汽车的平顺性

关键词： 噪音 振动 驾驶员 汽车

汽车的平顺性（精选九篇）

汽车的平顺性 篇1

汽车行驶时,外部环境和内在因素激励因素引起汽车产生噪音和振动,影响驾驶员的操控和乘坐人员的舒适度,另外由于振动和噪音引起零部件的损坏。平顺性是指在一定的范围内,让驾驶员和乘客避免有不舒适感,又能保证所运货物的完整性。

人们对于汽车的品质衡量标准,主要无非就是汽车的安全性动力性经济性以 及舒适性等。而其中的舒适性主要就是汽车对路面情况的反应通过车轮悬架汽车座椅传递给驾驶员和乘客的直观感受,而这种感受往往成为人们购车时的重要考量因素。汽车本质上是一个多质量复杂的非线性振动系统 , 当其受到激励作用或者各部分总成振动作用时 , 系统将会出现复杂的振动响应。这种振动对于驾驶员以及乘客甚至所载货物会产生影响。平顺性不仅影响乘员的舒适性 , 同时还关系到行驶安全、环境污染等问题。综上所述对汽车平顺性的研究具有重要的现实意义。

对汽车平顺性的评价方法,有三种情况 :主观评价方法(乘坐人员的感觉)重视人的感觉的舒适度,客观评价方法(物理量)汽车的振动对人体的影响,主客观综合评价方法综合以上两点优点。而每一种评价方法有分成几类,本文从几个具体方面来进行讨论汽车的平顺性。

1 ISO2631-1:1997(E)标准评价法

ISO2631系列标准是20世纪70年代提出来的,其中ISO2631-1:1985在新版本发布以前应用比较广泛,其评价方法分为两种 :倍频带评价方法和总的加权值评价方法。最新是1997年的ISO2631-1:1997《人体承受全身振动评价》。这与以前的旧标准有不同的地方主要表现在 :全身振动测量方法(周期、随机和瞬态)上做了规定。给出了人体在坐、卧和站立时的受振模型。ISO2631-1:1997(E) 规定了给出了两种评价方法。

1)基本评价方法

加权振动级和加权加速度均方根值aw:

单轴向加权速度均方根值时计算公式 :

三个轴向振动都需要考虑时总加权加速度均方根值的计算公式 :

Law和aw与人感觉的关系见下表1 :

2)辅助评价方法

当峰值系数大于9时,振动剂量VDV作为评价指标 :

该评价指标能更好的反应出,脉冲值过大引起高峰值系数振动时对人体的影响。同时ISO2631还分别给出了对承受上下和左右振动的评定界限 :1)疲劳 - 降低工效界限。试验表明,人在上下振动时的敏感频率是4~8Hz之间 , 左右为小于2Hz ;2) 降低舒适界限,用来衡量乘客在车辆运行中进行写作和阅读的感觉困难的情况。3)暴露极限,车在强度振动时危及到人身健康或生命安全的界限 [3,4]。

2 乘坐舒适性系数法(RCL 法)

现代人们不仅对车的质量有很高的的要求,而且对乘坐的舒适性要求也很高。乘坐舒适性系数法是建立在Janeway建议的基准容许临界曲线的基础上的, RCL是振动信号与基准曲线之比的倍数。RCL系数与人体的舒适度之间的关系见表2。

3 吸收功率法(AverageAbsorbed Power)

LeeR.A和ParadkoF. 提出了人体对振动的反应与人体所吸收能量有关系,在小的范围里面匠人看做一个弹性体,振动能量被人吸收,则振动能量逐渐减少。人体的吸收率等于能量随时间的变化率。

在一定时域内 :

平均吸收功率

式中, F(t)- 输入力

V(t)- 输入速度

在一定频域内,吸收功率

Pav- 吸收功率

G- 第i个频率的输入加速度自谱值

K- 加权系数

其中k值在不同的振动方向上值不相同。有下面公式来决定 :

得出总的吸收率 :

吸收功率法计算过程比较复杂,应用较少。

4 总体乘坐值法(BS 6841-1987)

1986年,Griffin提出了“总体乘坐值法”,该标准使用具有12个振动输入的人体坐姿受振模型。需要考虑座椅支撑面处输入3个方向的线振动和3个方向的角振动,以及座椅靠背处和支承处3个方向的线振动 , 三个输入点及12个轴向振动。该标准认为,原标准中夸大了暴露时间的严重性,而实际中对人体舒适性的影响程度没有那么严重。总体乘坐值法是目前较为全面、适用范围较广的一种评价方法。经过大量实验研究,由于它涉及到的自由度数目较多 , 评价时需要考虑的因素过多,该方法不被大量使用。

5 汽车综合振动舒适度 Cgv法

这种方法是在“总乘坐值法”的基础上提出来的,结合大量实验来评定汽车平顺性的方法,这种方法多用于公交车评价。构建一辆车在特定工况下的平顺性的中间参量Cv。

用一个新矩阵R来表示不同的值的集合 :

Cvnm表示车辆第n个测量点在第m个速度的平顺性的评价量 , 上述矩阵表示有m个不同的车速,n个不同测点的振动评价量。

在实际中还要确定加权系数向量 :速度加权系数向量A1和不同测点位置加权系数A2。

为了使结果更为准确,根据路面的级别确定路面的加权系数 :

式中,bq表示q种不同的路面所占总路程的比例。所以得出新的值 :

如果需要考虑到另外因素的情况,则需要增加新的加权系数向量。

6 平顺性模糊评价法

随着人们的要求越来越高,评价指标不能满足人们的需要,近些年有学者提出模糊评价理论,经过试验取得一定的效果。模糊评价法是综合了主客观的评价方法,得到了大家的认可。模糊评价方法使用模糊的概念来定义的,很难用具体的数字来表示。用模糊集合来表示,然后进行运算,运算中主要涉及到U( 考虑因素集 )、A( 权重 )、V( 评判集 )、B( 评判结论集 ) 和R( 模糊评价矩阵 )。模糊综合评价的过程如下 :

(1)确定U和V;

(2)建立R ;

(3)选取模糊运算模型进行运算,获得B ;

(4)对B中元素作归一化处理,也可进一步对评判集V中的元素作二次权重合成,即可得出模糊综合评判的最终结果。

运算过程中主要涉及以下分别是 :

U中的元素作为评价指标,对评判结果影响大小不同,需要结合A对U进行量化描述。V中个元素的个数为划分的等级数,可作为评判结果。R描述的是U与V之间的关系 , 它的每一行对应着一个考虑因素 , 每一列对应着V中一个评判结果。

7 小结

改善汽车的平顺性要在实用的评价指标基础上进行大量的试验。本文概述了几个方面的评价方法,很多方法到目前为止还存在很大的争议。目前应用比较广泛的评价方法是综合评价方法(例如 :汽车综合振动舒适度Cgv法),该方法结合了主、客观评价方法的优点。随着科学技术的进步,学者们不断提出新的的数据处理方式,比如 :遗传算法、神经网络等。这为以后的评价体系提供了更多的标准。

悬架对汽车行驶平顺性的影响 篇2

悬架对汽车行驶平顺性的影响

悬架系统是现代汽车上的重要组成之一.为了实现载货汽车悬架系统的优化设计,提高载货汽车悬架系统开发的.可靠性、可预见性、缩短开发周期,本文针对载货汽车的实际特点,分析了悬架对汽车行驶平顺性的影响.

