盛 云，杜志良

(濰柴動(dòng)力上海研發(fā)中心，上海 201315)

1 現(xiàn)行平順性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)用于大型客車的局限性

汽車的行駛平順性主要是根據(jù)乘員的舒適程度來評(píng)價(jià)，又稱為乘坐舒適性.研究汽車平順性的主要目的就是控制汽車振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，使振動(dòng)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［1-2］.隨著市場競爭的日益激烈，乘坐舒適性的提升已成為大型客車的核心競爭力.因此，研究如何使大型客車具有良好的行駛平順性，已得到國內(nèi)外汽車設(shè)計(jì)人員的高度重視.

試驗(yàn)是檢驗(yàn)大型客車平順性優(yōu)劣的唯一途徑.自上世紀(jì)30年代以來，在汽車平順性方面已開展了大量的試驗(yàn)研究工作，國內(nèi)外均形成了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，包括GB/T 4970－2009《汽車平順性試驗(yàn)方法》［3］、ISO 2631－1997《機(jī)械振動(dòng)與沖擊 人體處于全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)》［4］、BS 6841－1987《Guide to measurement and evaluation of human exposure to whole－bodymechanicalvibration and repeated shock》［5］等.但在平順性試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)條件很難完全符合法規(guī)的各項(xiàng)要求，這給大型客車平順性試驗(yàn)結(jié)果精度與可重復(fù)性的保證帶來了挑戰(zhàn).

(1)試驗(yàn)道路是否滿足法規(guī)要求

GB/T 4970中，要求隨機(jī)輸入行駛的試驗(yàn)道路為瀝青路面或水泥路面，試驗(yàn)道路應(yīng)平直，縱坡不大于1%，路面干燥，不平度應(yīng)均勻無突變，累計(jì)的試驗(yàn)路面總長度不應(yīng)小于試驗(yàn)樣本個(gè)數(shù)要求的最短路面長度［3］.QC/T 474中，要求試驗(yàn)里面采集長度為不少于1 km的試驗(yàn)路段［6］.

但國內(nèi)的汽車試驗(yàn)場，如東風(fēng)汽車試驗(yàn)場與定遠(yuǎn)汽車試驗(yàn)場等，其性能道與高速環(huán)道均為水泥路面，各塊水泥路段之間存在接縫;在城市公路或高速公路試驗(yàn)時(shí)，會(huì)不可避免地存在一些不確定因素，例如路面保養(yǎng)方面不能做到時(shí)時(shí)清理，路面存在著小石子等其他雜物和輕微的破損，這些使得路面的隨機(jī)輸入存在一定的突變性，從而在試驗(yàn)結(jié)果中，使坐墊的垂直加速度會(huì)出現(xiàn)一些比較突兀的加速度峰值，波形分布不均勻可能會(huì)導(dǎo)致加速度均方根值的增大;此外，經(jīng)常行駛大型和中型載貨車的車道與客車行駛的車道之間也存在區(qū)別.

因此，合適的平順性試驗(yàn)道路直接關(guān)系到試驗(yàn)是否具有良好的重復(fù)性和可溯源性，其選擇和確定存在很大的困難.

(2)試驗(yàn)過程中客車的行駛車速控制是否精確

與試驗(yàn)道路的選定相比，車速的控制相對(duì)較易實(shí)現(xiàn)，經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員可較好地保持標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的行駛車速.但試驗(yàn)過程中，由于路況、車況的變換，駕駛員的人為操作會(huì)使得汽車不能完全勻速直線行駛，也會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響.

文中以某型12米城際客車為研究對(duì)象，在揚(yáng)州市啟揚(yáng)高速對(duì)其進(jìn)行整車平順性試驗(yàn)，通過全路段試驗(yàn)的分析與對(duì)比，確定3 km的道路能用于大型客車的整車平順性試驗(yàn);采用同樣方法在揚(yáng)州市滬陜高速確定了3 km的平順性試驗(yàn)道路，并通過多臺(tái)大型客車的平順性試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證.

