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1、汽車平順性研究李全（桂林電子科技大學(xué)機電工程學(xué)院廣西，桂林541004）摘要：汽車平順性是汽車的重要性能，它不僅影響乘員的舒適性、工作效能和身體健康，還直接影響著汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和操作穩(wěn)定性等，因此，汽車生產(chǎn)廠家對其格外關(guān)注，對汽車平順性的研究也就顯得十分重要。0.緒論汽車行駛平順性，是指汽車在一般行駛速度范圍內(nèi)行駛時，避免因汽車在行駛過程中所產(chǎn)生的振動和沖擊，使人感到不舒服、疲勞，甚至損害健康，或者使貨物損壞的性能。由于行駛平順性主要是根據(jù)乘員的舒適程度來評價，所以又稱為乘坐舒適性。汽車是一個復(fù)雜的多
2、質(zhì)量振動系統(tǒng)，其車身通過懸架的彈性元件與車橋連接，而車橋又通過彈性輪胎與道路接觸，其他如發(fā)動機、駕駛室等，也是以橡皮墊固定于車架上。由于道路不平而引起的沖擊和加速、減速時的慣性力，以及發(fā)動機與傳動軸振動等產(chǎn)生的激振力作用于車輛系統(tǒng)，將使系統(tǒng)發(fā)生復(fù)雜的振動，對乘員的生理反應(yīng)和所運貨物的完整性，均會產(chǎn)生不利的影響。1．汽車平順性研究現(xiàn)狀在壞路上，汽車的允許行駛速度受動力性的影響不大，主要取決于行駛平順性；而因壞路被迫降低行車速度，因而使汽車的平均技術(shù)速度減低，運輸生產(chǎn)率下降。其次，振動產(chǎn)生的動載荷，加速了零件的
3、磨損，乃至引起損壞，降低了汽車的使用壽命。此外，振動還引起能量的消耗，使燃料經(jīng)濟(jì)性變差。因此，減少汽車本身的振動，不僅關(guān)系到乘坐的舒適和所運貨物的完整，而且關(guān)系到汽車的運輸生產(chǎn)率、燃料經(jīng)濟(jì)性、使用壽命和工作可靠性等方面。我國的汽車平順性標(biāo)準(zhǔn)是借鑒國際上關(guān)于振動評價的標(biāo)準(zhǔn)建立的，但與國際標(biāo)準(zhǔn)有一定差異。2．人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價2.1汽車行駛平順性的評價指標(biāo)汽車行駛平順性的評價方法，通常是根據(jù)人體對振動的生理反應(yīng)，以及對保持貨物完整性的影響制定的，并用振動的物理量，如頻率、振幅、加速度等作為行駛平順性
4、的評價指標(biāo)。目前常用汽車車身振動的固有頻率和振動加速度均方根值來評價汽車的行駛平順性。試驗表明，為了保持汽車具有良好的行駛平順性，車身振動的固有頻率應(yīng)為人體所習(xí)慣的步行時，身體上、下運動的頻率，它約為60～80次／min(1～1.6Hz),振動加速度的極限值為0.2g～0.3g。為了保證運輸貨物的完整性，車身振動加速度也不宜過大。如果車身加速度達(dá)到1g,沒有經(jīng)固定的貨物，就有可能離開車廂底板。所以，車身振動加速度的極限值應(yīng)低于0.6g～0.7g。2.2人體對振動的反應(yīng)70年代，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）在綜合
5、大量有關(guān)人體全身振動的研究工作和文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，訂出了國際標(biāo)準(zhǔn)IS02631—1978E《人體承受全身振動的評價指南》，這樣在人承受全身振動的評價方面才有了國際通用性標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)用加速度的均方根值給出了在1～80Hz振動頻率范圍內(nèi)人體對振動反應(yīng)的三個不同的感覺界限。它們分別是暴露極限、疲勞降低工作效率界限和舒適降低界限。2.2.1暴露極限當(dāng)人體承受的振動強度在這個極限之內(nèi)，將保持健康或安全。通常把此極限作為人體可以承受振動量的上限。2.2.2疲勞-降低工作效率界限這個界限與保持工作效率有關(guān)。當(dāng)駕駛員承受的振動
6、在此界限內(nèi)時，能保持正常地進(jìn)行駕駛。2.2.3舒適降低界限此界限與保持舒適有關(guān)，它影響人在車上進(jìn)行吃、讀、寫等動作。這三個界限只是容許的振動加速度值不同。暴露極限的值為疲勞-降低效率界限的2倍，舒適降低界限為疲勞-降低工作效率界限的1／3.15。各界限容許加速度值，隨頻率的變化趨勢完全一樣。影響汽車行駛平順性的因素上節(jié)我們對汽車這一復(fù)雜的振動系統(tǒng)進(jìn)行了簡化。而將汽車視為由彼此相聯(lián)系的懸掛質(zhì)量與非懸掛質(zhì)量所組成。汽車的懸掛質(zhì)量由車身、車架及其上的總成所構(gòu)成。該質(zhì)量由減振器和懸架彈簧與車軸、車輪相連。車輪、車軸
7、構(gòu)成非懸掛質(zhì)量，車輪再經(jīng)過具有一定彈性和阻尼的輪胎支承路面上。懸架結(jié)構(gòu)、輪胎、懸掛質(zhì)量和非懸掛質(zhì)量是影響汽車平順性的重要因素。2.3懸架結(jié)構(gòu)懸架結(jié)構(gòu)主要指彈性元件、導(dǎo)向裝置與減振裝置，其中彈性元件與懸架系統(tǒng)的阻尼對平順性影響較大。2.3.1彈性元件將汽車車身看成一個在彈性懸架上作單自由度振動的質(zhì)量時，減少懸架剛度，可降低車身的固有頻率，提高汽車行駛的平順性。但是，如果增加高頻的非懸掛質(zhì)量的振動位移，大幅度的車輪振動有時會使車輪離開地面，在緊急制動時，會產(chǎn)生嚴(yán)重的汽車“點頭”現(xiàn)象。為解決這一問題，可采取一些相
8、應(yīng)措施，如采用具有非線性特性的變剛度懸架，即懸架的剛度隨載荷而變，這樣可以使得在載荷變化時，保持車身振動的固有頻率不變，從而獲得良好的平順性。懸掛的非線性彈性特性，可通過下述方法來實現(xiàn)：在線性懸架中，加入輔助彈簧、復(fù)合彈簧，采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向機構(gòu)，以及與車架的支承方式等。選用具有非線性特性的彈性元件，如空氣彈簧、油氣彈簧、橡膠彈簧和硅油彈簧等。2.3.1阻尼系統(tǒng)的阻尼為了衰減車身自由振動和抑制車身、車輪的共振，以減小
