汽车平顺性实验分析

金柏宇

（沈阳理工大学，沈阳 110168）

汽车平顺性作为汽车性能评测的重要指标，对汽车性能具有重大影响，且在其他领域中有许多用途，发挥着举足轻重的作用。汽车振动对人的乘坐舒适性和货物的影响决定了汽车平顺性的研究价值。研究汽车平顺性，要从研究汽车的振动系统开始。汽车悬挂系统作为汽车振动系统的主体，是汽车振动系统的载体[1]。因此，从建立汽车悬挂系统分析开始，对平顺性进行分析、评价，从而为改善平顺性提供理论依据，促使汽车更好地满足人类需求。

1 汽车平顺性振动系统的仿真建模

图1中：m2为悬挂质量（车身质量）；m1为非悬挂质量（车轮质量）；K为弹簧刚度；C为减振器阻尼系数；Kt为轮胎刚度。车轮与车身垂直位移分别为z1、z2，坐标原点选在各自的平衡位置，则其运动方程为[2-3]：车速分别为30 km·h-1、40 km·h-1、50 km·h-1，设定仿真时间为20 s。根据不同车速进行对应的白噪声强度输入，然后运行仿真。建立的Simulink模型如图2所示。

图1 车轮与车身两自由度振动系统

图2 汽车悬挂系统仿真模型

2 汽车振动系统的模型仿真分析

2.1 悬挂系统的建模与仿真

在MATLAB/Simulink模块中，根据悬挂系统两自由度振动微分方程构建仿真框图，建立汽车平顺性的车身、车轮两自由度仿真模型。在同一仿真路面上，选择C级路面，

2.2 模型仿真结果与分析

对系统进行3个平顺性评价指标输出量的求解，其对应的输入车速分别为30 km·h-1、40 km·h-1、50 km·h-1。3个输出量分别为车身加速度a、悬架动行程d以及轮胎动载荷F[4-5]。

运行模型仿真将生成车身加速度时间函数，将车身加速度以数组的形式保存至工作空间[6-8]。打开工作空间，可以看到在此速度下的车身最大加速度，具体的数值见表1。

表1 车速-车身最大加速度对应表

求得车身垂直方向的加权加速度均方根值，数据如表2所示。

表2 不同车速下的加权加速度均方根值与人体感觉

驾驶员座椅垂向加权加速度均方根值依次增大，在3组车速中，人的主观感觉都为“没有不舒服”。

3 汽车平顺性道路实验分析

3.1 汽车行驶平顺性随机道路实验

按照现有的实验标准，实验车速将按包括常用车速在内的2个车速进行实验，在此选用的车速为30 km·h-1和 40 km·h-1。在设定的条件下进行汽车平顺性随机道路实验，并对在一定车速下的座椅时域加速度进行相关分析[9]。

3.2 汽车行驶平顺性随机道路实验结果与分析

实车随机道路平顺性实验中，汽车是直线且接近匀速行驶的。但是，汽车由人来控制，故不能保持车速恒定为40 km·h-1行驶。受此影响，使得座椅X轴向（即前进方向）的加速度-频域曲线的加速度相对较大。本实验重点关注的是座椅Z轴向的加速度变化情况，以此评价汽车的平顺性。竖直方向上的加速度波动较大，且座椅频率在3～4 Hz范围内峰值较大，对人体的影响相对较大[10-11]。

表3为三轴向传感器（驾驶员座垫传感器）的相关试验结果，表4为总加权加速度均方根值情况。由表3和表4可以得出：在相同的实验条件下，当车速发生变化时，加权加速度均方根值会发生变化；当速度增大时，各轴向加权加速度均方根值均增大，三向加权加速度均方根同样增大；人的主观感觉都是“没有不舒服”。

表3 三轴向传感器（驾驶员座垫传感器）

表4 总加权加速度均方根值

3.3 脉冲输入行驶实验

3.3.1 脉冲输入实验过程

实验的车速设定为30 km·h-1、40 km·h-1。本次实验选取的实验场所是在平直且良好的路面上，道路上设有减振带。待其他设置及实验条件完备后，进行脉冲输入实验。

3.3.2 脉冲实验结果

由表5和表6可以看出：在脉冲实验中，各方面实验条件都相同的情况下，垂向方向即Z轴向在不同车速下的峰值系数和振动剂量值不同；随着车速的提高，相应的峰值系数和振动剂量值随之提高。

表5 车速为30 km·h-1时的峰值系数和振动剂量记录表

表6 车速为40 km·h-1时的峰值系数和振动剂量记录表

由表7的三轴向最大加速度可以看出：在各方面实验条件和车速相同的条件下，Y轴向的加速度最大，Z轴向加速度次之，X轴向加速度最小；同一轴向，随着车速的提高，振动的最大加速度相应提高。可见，脉冲输入对座椅的振动有很大影响。

表7 三轴向最大加速度实验结果记录表

4 结语

根据两自由度振动系统的微分方程搭建框图，完成了对路面的输出项即车身加速度、悬架动行程及轮胎动载荷的仿真分析，包括对不同车速下的时域图像呈现，并对其进行了分析。结果发现，在同一路面且车速在一定范围内时，随着车速的提高，车身加速度、悬架动行程及轮胎动载荷都会增加。