汽车舒适性..docx

第六章 汽车舒适性摘要随着人们生活水平的提高，人们对汽车性能的要求除在动力性、经济性、安全性方面之外，在 车辆的舒适性、可靠性、耐久性和安全性等方面的要求也越来越高良好的驾驶操作性能、舒适的 驾乘环境、低振动和低噪声渐渐成为现代汽车的重要标志同时，从提高工作效率和降低事故发生 率的要求出发，汽车的乘坐及工作环境必须具有一定的舒适性为提高汽车的舒适性，本章主要从 汽车平顺性、汽车空气调节性能、汽车乘坐环境和驾驶操作性能四个方面进行了具体分析，并针对 每一方面都提出了具体的评价指标，影响因素及实验方法引言汽车舒适性是指为乘员提供舒适、愉快的乘坐环境、货物的安全运输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、汽车噪声、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。

汽车空气调节性能是指对车内空气的温度、湿度和粉尘浓度实现控制调节，使车室内空气经常 保持使乘员舒适的状态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 设备的易辨认性等随着现代文明进程，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它性能不同，汽车舒适性各 方面的评价都与人体主观感觉直接相关本章将结合汽车人体工程学研究成果，适当介绍必要的相 关知识．以期帮助大家树立“人－车－环境”系统研究新概念第一节 汽车平顺性一、人体对振动的反应和平顺性的评价机械振动对人体的影响，既取决于振动频率与强度、振动作用方向和暴露时间，也取决于人的 心理、生理状态、而且心理品质和身体素质不同的人，对振动敏感程度有很大差异：因此，人体对 振动作用的反应是一个十分复杂的过程为了评价振动对人体的影响，在振动心理学试验中，一般是将人对振动的感受分为数个不同的 感觉等级，如: “无感觉”、“稍有感觉”、“感觉”、“强烈感觉”、“非常强烈感觉“等取某一频率 的正弦振动作为基准。

其振动加速度有效值和振动持续时间是一定的，并规定在此条件下的人体承 受振动的感觉然后，在相同持续对间下，改变振动频率和振动加速度有效值，与基准振动比较， 当感觉相同时，记录振动频率与振动有效值如果把产生同样感觉的备点连接起来，即可绘制出人体对振动反应的等感度曲线20世纪70年代，国际标准化组织(ISO)在综合大量有关人体全身振动 的研究成果的基础上，制定了国际标准ISO 26314《人体承受全身振动的评价指南》目前许多国家 参照ISO 26314来制定汽车平顺性的评价方法1 •随机振动有关概念图6—1是汽车车厢地板上测得的振动加速度波 形可以看出，振动加速度随时间的变化是不确定的 这种随时间变化的不规则振动叫随机振动随机振动的 规律不能用简单函数或简单函数的组合来表示，只能用 概率和统计的方法来描述其内在特性1) 加速度均方值加速度均方值Z2是加速度瞬时值Z&t)的平方对时间域求平均值其数学表达式为：ms1粵 t - G 脚)dt (6-1)ms t o均方值有平均功率的含义，它是与平均功率成比例的表征振动强度的一个物理量2) 加速度均方根值将均方值开方后得到均方根值加速度均方根值b 的数学表达式为：(6-2)= ' ・ t&&(t)dtz& t o加速度均方根值通常亦称为加速度有效值。

3) 功率谱密度 G(f ) 随机振动的时间历程是由无限多个频率、相位、强度各不相同的谐振叠加而成的将随机过程时间域上的一些数字特征转化为频率域上的数字特征来表示，并进行分析，研究振动能量随频率的 分布情况，称为频谱分析随机过程在频率域上常用功率谱密度G (f)来描述其数学定义为：G (f)=警*1J严/坷同Af T06-3)不可能无限窄通常只能取有限时间和带宽故:式中&(t, f ,Vf)——犖在频率/〜/ + Vf间隔内的分量;——频率; 频带宽度图6-2连续的功率谱密度实际测量分析中，时间t不可能无限长，频带宽度Vf也(6—4)由式(6—4)知，g(f)表示频率f〜f + Vf间隔内均方值密度由于均方值有平均功率含义，所以称G (f)为曲线功率谱密度，其单位为(m/s 2 ) 2 /Hz功率谱密度是随机过程最重要的特征之一如果知道了功率谱密度曲线(见图6—2),则g(f)曲线与 f 轴所围的总面积就是振动的均方值或平均能量对某一频率范围内的均方值可按下式计算：z&(f, f ) = t2G(f )df (6-5)ms 1 2 tt12. ISO 2631 标准ISO 2631标准用加速度均方根值给出了在l〜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，将保持健康或安全通常把此极限作为人体 可以承受振动量的上限② 疲劳一工效降低界限这个界限与保持工作效能有关当驾驶员承受的振动强度在此界限之内时， 能准确灵敏地反应，正常地进行驾驶③ 舒适降低界限此界限与保持舒适有关，在这个界限之内，人体对所暴露的振动环境主观感觉良 好，能顺利完成听、读、写等动作图6—3是I SO 2631给出的用双对数坐标绘制的“疲劳一工效降低界限”另外两个不同反应界 限的振动允许值随频率变化趋势与图6—3曲线形状完全相同，只是振动的允许值不同暴露极限” 的值为“疲劳一工效降低界限”的2倍，“舒适降低界限”为“疲劳一工效降低界限”的1/3.15倍 从振动心理学角度来看，这三个反应界限相当于人体对振动的感觉的三个等级，三个界限曲线实际 上就是三种等感度曲线10. 005.04.0152.5Z01.6].251.0O H0. 630. ?() 6 4G 0.31 0.25 0.200. 16】冯告频帝中心頓率口 H即图6-3疲劳一工效降低界限(1) (ISO)图6－3的纵坐标用振动加速度均方根值代表振动强度，横坐标为振动频率，用1/3倍频带中心 频率表示。