作 者：李志彪 作者单位：南昌工程学院机械与电气工程学院,江西,南昌,330099刊 名：考试周刊英文刊名：KAOSHI ZHOUKAN年，卷(期)：“”(18)分类号：关键词：悬架 汽车行驶平顺性 影响

汽车平顺性的仿真分析 篇3

汽车悬架作为车身与车轮之间一切传力连接装置, 是保证汽车行驶安全的重要部件。汽车悬架对汽车的平顺性、操稳特性都起着重要的影响, 因此, 提高汽车平顺性最主要就是要提高汽车悬架系统的性能。本文通过双横臂式独立悬架进行建模分析, 选择设计变量, 确定目标函数, 并对悬架进行优化, 找到侧向滑移量的最优值, 从而达到改善平顺性的效果。

1 悬架模型的建立

在ADAMS/View模块中建立设计硬点, 创建悬架模型。其中弹簧的刚度、阻尼分别为118.9、5000。在各个构件间加上合适的运动副。双横臂独立悬架的两个摆臂长度可以相等, 也可以不等。得到如下模型:

2 悬架模型的仿真分析

选择车轮的上跳和下跳行程均为100mm, 创建直线驱动, 对模型进行动力学仿真。在纵向垂直平面内, 主销轴线与垂线之间的夹角, 称为主销后倾角。主销后倾的作用是当汽车直线行驶偶然受外力作用而稍有偏转时, 主销后倾将产生与车轮转向反方向的力矩使车轮自动回正, 可保证汽车直线行驶的稳定性。一般不超过2度到4度。由主销后倾角随车轮的跳动的变化曲线可以看出车轮位移为-100mm时主销后倾角为2.53度, 随着向上到-25mm处稍有降低, 当向上跳动至100mm时增大至2.55度。主销后倾角变化范围为2.53度到2.55度, 变化量很小。

主销内倾角使得主销轴线与路面交点到车轮中心平面与地面交线的距离减小, 从而减小转向时驾驶员加在方向盘上的力, 使转向操纵轻便, 同时也可减少从转向轮传到方向盘上的冲击力。主销内倾角也不宜过大, 否则加速了轮胎的磨损。

前轮外倾角是指前轮所在平面不是完全与地面垂直的, 而是与地面有一个向外的倾斜角, 当在比较平坦的路面上行进时, 汽车方向会有一定误差的偏离, 在一定等到误差范围内, 前轮能够自己回到中间向前的方向的位置, 这样, 即使路面稍有一点不平也没关系, 汽车的行进方向都会基本不变。前轮外倾有使前轮向外转向的趋势, 前轮前束有使车轮向内转向的趋势, 可以抵消因前轮外倾带来的不利影响, 使车轮直线滚动而无横向滑拖的现象, 减少轮胎磨损。

车轮上跳及车轮回落时的外倾变化对车辆直行稳定性、车辆的稳态响应特性等有很大影响。在车辆直行状态下, 由路面不平引起车轮跳动而使外倾变化时, 会由外倾推力而引发横向力, 因此较大的对地外倾变化会使车辆的直行稳定性不好。综合考虑转向性能和直行稳定性, 车轮上跳及下跳时的外倾变化应有一个适当的范围。一般上跳时, 对车身的外倾变化为2。士0.5。/5mm较为适宜。

分析前轮外倾角随车轮的跳动变化可以得出车轮位移为-100mm、100mm时侧向滑移量分别为-5mm、37mm, 变化范围很大, 使操纵稳定性大大的减弱。

通过对汽车的悬架模型的仿真分析, 以及对各测量曲线的对比分析, 可以看出车轮接地点的侧向滑移量变化太大, 过大会使车辆的操纵稳定性和平顺性受到影响, 使车辆偏离原行驶轨迹。因此, 选择车轮接地点的侧向滑移量作为分析目标, 通过对分析目标进行优化计算, 找到最优值。从而使汽车的平顺性得到改善。

3 模型优化

通过对上横臂长度、上横臂在汽车横向平面的倾角、下横臂长度等做为优化目标不断优化改进, 分析目标函数, 得到侧向滑移量最优值。对目标函数进行五次迭代, 得到优化结果:上横臂长度341.01mm (-1.43%) 、上横臂在汽车横向平面的倾角11.815度 (+7.3%) 、下横臂长度502.31mm (+0.45%) 、下横臂在汽车横向平面的倾角6.0554度 (-36.3%) 、车轮接地点的侧向滑移量由初始的19.6154mm下降为4.6762mm (-76.1%) 。

优化以后的主销后倾角的变化曲线如图2所示。主销后倾角的变化范围为3.83度到5.64度, 变化量为1.81度, 变化范围有所减小。

优化以后的前轮外倾角的变化曲线如图3所示。前轮外倾角的变化范围为-3.14度到2.2度, 变化量为5.36度, 变化范围有所增大。

由上图可以看出车轮接地点的侧向滑移量的变化范围明显减小, 可有效提高汽车的舒适性、平顺性、稳定性。

4 结论

通过对双横臂独立悬架模型的动力学分析, 得到一系列曲线, 不难看出车轮接地点的侧向滑移量变化范围很大, 严重了影响了汽车的操稳、平顺性等, 故设定车轮接地点的侧向滑移量为目标函数, 并对其进行进一步的优化分析, 通过优化分析的结果可以得出车轮接地点的侧向滑移量由初始的43mm下降为4.67mm, 侧向滑移量得到进一步的改善, 有效的提高了汽车的平顺性。为汽车悬架的平顺性分析提供了有利的依据。

参考文献

[1]陈家瑞.汽车构造 (下册) [M].北京:机械工业出版社, 2000:150-280.

[2]杨树凯.独立悬架性能评价指标与评价方法及其在双横臂与多连杆式悬架上的仿真实现[D].吉林大学, 2004:1.

[3]宋传学, 蔡章林.基于AD脚S/ACR的双横臂独立悬架建模与仿真[J].吉林大学学报:工学版, 2004, 10, 34 (4) .

[4]陈立平.机械系统动力学分析及ADMAS应用教程[M].北京:清华大学出版社, 2005.

汽车的平顺性 篇4

张磊，贺文俊，郑阳，王加科，郑建平

（长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130000）

摘要：提出一种新的高速铁路轨道平顺性的检测方法。采用了双频激光干涉技术，通过比较测量小车沿轨道前进时，测量光路和参考光路中光拍信号的位相差变化，得到锁相测头相对线路中心线的直线度偏差。同时利用激光测距技术测量轨距，经过数据计算处理将锁相测头的直线度偏差转换为左右两轨的直线度偏差，即测得轨道的静态平顺度。该方法在原理上区别于惯性基准法和弦测法等已有的轨道检测技术，利用时间的精准性完成了空间的高精度测量，实现了原理上的创新。

关键词：高速铁路；轨道平顺性；双频激光干涉；比对位相法 中图分类号：U216.3 TH741 文献标识码：A A High-precision Measurement Method of Track Irregularity for High-speed Railway Zhang Lei, He Wen-jun, Zheng Yang, Wang Jia-ke, Zheng Jian-ping(School of Opto-Electronics Engineering ,Changchun University of Science and Technology,Changchun

130022,China)Abstract: A new measurement method of track irregularity for high-speed railway is proposed.Using double-frequency laser interference technique, the linear deviation between the phase-locked gauging head and the center line of the route can be got by comparing the phase difference variation of the light beat signal in the test ray path and the reference ray path when the measuring car is moving forward along the track.While we use laser ranging technique to measure gauge, after calculating data, we will change straightness deviation of phase-lock gauging head into straightness deviation of left-right two tracks, promptly the static irregularity for track.The method is different from the inertial reference method, chord measurement method and such as existing track detection techniques in principle;it utilized accuracy of time to accomplish high-precision measurement of space and achieved principles of innovation.Key words: high-speed railway;track irregularity;double frequency laser interference technique;Phase comparison method

引言

随着我国高速铁路系统的迅速发展，列车的运营速度越来越快，列车与轨道长时间的相互作用以及地质沉降等因素势必会引起轨道几何形位的不断变化。由于轨道不平顺是激发列车振动、增大轮轨动作用力和影响行车平稳性的主要因素之一[1]，为确保高速铁路行车的安全、平稳与舒适，轨道的几何形位必须保持极高的平顺性。

目前轨道平顺性的检测方法主要可分为惯性基准法和弦测法，大型的轨检车普遍采用惯性基准法，通过对列车车体和轴箱的振动加速度信号进行二次积分直接求得位置或位移量，得出惯性基准并测量出轨道的不平顺[2]。其缺点在于测量结果受行车速度的影响，制造和使用成本很高，不便于日常线路检测和维护。便携式轨检车则大多采用弦测法，通过测量短弦矢高来推算长波不平顺，由于以小推大，造成测量误差成倍放大。且普遍认为弦测法传递函数收敛性差，测量值不能真实地反映轨道状态[3]。为了提高长波不平顺的测量精度，利用激光准直法进行长弦测量[4]，但是大气扰动，激光束漂移，光强中心的判读误差以及振动等因素限制了其测量精度的进一步提高。本文将基于双频激光干涉技术，提出一种新的轨道平顺性检测方法。直线度检测原理

