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【平顺性】汽车道路行驶平顺性 汽车性能评价指标ISO2631

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发表于 2020-7-15 15:01:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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。研究汽车平顺性的主要目的就是控制汽车振动系统的动态特性,使振动的“输出”在给定工况的“输入”下不超过一定界限,以保持乘员的舒适性。

平顺性

平顺性

汽车平顺性评价方法

上世纪30年代以来在汽车平顺性评价方法方面进行了许多实验研究工作,但难以得到公认的评价方法和指标。直到1974年,国际标准化组织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ISO2631:《人体承受全身振动评价指南》.新标准规定在评价振动时先计算各自由度上总的加权均方根值,再计算各输入点的振动加速度均方根,然后计算人体承受的总加速度均方根值,最后用总的振动加速度均方根值与人的主观感觉来判断乘员舒适性.新标准基本上克服了原标准的缺点,在试验基础上给出了极为详细的频率加权函数轴加权系数以及明确的舒适性界限,同时还保留了大家熟悉的加速度均方根值作为评价指标,使用起来方便直观,是至今为止最为完善的评价方法.

ISO2631-1:1997(E)

标准规定了图1所示人体坐姿受振模型。在进行舒适性评价时,它除了考虑座椅支承面处输入点3个方向的线振动,还考虑该点3个方向的角振动,以及座椅靠背和脚支承面两个输入点各3个方向的线振动,共3个输入点12个轴向的振动。

此标准仍认为人体对不同频率振动的敏感程度不同,在图2上给出了各轴向0.5-80Hz的频率加权函数(渐进线),又考虑不同输入点、不同轴向的振动对人体影响的差异,还给出了各轴向振动的轴加权系数k。


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 楼主| 发表于 2020-7-15 15:39:37 | 显示全部楼层

汽车平顺性,是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时,避免因汽车在行驶过程中所产生的振动和冲击,使人感到不舒服、疲劳,甚至损害健康,或者使货物损坏的性能。由于平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价,所以又称为乘坐舒适性,它是现代高速汽车的主要性能之一。

研究汽车平顺性的主要目的就是控制汽车振动系统的动态特性,使振动的“输出”在给定工况的“输入”下不超过一定界限,以保持乘员的舒适性。

评价方法

汽车平顺性评价方法大致可分为主观评价法和客观评价法。主观评价法依靠评价人员乘坐的主观感觉进行评价,其主要考虑人的因素。客观评价法是借助于仪器设备来完成随机振动数据的采集、记录和处理,通过得到相关的分析值与对应的限制指标相比较,作出客观评价。近年来,综合运用主、客观评价方法进行平顺性评价的研究取得了很大进展。


主观评价

进行汽车平顺性主观评价时,由其有经验的驾驶员和乘客组成的专门小组按预定方式驾驶或乘坐一组车辆来主观评价行驶平顺性的水平或特征;然后完成相应的主观评价表,最后综合确定车辆的乘坐舒适性。

现行的主观评价方法主要是模糊层次分析法。

主观评价法需要根据经验认真规划、需要统计上的无偏见采样,但实际上人们对振动感觉的复杂性使得到的数据存在差异。一般来说,仅使用定性的说明或描述不容易确定行驶平顺性。


客观评价

目前,世界上主要有四种汽车平顺性客观评价方法,分别是吸收功率法(Average AbsorbedPower)、总体乘坐值法(BS 6841-1987)、VDI 2057(2002)和ISO 2631(1997)。

吸收功率法具有明确的物理意义,但是没有明确规定的舒适界限。因此,只适合现有车型间的平顺性比较,对产品的开发预测及汽车具体结构参数的改进不能提出指导意见。该标准适用的频率范围是1~80 Hz。

总体乘坐值法由英国标准组织在1987年颁布,并被国际标准化组织采纳。该标准使用具有 12 个振动输入的人体坐姿受振模型,如下图所示。在进行舒适性评价时,需要考虑座椅支承面处输入点3个方向的线振动和该点3个方向的角振动,以及座椅靠背和脚支承面两个输入点各3个方向的线振动,共3个输入点12个轴向的振动。

图1 人体坐姿受振模型

总体乘坐值法是迄今为止较全面、适合场合较广的振动舒适性评价方法,但由于该法涉及到的自由度数目较多,具体考察时需要的要素也较多,操作上较为复杂。该标准适用的频率范围是0.5~80 Hz。

德国工程师协会(VDI)发布的 VDI2057是世界范围内最早的平顺性评价标准。该标准是在分析了大量人员在不同频率和强度的正弦振动下的反应得出的。通过定义合适的平顺性指标K系数(K-factor),结合主观感受表进行平顺性评价。该标准适用的频率范围是1~80 Hz。