有关1/3倍频带的概念可参见本章第二节中的有关内容实线曲线和虚线曲线分别表示 垂直方向和水平方向振动时的“疲劳一工效降低界限”曲线上的任一点代表了“疲劳一工效降低” 的一个时间限值，如4h曲线上的一点，表示对应于该振动频率时的振动加速度均方根值若等于或稍 小于该限位时，将容许人体暴露在此振动下4小时而不会出现疲劳和工效降低由图6—3可以看出，“疲劳－工效降低界限”的振动加速度允许值的大小与振动频率、振动作用方向和暴露时间这三个 因素有关，下面分别加以讨论① 振动频率从图6－3可以看出人体承受全身振动时，有一个最敏感的频率范围对于垂直振动 最敏感的频率范围为4〜8Hz,而对于水平振动，最敏感的频率范围为1〜2Hz② 振动作用方向从图6 — 3可以看出，垂直振动与水平振动的''疲劳一工效降低界限”是不一样的 在同一暴露时间下，频率在3.15Hz以下时易感受到水平振动，高于此频率时，对垂直振动更敏感， 达到8Hz以上的频率范围时，垂直振动允许值只是水平振动允许值的1/2.8比较各自最敏感频率 范围内同一暴露时间的振动允许值，垂直方向却是水平方向的1.4倍③ 暴露时间人体达到一定反应的界限，如“疲劳”、“不舒适”等，都是由人体感觉到的振动强度 大小和暴露时间长短二者综合的结果。

它们之间的关系可由图6—3看出，在一定频率下，随暴露时 间加长，“疲劳一工效降低界限”曲线向下平移，即振动加速度允许值减小3．平顺性评价方法(1) 1/3倍频带分别评价法用这个方法评价时，首先将传至人体的振动加速度进行频谱分析，得到功率谱密度Gf，再按式(6—5)求出各1/3倍频带内传至人体的振动加速度均方根值分量s p&：fuiG&(f )df6—6)式中 f 和 f 分别是各1/3倍频带的上、下限截止频率，其确定方法参见本章第二节有关内容ui li1/3倍频带分别评价法认为,同时有许多个1/3倍频带都有振动能量作用于人体时，各频带振动 的作用无明显联系，对人体产生影响的，主要是由人体感觉的振动强度最大的一个1/3倍频带所造 成具体评价方法是直接将某一振动方向上的各加速度均方值标在“疲劳一工效降低界限”的图上 找出某个b确定的最短的暴露时间T ,也可以用查表方法确定丁Tpi FD fd用这种方法评价时，要改善汽车平顺性就得减小某个感觉特别的 b 值，希望振动能量按频率pii分布不要过于集中，尤其在人体敏感的频带内不要有突出的尖峰2) 总加速度加权均方根值评价法 这种方法是用频率加权因子，将人体敏感的频率范围以外的各频带振动加速度均方根值 b 折pii算为等效于人体敏感频率范围内的振动加速度均方根值sb后，再求出总加速度加权均方根值 piw。

sp&i?w(fci))26-7)式中 f .——第i个1 /3倍频率带的中心频率，Hz ci•} 0.5 £ f 1 #fci ci垂直方向W (f ) = ] 1 4 #f 8N ci j cii 8/f 8 £ f1 ci ci水平方向Wn ( J)-11j2/fci1 ＃f 2ci2 £ fciw( f )——频率加权函数，并且： ci在1〜80Hz范围内，共有20个1/3频带，所以i = l,2,〜,20IS02631/1给出a 与允许的''疲pw劳一工效降低界限”暴露时间TFE之间的对应关系，可直接用作平顺性评价请参见文献［1］若要同时考虑三个方向的振动对人体的影响，常采用将三个方向的总加速度加权均方根值进一步加权的 方法，求得联合加速度加权均方根值b wL 1b = b 2 + (1.4b )2 + (1.4b )2』2 (6-8)w zw xw ^yw上述两种评价方法，1/3倍频带评价是ISO2631标准的基础，它可以根据人对不同频率振动的 敏感性较精确地评价振动激励总加速度加权均方根值评价可以全面地评价振动激励的强度3) 吸收功率评价“吸收功率”概念认为人体是一弹性体，在输入力为0〜314N，人体变形为0〜10.16mm时， 人体是一线性系统。

当人体承受振动时，振动能量被人体吸收并沿全身传递，这一振动能量随时间 的变化率称为吸收功率人体系统吸收的功率越大，所受到的干扰就越大，就会感到愈不舒适按照功率的概念，吸收功率P为: av式中F(t)Pav振动输入点上的作用力F (t )v(t )dt6-9)v (t)――振动输入点上沿作用力方向的速度式(6 — 9)是时间域内确定P的方法对于频率域P，按下式计算：av avP 二 1035.2444 + 丫 KG (6-10)av i ii式中 G ――第i个频带的输入加速度自谱值；iK ——考虑人体特性的频率函数，不同振动方向有不同值，其确定方法请参阅GB4970—85i《汽车平顺性随机输入行驶试验。