如图1所示，测量点表示为G，基准点表示为S1和S2，测量点G到基准点S1的距离表示为L1，测量点G到基准点S2的距离表示为L2，基准点S1和S2的距离表示为2d，测量点G到基准点S1和S2的连线的距离表示为L，测量点G相对基准点S1和S2的中心线的偏移量表示为。由式(3)可知，我们能够通过直接测量测量点G到基准点S1和S2的距离差L，来间接测得测量点G相对两个基准点的中心线的偏移量。若测量点G沿两个基准点的中心线方向移动，则可以得到其移动路径的直线度。

222L1=L+dL2L1L2L1=4d222L2=L+dLLL2L1214d由于Ld,L2L12L令L2L1=LLL2d

图1 直线度检测原理图 系统的整体结构

图2 测量系统整体结构简图

如图2所示，该系统主要包含基准标杆、测量小车和光学基准站三大部分。基准标杆作为测量的基准，A型标杆上安装一个球棱镜，B型标杆沿铅垂方向安装有两个球棱镜，形成上下两个基准点。A型标杆和B型标杆对称于线路中心线，每隔120米设置一对，可以利用一对CPⅢ控制点作为A型标杆上的基准点和B型标杆的下基准点，B型标杆的上基准点可以利用CPⅢ高程控制网通过大地测量设置标定，使其与下基准点构成的连线铅垂，且连线的中心与垂向锁相测头大致在同一高程面。要求基准标杆上的基准点的安放精度较高，安装后联合CPⅢ控制网进行平差。

测量小车上包含两个在铅垂方向上有一定间隔的锁相测头，横向锁相测头以基准标杆A型的基准点和基准标杆B型的下基准点为测量基准，通过测量横向锁相测头到两者的距离差来计算测头相对线路中心线的水平偏移量，同时测量小车通过激光测距技术来得到轨距值以及锁相测头到左右两轨的水平距离，用以将锁相测头的水平偏移数据转换为左右两轨的水平偏移数据，垂向锁相测头则以基准标杆B型的上下两个基准点作为测量基准，来测量左右两轨相对线路中心线的垂向偏移量。

光学基准站每隔120米设置一个，埋设在线路中心线下方，且在A型标杆的基准点与B型标杆的下基准点的连线上，配合测量小车上的基准提取装置使用。光学基准站上的基准点通过大地测量标定固死，或者固定GPS装置实时测量其大地坐标信息。测量开始前使测量小车位于光学基准站的上方，基准提取装置对准光学基准站的基准点，提取到基准点的大地坐标信息后，以该点作为测量的起始点。测量小车沿轨道前进，锁相测头到其对应的测量基准点的距离差，随着小车前进不断变化，即式(1)中的L变化。同时L也是变化的，相邻两个光学基准站之间的距离是已知的，测量小车上的里程计记录其前进的距离，那么测量小车在任意里程处，锁相测头到其对应的测量基准点连线的距离L就能够求得。从而可以解算出测量小车前进轨迹的二维直线度，通过数据处理计算就能合成轨道的平顺性曲线。锁相测头工作原理

锁相测头是测量小车的核心部件，用以测量到其对应的测量基准点的距离差L，其工作原理见图3。

图3 锁相测头工作原理图

SJD-5T型横向赛曼双频激光器发出两束振动方向相互垂直、频率差为243.6kHz的线偏振光，稳频精度为10-7，频差稳定性为0.5kHz/10h。采用低频差的双频激光器的好处在于有利于位相测量，能获得很高的测量精度[5]。从激光器出射的两束相互正交的线偏振光一部分经分束镜反射，通过45°偏振片后，由雪崩管D1接收光拍信号形成参考光路；另一部分光透射后经过准直扩束系统，然后由偏振分束棱镜分光作为测量光路。振动方向平行纸面的激光(频率为f1)透射，经过快轴呈45°安装的1/4波片后变成右旋圆偏振光，经反射镜反射，再经过分光棱镜分光后一部光反射出去，照准基准标杆上的球棱镜后沿原路返回，再次经过快轴呈45°安装的1/4波片，振动方向变为垂直纸面，被偏振分束棱镜反射进入等腰直角棱镜;振动方向垂直纸面的激光(频率为f2)反射，经过快轴呈45°安装的1/4波片后变成左旋圆偏振光，经反射镜反射，再经过分光棱镜分光后一部光透射出去，照准基准标杆上的球棱镜后沿原路返回，再次经过快轴呈45°安装的1/4波片，振动方向变为平行纸面，从偏振分束棱镜透射进入等腰直角棱镜。于是频率为f1和f2的两束光经过透镜会聚，透过45°偏振片后，由雪崩管D2接收光拍信号。图4中的两个反射镜分别安装在转台上，用传动带连接，由电机驱动转台，实现双光束的共点对称扫描和跟踪，使测量小车前进过程中，锁相测头始终能接收到基准标杆上的球棱镜反射回来的激光。设频率为f1和f2的激光束在测量光路中的光场分别为：

E1Acos(k1Z1t)(2)EAcos(kZt)2222式中A为两光束的振幅，t为时间，1和

kk2分别为两光束的波数，和2分别为两光束的角频率，Z1和Z2Z1=2L，Z22L2，又L2L1L，所分别为两光束的光程，由于光束经过基准标杆上的球棱镜的反射，故以式(2)可改写为：

E1Acos(2k1L1t)(3)E2Acos[2k2(L1L)2t]偏振片与两正交的线偏振光呈45°放置，合成光场况下的光照特性具有平方律性质，即输出光电流为

EE1cos45E2cos45。雪崩管在输入光强较弱情IKE2=KE1cos45E2cos452KA2[1cos4L1km2Lk22mtcos4L1k2Lk22t(4)211cos4L1k121tcos4L1k24Lk222t]22kkkk22式中km12，k12，m1，1，K为常数

2222由式(4)可知，在输出信号中除直流分量外，在交变分量中包含向赛曼双频激光器出射的双频激光频差很小，故

2m、2、21和22等四个谐波成分。横

比较小，该谐波成分处于雪崩管

2m122f1f2的上限截止频率之内。其余三项属于高频项，其频率远远超出通频带之外，所以雪崩管能够单独分离出差频信号分量。于是式(4)可以简化为

KA2I1cos4L1km2Lk22mt(5)2由式(5)可知，雪崩管的输出信号是一个频率为

2m2f1f2的时变信号。实际上测量小车在前进过程中，L1和L都不断变化，但是4km4k1k2443243.6100.0102f1f28L2c310，即1变化628米才使电信号的位相变化一个周期，所以

L1的变化对测量结果的影响可以忽略。

KA2I01cos2kmZ02mtZ2同理可求的参考光路中雪崩管的输出光电流，其中0为定值。将参考信号和测量信号送入鉴相器进行位相比较，测量小车前进时L的变化必然引起参考信号和测量信号位相差的改变，那么就可以通过测量参考信号和测量信号的位相差变化，来测量锁相测头到其对应的测量基准点的距离差L的变化，最终实现轨道平顺性的高精度检测。4 理论精度分析

以设计时速为350km/h的双线高速铁路为例，双线距为5米，总路基宽11米。假设基准标杆A型的基准点到基准标杆B型的下基准点的距离为么可以由下式计算L的测量精度：

2d110m，基准标杆B型的上基准点和下基准点的间距为2d21m，取L120m，采用SJD-5T型横向赛曼双频激光器，取波长2632.8nm。鉴相器的鉴相精度一般为0.5°，那

0.5o2k2L=2360o(6)k222L21440632.80.44nm(7)1440结合式(7)可求得： 横向不平顺测量精度：1L120L0.44nm5.28nm 2d110L120L0.44nm52.8nm 2d21垂向不平顺测量精度：25 结论

本文提出了一种新的高速铁路轨道平顺性检测方法，实现了原理上的创新。利用双频激光进行外差式测量，消除了激光器稳定性对测量结果的影响，抗大气扰动能力相对提高。通过测量差频信号的位相变化，间接得到测量小车前进时锁相测头的二维直线度，最终完成轨道平顺性的测量。理论精度达到纳米级，且差频检测具有灵敏度高、输出信噪比高等优点。且该方法可广泛应用于高精度超长轨道直线度测量，地铁轨道的维护和检测等精密测量领域，具有广阔的应用前景。

参考文献：

谈汽车行驶平顺性的评价分析 篇5

1 平顺性的评价

1.1 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。

(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TFD。该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TCD。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, 能顺利的完成吃、读、写等动作。

