英语原文共 13 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
2006-01-1225
汽车系统动力学与平顺性评估
摘要
平顺性分析涉及三个主题的研究：乘坐激励源，车辆的系统动力学，人类感知和对振动的容忍度。 在这项研究中，我们建立了包括系统动力学分析和乘坐质量评估在内的整合分析程序。ADAMS软件通过多体模型模拟客车的动态响应。 计算出的座椅加速度响应与实地测量的一致。 还研究了阻尼比（C），刚度系数（K），车辆速度和座椅位置对加速度响应的影响。 乘坐质量分析按照ISO 2631标准进行。 开发了LabVIEW计算机代码以提供对舒适性的快速和方便的评估。 座椅上安装了3轴平移加速度计。 收集了ARTC（台湾汽车研究与试验中心）在长波路，沥青路面不平坦路段和试验场阶梯式联合道路上行驶的客车的响应。 在实验数据和动态模拟得到的舒适性指数之间观察到令人满意的结果。
介绍
如今，车辆已经成为现代生活中不可或缺的运输工具。 随着技术发展和生活质量的提高，人们对乘坐质量和汽车性能的要求也越来越高。 乘坐质量关系到驾驶员的舒适度，而底盘振动会直接影响乘坐者对舒适感的反应。 在各种振动源中，底盘和悬架系统对振动响应起着最重要的作用。 换句话说，底盘和悬架系统的设计质量将会大大
影响乘客和司机的舒适感以及设备的正常功能和合理的车辆使用寿命。
乘坐质量包括三个主要研究方向[1]：刺激乘坐质量的振动源，车辆振动响应的基本力学以及人体对车辆振动的感觉和容忍度。1968年Lee [2]建立了振动容忍定理，并提出了人体频率敏感度的分类，其中包括会导致舒适感的容差和座位位置。1980年，Gillespie [3]应用道路剖面的随机不均匀性来提供行车路线的特征，并研究车辆行驶质量的动态行为。而在1984年[4]他也提出了关于影响公路挂车行驶质量的轮胎/车轮非均匀性的观点。1965年，SAE Ride Quality and Vibration Information Handbook [5]提到了“四分之一”车型，用于讨论主悬架系统支持的车身质量负载。 后来在1978年[6]，研究了人体对垂直振动响应最大灵敏度的频率范围在4〜8赫兹。 而在1976年，Leatherwood [7]指出人体对水平振动的敏感性与垂直方向不同，人体对水平振动的最大灵敏度响应频率范围在1〜2 Hz之间。 Pielemeier [8]采用六个轴向方向来计算乘坐质量，发现车辆对于俯仰和滚转的振动会使驾驶员感到不舒服。 Hassan [9]使用道路概况指数（PI）来讨论乘坐质量。 费尔南德斯[10]已经应用了相同测量位置的三个轴向方向，不同的测量位置和不同的路面进行乘坐质量评估。 费拉罗[11]已经建立了
卡车模型在ADAMS中，并应用所测量的加速度值来评估乘坐质量。
GZ（v）G0
[1 (v0
/ v）2] /（2Sv）2
(1)
最近，台湾学者对汽车和摩托车的乘坐质量做了一些研究。 1984年，Lee [12]研究了在骑摩托车前进时，它会产生来自不平坦路面的垂直和俯仰振动，这使得骑车人不舒服; 笔者就摩托车悬架系统参数对乘坐质量的影响进行了讨论。 1993年，He [13]和Liou [14]等同事将ISO 2631 / 1-1985作为评估标准，实际测量驾驶员长期全身振动幅度和频率分布特征，和公交车振动暴露; 并从中讨论了其对健康的影响程度。 2002年，Wu [15]将不规则路面位移作为车辆系统的输入，从车辆系统输出中获得能量分布密度函数。 然后，他使用MATLAB开发了旅行质量分析程序，并评估了不同路面条件和速度下的乘坐质量。
