汽车平顺性

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。

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。

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。

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。

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。

1. 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。

2. 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。

3. 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。

提高平顺性的途径也有多种，主要从上述影响因素中考虑。

1. 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

2. 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 磁流变减震器

3. 座椅

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。