图1为ISO2631在不同暴露时间下的“疲劳-工效降低界限”, 图1a为垂直方向的, 图1b为水平方向的。另外两个不同反应界限的振动允许值随频率的变化趋势与此完全相同, 只是振动加速度均方根允许值不同。“暴露极限”的值为“疲劳-工效降低界限”的2倍, “舒适-降低界限”为“疲劳-工效降低界限”的1/3.15。

由图1可以看出, 随着暴露时间的加长, 感觉界限容许的加速度值下降。图上注明的暴露时间是指常年累月每天重复在振动环境中持续的时间, 对于偶尔乘车的人, 加速度的容许值可以高很多。人最敏感的频率范围, 对于垂直振动是4~8Hz, 对于水平振动是2Hz以下。而且在2.8Hz以下同样的暴露时间, 水平振动容许的加速度值低于垂直振动;在2.8Hz以下则相反。

1.2 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, 用平顺性随机输入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。该标准规定, 以“疲劳-工效降低界限”TFD和“降低舒适界限”TCD为人体承受振动能量的主要评价指标;以TFD和TCD与车速的关系曲线——车速特性来评价汽车的平顺性。其中轿车和客车用“舒适降低界限”车速特性TCD——v来评价, 货车用“疲劳——工效降低界限”车速特性TCD——v来评价, 并对试验条件及车速范围作了相应的规定。“车速特性”可以在整个使用车速范围内全面地评价汽车的平顺性。

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。

GB/T12477-1990《客车平顺性评价指标及限制》进一步对各种客车降低舒适界限TCD作了明确规定。空气悬架旅游车TCD≥2.5h, 非空气悬架旅游车TCD≥1.0h, 长途大、中型客车TCD≥0.5h, 城市大中型客车TCD≥0.4h, 高级轻型客车TCD≥1.2h, 普通轻型客车TCD≥0.8h。

2 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, 目前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%。

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。

3 汽车平顺性试验

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。

3.4 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。

摘要：汽车是一个复杂的多质量振动系统, 其车身通过车架的弹性元件与车桥连接, 而车桥又通过弹性轮胎与道路接触, 其他如发动机、驾驶室等, 也是以橡皮垫固定于车架。在激振力作用下, 如道路不平而引起的冲击和加速、减速时的惯性力, 以及发动机与传动轴振动等, 系统将发生复杂的振动, 对乘员的生理反应和所远货物的完整性, 均会产生不利的影响。

关键词：汽车行驶,平顺性,评价分析

参考文献

[1]徐璋.汽车平顺性评价方法的研究[J].西南交通大学, 2012.

[2]王岩松, 石晶, 耿艾莉, 等.汽车平顺性的模糊评价方法的研究及应用[J].辽宁工学院学报, 2003 (5) .

汽车的平顺性 篇6

汽车滑移门系统由车门、走轮臂、转动销、滚子以及3根导轨组成。滑移门沿着导轨运动实现车门的开关。为了保证滑移门运动过程中, 不与车身侧围发生干涉, 导轨的形状、布置以及转动销的位置都是非常关键的。滑移门技术是整车技术的重要组成部分, 设计的优劣能够迅速、直接地反映给客户[1,2]。

滑移门运动平顺性主要研究滑移门在开启过程中是否能够保持运动的顺畅和一致的手感。对于高质量的汽车设计而言, 滑移门平顺性分析过程是必需的。本研究利用正交试验法, 优化某些关键因素, 对汽车滑移门平顺性做定量的研究。

1 正交试验与极差分析

由于工程问题的实际性和复杂性, 理论分析往往会缺乏足够的依据而难以得出较好的结果。汽车设计过程中很多问题的解决, 都依赖于人的经验和实物试验。实物试验的成本是高昂的, 正确的试验设计方法可以在保证结果可靠性的前提下, 缩减试验次数, 从而极大地降低成本。试验设计主要是对试验参数的合理搭配, 是数理统计学在试验方法方面的重要应用。试验设计是整理多个待变量的各种可能取值, 进行变量值搭配形成多种试验方案。除此以外, 试验设计通常会对试验所得的数据进行科学地分析。在实际应用中, 此类试验设计的方法有很多, 包括正交试验设计法、均匀试验设计法、单纯形优化法、双水平单纯形优化法、回归正交设计法、序贯试验设计法等。这些设计方法针对不同的问题都有其独特的地方, 根据实际问题选择合适的试验方法。

正交试验设计是根据正交表给出的试验要求, 进行多因素试验的方法。正交试验法所采集的数据点分布非常均匀, 对于多因素、多水平的试验而言, 正交试验所需的实验次数相对较少, 试验效率非常高[3]。其次, 在试验结果处理方面, 可以运用极差分析方法、方差分析方法、回归分析方法等, 对试验结果进行科学分析和综合评价。

试验设计前, 首先要搜集数据, 制成如表1所示的因素水平表。其中因素指待变量, 水平表示待变量的各种可能取值, 指标表示试验结果。实际问题的影响可能是多方位、大范围的, 因而因素和水平需要谨慎加以选择, 通常是选择对指标即试验结果影响最大的各种因素及其水平范围[4]。根据表1列出的因素水平表头如表2所示。

如上表2所示, 正交试验法需要做4次试验, 试验号分别为1至4。试验结束后需要对试验结果进行分析, 使用极差分析方法可以简单、直观地处理数据。极差分析法要求分别求出各因素具体水平对应的试验指标平均值, 平均值中最大值的与最小值的差表征了该因素的极差。极差越大, 说明该因素的变更对指标的影响越大。利用极差分析方法还可以描述试验指标随各因素的变化趋势[5,6,7,8], 如图1所示试验指标随X因素水平的变化量。

2 建立仿真分析模型

根据滑移门运动学关系, 笔者建立了ADAMS仿真分析模型。滑移门在实际运动过程中, 除了X方向的移动外, 在开门的瞬间侧门会绕Z方向有一定转动。该转动能够保证滑移门在开启的瞬间与后侧围保持一定的间隙, 不至于发生干涉现象。这是由3根导轨相对弯曲程度决定的, 相对弯曲程度越大, 越有利于保证运动间隙, 防止滑移门及其附件与车身侧围发生干涉。但是, 相对弯曲程度过大, 会导致开门力增大, 滑移门运动平顺性变差。

在滑移门闭合状态下开始建模, 根据机构运动关系添加合适的运动副, 加载滑移门质心。在侧门手柄位置处添加大小为10 N, 方向分别指向车后和车门外侧的两个恒定力。滑移门的模型如图2所示。仿真结构要求给出滑移门质心位置处的运动轨迹曲线。以滑移门中间导轨及中导轨走轮臂转动销轴的X、Y向坐标位置为优化变量;以滑移门质心运动轨迹曲线的曲率大小为优化指标, 对滑移门运动平顺性能做综合评价。

3 正交试验方案设计

在分析模型建立完成之后, 需要进行正交试验方案的设计。基于对滑移门运动平顺性能特点的考量, 选择中导轨及其走轮臂转动销轴的位置作为试验因素。中导轨的布置位置、中走轮臂转动销轴的空间形态等因素对平顺性的影响至关重要, 具体零件结构如图3所示。现有的4个因素有:中导轨X向移动, 用字母A表示;中导轨Y向移动, 用字母B表示;转动销轴X向移动, 用字母C表示;转动销轴Y向移动, 用字母D表示。各因素指定包含初始状态的相同数量的水平数。运用L16 (45) 正交表作为表头, 进行试验方案设计内容如表3所示。

4 试验结果对比

根据正交试验表, 本研究做出了16组滑移门质心运动轨迹点。运用最小二乘法将这些轨迹点分别拟合成多项式, 拟合完成后, 其效果如图4所示。对比这些曲线的形状特点, 可以估计滑移门的平顺性能优劣。具体评价滑移门运动性能的方法有间隔描点法和曲率判断法。描点法是从初始位置开始每间隔一定的时间在质心轨迹线上作出相应的位置标记。这些质心位置标记点的分布越是均匀, 则滑移门的运动平顺性能将越好。采用曲率判断法较为简单、直接。曲率判断法是求出这些轨迹曲线的最大曲率, 最大曲率越小, 则说明该试验方案的效果越好。