2 大型客車平順性道路試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

根據(jù)QC/T 474，某型12米城際客車設(shè)計(jì)最高車速大于100 km/h，其平順性試驗(yàn)車速應(yīng)為90 km/h.由于試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)車速偏差過大時(shí)，采集的原始振動(dòng)信號(hào)波動(dòng)較大，因此，將QC/T 474中規(guī)定的“±4%車速偏差”調(diào)整為“±2 km/h”.

試驗(yàn)地點(diǎn)為揚(yáng)州啟揚(yáng)高速揚(yáng)州西—瘦西湖段(里程碑256－241)，共15 km.

客車平順性試驗(yàn)與分析的流程見圖1.

圖1 客車平順性試驗(yàn)與分析的流程

在客車企業(yè)周邊初步選定一條較平整，路面狀況良好，且車流量較少的高速公路，進(jìn)行整車平順性測(cè)試，采集駕駛員同側(cè)后橋 (驅(qū)動(dòng)橋)正上方座椅坐墊上方及座椅支架的三向振動(dòng)加速度信號(hào)，通過CAN總線記錄汽車行駛的有關(guān)信息，并全程同步錄制經(jīng)過高速公路各里程碑的錄像.

根據(jù)記錄的經(jīng)過高速公路各里程碑的時(shí)刻，將采集的數(shù)據(jù)逐段分割，分析對(duì)比各里程碑內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，舍棄不符合要求的數(shù)據(jù)，確定最佳的平順性試驗(yàn)路段.

在確定的路段上重新進(jìn)行整車平順性試驗(yàn)，計(jì)算平順性的評(píng)價(jià)指標(biāo)等效均值，并評(píng)價(jià)客車的乘坐舒適性.

3 大型客車平順性道路試驗(yàn)路段選取

3.1 原始數(shù)據(jù)分割

在選定的啟揚(yáng)高速揚(yáng)州西—瘦西湖路段進(jìn)行往返全程的整車平順性測(cè)試，通過坐墊加速度傳感器采集駕駛員同側(cè)后橋 (驅(qū)動(dòng)橋)正上方座椅坐墊上方的三向振動(dòng)加速度信號(hào)，通過CAN總線記錄汽車行駛的有關(guān)信息，包括車速、油門開度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫、油溫等，并全程同步錄制視頻，記錄經(jīng)過高速公路各里程碑的錄像.根據(jù)高速公路里程碑對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，得到各里程碑之間，即每公里行駛里程內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù).

3.2 行駛車速評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)各里程碑內(nèi)客車的行駛速度進(jìn)行分析，并判斷車速偏差|v－90|是否小于等于2 km/h，從中剔除無效的試驗(yàn)數(shù)據(jù).對(duì)比往返程的行駛車速均值偏差是否小于等于1 km/h，滿足該條件的即為有效試驗(yàn)數(shù)據(jù).經(jīng)過篩選，滿足評(píng)價(jià)指標(biāo)的為里程碑248－250、253－254內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖2、圖3所示.

圖2 里程碑248－250間往返的車速對(duì)比

圖3 里程碑253－254間往返的車速對(duì)比

3.3 油門開度評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)于滿足3.2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析各里程碑內(nèi)客車的油門開度，檢查是否有急加速或急減速工況，并判斷油門開度的平均值αmean是否大于50%，從中剔除無效的試驗(yàn)數(shù)據(jù).對(duì)比往返程的油門開度均值偏差是否小于10%，滿足該條件的即為有效試驗(yàn)數(shù)據(jù).如圖4與圖5所示，里程碑248－250、253－254內(nèi)均能找出足夠長的滿足油門開度評(píng)價(jià)指標(biāo)的試驗(yàn)數(shù)據(jù).

圖4 里程碑248－250間往返的油門開度對(duì)比

圖5 里程碑253－254間往返的油門開度對(duì)比

3.4 坐墊Z向振動(dòng)信號(hào)時(shí)域評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)于滿足3.3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算各里程碑內(nèi)(或者截取的數(shù)據(jù)段)的座椅支架與坐墊振動(dòng)加速度時(shí)域均方根值 (Root Mean Square，RMS)，并判斷其與所有數(shù)據(jù)的時(shí)域有效值平均值之間的相對(duì)誤差是否小于5%，滿足該條件的即為有效試驗(yàn)數(shù)據(jù).

