李加慶 劉華民 黃文棟

（1-上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心上海2018052-中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心）

摩托車振動(dòng)舒適性客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法研究*

李加慶1劉華民2黃文棟1

（1-上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心上海2018052-中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心）

簡(jiǎn)要回顧了摩托車振動(dòng)舒適性評(píng)價(jià)方法研究現(xiàn)狀，介紹摩托車振動(dòng)舒適性客觀評(píng)價(jià)方法的基本內(nèi)容，包括測(cè)量原理、試驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理流程等，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對(duì)測(cè)量頻率范圍和測(cè)點(diǎn)的選擇進(jìn)行研究，對(duì)開展摩托車振動(dòng)舒適性評(píng)價(jià)和改進(jìn)設(shè)計(jì)具有一定參考意義。

摩托車振動(dòng)舒適性客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法

引言

由于路面顛簸和發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡等原因?qū)е铝四ν熊嚨恼駝?dòng)，然后主要通過(guò)手把、座椅、腳蹬、油箱等與人接觸的部位傳遞到人體。振動(dòng)不僅影響摩托車的騎乘舒適性和操縱穩(wěn)定性，而且還容易導(dǎo)致零部件松動(dòng)和早期疲勞，對(duì)安全性構(gòu)成潛在威脅。振動(dòng)現(xiàn)象給消費(fèi)者的感受最直觀、最表面，直接影響到他們的購(gòu)買意愿。開展摩托車振動(dòng)舒適性研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)于如何評(píng)價(jià)摩托車的振動(dòng)舒適性，包括如何選擇測(cè)點(diǎn)及頻率范圍等，還存在一些關(guān)鍵問(wèn)題值得探討。

1 客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法

目前，汽車領(lǐng)域已形成一個(gè)比較完善的平順性評(píng)價(jià)體系，包括：GB/T 4970—2009《汽車平順性試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]，適用于M類、N類車輛；QC/T 474—2011《客車平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)及限值》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]，適用于M2、M3類汽車。摩托車行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，目前已完成《摩托車和輕便摩托車振動(dòng)舒適性試驗(yàn)方法》征求意見稿。摩托車與汽車結(jié)構(gòu)差異較大，汽車動(dòng)力系統(tǒng)一般通過(guò)懸置安裝到車身上，而摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)一般通過(guò)剛性連接懸掛在車架上，所以評(píng)價(jià)摩托車的振動(dòng)舒適性只能參照汽車平順性標(biāo)準(zhǔn)以及有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，而不能簡(jiǎn)單地照搬汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

摩托車的振動(dòng)主要通過(guò)手把、座椅、腳蹬、油箱等與人接觸的部位傳遞到人體。手把部位的振動(dòng)傳遞到手和手臂，屬于手傳振動(dòng)，座椅、腳蹬、油箱部位的振動(dòng)則傳遞到全身，屬于全身振動(dòng)?？陀^評(píng)價(jià)方法的主要參考依據(jù)為：汽車標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4970—2009、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 2631：《人體承受全身振動(dòng)評(píng)價(jià)指南》[3]和ISO 5349：《人體承受手傳振動(dòng)的測(cè)量與評(píng)價(jià)指南》[4]。

測(cè)量設(shè)備一般由加速度傳感器、濾波器、均方根值檢波器、指示器及磁帶記錄儀等組成，也可采用設(shè)有計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)的專用測(cè)量?jī)x直接讀取計(jì)權(quán)加速度。實(shí)際上，由于摩托車上安裝儀器的空間非常有限，振動(dòng)測(cè)量一般由多通道數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)采集軟件完成，然后在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行分析計(jì)算和顯示，測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。需要強(qiáng)調(diào)的是，所采用的加速度傳感器需要滿足低頻測(cè)量要求。

