吳永強(qiáng)

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載貨汽車隨機(jī)輸入行駛平順性研究

吳永強(qiáng)

（重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 401122）

貨運(yùn)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的動(dòng)脈系統(tǒng)，它聯(lián)結(jié)社會(huì)生產(chǎn)各個(gè)部分使之成為一個(gè)有機(jī)整體。在長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中，載貨汽車平順性對(duì)駕駛的舒適性和安全性有直接影響。文章結(jié)合GB/T 4970-2009和ISO 2631-1997對(duì)車輛平順性的試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法，通過(guò)載貨汽車隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)，分析了載荷狀態(tài)和車速對(duì)車輛平順性的影響。結(jié)果表明，車輛滿載狀態(tài)較空載狀態(tài)行駛平順性好，車速較低時(shí)車輛行駛平順性變化不大，車速較高時(shí)平順性大幅降低。此外，文章提出去除容易受坐姿影響的座椅靠背振動(dòng)參數(shù)，在GB/T 4970的基礎(chǔ)上，參照ISO 2631對(duì)坐墊處水平方向軸加權(quán)系數(shù)進(jìn)行修正，對(duì)載貨汽車平順性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)有指導(dǎo)意義。

平順性；載貨汽車；隨機(jī)輸入；舒適性

前言

載貨汽車的主要用途是運(yùn)輸貨物，與客車相比，其對(duì)行駛平順性的要求不高。然而，行駛平順性直接影響人體的舒適性。在長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中，糟糕的舒適性容易分散駕駛員注意力、引起駕駛疲勞。載貨汽車行駛平順性的研究對(duì)提高貨車乘坐舒適性、減少因疲勞駕駛造成的安全事故有重要意義。

1 平順性評(píng)價(jià)依據(jù)

汽車行駛時(shí)，人體處于全身振動(dòng)的環(huán)境中，應(yīng)參照全身振動(dòng)評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)汽車平順性。目前國(guó)際上廣泛采用的全身振動(dòng)評(píng)價(jià)方法主要是以ISO 2631-1997[1]、BS 6841-1985[2]為代表的加權(quán)加速度評(píng)價(jià)方法和吸收功率法。吸收功率法綜合人體受到的垂直、橫向及腳部振動(dòng)，但對(duì)于單個(gè)方向上的振動(dòng)評(píng)價(jià)是模糊的。ISO 2631給出了低頻振動(dòng)（0.1-80Hz）對(duì)人體健康、舒適性、知覺(jué)和眩暈幾個(gè)方面影響的測(cè)試和評(píng)價(jià)方法。其使用的人體坐標(biāo)系，對(duì)于立姿和臥姿考慮支承面上三個(gè)方向線振動(dòng)，對(duì)于坐姿除考慮靠靠背、坐墊及腳部支承面三個(gè)方向的線振動(dòng)外，還考慮坐墊支承面三個(gè)方向的角振動(dòng)。加權(quán)加速度均方根值（RMS）是ISO 2631對(duì)振動(dòng)的基礎(chǔ)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其計(jì)算參考公式（1）。

式中，a()是加權(quán)加速度的時(shí)間歷程函數(shù)，T是測(cè)量經(jīng)歷的時(shí)間。ISO 2631將測(cè)量期間加權(quán)加速度時(shí)間歷程函數(shù)的峰值與加權(quán)加速度均方根值的比值定義為峰值因子。當(dāng)峰值因子小于等于9時(shí)，認(rèn)為以RMS評(píng)價(jià)振動(dòng)是有效的；當(dāng)峰值因子大于9時(shí)，需引入輔助評(píng)價(jià)方法。運(yùn)行加權(quán)加速度均方根值通過(guò)短時(shí)間積分將偶然和短暫振動(dòng)計(jì)入，其計(jì)算公式如下：

式中，a()是瞬時(shí)頻率加權(quán)加速度，是積分時(shí)間，t0是積分開始時(shí)刻。定義運(yùn)行加權(quán)加速度均方根值的最大值為最大瞬時(shí)振動(dòng)值（MTVV）。由于四次均方根值相較二次均方根值對(duì)峰值更敏感，ISO 2631還引入振動(dòng)劑量值（VDV）作為輔助評(píng)價(jià)指標(biāo)。

