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汽车振动的评价标准

2020-05-06 21:00:26·  来源：CAE之家  
　
一、人体对振动的反映特性乘座质量(Ridequality)是车内振动最主要的衡量指标。发动机的振动通过隔振器传递到车体再传到椅子上，地面的振动通过悬挂系统传到车体
一、人体对振动的反映特性
     乘座质量(Ride quality)是车内振 动最主要的衡量指标。发动机的振动通过隔振器传递到车体再传到椅子上，地面的振动通过悬挂系统传到车体然后传到椅子上。人直接从椅子的振动感觉到舒适与否。另外，手扶著方向盘会感受到振动，脚踩著地板也会接受振动。人体对振动的感觉来自这三个位置，如图 1 所示。地板 ( 或者是椅子的支架 ) 的振动反应了车体本身的特性，同时又是对椅子的振动输入。椅子的振动与地板的输入和椅子的结构特征有关。所以知道这些结构的振动特性对提高人体的舒适性非常重要。
 人体各个部位对振动敏感的频率是不一样的。手的敏感频率是8到16赫兹。坐著的时候对振动的敏感频率：在垂直方向为4到8赫兹，而在横 向为1到2赫兹。图1给出了人体在垂直方向上的反应与频率的关系。
 
图1  人体在垂直方向的反应与振动频率的关系
ISO2631标准和ISO2631-1标准中，列出了人体舒适程度对振动大小的主观统计数据，如表1所示。
表1  振动量级与主观评级之间的关系
 
二、椅子模型和椅子-人体组合模型
     评价汽车座椅的舒适性涉及到三个因素：座椅结构振动传递率、输入信号和输出信号。一般来说，这三个因素都是频率的函数，要评价椅子的舒适性是很复杂的。为了简单地评价一把椅子的舒适性，引入SEAT(座椅有效幅值传递率)这个概念。SEAT定义如下：
 
式中，Wss(f)和Wff(f)分别为椅子和地板的加速度频谱，是针对人体响应的频率计权函数。表2为频率计权函数。
表2  频率计权函数
 
  SEAT只是一个数值，它表示了椅子舒适程度的大概量值。比如，SEAT值为100%时，表示椅子的振动与地板是一样的，也就是说椅子刚性地与地板相连接；当SEAT小于100%时，表明地板传递到椅子的振动减小；当SEAT值大于100%时，表明振动从地板传到椅子时被放大；当SEAT值为50%时，表明这把椅子比SEAT值为100%的椅子舒服一倍。
 汽车的座椅具有非常明显的非线性特性。图2为一部赛车座椅的振动传递率曲线。地板的输入加速度从0.05g到0.45g。这个曲线有两个明显的非线性特征：第一是当地板振动加速度增加的时候，传递率的共振频率减小；第二个特征是当地板振动加速度增加的时候，传递率的幅值减小。非线性座椅可以简化为一个单自由度系统，如图3所示。这个模型可以用数学公式表示为：
 
式中，k1和k2是系统的刚度；c1和c2是系统的阻尼系数； 是座椅的座垫与地板之间的相对位移；z0是地板的位移。
 
 
图2  一部赛车座椅的振动传递率曲线
 
图3   非线性座椅单自由度模型
人体模型一般采用ISO的线性模型，如图4所示。当这个线性的人体模型与非线性的座椅模型结合的时候，就形成了非线性的座椅-人体模型，如图5所示。图6表示这部运动车人体到地板之间的传递率曲线。这条曲线也是非线性的，其传递率的共振频率和幅值随著地板输入大小的变化趋势与单自由度椅子模型是一致的，但是频率变化范围变窄了。
 
图4  ISO线性人体模型
 
图5   非线性座椅-人体模型
 
图6  某运动车人体到地板的传递率曲线
三、怠速时的振动评价指标
从图1知道，人体在4到8赫兹之间对垂向振动最为敏感。在8赫兹以上，敏感度随著频率的增加而减小。如果加速度曲线在频域内从8赫兹开始积分，那么得到的速度曲线将是一条水平线。而发动机的激振频率大于8赫兹，因此用速度来评价振动的响应比加速度更方便。这样在8赫兹以上时，人体对速度的敏感度是一样的。
在评价地板、座椅和方向盘的振动时，我们采用速度而不是加速度。与怠速时评价噪声一样，由於怠速时，转速是固定的(当然转速会在这个固定转速附近漂移)，因此我们采用一个统计速度来评价怠速时的振动。测量的时候，在每个振动输入位子(地板、方向盘和座椅)测量三个方向的加速度。当转速一定的时候，某个频率下，某个方向的速度与加速度，存在下列关系：
 
式中，m代表振动的三个方向：x、y和z方向。am和vm分别是m方向的加速度和速度。
对这个转速下的振动来说，速度是由很多频率成分组成。考虑所有频率的贡献，我们用各个频率下速度平方之和的根值来表示某个方向总的振动速度，如下：
 
如果将三个方向的速度考虑进来，就得到了最后的速度值，如下：
 
在评价地板、方向盘和座椅的振动时，三个方向的振动都应该包括。
四、全负荷(WOT)/半负荷(POT)振动评价评价
全负荷/半负荷状况与怠速状况是不同的。怠速的时候，假设发动机转速不变，可是进气控制阀全开或者半开时，发动机的转速是变化的。因此，评价振动时，不能只用一个合成速度数值，而是要用一条随著转速变化的曲线。但是在每个转速下的计算方法与上面介绍的怠速是一致的。在某个转速下，某个方向的振动为：
 
在某个转速下的合成振动为：
 
这样就得到了随著转速而变化的合成速度曲线，这条曲线就表示某个位置(地板、方向盘、座垫)的振动强烈程度。
 
 
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