圖1 振動(dòng)測(cè)量原理

評(píng)價(jià)指標(biāo)是手把、腳踏、坐墊三個(gè)部位的加速度均方根值。手把處的傳感器應(yīng)通過(guò)固定座緊固在手把膠套的外端且不影響駕駛員駕駛，傳感器的拾振方向應(yīng)符合GB/T 14790.1第4.2.3節(jié)的規(guī)定。腳踏處的傳感器應(yīng)通過(guò)固定座緊固在腳踏外端且不影響駕駛員駕駛，傳感器的拾振方向應(yīng)符合GB/T 13441.1第5.2節(jié)的規(guī)定。坐墊處的傳感器應(yīng)與人體緊密接觸，并且在人體與座椅間放入一個(gè)安裝傳感器的墊盤，傳感器的測(cè)量方向應(yīng)符合GB/T13441.1第5.2節(jié)的規(guī)定。

試驗(yàn)時(shí)，受試車在穩(wěn)速段內(nèi)要穩(wěn)住車速，然后以規(guī)定的車速勻速駛過(guò)試驗(yàn)路段。在進(jìn)入試驗(yàn)路段時(shí)啟動(dòng)測(cè)試儀器以測(cè)量各部位的加速度時(shí)間歷程，同時(shí)記錄受試車行駛速度。測(cè)量時(shí)間應(yīng)不短于30 s。測(cè)量時(shí)手把處的振動(dòng)記錄中心頻率6.3 Hz～1250 Hz的1/3倍頻帶頻率范圍內(nèi)振動(dòng)信號(hào)，坐墊及腳踏處記錄中心頻率6.3 Hz～400 Hz的1/3倍頻帶頻率范圍內(nèi)振動(dòng)信號(hào)。

數(shù)據(jù)處理流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程

一般的數(shù)據(jù)采集軟件可以直接計(jì)算出各1/3倍頻程加速度均方根譜值aj，然后按公式（1）計(jì)算頻率計(jì)權(quán)，這里的計(jì)權(quán)主要是指人體對(duì)不同頻率振動(dòng)的反應(yīng)。

其中，aw為頻率計(jì)權(quán)加速度，單位m/s2；aj為1/3倍頻程第j頻段實(shí)測(cè)的加速度均方根值，單位m/s2；wj為1/3倍頻程第j頻段的計(jì)權(quán)因子；n為1/3倍頻程頻段總數(shù)。

然后，將各軸向的加速度值合成總計(jì)權(quán)加速度均方根值awo，按公式（2）計(jì)算。

其中，ax，y，z為各軸向頻率計(jì)權(quán)后的加速度均方根值，單位m/s2，kx，y，z為各軸向計(jì)權(quán)系數(shù)。

為了表述方便，一般地，也可將結(jié)果表示成對(duì)數(shù)形式，總加權(quán)加速度振級(jí)Law，按公式（3）計(jì)算。

其中，a0為參考加速度均方根值，a0=10-6m/s2。

2 頻率范圍的選擇

《摩托車和輕便摩托車振動(dòng)舒適性試驗(yàn)方法》（征求意見稿）統(tǒng)一了試驗(yàn)路面、試驗(yàn)車速，便于各企業(yè)之間試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，但對(duì)于試驗(yàn)頻率范圍的規(guī)定與現(xiàn)有文獻(xiàn)有一定差異。征求意見稿規(guī)定：測(cè)量時(shí)手把處記錄中心頻率6.3 Hz～1250 Hz的1/3倍頻帶頻率范圍內(nèi)振動(dòng)信號(hào)，座椅、座椅靠背及腳踏處記錄中心頻率6.3 Hz～400 Hz的1/3倍頻帶頻率范圍內(nèi)振動(dòng)信號(hào)。GB/T 4970規(guī)定座椅和腳踏處加速度頻率范圍為中心頻率0.5 Hz～80 Hz的1/3倍頻帶頻率范圍。二者差異在于0.5 Hz～6.3 Hz和80 Hz～400 Hz這兩部分頻率分量，其中低頻部分代表路面激勵(lì)，高頻部分代表發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)。實(shí)際上，人體全身對(duì)于低頻振動(dòng)更為敏感，從ISO 2631表3中可以看出低頻加權(quán)系數(shù)都比較大，低頻分量容易導(dǎo)致人體疲勞和暈車。因此，有必要對(duì)該低頻分量進(jìn)行比較研究。