當(dāng)滿足：

時(shí)，需要綜合使用基礎(chǔ)評(píng)價(jià)方法和輔助評(píng)價(jià)方法以彌補(bǔ)基礎(chǔ)評(píng)價(jià)方法對(duì)瞬時(shí)大幅振動(dòng)的低估。BS 6841同樣以加權(quán)加速度均方根值和四次均方根值作為評(píng)價(jià)舒適性的指標(biāo)，不同的是峰值因子為6。此外，ISO 2631和BS 6841采用的頻率加權(quán)系數(shù)也存在差別。

國(guó)內(nèi)較早的平順性試驗(yàn)推薦標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 4970-1996[3]和GB/T 5902-1986[4]，現(xiàn)行的汽車平順性試驗(yàn)推薦標(biāo)準(zhǔn)是2009年頒布的GB/T 4970-2009[5]，它給出了脈沖輸入行駛和隨機(jī)輸入行駛下的汽車平順性試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)。與ISO 2631相比，在舒適性評(píng)價(jià)方面，GB/T 4970采用座椅坐墊、座椅靠背及及駕駛室地板處的綜合加權(quán)加速度均方根值進(jìn)行平順性評(píng)價(jià)。GB/T 4970采用的頻率加權(quán)系數(shù)與ISO 2631有差異，且沒(méi)有考慮臀部支承面的角振動(dòng)。ISO 2631還指出在不能獲取座椅靠背處振動(dòng)參數(shù)時(shí)，可以將臀部支承面水平振動(dòng)系數(shù)調(diào)整為1.4進(jìn)行修正，GB/T 4970-2009沒(méi)有相關(guān)修正。

在平順性評(píng)價(jià)方面，夏均忠[6]總結(jié)了多種平順性評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn)、差異和適用范圍。吳志成[7]分析了ISO 2631和基于限值的平順性評(píng)價(jià)方法的差異和適用范圍。徐中明[8]對(duì)比GB 4970-1997與ISO 2631的區(qū)別，提出了對(duì)汽車平順性評(píng)價(jià)方法的建議。宗長(zhǎng)富[9]通過(guò)濾波對(duì)汽車隨機(jī)輸入和脈沖輸入行駛平順性進(jìn)行分析。張志飛等人[10-12]通過(guò)仿真和算法對(duì)車輛平順性進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)化。本文參考GB/T 4970-2009和ISO 2631-1997，通過(guò)貨車隨機(jī)輸入行駛平順性試驗(yàn)，分析載荷和車速對(duì)貨車平順性的影響。

2 貨車平順性試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)置

試驗(yàn)車輛為裝備質(zhì)量3.3t、總質(zhì)量9.2t的載貨汽車，在空載和滿載狀態(tài)下，分別測(cè)試樣車以40km/h、60km/h和80km/h車速行駛的隨機(jī)輸入平順性。試驗(yàn)道路為重慶機(jī)動(dòng)車強(qiáng)檢試驗(yàn)場(chǎng)性能路，路面狀況良好。所采用的設(shè)備為Brüel & Kj?r公司的人體振動(dòng)分析儀。該設(shè)備可以測(cè)量加權(quán)加速度均方根值、運(yùn)行加權(quán)加速度均方根值、最大瞬時(shí)振動(dòng)值和振動(dòng)劑量值，其采用的頻率加權(quán)系數(shù)取自ISO 2631。傳感器布置在駕駛員坐墊和駕駛員擱腳處地板。參考GB/T 4970-2009對(duì)汽車隨機(jī)輸入平順性的評(píng)價(jià)方法，但是去除容易受坐姿影響的靠背處振動(dòng)響應(yīng)。同時(shí)參考ISO 2631將坐墊處水平方向軸加權(quán)系數(shù)修正為1.4，各方向軸加權(quán)系數(shù)見表1。

表1 各方向軸加權(quán)系數(shù)

按照各軸向加權(quán)加速度均方根值a（表不同軸向）和軸加權(quán)系數(shù)k計(jì)算總加權(quán)加速度均方根值：

2.2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

首先確定是否需要引入輔助評(píng)價(jià)方法。表2列出了空載和滿載狀態(tài)下貨車隨機(jī)輸入行駛各軸向振動(dòng)峰值因子的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差?？梢钥闯?，除空載時(shí)坐墊水平方向峰值因子接近9，其余情況峰值因子均小于5，依據(jù)ISO 2631采用加權(quán)加速度均方根值來(lái)評(píng)價(jià)是合理的，無(wú)需引入輔助評(píng)價(jià)方法。

表2 各軸向振動(dòng)峰值因子的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差

表3是ISO 2631附錄C中給出的總加權(quán)加速度均方根值與人的主觀感覺(jué)之間的關(guān)系。該表格中人的主觀感受還會(huì)受到溫度、噪聲、行車時(shí)間等因素的影響，但仍具有一定的參考價(jià)值。

