路橋過渡段人體舒適性測量方法研究

摘要：本文介紹了加速度傳感器的測量原理，通過在車內安裝加速度傳感器測得車輛通過路橋過渡段時由于振動而產生的豎向加速度，對數據通過matlab軟件處理，得出車輛通過路橋過渡段時的加速度最大值和加權加速度均方根值，從而作為判斷乘客通過路橋過渡段時的舒適性依據。

關鍵詞：路橋過渡段 人體舒適性 加速度傳感器

近年來，各地高速公路在長期環境荷載和交通荷載的綜合作用下，部分路橋過渡段出現了差異沉降，有的沉降量甚至達到5cm以上，當車輛經過該路橋過渡段時，車和人都會因為豎向振動而產生向上的加速度，從而使人體產生不舒適感覺。

1 加速度傳感器的安裝應用

1.1 量測原理 加速度傳感器是利用石英晶體等一些物質的壓電效應，當加速度計受到振動時，壓電元件上所承受的質量塊的力也隨之變化，因此又稱壓電式加速度計。當被測物體的振動頻率遠遠低于該加速度計的固有頻率時，則加速度與力成正比。

1.2 安裝應用 在安裝應用過程中，將加速度傳感器安裝在指定測試位置，從而接收到車輛經過路橋過渡段時此處所產生的加速度信號，經過電荷放大器將該信號轉變為電壓信號，再通過采集卡進行A/D轉換，最后通過PC中的軟件存儲該數據。由于加速度傳感器對振動具有很高的靈敏性，因此本文在測試中，將加速度傳感器的磁鐵底座固定在一塊專門供測試用的鐵板上，避免其由于車輛振動發生移動而脫離測試位置，然后用300W的逆變器與電瓶相連接，把12V直流電轉換為220V交流電，另一端與電荷放大器連接。一個電荷放大器可與兩個加速度傳感器連接，本次測試中一個傳感器放置在前排座椅，另一個放置在測試車的底盤，電腦與電荷放大器連接，在終端輸出數據。

1.3 信號轉換 在測試過程中，電腦終端所輸出的是時域信號形式的數據（如圖1）。加速度傳感器在安裝使用前要在室內進行定標標注，將時域信號轉換成加速度隨時間變化的曲線。定標標注是在激振器上利用球振法，輸入不同頻率的信號，得到加速度為1g時測定系統輸出的信號大小，最后得出該測定系統的加速度標定曲線。

在MATLAB中編寫程序，對該數據進行計算和圖形可視化，得到車輛經過路橋過渡段時豎向振動的加速度最大值和加權加速度均方根值，并畫出a(t)-t曲線圖（如圖2）。

2 人體舒適性評價方法

本文在測試中，考慮到車輛通過路橋過渡段時所產生振動是“瞬時性”的，因此，要計算出車輛以不同速度經過路橋過渡段時人體“瞬間內”的加權加速度均方根值，然后結合ISO 2631-1-1997中加權加速度均方根值與行駛舒適性的關系，從而判斷出人體通過路橋過渡段時的舒適程度。

由于乘客在乘車過程中是坐在座椅上的，所以本文根據加速度傳感器所測得的車輛通過路橋過渡段處座椅處的加權加速度均方根值與ISO 2631-1：1997中的人體舒適性對應，從而可以測得乘客通過路橋過渡段時的舒適性。

表1 加權加速度均方根值與行駛舒適性的關系（ISO 2631-1：1997，Annex C.）

3 結論

3.1 利用加速度傳感器測得車輛通過路橋過渡段時振動的時域信號，通過MATLAB軟件處理，得到振動時的最大加速度值和加權加速度均方根值。

3.2 車輛經過路橋過渡段時，將車座椅由于振動而產生的豎向加速度的加權加速度均方根值與ISO 2631-1：1997相比較，判定了乘客通過路橋過渡段時的舒適性。

參考文獻：

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