利用道路實(shí)車振動(dòng)舒適性客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照上述試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理流程進(jìn)行處理，分別按照0.5 Hz～400 Hz和6.3 Hz～400 Hz進(jìn)行處理，然后計(jì)算二者的差值以及后者相對(duì)于前者的相對(duì)誤差，二者的相對(duì)誤差如圖3所示。從圖中可以看出，座椅受低頻影響大，相對(duì)誤差較高，一般超過(guò)10%，部分甚至超過(guò)30%。相對(duì)而言，左右腳踏部位高頻成分占主要因素，受低頻影響不大，相對(duì)誤差普遍小于10%。結(jié)合摩托車的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樽笥夷_踏直接與發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱連接，因此，受發(fā)動(dòng)機(jī)高頻因素影響明顯大于受地面低頻因素的影響。座椅則安裝在車架上，受路面和發(fā)動(dòng)機(jī)共同影響，但在低頻主要受路面影響較大。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，比較了座椅處0.5 Hz～400 Hz和0.5 Hz～80 Hz的處理結(jié)果，二者相對(duì)誤差如圖4所示。由圖4可見，二者差別非常小，一般小于5%。因此，此處宜將座椅和腳踏分開處理，選擇不同的頻率范圍。例如，座椅選擇0.5 Hz～80 Hz頻率范圍，腳踏選擇6.3 Hz～400 Hz頻率范圍。

圖3 不同頻率范圍客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)誤差比較曲線

圖4 不同頻率范圍座椅相對(duì)誤差曲線

3 測(cè)點(diǎn)的選擇

按照標(biāo)準(zhǔn)中的定義，手傳振動(dòng)是指通過(guò)手掌或手指直接加在或傳到手臂系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)，全身振動(dòng)是指通過(guò)人體的支承面?zhèn)鬟f到整個(gè)身體的機(jī)械振動(dòng)。因此，振動(dòng)的測(cè)試位置包括左右手把、左右腳踏、座椅、靠背、腿部與油箱接觸處、以及乘客座椅、乘客腳踏、乘客扶手處。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，騎式車油箱處的振動(dòng)對(duì)人身確實(shí)存在危害，牛路明[5]針對(duì)該試驗(yàn)方法也提出自己的建議，例如要求駕駛員坐姿要標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于評(píng)價(jià)位置也提出應(yīng)增加后視鏡、乘員扶手、腳踏等位置。因此，有必要對(duì)這些位置進(jìn)行細(xì)致的比較研究，例如駕駛員與乘客部位的相似性、左右側(cè)的對(duì)稱性等。

利用道路實(shí)車振動(dòng)舒適性客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照上述試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理流程進(jìn)行處理，比較了左右側(cè)手把的試驗(yàn)結(jié)果，分析其對(duì)稱性，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。同時(shí)還比較了左右側(cè)腳踏的試驗(yàn)結(jié)果，如圖6所示。隨后，比較了座椅、客座、腿部與油箱接觸部位的試驗(yàn)結(jié)果，如圖7所示。由圖5可以明顯地看出左右手把的振動(dòng)基本一致，數(shù)值上差別也不大，證明二者是對(duì)稱的。也可以看出手把受發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)影響較大，在某一車速下激起了車架手把的固有模態(tài)，振動(dòng)幅值最大，而在其他車速下振動(dòng)較小。從圖6可以看出左右腳踏部位的振動(dòng)也基本一致，數(shù)值上也很接近，從而也證明二者是對(duì)稱的。同樣地，因?yàn)槟_踏直接連接在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱上，受發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)影響較大。從圖7中可以看出，油箱與座椅的振動(dòng)結(jié)果非常接近，二者趨勢(shì)一致。油箱與座椅受路面和發(fā)動(dòng)機(jī)共同激勵(lì)，因此看不出明顯的共振現(xiàn)象。比較座椅與客座振動(dòng)結(jié)果，二者存在明顯差別，但趨勢(shì)基本是一致的。分析其原因，主要是由于二者的承載不同，安裝在駕駛員座椅上的座墊傳感器承受了駕駛員的重量，但乘客位置未加載配重。因此，有必要進(jìn)一步驗(yàn)證，由于摩托車特殊的結(jié)構(gòu)，可以考慮在試驗(yàn)室內(nèi)的底盤測(cè)功機(jī)上駕駛員和乘客同時(shí)乘坐再進(jìn)行測(cè)試。