表3 總加權(quán)加速度均方根值與人的主觀感覺(jué)關(guān)系

結(jié)合圖2可以看出，載貨汽車以40km/h和60km/h車速行駛，總加權(quán)加速度均方根值在0.6~0.8 m/s2之間，給駕駛員帶來(lái)的主觀感受是比較不舒服；以80km/h行駛時(shí)總加權(quán)加速度均方根值在0.8~1.1 m/s2，給駕駛員帶來(lái)的主觀感受是不舒服。從駕駛員舒適性角度出發(fā)，這款載貨汽車在平順性設(shè)計(jì)方面有待提高。

3 小結(jié)

本文在GB 4970-1997平順性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法基礎(chǔ)上，結(jié)合ISO 2631-1997，對(duì)某載貨汽車隨機(jī)輸入行駛平順性進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明，樣車在低速時(shí)平順性表現(xiàn)接近，給駕駛員帶來(lái)的主觀感受是比較不舒服；在高速時(shí)平順性變差，給駕駛員帶來(lái)的主觀感受是不舒服，其平順性表現(xiàn)有待提高。本文提出去除靠背處振動(dòng)影響的試驗(yàn)及修正方法，對(duì)貨車平順性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)有一定指導(dǎo)意義。

[1] ISO 2631-1-1997.Mechanical vibration and shock-evaluation of human exposure to whole-body vibration-Part 1: General requirem -ents[S]. International Standard Organization, 1997.

[2] BS6841-1987.Measurement and evaluation of human exposure to whole-body mechanical vibration and repeated shock[S].British Standards Institution,1987.

[3] GB/T 4970-1996,汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996.

[4] GB/T 5902-1986,汽車平順性脈沖輸入行駛試驗(yàn)方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1986.

[5] GB/T 4970-2009,汽車平順試驗(yàn)方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[6] 夏均忠,馬宗坡等.汽車平順性評(píng)價(jià)方法綜述[J].噪聲與振動(dòng)控制,2012,04:01-05

[7] 吳志成,陳思忠等.越野車輛平順性評(píng)價(jià)方法研究[J].兵工學(xué)報(bào),2007, 28(11):1393-1396.

[8] 徐中明,張志飛,賀巖松.對(duì)汽車平順性評(píng)價(jià)方法的探討與建議[J].汽車工程,2010,32(1):73-76.

[9] 宗長(zhǎng)富,陳雙等.基于頻率加權(quán)濾波的汽車平順性評(píng)價(jià)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào),2011, 41(6):1517-1521.

[10] 張志飛,劉建利等.面向平順性與道路友好性的商用車懸架參數(shù)優(yōu)化[J].汽車工程,2014,36(7):889-893.

[11] 陸建輝,周孔亢等.基于遺傳算法的廂式貨車平順性優(yōu)化[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2017, 53(20):121-130.

[12] 唐傳茵,張?zhí)靷b等.汽車振動(dòng)舒適性評(píng)價(jià)研究[J].振動(dòng)與沖擊,2008, 27(9):158-166.

Research on ride comfort of goods vehicle from random input running

Wu Yongqiang

( Chongqing Vehicle Test & Research Institute, National Coach Quality Supervision&Testing center, Chongqing 401122 )

Freight transportation is the artery system of national economy for it links all parts of social production to an organic whole. During a long distance transportation, the ride comfort of goods vehicle has a direct impact on driving comfort and safety. This paper combined the test and evaluation method of GB/T 4970-2009 and ISO 2631-1997 for automotive ride comfort, analyzed the influence of load state and speed on ride comfort through goods vehicle random input running tests. The results showed that the ride comfort of the fully loaded vehicle was better than that of the empty state, and the ride comfort of the vehicle changed little when the speed was low, yet it got uncomfortable rapidly when the speed got higher. In addition, On the basis of GB/T 4970, this paper removed the seat backrest vibration parameters which could be easily affected by the sitting posture, and ISO 2631 was introduced to modify the horizontal axis weighting coefficient at the seat cushion, which would be helpful for tests and evaluation of ride comfort for goods vehicle.

automotive ride comfort; goods vehicle; random input; comfort

A

1671-7988(2018)18-176-03

U462.1

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1671-7988(2018)18-176-03

CLC NO.: U462.1

吳永強(qiáng)（1992-），男，工學(xué)碩士，助理工程師，主要從事汽車試驗(yàn)與研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.060