通过数值计算可知试验1至试验16的最大曲率依次为:4.79 rad/m、4.75 rad/m、4.86 rad/m、4.86 rad/m、4.95 rad/m、5.37 rad/m、4.74 rad/m、4.49 rad/m、5.11 rad/m、5.13 rad/m、4.48 rad/m、4.48 rad/m、4.62 rad/m、4.87 rad/m、4.90 rad/m、4.63 rad/m。其中试验6、9、10的数值最大, 都超过5.00 rad/m;试验6与试验1相比, 性能下降12%;试验8效果最好, 与试验1相比, 性能上升6%左右。极差分析结果如表4所示, 第2至第5纵坐标列分别代表因素A、B、C、D的计算取值, 横坐标行由均值和极差组成。各因素各水平都有其对应的均值, 同一因素不同水平的均值之差的最大值就是该因素的极差值。某一因素的极差越大, 说明在试验范围内, 该因素对试验指标的影响越大[9,10]。表4显示因素B的极差为0.415 rad/m、因素D的极差为0.475 rad/m, 远远大于因素A、C的极差。说明在本试验范围内, 影响滑移门运动平顺性能的主要因素是中导轨与走轮臂销轴的Y向位移。

根据表4提供的试验数据, 分别绘制试验指标随各因素变化的趋势图, 如图5所示, 以便能够更加直观地了解因素对试验结果的影响。图5横坐标为A、B、C、D各因素的取值范围。这些因素都分别有-4、0、4、84个水平试验值。纵坐标为对应水平下的试验指标平均值, 即最大曲率的平均值。如图所示, 就变化趋势而言, 随着因素A、B的增大, 试验指标不断减小;随着因素C、D的增大, 试验指标不断增大。就变化速度而言, 随着因素A、C的增大, 试验指标变化缓慢;随着因素B、D的增大, 试验指标变化相对较快[11]。

5 结束语

运用正交试验法对滑移门的平顺性进行了优化研究。将中导轨与走轮臂销轴的X、Y向位移作为优化变量, 将滑移门质心处的运动轨迹作为优化指标。按照L16 (45) 正交表分别进行16次正交试验, 运用极差分析法对试验数据进行了综合分析, 结合图表阐述了具体因素变化对试验指标产生的不同影响。在评价滑移门运动平顺性方面, 采用了曲率判断法, 即滑移门质心处运动轨迹曲线的最大曲率越小, 则滑移门的平顺性能越好。

在设计滑移门时不仅要防止运动过程中门与侧围发生干涉, 而且要保证运动的顺畅性。试验证明导轨与走轮臂销轴的空间位置对滑移门的运动特性影响很大。其中中导轨的Y向位移、走轮臂销轴的Y向位移对滑移门平顺性是至关重要的。总体来说, 中导轨在Y向每正向移动10 mm, 平顺性能提升7.5%;中走轮臂销轴在Y向每负向移动10 mm, 平顺性能提升8.6%。

摘要：针对某汽车滑移门系统平顺性能, 运用正交试验设计方法进行了优化研究。在滑移门的开、闭过程中, 以中导轨及其走轮臂转动销轴的X向、Y向位移作为优化变量, 以滑移门质心运动轨迹优劣程度作为设计指标。在保证滑移门在运动过程中不与车身发生干涉的情况下, 初步给定了4个优化变量在各自方向上的取值范围。运用正交试验提取多组试验方案, 分别求解出滑移门质心运动轨迹, 对比分析轨迹曲率特性。研究结果表明, 中导轨及其走轮臂转动销的位置对于汽车滑移门运动平顺性能有着重要的影响。

关键词：滑移门,平顺性,正交试验

参考文献

[1]叶青, 蔡慧, 董丹丹.基于HyperMesh二次开发的滑移门子系统结构分析和优化[C]//结构及多学科优化工程应用与理论研讨会2009.大连:[s.n], 2009:1-6.

[2]NASSER M, JAWAD B.Developing a transfer function forvehicle ride performance[J].SAE International Journal ofPassenger Cars-Mechanical Systems, 2009 (1) :1003-1008.

[3]吴顺川, 高永涛, 杨占峰.基于正交试验的露天高陡边坡落石随机预测[J].岩石力学与工程学报, 2006, 25 (z1) :2827-2832.

[4]王东锋, 汪定江, 康布熙, 等.基于正交试验的CuNiSi合金加工工艺研究[J].功能材料, 2007, 38 (1) :144-147.

[5]PARKINSON A.Robust mechanical design using engineer-ing models[J].Trans.of the ASME, Journal of Me-chanical Design, 1995, 117 (6) :48-54.

[6]LANF, CHENJ, LINJ, et al.Springback simulation and a-nalysis in U-typed sheet metal forming processes[J].Jour-nal of Plasticity Engineering, 2004, 11 (5) :78-84.

[7]ZHOU J G, HERSCOVICI, CHENC C.Parametric processoptimization to improve the accuracy of rapid prototyped ste-reolithography parts[J].Int.J.of Machine Tools&Manufacture, 2000, 40 (3) :363-379.

[8]郑浩, 马春华.基于正交试验法的低渗透油藏超前注水影响因素分析[J].石油钻探技术, 2007, 35 (5) :90-93.

[9]陈吉清, 王玉超, 兰凤崇.基于正交试验的汽车覆盖件冲压工艺参数优化[J].计算机集成制造系统, 2007, 13 (12) :2433-2440.

[10]陈建江, 钟毅芳, 肖人彬.基于正交试验的稳健优化设计方法及其工程应用[J].中国机械工程, 2004, 15 (4) :283-286.

汽车的平顺性 篇7

汽车内部的发动机和传动系统、转向系统、制动和车身系统、悬架系统、车身和车架都会在行驶中因为路面不平的激励产生振动。因此,改善汽车平顺性主要是缓和由地面不平激励传递给车身悬挂的振动以及减小质心加权加速度和弹性座椅振级。[1]总之,研究汽车的平顺性主要在于控制车身动态振动特性,将车身振动幅度和强度控制在一定范围之内,以保持驾驶员和乘员乘坐舒适性,对于载货汽车是保持装载的货物完好不受车身的振动而损坏。

1汽车平顺性实验方案

1.1制定试验方案及流程。车辆的行驶平顺性实验分为随机输入行驶实验和脉冲行驶实验。在整个汽车行驶中,使用最多的工况是汽车在接近平稳随机的路面上行驶,此工况下激起的振动是随机振动。汽车在公路上行驶是,有时还会遇到很多突出的障碍物,例如石块、土堆、凹坑等,这些障碍物会使汽车振动输入突然增大很多,通常称这种输入为脉冲输入。本文主要对实车进行随机输入行驶实验。

设计实验共4个测点,测点放置位置分别为四个车轮上15cm处车身上,粘贴加速度传感器于测点处,收集该测点位置的垂直方向加速度信号。

由于实验在校园内进行,所以考虑校园内行车安全及国家标准规定故设计实验车速分别为三档情况下30km/h、40km/h、50km/h和四档情况下30km/h、40km/h、50km/h,实验时,汽车应该在稳速段内稳住车速,然后以规定的车速匀速驶过实验路段,测量个测点处的加速度时间历程。样本记录长度要满足数据处理的最少数据量要求。

1.2实验流程(图1)

1.3实验对象及实验条件

1.3.1实验实用车辆。实验车辆车型为长安之星II代,车体的长宽高分别为3860mm、1500mm、1900mm,轴距2500mm,前轮距1280mm,后轮距1290mm,整备质量1015kg,满载质量1670kg,发动机中置后驱,最大功率51kw,最大扭矩92 N·M,前悬挂为麦佛逊式独立悬架,后悬挂为螺旋弹簧多连杆式,前后轮胎规格为165/70R13LT。

1.3.2实验道路条件。实验道路平直,纵坡小于于1%,路面干燥,不平度均匀无突变,累计的实验路面总2km,并且两端有40m的稳速段。路面材质为沥青路面。

1.3.3风速条件技术状况及车速条件。实验风速为4m/s,风向为南风,汽车各总成、部件、附件及附属装置(包括随车工具与备胎)配备齐全,并装在固定的位置上。调整状况符合该车设计技术条件的规定。轮胎充气压力符合汽车设计技术条件的规定。

1.3.4实验车速。根据GB/T 4970-2009中的规定,随机输入行驶实验中,要针对特定车的设计原则确定实验用良好路面或一般路面。

良好路面实验车速:40km/h~最高设计车速(不应超过实验路面要求的最高车速),每隔10km/h或20km/h选择一种车速为实验车速。

一般路面实验车速:

⑴M类车辆:40km/h、50km/h、60km/h、70km/h

⑵N类车辆:30km/h、40km/h、50km/h、60km/h

根据本次实验具体情况,实验车辆长安之星II为M类车辆,实验道路为一般路面,且考虑校园内实验的局限性和安全性,故规定实验车速为40km/h、50km/h、60km/h。

1.3.5垂直方向加速度传感器安放位置。加速度传感器主要功能是用来测被测点的纵向横向以及垂直方向即在空间立体坐标系中建立的X、Y、Z三个方向,以便得出三个方向的加速度曲线,再转换成加速度功率谱曲线,进而分析实验车辆平顺性。

加速度传感器测点具体安放位置:(1)测点一安放在实验车辆左前轮上方车体外壳,高度距离车轮上缘15厘米。(2)测点二安放在实验车辆右前轮上方车体外壳,高度距离车轮上缘15厘米。(3)测点三安放在实验车辆左后轮上方车体外壳,高度距离车轮上缘15厘米。(4)测点四安放在实验车辆右后轮上方车体外壳,高度距离车轮上缘15厘米。

利用事先加工好的正方体模块,用502强力胶粘贴在车体测点处,再将传感器按垂直方向利用正方体模块上的螺纹孔、螺栓与传感器上的螺纹孔链接起来并拧紧,这样就把传感器稳定的安放在了车体测点出。

1.4实验测试内容。测试内容包括:四个车轮上方15cm处车身上的振动加速度信号由于本次实验研究平顺性问题,为讨论汽车纵轴上任意一点的垂直振动,所以要采用前、后车轮有两个路面输入的双轴汽车模型,在这里我们把复杂的汽车整体看成是单纯的双轴汽车。我们主要的目的是为了测量前、后轴中心的振动加速度信号,但为了方便操作我们将加速度信号传感器安放在前轴的左右车轮和后轴的左、右车轮处,通过左、右车轮所测数据的平均值,可以近似看做前、后轴中心处的振动加速度。

1.5实验测试方法。安装在车轮上方15cm处车身上的加速度传感器均能测量垂直振动(Z轴方向振动)的加速度时间历程。实验时,汽车在稳速段内要稳住车速,然后以规定的车速分别匀速行驶过实验路段。[2]在进入实验路段时启动测试仪器以测量测试部位的加速度时间历程,同时测量通过实验路段时间以计算平均车速,为确保准确性,每个实验车速测量三次。驶出实验路段后关闭测试仪器。[3]

2实验系统设备介绍及设置

2.1 DASP数据自动采集和信号处理系统介绍。DASP主菜单由六大部分组成:(1)参数设置;(2)采样;(3)编辑滤波;(4)分析;(5)显示;(6)示波。

参数设置用来设置实验名、采样数据存放路径、分析结果存放路径、采样类型等。

采样功能相当于磁带机,记录数据以供分析,有随机、触发、多次触发、变时基、单踪变时基和整周期采样七种采样方式。随机方式包括采样数据进行基本内存、扩充内存和进硬盘三种方式;触发方式包括采样数据进基本内存和扩充内存两种方式。

滤波功能可以对记录数据进行低通、高通、带阻及梳状滤波,并可以对记录波形进行压缩和选点删除等编辑工作。编辑滤波一批数据进行滤波和编辑。跟踪滤波可以对跟踪主题进行带通滤波。

分析功能相当于信号分析仪,可进行数据格式转换,时域波形批处理,非线性数据转换,单踪时域分析,冲击系数计算,非平稳信号批处理和分析,多踪时域分析,抽心轨迹分析,数据合成,转速分析,车速分析等等一系列功能。

示波功能相当于示波器,可以进行随机、触发和变时基三种采样方式的示波,多通道在线监测以及静载荷实验与检测,可以进行声级计测量,Z振级测量,扭矩测量,索力测定,幅频和相频特性曲线测量,失真度测量。具有频率计和阻尼计的功能。[4]

2.2实验设备介绍。在本次实车实验中,用到的实验设备包括四个单方向加速度传感器(已编号)及连线,INV11870电荷放大器及连线,16通道数据采集仪及连线,装有DASP系统的笔记本电脑一台。

2.1.1单方向加速度传感器。单方向加速度传感器由强力胶作用粘合在实验车辆事先确定好的测点上,连接好与电荷放大器之间的线路,编号分别为1、2、3、4的加速度传感器分别对应连线1、2、3、4。

2.2.2 INV11870电荷放大器。本次实验中用到的INV11870电荷放大器是一款高性能几何信号调理器,该电荷放大器共有十六通道程控性信号放大器,仪器由主控单元,双通道信号调理单元组成。信号调理的所有功能都由主控单元直观设置完成,并且相关设置参数提前保存。主控单元采用液晶屏直观显示相关单元的各项参数,操作简便,放大单元都采用电子化设置,提高了产品的可靠性。

2.2.3数据采集仪。数据采集仪是链接电脑和放大器的中间枢纽,要求连接后传感器的通道与数据采集仪上的通道完全对应上,这样才可以保证数据的准确。本次实验中只用到4个传感器测4测点,故16通道数据采集仪中只使用其中的4个通道,在这里我们设置为前4个通道即第1、2、3、4通道。

2.2.4实验中的参数及设置。实车实验中,为确保实验的结果准确及明显,方便数据的收集和结果的显示,故对实验中的仪器参数进行选择和设置,包括电压式加速度传感器的电压灵敏度、测量方向的确定,电荷放大器的放大倍数(一般为10倍或者30倍),DASP系统中的参数设置和采样方式的选择等等。部分设置参数见表1。

DASP系统在本次实验中一些必要参数的设置如图2。

各通道参数设置见表1。

选择采样方式及采样参数设置

根据实验要求选择基本内存方式的随机采样,其中参数设置如下:

实验号———1通道总数———4程控系数———8测点号码———1-4采样频率———300hz采样时间———5s

这样关于采样的基本参数就设置完成了。在实验采样之前,要先示波,以检查实验信号的传递情况。

3实验结果

本次平顺性实验共设计了六次随机输入行驶实验,分别属于六种不同工况,三档30km/h、40km/h、50km/h和四档30km/h、40km/h、50km/h。根据实验数据,以及实验车辆的具体参数(长安之星轴距2350mm)分别计算三档和四档质心加速度和俯仰角加速度均方根。得到以下结果见表2和表3。

三档和四档内质心加速度随速度变化规律如图3所示。

4结论

4.1 3档质心垂直加速度均方根值随车速升高而变大,即车速升高振动感越强,同样的4档质心垂直加速度均方根值也随车速的升高而变大,证明此时随车速升高振动感也增强。

4.2在30km/h~50km/h之间相同车速时,4档的质心加速度均方根值小于3档的质心加速度均方根值,说明在这个速度范围内4档的运行相对较为平稳。其主要原因在于档位不同,变速器传递的发动机扭振引起的振动成分变化,使3档情况下的振动比4档情况下的振动更加剧烈。

4.3汽车的每个档位都对应着合适该档位的车速,当车速与档位相适应时,车辆运行更加平稳。因此选择合适的档位和车速,对车辆行驶中乘员的舒适和安全,车辆本身的稳定性都极为重要。

参考文献

[1]孙耀.某矿用越野汽车平顺性研究[D].南京:南京理工大学,2010.

[2]李朝峰.车辆平顺性评价方法及试验研究[D].长春:东北大学,2007.

[3]刘岩.汽车高速振动仿真与试验研究.公路交通科技[J].2003(3):56-60.