由上述分析得知，左右手把、左右腳踏存在明顯的對(duì)稱性。因此，在試驗(yàn)條件受限的情況下，可以考慮減少測(cè)點(diǎn)。考慮到需要操縱右側(cè)手把調(diào)節(jié)油門，可以優(yōu)先采集左手把的振動(dòng)；同樣地，左腳擱置在左側(cè)腳踏上進(jìn)行換擋操作，可以優(yōu)先采集右側(cè)腳踏的振動(dòng)。

圖5 左右手把振動(dòng)結(jié)果比較曲線

圖6 左右腳踏振動(dòng)結(jié)果比較曲線

圖7 座椅、油箱、客座振動(dòng)結(jié)果比較曲線

4 結(jié)論

依據(jù)客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理流程，研究腳踏、座椅部位的頻率范圍選擇，以及測(cè)點(diǎn)選擇問(wèn)題，得出如下結(jié)論：

1）由于振動(dòng)來(lái)源不同，座椅主要受路面振動(dòng)影響，腳踏主要受發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)影響，因此宜將座椅和腳踏分開處理，選擇不同的頻率范圍。建議座椅選擇0.5 Hz～80 Hz頻率范圍，腳踏選擇6.3 Hz～400 Hz頻率范圍。

2）左右手把、左右腳踏具有明顯的對(duì)稱性。因此，在試驗(yàn)條件受限的情況下，可以優(yōu)先考慮測(cè)量左手把、右腳踏的振動(dòng)。

結(jié)論對(duì)開展摩托車振動(dòng)舒適性設(shè)計(jì)具有一定參考意義，但這是建立在有限試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)開展大量試驗(yàn)研究，進(jìn)一步驗(yàn)證上述規(guī)律，以及分析客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)與主觀評(píng)價(jià)之間的關(guān)聯(lián)性。

1中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 4970—2009，汽車平順性試驗(yàn)方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009

2中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).QC/T 474—2011，客車平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)及限值[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011

3ISO2631-1-1997，Mechanical vibration and shock-Evaluation of human exposure to whole-body vibration-Part 1：General requirements[S]

4ISO5349-1-2001，Mechanical vibration-Measurement and evaluation of human exposure to hand-transmitted vibration-Part 1：General requirements[S]

5牛路明.摩托車振動(dòng)舒適性試驗(yàn)方法研究[J].摩托車標(biāo)準(zhǔn)化，2012（3）：26～29

Study on Motorcycle Vibration Comfort Objective Evaluation Test Method

Li Jiaqing1，Liu Huamin2，Huang Wendong1
1-Shanghai Motor Vehicle Inspection Center（Shanghai，201805，China）2-China Quality Certification Center

The research status of motorcycle vibration comfort objective evaluation method is briefly reviewed.It is introduced of the basic contents of motorcycle vibration comfort objective evaluation method，which includes the principle of testing，testing method,data processing progress，and so on.Issues about selecting testing points and frequency band are studied based on test data analysis.It makes a reference for design on motorcycle vibration comfort.

Motorcycle，Vibration comfort，Objective evaluation method

U483

A

2095-8234（2014）05-0034-04

2014-06-26）

本項(xiàng)目得到上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)專項(xiàng)資金資助，資助團(tuán)隊(duì)號(hào)為（2012-CX-05）。

李加慶（1977-），男，博士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)動(dòng)車振動(dòng)噪聲控制。