汽車平順性

研究汽車平順性的主要目的就是控制汽車振動系統的動態特性，使振動的“輸出”在給定工況的“輸入”下不超過一定界限，以保持乘員的舒適性。

汽車平順性評價方法大致可分為主觀評價法和客觀評價法。主觀評價法依靠評價人員乘坐的主觀感覺進行評價，其主要考慮人的因素。客觀評價法是藉助於儀器設備來完成隨機振動數據的採集、記錄和處理，通過得到相關的分析值與對應的限制指標相比較，作出客觀評價。近年來，綜合運用主、客觀評價方法進行平順性評價的研究取得了很大進展。

進行汽車平順性主觀評價時，由其有經驗的駕駛員和乘客組成的專門小組按預定方式駕駛或乘坐一組車輛來主觀評價行駛平順性的水平或特徵；然後完成相應的主觀評價表，最後綜合確定車輛的乘坐舒適性。

現行的主觀評價方法主要是模糊層次分析法。

主觀評價法需要根據經驗認真規劃、需要統計上的無偏見採樣，但實際上人們對振動感覺的複雜性使得到的數據存在差異。一般來說，僅使用定性的說明或描述不容易確定行駛平順性。

目前，世界上主要有四種汽車平順性客觀評價方法，分別是吸收功率法（Average AbsorbedPower）、總體乘坐值法（BS 6841-1987）、VDI 2057（2002）和ISO 2631（1997）。

吸收功率法具有明確的物理意義，但是沒有明確規定的舒適界限。因此，只適合現有車型間的平順性比較，對產品的開發預測及汽車具體結構參數的改進不能提出指導意見。該標準適用的頻率範圍是1～80 Hz。

總體乘坐值法由英國標準組織在1987年頒布，並被國際標準化組織採納。該標準使用具有 12 個振動輸入的人體坐姿受振模型，如下圖所示。在進行舒適性評價時，需要考慮座椅支承面處輸入點3個方向的線振動和該點3個方向的角振動，以及座椅靠背和腳支承面兩個輸入點各3個方向的線振動，共3個輸入點12個軸向的振動。

總體乘坐值法是迄今為止較全面、適合場合較廣的振動舒適性評價方法，但由於該法涉及到的自由度數目較多，具體考察時需要的要素也較多，操作上較為複雜。該標準適用的頻率範圍是0.5～80 Hz。

德國工程師協會(VDI)發布的 VDI2057是世界範圍內最早的平順性評價標準。該標準是在分析了大量人員在不同頻率和強度的正弦振動下的反應得出的。通過定義合適的平順性指標K係數（K-factor），結合主觀感受表進行平順性評價。該標準適用的頻率範圍是1～80 Hz。

國際標準化組織（ISO）在綜合大量關於人體全身振動的研究成果基礎上，並於1997年公布了ISO2631-1：1997(E)《人體承受全身振動評價——第1部分：一般要求》，我國的GB/T 4970-2009標準就是據此並進行修正而得的。

ISO2631-1：1997(E)在進行平順性評價時根據振動波形峰值係數是否小於9分別使用基本評價方法和輔助評價方法。

峰值係數<9時，使用基本評價方法，即使用加權加速度均方根值評價；

峰值係數>9時，使用輔助評價方法，即使用振動劑量值（Vibration Dose Value,VDV）評價。

振動劑量值評價主要針對瞬態振動或間歇性瞬態振動，適用于越野路況下的平順性評價

該標準適用的頻率範圍是0.5～80 Hz。

儘管國際上已經出現很多種平順性評價方法，但國內外學者和學術團體在平順性評價問題上所持觀點不盡相同，存在很大爭議。正因如此，近些年來，許多新的理論方法引入到平順性評價中來，實現了對主觀、客觀因素的綜合評價。其中較典型的包括汽車綜合振動舒適度法、模糊評價法和煩躁率分析法。

影響汽車平順性的因素比較多，其中最為關鍵的是輪胎、懸架和座椅系統的結構參數。

對於平順性而言，路面凹凸不平是造成平順性變差的主要原因而輪胎是與路面直接接觸的部件，所以輪胎的特性對平順性的因素非常明顯。

輪胎由於本身的彈性，在很大程度上吸收了因路面不平所產生的振動，它是保證了汽車平順性的關鍵部件之一。輪胎性能的好壞，是用輪胎在標準氣壓和載荷下的壓縮係數來表示。在最大允許負荷作 用下，普通輪胎的壓縮係數為10%～12%，為了乘坐舒適，客車輪胎的壓縮係數稍大些12%~14%。輪胎的緩衝性能好一些，有助於提高汽車的平順性。

車輪旋轉質量的不平衡，對汽車的行駛平順性和穩定性都有不利影響，所以需要對車輪進行靜平衡和動平衡測試，改善其平衡性能。

懸架是保證汽車平順性的另一個關鍵部件。懸架中的彈性元件、減振裝置，以及簧載質量與非簧載質量都對平順性有較大影響。

彈性元件主要起到緩衝作用，減振裝置用來消耗振動能量。減少懸架剛度，可降低車身的固有頻率，可以減小車身加速度，但是這會帶來以一個問題：懸架動撓度會增加，可能導致頻繁撞擊限位塊，另外，也可能有損汽車的操縱穩定性。減振裝置可以有效地衰減車身 的振動和抑制車身、車輪的共振，以減小車身的垂直振動加速度和車輪的振幅。非簧載質量小一些對於提高平順性是有利的。

由於人體與座椅直接接觸，因而長途行駛時，汽車座椅極大地影響著乘員的乘坐舒適性。從平順性及減振要求看，座椅設計應保證有良好的阻尼和剛度特性。

提高平順性的途徑也有多種，主要從上述影響因素中考慮。

如前所述，提高輪胎的緩衝能力，減小其不平衡性，都有利於提高汽車的平順性。提高輪胎緩衝性能的方法如下：

（1）增大輪胎斷面、輪胎寬度和空氣容量，並相應降低輪胎氣壓。

（2）改變輪胎結構形式，如採用子午線輪胎。它因輪胎徑向彈性大，可以緩和不平路面的衝擊，並吸收衝擊能量，使汽車平順性得到改善，如下圖所示。

（3）提高簾線和橡膠的彈性，要用較柔軟的胎冠。

通過懸架提高平順性的手段較多，比如：

（1）採用獨立懸架，減小非簧載質量。採用半主動、主動懸架，實時調整懸架參數，以使懸架性能接近最優，兼顧操縱穩定性與平順性。

（2）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，如下圖所示。

（3）在線性懸架中，加入輔助彈簧、複合彈簧，採用適當的導向機構，以及與車架的支承方式等。

（4）改進減振器的性能，採用可調式減振器，比如機械可調式減振器、磁流變減振器、電流變減振器等。

在原有的普通座椅座墊的基礎上，增加由彈簧和減振器所組成的座椅懸置系統，它可以顯著改善汽車的乘坐舒適性，如下圖所示。