圖6為揚(yáng)州西至瘦西湖各里程碑內(nèi)的振動(dòng)加速度時(shí)域RMS值對(duì)比，

圖6 揚(yáng)州西-瘦西湖全路段振動(dòng)加速度RMS值對(duì)比

表1中列出了里程碑248－250與253－254間往返的座椅支架與座椅坐墊振動(dòng)加速度RMS值，其與所有數(shù)據(jù)的時(shí)域有效值平均值之間的相對(duì)誤差均小于5%.

表1 248－250與253－254往返振動(dòng)加速度RMS值對(duì)比

3.5 等效均值評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)于滿足3.4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，需采用法規(guī)中規(guī)定的“客車平順性指標(biāo)等效均值(Leq)”進(jìn)行評(píng)價(jià).計(jì)算座椅坐墊各方向的加權(quán)加速度均方根值與坐墊的總加權(quán)加速度均方根值，計(jì)算坐墊垂直振動(dòng)的等效均值，分析往返路段的坐墊總加權(quán)加速度均方根值間的相對(duì)誤差是否小于10%，等效均值的差值是否小于2dB，不同里程碑內(nèi)的等效均值差值是否小于2dB.對(duì)滿足該指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算算數(shù)平均，即為最終的試驗(yàn)結(jié)果.

試驗(yàn)樣車在里程碑248至250、253至254內(nèi)往返行駛時(shí)，坐墊總加權(quán)加速度均方根值間的相對(duì)誤差最大僅7%，低于10%，等效均值間的差值均小于2dB，最終的等效均值可通過算術(shù)平均計(jì)算得到.具體結(jié)果見表2.

表2 248－250與253－254往返平順性指標(biāo)的對(duì)比

根據(jù)上述分析，也可直接確定最佳的客車平順性試驗(yàn)路段.文中分析的揚(yáng)州啟揚(yáng)高速揚(yáng)州西-瘦西湖段，可固化里程碑253－254及248－250段為客車平順性試驗(yàn)道路.

4 道路試驗(yàn)方法的應(yīng)用

4.1 其他試驗(yàn)道路確定

采用同樣的試驗(yàn)方法在揚(yáng)州滬陜高速揚(yáng)州南至廣陵段確定了另一條平順性試驗(yàn)道路，其里程碑為343－346.

4.2 試驗(yàn)道路驗(yàn)證

將文中提出的試驗(yàn)方法應(yīng)用于另一中型客車的平順性試驗(yàn)研究，試驗(yàn)道路為啟揚(yáng)高速瘦西湖至揚(yáng)州西段，表3為試驗(yàn)結(jié)果.

表3 某中型客車的平順性試驗(yàn)結(jié)果

在滬陜高速揚(yáng)州南至廣陵段對(duì)某大型城際客車進(jìn)行平順性試驗(yàn)，結(jié)果見表4.

表4 某大型客車的平順性試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

1)根據(jù)某型12米城際客車在揚(yáng)州啟揚(yáng)高速揚(yáng)州西至瘦西湖段的平順性試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果的分析、對(duì)比，設(shè)計(jì)大型客車平順性道路試驗(yàn)路段的選取方法，提出相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，具有一定的科學(xué)性.

2)提出的試驗(yàn)方法已在多輛大型客車的平順性試驗(yàn)中得到驗(yàn)證，具有一定的實(shí)用性.

［1］吳光強(qiáng).汽車?yán)碚?［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］GB/T 4971-2009汽車平順性術(shù)語和定義 ［S］.

［3］GB/T 4970-2009汽車平順性試驗(yàn)方法 ［S］.

［4］ISO 2631-1997機(jī)械振動(dòng)與沖擊 人體處于全身振動(dòng)的評(píng)價(jià) ［S］.

［5］BS 6841-1987 Guide to measurement and evaluation of human exposure to whole-body mechanical vibration and repeated shock［S］.

［6］QC/T 474-2011客車平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)及其限值 ［S］.