汽车运用工程第六章汽车舒适性

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。汽车舒适性包括：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。它是现代高速、高效率汽车的一个主要性能。,第6章 汽车舒适性,汽车平顺性就是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度的性能。对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。汽车行驶时，由于路面不平等因素激起汽车的振动，振动影响人的舒适、工作效率和身体健康，并影响所运货物的完好；振动还在汽车上产生动载荷，加速零件磨损，导致疲劳失效。因此减少汽车振动是汽车平顺性研究的主要问题。,第6章 汽车舒适性,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。汽车空调是改善工作条件、提高工作效率的重要手段。 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。,第6章 汽车舒适性,随着现代文明的进程，汽车越来越多地介入了社会的各个方面，成为与人们工作和生活紧密相关的、大众化的产品，汽车作为“活动房间”的功能日趋完善。与汽车其他性能不同，汽车舒适性各方面的评价都与人体主观感觉直接相关。,第6章 汽车舒适性,行驶平顺性问题可以用方框图6.1来分析。行驶中的汽车是一个复杂的“振动系统”，振动主要是由行驶路面的凹凸不平、高速旋转的轮胎和传动轴以及发动机的转矩变化而激发的。这些因素引起的振动又大多与车速相关，尤其是路面凹凸不平引起的振动，随着车速的变化，振动的频率和强弱会产生相应的变化。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.1 汽车振动及其传递途径,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“振动系统”。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。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.1 汽车振动及其传递途径,因路面、轮胎产生的振动，先传到悬架，受悬架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。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.1 汽车振动及其传递途径,当振动频率超过40Hz以上，便形成噪声传进人的耳朵。 作为系统的“输出”，是人体或货物受到的振动，其中最重要的是振动的频率和振动加速度。任何一个“振动系统”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，产生剧烈的振动，这既要影响汽车的操纵稳定性，也要影响行驶平顺性。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.1 汽车振动及其传递途径,人体是一个复杂的机械振动系统，人体对振动的反应既与振动频率及强度、振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。 通过大量的振动试验表明，人体对不同方向的振动存在差异，对上下振动忍耐性最强，其次是前后振动，对左右振动最敏感。人体上下振动的共振点大约在4Hz8Hz，水平振动的共振点大约在1Hz2Hz。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。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.1 汽车振动及其传递途径,所谓暴露时间是指人体处于振动环境的时间。暴露时间越长，人体所能承受的振动强度越小。 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“振动系统”的“共振”现象；二是使“振动系统”输出的振动频率避开人体敏感的范围，振动加速度不超过人体所能承受的强度。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.1 汽车振动及其传递途径,1. 行驶平顺性的评价依据 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，它既要受振动环境特点的影响，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。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,国际标准化组织（ISO）在综合了大量有关人体全身振动的研究工作和文献的基础上，制定了国际标准ISO2631人体承受全身振动能力的评价指南，该标准是人体承受全身振动评价国际通用标准。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（s点）3个方向的线振动（ ），还考虑s点3个方向的角振动（ ）以及座椅靠背输入点（b点）3个方向的线振动（ ），和脚支承面输入点（f点）3个方向的线振动（ ）；共3个输入点12个轴向的振动。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,此标准认为人体对不同频率振动的敏感程度不同。座椅面输入点（s点） 三个线振动是12个轴向中人体最敏感的。座椅面垂直轴向zs的频率加权函数最敏感频率范围为412.5Hz。试验表明，在48Hz这个频率范围，人的内脏器官产生共振，而812.5Hz频率范围的振动对人的脊椎系统影响很大。座椅面水平轴向xs、ys的频率加权系数最敏感频率范围为0.52Hz。大约在3Hz以下，水平振动比垂直振动更敏感，且汽车车身部分系统在此频率范围产生共振，故应对水平振动给予充分重视。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,我国标准GB/T49702009汽车平顺性试验方法规定，评价汽车平顺性主要考虑s点、b点和f点的线振动，共9个轴向。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,2. 行驶平顺性的评价指标 汽车是一个复杂的振动系统，而人体对它的反应由其振动频率、强度、振动方向及振动时间的综合作用决定。