汽车平顺性仿真中路面文件生成方法 篇8

1 路面的统计特性

通常把路面相对基准平面的高度q沿道路走向长度I的变化q (I) , 称为路面纵断面曲线或不平度函数[2], 作为车辆振动输入的路面不平度, 主要采用路面功率谱密度Gq (n) 描述其统计特性[2,4], Gq (n) 一般用下式拟合

$G{}_q\left(n\right)=G{}_q(n{}_0)\left(\frac{n}{n{}_0}\right){}^{-W}.$

式中:Gq (n) 为路面空间位移功率谱密度;n为空间频率, n0=0.1 m-1;n0为参考空间频率;Gq (n0) 为路面不平度系数, m2/m-1;W为频率指数, 决定路面谱的频率结构。

国标中按路面功率谱密度把路面按不平程度分为8级。同时, 规定了各级路面不平度系数Gq (n0) 的范围及几何平均值, 分级路面谱的频率指数为W=2。

对汽车振动系统的输入除了路面不平度, 还要考虑车速这个因素, 根据车速将空间频率谱密度Gq (n) 换算为时间频率谱密度Gq (f ) , 由时间频率f=un (u为车速) , 取频率指数W=2, 得到路面时间频率谱密度为

$G{}_q(f)=G{}_q(n{}_0)n{}_0^2\frac{u}{f{}^2}.$

2 路面的生成

由ADAMS中路面文件[1]的特点可知, 路面的基本元素是三角形, 首先应对路面进行分析, 将其分解为一系列三角形并研究各元素间的组合方式, 然后用一定的方法实现。

2.1 随机输入路面文件的生成

根据以上分析可知, 生成随机路面文件的流程如图1所示。对图1所示流程图, 有两种方法可以实现:

1) 编程法。用编程的方法实现生成Gq (f) 数据文件, 然后把数据导入ADAMS, 用ADAMS里的Create Spline功能拟合出Gq (f) 曲线[1], 然后在ADAMS中对Gq (f) 曲线进行INVPSD变换, 即可生成q (t) 曲线;同时, 创建一个[Measure→function], 表达式为V×TIME (这里V为确定的车速) 。在A/Postprocessor模块中显示q (t) 曲线时以所建的Measure为横坐标即得q (I) 曲线, 把q (I) 曲线输出即得q (I) 数据。然后编制程序对q (I) 数据进行处理得到路面文件。

2) 非编程法。在选择路面等级和车速, 确定Gq (f) 表达式 (一般形式为y=k×x-2) 后, 直接在ADAMS中绘制出Gq (f) 曲线。然后在ADAMS中对Gq (f) 曲线进行INVPSD变换, 即可生成q (t) 曲线;与此同时, 创建一个[Measure→function], 表达式为V×TIME (V为确定车速) 。在A/Postprocessor模块中显示q (t) 曲线时以所建的Measure为横坐标即得q (I) 曲线, 把q (I) 曲线输出即得q (I) 数据。利用EXCEL对数据进行相应处理, 得到路面文件也可用MATLAB生成一定幅值的随机信号作为路面不平度曲线, 再做相应处理, 也可得到路面文件, 此法生成路面文件与车速无关。

比较而言, 第二种方法不需要编程基础, 但不太方便, 适合短期内完成项目的人员;第一种需要编程, 但快捷方便, 适合长期从事该行业的专业人员。

图2、图3分别是车速为60 km/h时B级路面的路面不平度曲线图和仿真中的路面图。

2.2 脉冲输入路面文件的生成

根据GB4970—85中相关规定, 汽车平顺性实验中的脉冲输入采用2种形状的单凸块:三角形和长坡形。三角形凸块形状具体为:①轿车、旅行客车及总质量小于或等于4 t的货车h=60 mm;②客车 (旅行客车除外) 、越野车及总质量大于4 t但小于20 t的货车h=80mm;③总质量大于20 t的货车h=120 mm。

宽度B按需要而定, 但必须大于轮宽, 长度L规定为400 mm。

经分析可知, 在所生成的A级随机路面或水平路面文件中更改部分节点添加一个三角形凸块或长坡形凸块即可生成脉冲输入路面文件。图4是生成的脉冲输入路面图, 中间部分为三角形凸块。

2.3 搓板路面文件的生成

搓板路面[3]是在稍硬路面上形成的、以一定间隔连续出现凹凸的路面, 其凸凹形状与汽车的振动特性密切相关。也就是说, 汽车非悬架构件的固有振动频率, 一般是9～14 Hz。假如由于道路环境影响, 迫使汽车以均匀的速度行使, 非悬架构件便会产生一定周期的振动, 因而在路面上便形成了与该振动周期相对应的、间隔一定的凹凸。另外, 铺装路面的铺装接缝, 也可看作是一种搓板路面。

汽车行驶自然形成的典型搓板路面, 凹凸间距一般约为1.2 m[3], 其计算式为

凹凸间距=行使速度/簧下固有频率.

根据路面形状特性, 搓板路面的路面不平度曲线可看成一系列梯形的组合, 梯形形状参数视具体路面而定。由于该路面不平度曲线有一定的周期性, 在生成路面文件时, 用Excel处理也比较方便, 可以避免编程的复杂工作。凹凸间距为1.2 m, 车速为60 km/h时生成的搓板路面如图5所示。

3 路面仿真

在ADAMS中建立某商务车52自由度整车模型[4], 对于随机路面车速从0开始加速至60 km/h, 保持稳速行驶在所生成路面上[5,6], 其质心垂直方向加速度及FFT变换曲线如图6所示。

由加速度功率谱密度可以看出, 0～50 Hz内都有振动, 而一般路面随机激励的频率在0～35 Hz范围内, 故可认为生成路面正确。

对于脉冲输入路面的仿真, 因路面简单, 在此不做验证。对于搓板路面, 样车以60 km/h行驶其上时的质心垂直加速度及FFT变换曲线如图7所示。由图可见, FFT变换曲线中有一明显峰值, 该处频率为12.064 Hz, 在9～14 Hz范围内, 从而说明生成路面正确。

4 结束语

本文讨论了仿真中常用的几种路面的生成方法, 并生成了常用车速下的相应路面。建立整车模型对所生成路面进行了仿真验证, 仿真结果说明了生成方法的可行性的及路面的正确性, 对ADAMS用户有一定的参考价值。

摘要：在ADAMS/View中进行汽车平顺性仿真, 需要根据不同的实验方法建立相应的路面文件, 构造满足仿真要求的路面是该任务的一大难点。探讨在ADAMS仿真中生成各种路面文件的一些方法, 生成常用车速下的路面文件, 结合整车模型, 对生成路面进行验证, 仿真结果表明生成方法的可行性及生成路面的正确性。

关键词：汽车,平顺性,仿真,路面文件

参考文献

[1]郑建荣.ADAMS虚拟样机技术人与提高[M].北京:机械工业出版社, 2001.

[2]GB7031—86车辆振动输入—路面不平度表示法[S].

[3]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社, 2002.

[4]王其东, 乔明侠, 梅奋永.汽车随机路面输入平顺性的仿真分析[J].合肥工业大学学报, 2004, 28 (4) :346-350.

[5]景山克三[日].汽车的性能与实验[M].常文宣, 译.北京:人民交通出版社, 1985.

[6]王其东, 方锡邦, 卢剑伟, 等.汽车钢板弹簧多体动力学建模及动特性仿真研究[J].合肥工业大学学报, 1999, 22 (6) :35-39.

[7]王国权, 许先锋, 王蕾, 等.汽车平顺性的虚拟样机试验[J].农业机械学报, 2002, 34 (3) :26-28.

汽车的平顺性 篇9

国内学者对汽车行驶平顺性做了大量研究,但大多学者的研究对象为内燃机汽车,电动汽车较内燃机汽车动力传输形式有较大区别,即使是相同车型其操纵稳定性、平顺性也会存在较大差异。伴随着人们对环境问题的重视以及国家政策的鼓励,电动汽车的市场前景越来越广阔。因此,研究电动汽车平顺性具有深远意义。

以某微型电动汽车为研究对象,运用多体系统动力学软件ADAMS建立包含人-座椅模型的整车仿真模型,并通过实车试验验证模型的准确性。最后,运用准确的仿真模型,完成该微型电动汽车的平顺性能分析研究。

1 整车动力学模型的建立

该微型电动汽车的整车仿真模型主要包括:前、后麦弗逊式独立悬架系统(前悬架带有横向稳定杆)、车轮、齿轮齿条转向系统、动力系统及车身等。多体系统动力学软件ADAMS/Car建模主要包括三个步骤:(1)在Template界面分别建立整车各部件的模板文件,定义主特征;(2)在Standard界面,建立子系统文件,定义副特征;(3)将子系统文件进行组建,建立仿真总成。

1.1 前、后悬架子系统模型的建立

前、后麦弗逊式独立悬架系统的建立是完成整车动力学模型建立的基础。首先,在CATIA三维模型中提取ADAMS/Car建模型所需的硬点坐标、部件质量及转动惯量。在Template模块,建立两悬架的模板文件。其次,在Standard模块,将两个模板文件分别定义为前悬架子系统与后悬架子系统,建立子系统文件。柔性体部件在ADAMS中的正确应用,可提高仿真模型的精确度,ADAMS/Car提供以铁木辛柯梁力学模为基础的柔性体横向稳定杆建模模块,应用该模块建立前横向稳定杆。前、后悬架子系统仿真模型,如图1所示。

