宮勛，徐傳燕，孟麗雪

山東交通學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357

0 引言

長途客運(yùn)汽車平順性直接影響乘客乘坐的舒適性。乘客和駕駛員長期處于非正常的振動環(huán)境中，對身體健康造成影響，駕駛員極易疲勞，存在較大的行車安全隱患。隨著人們對駕乘舒適性要求的不斷提高，平順性研究成為汽車研發(fā)過程中的重要部分。文獻(xiàn)[1]提出一種測試車速加權(quán)和測點(diǎn)位置加權(quán)的客車平順性測量及評價方法。文獻(xiàn)[2-5]通過ADAMS/car軟件建立整車模型進(jìn)行仿真分析研究，對平順性做出評價。文獻(xiàn)[6]結(jié)合某車型搭建整車行駛平順性虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真分析。文獻(xiàn)[7]建立剛?cè)狁詈险嚻巾樞苑治瞿Ｐ?，通過理論推導(dǎo)前后排座椅等效均值的評價指標(biāo)。文獻(xiàn)[8-9]采用有限元分析和試驗?zāi)B(tài)分析法計算車身的模態(tài)特性。文獻(xiàn)[10]開發(fā)出一套“汽車平順性仿真軟件”，利用已有的數(shù)據(jù)對汽車行駛時的振動特性進(jìn)行仿真。文獻(xiàn)[11]利用多體動力學(xué)軟件建立整車仿真模型并進(jìn)行平順性分析。文獻(xiàn)[12-14]研究客車懸架對平順性的影響。根據(jù)文獻(xiàn)[15-16]要求，客車平順性測試點(diǎn)僅為后橋正上方座椅，設(shè)計最高車速大于100 km/h的客車，測試車速為90 km/h。實際不同測點(diǎn)、不同車速工況下平順性測試結(jié)果有較大差別。本文結(jié)合現(xiàn)行客車平順性測試標(biāo)準(zhǔn)的試驗要求，增加客車平順性試驗測點(diǎn)及試驗車速，客觀的綜合評價客車的行駛平順性，為生產(chǎn)廠家進(jìn)行懸架、座椅等系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)。

1 平順性評價方法

汽車平順性評價方法包括主觀評價法和客觀評價法，主觀評價法主要根據(jù)乘員主觀感覺的舒適性來評價，客觀評價法是使用專業(yè)儀器設(shè)備采集測試點(diǎn)振動數(shù)據(jù)，對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，與人體對振動反應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)作對比，客觀評價汽車的平順性[17]。本次試驗采用客觀評價法?？陀^評價法可采用脈沖輸入行駛評價方法和隨機(jī)輸入行駛評價方法。

1.1 脈沖輸入行駛評價方法

1)基本評價法

脈沖輸入行駛是在良好路況上設(shè)置能夠產(chǎn)生較大加速度的裝置，依據(jù)產(chǎn)生的加速度對車輛平順性進(jìn)行評價，因此需要計算最大加速度響應(yīng)

2)輔助評價法

輔助評價方法能更好地估計偶爾遇到大脈沖引起的振動對人體的影響，輔助評價法需要計算振動劑量

式中T為作用時間(從汽車前輪接觸凸塊到汽車駛過凸塊并且沖擊響應(yīng)消失時間段)。

1.2 隨機(jī)輸入行駛評價方法

2 客車平順性試驗

試驗采用某品牌大型豪華長途客車，車長12.09 m，車輛載質(zhì)量及道路條件符合國標(biāo)規(guī)定。采用SCANDAS動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀和LMS Test.Lab數(shù)據(jù)采集分析軟件。

2.1 試驗方法

1)脈沖輸入行駛試驗

測試車速分別為10、20、30、40、50、60 km/h。將產(chǎn)生激勵的凸塊放置在道路中央，根據(jù)汽車輪距確定凸塊長度，確保兩側(cè)車輪能夠同時駛過凸塊。試驗開始時，汽車在凸塊前50 m左右車速達(dá)到設(shè)定值，勻速通過凸塊。在汽車前輪即將接觸凸塊時開始記錄數(shù)據(jù)，汽車完全駛過凸塊沖擊逐漸消失后，停止記錄數(shù)據(jù)。每個車速的有效試驗不少于5次。