国际标准化组织(ISO)在综合大量关于人体全身振动的研究成果基础上,并于1997年公布了ISO2631-1:1997(E)《人体承受全身振动评价——第1部分:一般要求》,我国的GB/T 4970-2009标准就是据此并进行修正而得的。

ISO2631-1:1997(E)在进行平顺性评价时根据振动波形峰值系数是否小于9分别使用基本评价方法和辅助评价方法。

峰值系数<9时,使用基本评价方法,即使用加权加速度均方根值评价;

峰值系数>9时,使用辅助评价方法,即使用振动剂量值(Vibration Dose Value,VDV)评价。

振动剂量值评价主要针对瞬态振动或间歇性瞬态振动,适用于越野路况下的平顺性评价

该标准适用的频率范围是0.5~80 Hz。

尽管国际上已经出现很多种平顺性评价方法,但国内外学者和学术团体在平顺性评价问题上所持观点不尽相同,存在很大争议。正因如此,近些年来,许多新的理论方法引入到平顺性评价中来,实现了对主观、客观因素的综合评价。其中较典型的包括汽车综合振动舒适度法、模糊评价法和烦躁率分析法。


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 楼主| 发表于 2020-7-15 16:35:32 | 显示全部楼层


影响因素

影响汽车平顺性的因素比较多,其中最为关键的是轮胎、悬架和座椅系统的结构参数。


轮胎

对于平顺性而言,路面凹凸不平是造成平顺性变差的主要原因而轮胎是与路面直接接触的部件,所以轮胎的特性对平顺性的因素非常明显。

轮胎由于本身的弹性,在很大程度上吸收了因路面不平所产生的振动,它是保证了汽车平顺性的关键部件之一。轮胎性能的好坏,是用轮胎在标准气压和载荷下的压缩系数来表示。 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12%~14%。轮胎的缓冲性能好一些,有助于提高汽车的平顺性。

车轮旋转质量的不平衡,对汽车的行驶平顺性和稳定性都有不利影响,所以需要对车轮进行静平衡和动平衡测试,改善其平衡性能。

悬架

悬架是保证汽车平顺性的另一个关键部件。悬架中的弹性元件、减振装置,以及簧载质量与非簧载质量都对平顺性有较大影响。

弹性元件主要起到缓冲作用,减振装置用来消耗振动能量。减少悬架刚度 ,可降低车身的固有频率,可以减小车身加速度,但是这会带来以一个问题:悬架动挠度会增加,可能导致频繁撞击限位块,另外,也可能有损汽车的操纵稳定性。减振装置可以有效地衰减车身 的振动和抑制车身、车轮的共振,以减小车身的垂直振动加速度和车轮的振幅。非簧载质量小一些对于提高平顺性是有利的。

座椅

由于人体与座椅直接接触,因而长途行驶时,汽车座椅极大地影响着乘员的乘坐舒适性。从平顺性及减振要求看,座椅设计应保证有良好的阻尼和刚度特性。


提高平顺性的途径

提高平顺性的途径也有多种,主要从上述影响因素中考虑。


轮胎

如前所述,提高轮胎的缓冲能力,减小其不平衡性,都有利于提高汽车的平顺性。提高轮胎缓冲性能的方法如下 :

(1)增大轮胎断面、轮胎宽度和空气容量,并相应降低轮胎气压。

(2)改变轮胎结构形式 ,如采用子午线轮胎。它因轮胎径向弹性大,可以缓和不平路面的冲击,并吸收冲击能量,使汽车平顺性得到改善,如下图所示。

(3)提高帘线和橡胶的弹性,要用较柔软的胎冠。

图2 子午线轮胎


悬架

通过悬架提高平顺性的手段较多,比如:

(1)采用独立悬架,减小非簧载质量。采用半主动、主动悬架,实时调整悬架参数,以使悬架性能接近最优,兼顾操纵稳定性与平顺性。

(2)选用具有非线性特性的弹性元件,如空气弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧和硅油弹簧,如下图所示。

图3 空气弹簧

(3)在线性悬架中,加入辅助弹簧、复合弹簧,采用适当的导向机构,以及与车架的支承方式等。

(4)改进减振器的性能,采用可调式减振器,比如机械可调式减振器、磁流变减振器、电流变减振器等。

图4 磁流变减振器


座椅悬置系统

在原有的普通座椅座垫的基础上,增加由弹簧和减振器所组成的座椅悬置系统,它可以显著改善汽车的乘坐舒适性,如下图所示。


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 楼主| 发表于 2020-7-15 16:48:03 | 显示全部楼层