乘坐质量的分析过程主要应用测试和体验模式。 同时，有一些国际标准可供遵循或依赖。 目前相关的国际标准包括ISO 2631，UIC 513，UIC 518，ISO / Sperling等。 每个舒适度分析过程可以独立或联合应用。 ISO 2631 / 1-1997 [16]提出了几种不同的方法来评估司机（乘客）的健康和乘坐质量的振动影响。 在本文中，我们使用ISO 2631 / 1-1997标准来评估乘坐质量。 我们将讨论运行车辆的振动响应，并利用该结果构建系统化的汽车行驶质量动态分析技术，有助于车辆行业的悬架系统设计和行驶质量评估。
方法
车辆系统的动态分析
在本研究中，我们将对车辆系统的动态行为进行计算机仿真分析，并进行乘坐质量评估。 关于车辆系统的动态响应，我们应用ADAMS软件进行各自的分析。 通过建立和模拟整车系统，我们可以分析驾驶员和乘客在路面不平坦和车辆悬架系统振动过程中的影响。
- 道路轮廓特征
路面不平整是车辆动力响应的主要振动源。 它可以用公路的功率谱密度来表示：
G（v）=功率谱密度（m2/周期/ m），
Z
Q =脉冲数（周期/ m），
G0=不均匀参数（不均匀等级），
Q0=截止波数。
上述方程可以与随机序列相位相结合并进行反傅里叶变换以产生随机的不平坦道路剖面。 通过这个道路特征，我们可以研究乘坐质量的动态行为。 在本研究中，我们直接输入ARTC试验场的道路剖面，并利用长波路和阶梯式联合路面进行相关分析，试图找出试验路面剖面对乘用车系统动态响应的影响。
- 悬挂系统的影响
当车辆穿过随机非光滑路面并且已经通过弹性和来自轮胎，悬架系统和座垫等的阻尼部分引起振动并将其传递到人体时。 在振动发生源中，由轮胎和悬架系统产生的振动将是最突出的影响。 由于国产汽车工厂的母公司已经确定了整个开发阶段的基本业绩，因此本地能够改进的部分并不多。 主要改进是在悬架系统的C，K值调整方面满足国内市场需求。 因此，实现C＆K值对悬架系统动态响应的影响将成为进行乘坐质量分析和相关设计任务的重要参考。
- 系统动态分析
我们利用动态分析软件ADAMS进行系统动力学分析，通过改变悬架系统的阻尼比C和刚度系数K来探讨汽车动态响应（加速度历史）的影响趋势。 汽车的前悬架采用了麦弗逊式悬架系统，后悬架采用扭矩臂式悬架系统。 我们让原来的前/后阻尼比乘以或除以1.5，或让原来的前/后弹簧常数乘以或除以2; 并安排各种组合进行研究。 假设C *等于Ci/ Co，其中Ci是情况i的C值，Co是原始C值; 和K *等于Ki/ Ko，其中Ki是情况i的K值，Ko是原始K值。
在情况1〜情况5中，标准化比例如下：情况1：C * = 1.0，K * = 1.0，
情况2：C * = 1.5，K *=1.0，
情况3：C * = 0.67，K * = 1.0，
情况4：C * = 1.0，K * = 2.0，
情况5：C * = 1.0，K * 0.5。
使用动态分析软件ADAMS构建底盘，车轮和悬挂系统（如图1所示），并进行长波路和阶梯式连接道路剖面模拟（路面剖面如图3〜图4所示）汽车驾驶员座椅位置（如图2（a）所示）和后座位置（如图2（b）所示）底盘平台的加速度响应。 并且通过加权的均方根加速度值，我们可以进行乘坐质量分析。
图1.整车动力分析的建模图。
（b）后测点
（a）前端测试点
图2.系统动态分析模型和加速度输出位置。
车辆动态响应的测量
在这项研究中，我们已经完成了ARTC试验场的实际车辆信号测量。 实验中的目标车辆是本地制造的1,140公斤1600
cc乘用车。 前悬架是麦克弗森悬架系统，后悬架是扭矩臂式悬架系统。 测试程序如下所示：
步骤1：选择目标道路：我们选择了长波道，步道连接道路和沥青路面不平顺进行跑车测量; 被测道路轮廓如图3〜图5所示。长波路适用于评估悬架性能和平顺性; 阶梯式联合道路是适合的
