2.轮胎,轮胎对行驶平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，而曲线高度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。 由轮胎内摩擦引起的阻尼作用，对于轿车轮胎的相对阻尼系数可达0.050.106。,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。 轮胎刚度过低，会增加车轮侧向偏离，影响稳定性；还使滚动阻力增加，轮胎寿命降低。,3.悬挂质量,减少公共汽车和载货汽车的悬挂质量。 由于车身振动的低频和加速度增加，会大大降低行驶平顺性。 在此情况下，为了保持良好的行驶平顺性，应采用等挠度悬架，使悬架刚度随悬挂质量的减小而减小。,3.悬挂质量,座位的布置对行驶平顺性也有很大影响。 实际感受和试验表明 座位接近车身的中部，其振动最小。 座位位置常由它与汽车质心间的距离来确定，用座位到汽车质心距离与汽车质心到前(后)轴的距离之比评价座位的舒适性。 该比值越小，车身振动对乘客的影响越小。,3.悬挂质量,对载货汽车和公共汽车，座位在高度上的布置也是重要的。 为了减小水平纵向振动的振幅，座位在高度方面与汽车质量中心间的距离应该不大。 弹簧座椅刚度的选择要适当，防止因乘客在座位上的振动频率与车身的振动频率重合而发生共振。 对于具有较硬悬架的汽车，可采用较软的坐垫。 对于具有较软悬架的汽车，可采用较硬的坐垫。,4.非悬挂质量,减小非悬挂质量可降低车身的振动频率，增高车轮的振动频率。 这样就使低频共振与高频共振区域的振动减小，而将高频共振移向更高的行驶速度，对行驶平顺性有利。,4.非悬挂质量,常用非悬挂质量与悬挂质量之比m/M评价非悬挂质量对行驶平顺性的影响。 比值越小，行驶平顺性越好。对于现代轿车m/M=10.5%14.5，可以保证良好的行驶平顺性。 影响行驶平顺性的结构参数很多，且其关系错综复杂，须综合分析这些参数，以便正确选择参数，提高汽车行驶平顺性。,乘坐舒适性在很大程度上还取决于： 座位的结构、尺寸、布置方式 车身(或载货汽车驾驶室)的密封性(防尘、防雨、防止废气进入车身) 通风保暖、照明、隔声等效能 是否设有提高乘客舒适的设备(钟表、音响、烟灰盒、点烟器等)。,5.2车轮不平衡及检测设备,随着道路质量的提高和高速公路的出现，汽车行驶速度越来越高，因此对车轮平衡度的要求也越来越高。 如果车轮不平衡，在其高速旋转时，不平衡质量将引起车轮上下跳动和横向振摆。 这不仅影响了汽车的行驶平顺性和操纵稳定性，使车辆难以控制，而且也影响了汽车行驶安全性。,此外，还因加剧了轮胎及有关机件的磨损和冲击，缩短了汽车使用寿命，增加了汽车使用成本。 因此，车轮平衡问题越来越引起人们的重视，车轮平衡度已成为汽车检测项目之一。,5.2.1车轮不平衡主要原因,1前轮定位不当，尤其是前束与主销倾角，不仅影响汽车的操纵性和稳定性，而且会造成胎偏磨，这种胎冠的不均匀磨损与轮胎不平衡形成恶性循环，因而使用中出现车轮不平衡。 2轮胎和轮辋以及挡圈等因几何形状失准或密度不均匀而先天形成的重心偏离。 3因轮毂和轮辋定位误差使安装中心与旋转中心难以重合。,4维修过程的拆装破坏了原有的整体综合中心 5轮辋直径过小，运行中轮胎相对于轮辋在圆周方面滑移，从而发生波状态不均匀磨损。 6车轮碰撞造成的变形引起的质心位移 7轮胎翻新中因定全精度不高造成新胎冠厚度不均而使重心改变。 8高速行驶中制动抱死而引起的纵向和横向滑移，会造成局部的不均匀磨损。,5.2.2车轮静平衡与动平衡,（1）车轮静平衡 支起车轴，使车轮离地，调整好轮毂轴承预紧度，用手轻转车轮，使其自然停转。 在停转的车轮离地最近处作一标记，然后重复上述试验多次。 如果每次试验标记都停在离地最近处，则车轮静不平衡。,在车轮上作的标记点，称为不平衡点或垂点。 反之，若车轮经几次转动自然停转后所作标记的位置各不一样，或强迫停转消除外力后车轮也不再转动，则车轮是静平衡的。,对于静平衡的车轮，其重心与旋转中心重合；对于静不平衡的车轮，其重心与旋转中心不重合，在旋转时产生离心力，如图5-44所示。,图5-44 车轮静不平衡产生的离心力,图中 Fmr2 式中：m不平衡点质量； 车轮旋转角速，=2n； n车轮转速； r不平衡点质量离车轮旋转 中心的距离。,图5-44 车轮静不平衡产生的离心力,从式中可以看出，车轮转速n越高，不平衡点质量m越大，不平衡点质量离车轮旋转中心的距离r越远，则离心力F越大。 离心力F可分解为水平分力Fx和垂直分力Fy。,图5-44 车轮静不平衡产生的离心力,在车轮转动一周中，垂直分力Fy有两次落在通过车轮中心的垂线上，一次在a点，一次在b点，方向相反，均达到最大值，使车轮上、下跳动，并由于陀螺效应引起前轮摆振。,图5-44 车轮静不平衡产生的离心力,水平分力Fx有两次落在通过车轮中心的水平线上，一次在c点，一次在d点，方向相反，均达到最大值，使车轮前后窜动，并形成绕主销来回摆动的力矩，造成前轮摆振。 当左、右前轮的不平衡质量相互处于180°位置时，前轮摆振最为严重。,图5-44 车轮静不平衡产生的离心力,（2）车轮动平衡 即使静平衡的车轮，即重心与旋转中心重合的车轮，也可能是动不平衡的。 这是因为车轮的质量分布相对车轮纵向中心面不对称造成的。,