道路平顺性(road smoothness)是指线形几何要素组合与沿线设施的诱导性、驾驶人员视觉柔和度及线路布置与汽车行驶轨迹吻合度的综合量度  。为道路线形组合设计的评价标准之一,设计过程中的评价手段主要是透视图。


平顺性的评价

1.ISO2631的评价方法。国际标准ISO 2631用加速度均方根值给出了在1-80Hz振动频率范围内人体对振动反应的三个不同界限  。

2.国家标准对行驶平顺性的评价方法。GB4970—1985《汽车平顺性名词术语及定义》规定,用平顺性随机输人行驶试验测定汽车在随机不平的路面上行驶时振动对乘员及货物的影响来评价汽车的平顺性。因为随机输入是汽车行驶中遇到的最基本情况,所以这种试验是评定汽车平顺性最主要的试验。

汽车行驶时偶尔会遇到凸块或凹坑,尽管遇到的概率并不多,但过大的冲击会严重地影响平顺性,甚至会损害人体健康,会使运输的货物损坏。GB5902—1986《汽车平顺性单脉冲输入行驶试验方法》规定,采用单凸块作为脉冲输入,让汽车驶过规定尺寸单凸块,测定坐垫上和座椅底部地板加速度的最大值作为评价指标。


影响侧偏特性的因素

影响侧偏特性的因素很多,如轮胎的尺寸、形式和结构参数对侧偏刚度影响较明显。尺寸较大的轮胎有较高的侧偏刚度。子午线轮胎接地面宽,一般侧偏刚度较高。钢丝子午线轮胎比尼龙子午线的侧偏刚度还要高些。轮胎断面高于轮胎断面宽之比×100%称为扁平率。早期轮胎的扁平率为100%,现代轮胎的扁平率逐渐减小,不少轿车已采用扁平率为60%或称60系列的宽轮胎。扁平率对轮胎侧偏刚度影响很大,采用扁平率小的宽轮胎是提高侧偏刚度的主要措施。扁平率为60%的60系列轮胎的侧偏刚度有大幅度提高。当扁平率为50%时,侧偏力即侧偏刚度比扁平率为80%的轮胎提高了70% [1]  。

汽车行驶中,轮胎的垂直载荷常有变化。如转向时内侧车轮轮胎的垂直载荷减小,外侧车轮轮胎的垂直载荷增大,垂直载荷的变化对轮胎侧偏特性影响较大。轮胎的充气压力对侧偏刚度也有影响。随着气压的增加,侧偏刚度增大,但气压过高后刚度不再变化。

汽车平顺性试验

1.汽车振动系统结构参数测定。测定轮胎、悬架、坐垫的弹性特性,求出规定载荷下,轮胎、悬架、坐垫的刚度。由加、卸载曲线包围的面积,可以确定轮胎、悬架、坐垫的阻尼。另外还要测定悬挂质量、非悬挂质量、车身质量分配系数等。

2.悬挂系统部分固有频率和阻尼比的测定。将汽车前、后轮分别从一定高度抛下,记录车身和车轮质量的衰减振动。可以得到称身质量振动周和车轮质量振动周期  。

3.实际路面随机输入行驶试验。此项试验是评定汽车平顺性的最主要试验。按照GB4970—85《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》进行。各种车轮因工作条件不同,试验要求的路况、车速、传感器安装位置等也有所不同。

4.脉冲输入试验。汽车行驶时偶尔会遇到凸块或凹坑,其冲击会影响汽车平顺性,严重时会损害人体健康,破坏运载的货物。此项试验按GB5902—86《汽车平顺性单脉冲输入行驶试验方法》进行,汽车以一定车速驶过规定尺寸的三角形凸块得到脉冲输入。评价指标用坐垫上和地板上加速度最大值或加权速度最大值。

汽车行驶平顺性

行驶平顺性是指保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境下具有一定舒适度的性能。评价现代高速、高效率汽车的一项主要使用性能指标。对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。由于主要根据乘坐者的舒适程度来评价,因此又称“乘坐舒适性”。

汽车行驶时路面激起的振动不仅会缩短有关零部件的疲劳寿命,还会引起车轮与路面之间的载荷波动,影响到路面对车轮的附着效果,并关联到操纵稳定性的状况,因此是汽车的一项主要使用性能。但其评价指标在国际上尚无一致结论。中国国家标准GB4970规定了轿车、客车用降低舒适性界限,货车用疲劳-降低工作效率界限与车速的关系曲线加以评价。如对于上下振动,人体的敏感频率为4〜8HZ,对水平振动则在2HZ以下。同一振动方向,人体的忍耐限度随着受振时间的增长而降低。汽车道路行驶平顺性,汽车平顺性,道路平顺性,行驶平顺性


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