评估乘坐质量和轮胎噪音; 并采用沥青路面不平整度来评价底盘和悬架系统的耐久性。
步骤2.确定测量位置：测量点位于驾驶员座椅和右后乘员座椅中。 根据ISO 2631和ISO 10326 [17]标准，测量点位于靠垫的外接触表面上，接触点位于靠近驾驶员（乘客）和座位表面的区域内。
第3步。安装加速度计：如图6所示，将座椅型加速度计安装在座椅的顶部，并进行输出校准。 安装位置是驾驶员座椅和右后乘客座椅。
步骤4.数据记录和分析：使用由IMC Co.制造的mu;-Musycs数据记录器来收集和记录测试信号以进行后续分析。
步骤5.采样率：采样率设置为1,000 Hz。
步骤6.信号过滤：应用100 Hz硬件低通滤波器。
步骤7.在不同的道路和不同的行驶速度下测量信号。
图5.沥青路面不平的轮廓。
乘坐质量分析软件的开发
LabVIEW软件编写乘坐质量分析程序。 相关的程序开发流程图如图7所示，如下图所示：
步骤1.按照系统动态分析结果或实车测量获取目标位置的加速历史。
步骤2.使用三分之一倍频程频谱法计算每个中心频率的RMS加速度。
步骤3.称重每个中心频率的RMS加速度; 使用公式（2）并得到总体称量
整个历史的RMS加速度。
图6.座式加速度计和安装位置。
aw：加权RMS加速度，Wi：频率加权因子，
ai：i日中心频率（1/3倍频程频段）的RMS。
在图8中，Wk是z轴加速度的加权频率曲线，Wd是x和y加速度的加权频率曲线。
频率（Hz）
频率加权（dB）
图8.各种加速度的加权频率曲线。
峰
RMS
加速历史
三分之一八度频带分析
加权RMS加速度
|
或VD1.25e VDV |
是 |
|
|
|
没有 |
|
图7. ISO 2631 / 1-1997骑行质量评估流程图
是
峰值/ RMSd9
没有
是
VDVd1.75awT1/4
MTVVd1.5aw
没有
v乘坐质量评估
通过MTVV或VDV进行乘坐质量评估
MTVV
VDV
步骤4.总结三个轴向加速度后，振动总值av可以通过公式（3）计算并应用于评估乘坐质量水平。
)
值 惯于 使 重大 影响 的 在目标道路上行驶时的加速度峰值。
其中WX，WY和WZ分别是在x，y和z方向上的加权RMS加速度。
kx，ky和kz是多重因素。 在评估座椅的乘坐质量时，称重因素为：
x轴：Wd，k = 1， (4)
y轴：Wd，k = 1， (5)
z轴：Wk，k = 1， (6)
步骤5.在ISO 2631标准中，它定义了在振动环境下，通过加权RMS加速度评估的乘坐质量水平为：
图9.在长波路上行驶时的加速历史比较。
最大。 价值：0.248 PH
单位：PH
12秒
闵。 价值：-0.178 PH
最大。 价值：0.692 PH
单位：PH
12秒
闵。 价值：-0.674 PH
（a）通过实验，（b）通过系统动态分析结果（车速为30 km / h，位于驾驶座下方）
le;0.315m/s2
0.315〜0.63m/s2
0.5〜1m / s2
0.8〜1.6 m / s2
1.25〜2.5m / s2
ge;2m/ s2
不舒服，
有点不舒服，相当不
最大。 价值：0.435 PH
单位：PH
9秒。
闵。 价值：-0.757 PH
最大。 价值：1.320 PH
单位：PH
9秒。
闵。 价值：-3.820 PH
舒服，
不舒服，
非常不舒服，
非常不舒服。
结果与讨论 全文共10090字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[15025]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