1.2 其他各子系统模型的建立

以ADAMS/Car共享数据库中的模型文件为基础,实车参数为依据,建立包括轮胎、齿轮齿条转向系、发动机以及车身的子系统。

轮胎模型选用特别适宜于平顺性研究的PAC2002轮胎模型[2]。动力系统的构建是修改共享数据库中的动力系统的属性文件,包括电动机的转动惯量与扭矩。齿轮齿条转向系统的构建是修改共享数据库中的齿轮齿条转向系,包括从三维模型中提取的硬点坐标、质量、转动惯量以及实车传动比。车身模型的构建是修改共享数据库模型的质心高度、质量及转动惯量,并配以该电动汽车的外型结构、搭建人-座椅模型和电池组。

1.3 整车模型的建立

在Standard界面,将上述建立完成的整车各个子系统进行组建,并依据实车性能参数对整车模型进行修改,完成整车仿真模型的建立。整车仿真模型与四柱试验台装配如图2所示。

2 整车仿真模型验证

2.1 实车试验

实车试验的过程为:振动控制仪1给定激振信号,通过液压振动台控制系统2控制振动台3完成设置的激振试验,实现对测试对象4(微型电动汽车)的振动,将传感器5采集的信号输送给信号采集处理仪6和电荷放大器7,详见图3。振动控制仪采用浮点DSP处理器,具有较高的可靠性。振动台每次试验可完成汽车的前轮或后轮激振。

实车试验为四组激振试验:分别对前轮、后轮各进行x1=7sin(8πt),x2=5sin(10πt)两种激励信号的振动。当激励信号为x1、前轮放置于振动试验台时,通过传感器及数据采集仪得到的驾驶员座椅端面处垂向加速度-时间曲线如图4所示。

2.2 整车动力学模型仿真试验

当ADAMS/Car四柱试验台执行器的控制源为正弦信号时,执行器被激活,即可控制执行器的激活状态,完成与实车试验相同的振动设置。当前轮执行器激活,激励信号也为x1时,座椅端面处垂向加速度时间曲线如图5。

将图4、图5数据信息进行对比分析如图6所示,忽略实车试验的噪声干扰,可知实车试验与仿真试验得到的驾驶员座椅端面处垂向加速度时间曲线基本重合。

按照上述步骤,依次完成另外三组试验。通过对比分析四组实车试验及仿真试验的加速度时间曲线,可充分验证整车仿真模型的准确性。

3 平顺性仿真试验

参照GB/T 4970—2009《汽车平顺性试验方法》[3]试验工况设置要求,完成整车仿真模型满载工况、B级路面的平顺性仿真试验。

3.1 路面模型的建立

ADAMS/Car四柱试验台提供了基于Sayers数字模型的随机路面生成器[2、4],Sayers数字模型认为路面轮廓的空间功率谱密度与空间频率n的函数关系如等式(1)所示

式(1)右边是三个相互独立的白噪声:Ge为白噪声空间功率谱密度幅值;Gs为白噪声的速度功率谱密度幅值;Ga为白噪声的加速度功率谱密度幅值。令式(1)中Ge=Ga=0,可得式(2)。

其中,n0为参考空间频率,n0=0.1 m-1;G0为参考空间频率n0下的路面功率谱密度值。由式(2)可换算得到GB7031路面功率谱模型与Sayers经验模型之间的对应关系,详见表1。

利用随机路面生成器创建1 000 m的B级车轮路面轮廓曲线参数RPC III文件,如图7所示。

3.2 整车随机路面仿真试验

整车仿真模型在满载工况下,分别以40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h的车速匀速行驶10 s,在ADAMS后处理模块获取人-座椅模型座椅端面处的三轴向时域信息,并进行FFT(快速傅里叶变换),计算得到三轴向的频域信息[5]。

以40 km/h的车速为例,ADAMS后处理模块得到的驾驶员座椅端面处时域、频域曲线如图8~图13所示。

(1)驾驶员座椅端面处垂向加速度-时间曲线及其功率谱密度曲线如图8、图9。

(2)驾驶员座椅端面处侧向加速度-时间曲线及其功率谱密度曲线如图10、图11。

(3)驾驶员座椅端面处纵向加速度-时间曲线及其功率谱密度曲线如图12、图13。

由图8~图13可以看出:纵向、侧向即水平方向的加速度功率谱密度曲线1~2 Hz频率范围的振动集中较少,水平方向基本不会引起人体不舒服;垂直方向的加速度功率谱密度曲线主要集中在5~8Hz的频率范围,垂直方向4~8 Hz范围人体内脏最易产生共振,8~12.5 Hz对人体脊柱产生较大影响,因此,垂直方向的振动频率分布不理想,驾驶员长期行驶身体会产生不舒适。综合考虑这三个轴向的加速度功率谱密度曲线,水平方向包含人体的敏感频率范围内的振动成分较少,而垂直方向频率分布范围较广,且包含敏感频率范围内的振动成分较多,长期行驶,人体会产生不舒适的感觉。

将ADAMS后处理模块得到的驾驶员座椅端面处各轴向频域信息数据调出,供Matlab调用,利用Matlab中已经编好的各轴向加权加速度均方根值程序,计算座椅端面处三轴向加权加速均方根值,并按照式(3)计算总加权加速度均方根值。

仿真模型在满载工况下,分别以40 km/h、50km/h、60 km/h、70 km/h的车速,匀速行驶。得到B级随机路面整车各轴向加权加速度均方根值及总加权加速度均方根值如表2所示。

当振动波形峰值系数<9时,用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。当加权加速度均方根值<0.315 m/s-2时,人的主观感觉是没有不舒适,当加权加速度均方根值在0.315~0.63 m/s-2之间取值时,人的主观感觉是有一些不舒适。当加权加速度均方根值在0.5~1 m/s-2之间取值时,人的主观感觉是相当不舒适。将上述所求加速度均方根值跟评价标准相比较,结合前面的功率谱密度分析,可以得出,当该微型电动汽车以40 km、50 km的车速匀速行驶时,即使垂向振动主要集中在人体敏感频率,但频率较小,且总加权加速度均方根值数值较小,因此,人基本不会感觉到不舒服。但当以60 km、70 km的车速匀速行驶时,加权加速度均方根值落在0.315~0.63 m/s-2范围内,垂向振动的频率也增大,此时乘坐该微型电动汽车,人体会产生很大的不舒适感觉。

4 结束语

应用ADAMS/Car建立包含人-座椅模型的微型电动汽车仿真模型,并依据实车试验验证仿真模型的准确性。运用准确的仿真模型,完成满载工况,B级路面的平顺性仿真研究。主要得出以下结论:

(1)该微型电动汽车水平方向频率分布较理想,垂直方向的频率较多集中在人体敏感区域且频率分布范围较广,会使人产生不舒适的感觉。

(2)当车速超过50 km/h时,加权加速度均方根值过大,在高速行驶时人会有不适感觉。

整车仿真模型的正确建立,可大量减少完成实车试验所需要的试验操作人员,节省试验时间,并可减少传统开发过程中建立物理样机的费用,从而降低产品开发费用和开发周期,并为同型号的汽车以后的研发工作提供参考。

参考文献

[1] 余志生.汽车理论.北京:机械工业出社,2009:203—209Yu Zhisheng.Theory of automobile.Beijing:China Machine Press,2009:203—209

[2] 陈军.MSC.ADAMS技术与工程分析实例.北京:中国水利水电出版社,2008:270—291Chen Jun.MSC.ADAMS examples of technical and engineering analysis.Bingjing:China Water Power Press,2008:270—291

[3] GB/T 4970—2009汽车平顺性试验方法.中国第一汽车集团公司技术中心,2009GB/T 4970—2009 Method of running test-automotive ride comfort.Technology Center of China First Automobile Group Corporation,2009

[4] 王安柱.基于虚拟样机技术的轿车平顺性分析与改进.成都:四川大学,2011Wang Anzhu.Simulation analysis and improvement of car ride based on virtual prototype.Chengdu:Sichuan University,2011