2)隨機(jī)輸入行駛試驗

輸入測試車速分別為40、60、80、100 km/h。在試驗開始前，需保證汽車以穩(wěn)定車速行駛，并以規(guī)定車速勻速通過試驗路段，記錄試驗路段內(nèi)的加速度時間歷程。

2.2 傳感器布置

9個三向加速度傳感器分別安裝在駕駛員座椅、駕駛員同側(cè)后橋上方座椅、最后排中間座椅的支承面、靠背、腳支承面等位置。實際測試中因腳支承面地板材質(zhì)為塑料，使得傳感器測試結(jié)果不可靠，座椅導(dǎo)軌與腳支承面地板剛性連接，因此可用座椅導(dǎo)軌代替腳支承面測點(diǎn)。因人體對低頻振動較為敏感，因此只需要測試0～80 Hz的振動，但為了滿足企業(yè)的研發(fā)需求,將測試分析帶寬設(shè)置為0～800 Hz，頻率分辨率設(shè)置為0.125 Hz。

3 試驗數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 脈沖輸入行駛試驗

對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到駕駛員座椅及最后排中間座椅處測點(diǎn)振動波形峰值系數(shù)如表1、2所示，不同車速下各測點(diǎn)振動波形峰值系數(shù)均小于9。因此采用基本評價法。

表1 駕駛員座椅測點(diǎn)振動波形峰值系數(shù)

表2 最后排中間座椅測點(diǎn)振動波形峰值系數(shù)

駕駛員座椅、最后排中間座椅以及駕駛員同側(cè)后橋上方座椅支撐面、靠背、導(dǎo)軌振動加速度響應(yīng)與車速的關(guān)系如圖1～3所示。

文獻(xiàn)[21]分析振動對人體健康影響，結(jié)果為：當(dāng)加速度小于31.4 m/s2時，振動對人體健康無影響，當(dāng)加速度為31.4～43.0 m/s2時，振動對人體健康有一定影響，當(dāng)加速度大于43.0 m/s2時，振動會嚴(yán)重?fù)p害人體健康。由圖1～3可以看出：在中低車速時各測點(diǎn)的振動加速度隨車速增大而增大；駕駛員座椅處及最后排中間座椅處各測點(diǎn)最大加速度均小于31.4 m/s2，對人體健康無影響；后橋上方座椅靠背y軸方向車速為30 km/h時的加速度最大，為37.0 m/s2，后橋上方座椅導(dǎo)軌x軸方向和y軸方向在30、40、50 km/h車速下加速度為31.4～43.0 m/s2，對人體健康有一定影響。

a)座椅支承面 b)座椅靠背 c)座椅導(dǎo)軌 圖1 駕駛員座椅處加速度響應(yīng)與車速的關(guān)系特性

a)座椅支承面 b)座椅靠背 c)座椅導(dǎo)軌 圖2 最后排中間座椅處加速度響應(yīng)與車速的關(guān)系特性

a)座椅支承面 b)座椅靠背 c)座椅導(dǎo)軌 圖3 駕駛員同側(cè)后橋上方座椅處加速度響應(yīng)與車速的關(guān)系特性

3.2 隨機(jī)輸入行駛試驗

式中：a0為參考加速度均方根，a0=10-6m/s2。

表3 駕駛員座椅處各車速下及Law

表4 最后排中間座椅各車速下及Law

表5 后橋上方座椅各車速下及Law

表和Law與人的主觀感覺之間的關(guān)系

4 結(jié)語

某客車在低速及高速行駛過程中，駕乘人員能夠獲得較為舒適的乘坐環(huán)境，隨著車速的不斷提高，舒適性有所下降，但仍能滿足客車平順性的要求。該研究對客車的平順性測試和評價具有一定的參考意義。