我国评价人体承受全身振动的评价指标采用了国际标准化组织规定的三个评价指标，即“疲劳降低工效界限”、“舒适降低界限”及“暴露极限”。在评价货车的平顺性时，用“疲劳降低工效界限”来评价驾驶员的工作环境，并用车箱测量部位的加速度功率谱密度函数及加速度的总均方根值来评价货箱的振动情况。对于客车及乘用车，用“舒适降低界限”来评价其测量部位的平顺性。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,国际标准ISO2631人体承受全身振动能力的评价指南规定：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，用总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。这一方法对各种汽车在正常行驶工况下均适用。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,（1）单轴向加权加速度均方根 。计算各轴向加权加速度均方根 有频谱分析法和滤波网络法两种。 频谱分析法。对记录的加速度-时间历程 ，进行等带宽频率分析得到的加速度自功率谱密度函数 计算 。先按下式计算1/3倍频带加速度均方根值：,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,式中， 中心频率为 的第j（j=1，2，323）个1/3倍频程带宽上的加速度均方根值（m/s²）； 、 分别是1/3倍频带的中心频率为 的上、下限频率（见表6.1）（Hz）； 等宽的加速度自功率谱密度函数（m²/s²）。 然后，再按下式计算 ：,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,式中， 单轴向加权加速度均方根值（m/s²）； 第j个1/3倍频带的加权系数，根据测点的位置和方向不同分别取 、 、 ，见表6.2。 、 、 的具体取值见表6.3。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,滤波网络法。对于记录的加速度-时间历程 ，通过符合表1-39规定的频率加权滤波网络得到加权加速度-时间历程 ，计算公式为： 式中， 加权加速度时间历程（m/s²）； 作用时间（s），一般为120s。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,表6.1 1/3倍频带中心频率上、下限频率,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,表6.2 不用测点、方向的倍频带的频率加权函数和轴向加权系数,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,表6.3 1/3倍频带的主要加权系数,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,（2）各测量点的加权加速度均方根值 。座椅座垫上方、座椅靠背及驾驶室地板处各测量点的加权加速度均方根值计算公式为： 式中， 某点加权加速度均方根值（m/s²）， =1、2、3分别代表座椅座垫上方、座椅靠背及驾驶室地板三个位置；,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,前后方向（即x轴向）加权加速度均方根值（m/s²）； 左右方向（即Y轴向）加权加速度均方根值（m/s²）； 垂直方向（即z轴向）加权加速度均方根值（m/s²）； 、 、 各轴向加权系数，见表1-38。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,（3）总加权加速度均方根值 。研究振动对人体舒适性感觉的影响时，应用座椅座垫上方、座椅靠背处和脚支撑面处总加权加速度均方根值 来评价，其计算公式为,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,（4） 总加权加速度均方根值 与加权振级 的关系。一些评价汽车平顺性时，还采用加权振级 作为评价指标，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。它与总加权加速度均方根值 的换算按下式进行 式中， 为参考加速度均方根值， =10-6m/s2； 为加权振级（dB）。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,5）总加权加速度均方根值 与人的主观感觉之间的关系。国际标准ISO2631和国家标准GB/T 49702009汽车平顺性试验方法给出了在180Hz振动频率范围内人体对振动的主观感觉（表6.4）；即不同的加权加速度均方根值 、加权振级 ，可得知人的主观感觉程度，从而可评价汽车平顺性的优劣。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,表6.4 和 与人的主观感觉之间的关系,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.2 行驶平顺性的评价,汽车行驶平顺性主要与悬架、轮胎、座椅的结构和特性有关，同时还受悬挂质量与非悬挂质量、汽车使用技术、汽车道路条件等因素的影响。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.3 改善汽车平顺性的途径,1.悬架结构 减小悬架刚度，降低固有频率，可以减少由于不平路面而引起乘员承受的加速度值，这是改善平顺性的基本措施。为此，需要采用软弹簧及低的轮胎气压。但悬架刚度也不宜过小，否则会引起悬架下质量高频振动幅值加大，影响操纵稳定性；还会引起紧急制动时汽车“点头”现象严重，转弯时车身容易产生较大的侧倾角等不良现象。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.3 改善汽车平顺性的途径,对于载荷变化较大的公共汽车和载货汽车，为满足不同载荷对悬架刚度的不同需要，常采用非线性悬架，即变刚度悬架。载荷较小时，悬架刚度较小，以避免振动频率过高，平顺性变差；当载荷较大时，刚度急剧增大，使汽车的侧倾和纵向角振动减轻。,6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.3 改善汽车平顺性的途径,例如，某货车在满载时，后悬架的载荷约为空车的4倍多，假定悬架刚度不变，若满载时的静挠度等于100mm时，则空车时的静挠度将不到25mm。不难算出，满载