某型車載榴彈炮底盤平順性評價及試驗研究

兀光波，考希賓，楊巧麗，閆金海，孔 巍，王延琦，肖 盼

(1.兵器工業衛生研究所 中國兵器工業集團公司人-機-環境重點實驗室，陜西 西安 710065;2.陜西職業技術學院 汽車工程學院，陜西 西安 710100)

某型車載榴彈炮底盤平順性評價及試驗研究

兀光波1，考希賓1，楊巧麗1，閆金海1，孔 巍1，王延琦1，肖 盼2

(1.兵器工業衛生研究所 中國兵器工業集團公司人-機-環境重點實驗室，陜西 西安 710065;2.陜西職業技術學院 汽車工程學院，陜西 西安 710100)

測試與評價了某型車載榴彈炮底盤平順性，為其振動控制與設計改進提供技術參數。連續記錄車載榴彈炮在兩種路面條件以不同速度行駛時座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處的三軸向振動信號，并對試驗記錄到的數據進行頻譜分析，得到0.5～80 Hz頻率范圍內各測點三個軸向的 1/3倍頻帶振動加速度均方根值，分別按照國軍標的相關規定計算、查表得出駕駛員 “舒適性降低限-允許暴露時間”及駕駛員的主觀感覺。試驗結果表明，該車載榴彈炮以30～80 km/h行駛時駕駛員全身振動暴露的“舒適性降低限-允許暴露時間”為 0.25—1 h，駕駛員的主觀感覺為不舒服或很不舒服。該車載榴彈炮系統底盤平順性需進一步提高。

車載榴彈炮；底盤；平順性；評價；測試

平順性是指避免車輛在行駛過程中所產生的振動和沖擊使人感到不舒服、疲勞甚至損害健康，或使貨物損壞的性能[1]。車載榴彈炮作為同車輛底盤構成一體自身可運動的火炮，其運動狀態下的底盤系統同樣存在平順性問題。車載榴彈炮在行駛過程中，特別是在較差的道路條件下高速行駛時，底盤系統振動和沖擊不僅會降低作業人員乘坐舒適性與作業工效，還會導致設備的損壞，影響火炮系統裝備的可靠性。同時，為了避免這種情況發生，駕駛員不得不降低行駛速度，從而間接影響了車載榴彈炮的機動性。因此，針對車載榴彈炮底盤開展平順性評價與試驗研究具有一定的現實意義。

車載榴彈炮行駛過程中，作業人員處于全身振動環境中，應參照全身振動評價方法評價其底盤平順性[2]。目前，關于裝備行駛過程中作業人員全身振動的測試與評價研究多集中在坦克、裝甲車輛等裝備方面[3-8]，且主要針對座椅座墊上方進行振動測量評價，未綜合考慮座椅靠背及腳支撐面處的振動對作業人員舒適性的綜合影響。而關于車載榴彈炮作業人員全身振動的試驗研究較少。筆者首先確定了車載榴彈炮底盤平順性評價方法，并選擇某型車載榴彈炮作為研究對象，在該車載榴彈炮于兩種道路上以不同速度行駛的狀態下對駕駛員座椅座墊上方、座椅靠背及腳支撐面處3個測點的振動進行測量，開展平順性測試試驗，最后采用確定的評價方法對該車載榴彈炮進行了平順性評價。

1 評價方法的確定

1.1 單一頻帶均方根值評價

目前，評價軍事作業振動環境對人員舒適性的影響主要依據GJB 966—1990《人體全身振動暴露的舒適性降低限和評價準則》進行，GJB 966—1990等效采用ISO 2631/1—1985《Evaluation of humanexposure to whole-body vibration Part 1：General requirements》，規定了人體全身振動暴露時，保持人體舒適的振動參數界限和評價準則。

由于車載榴彈炮行駛時屬于多軸向寬帶振動，根據GJB 966—1990，首先應對測量得到的各測點x、y、z3個軸向振動加速度信號進行頻譜分析，得到1～80 Hz頻率范圍內20個1/3倍頻帶中心頻率的加速度均方根值ax、ay、az。再對ax、ay、az按照各軸向、各頻帶中心頻率相應的加速度界限分別進行評定，得到3個軸向的“舒適性降低限-允許暴露時間”，并以3個軸向中最短的允許暴露時間作為該測點允許暴露時間，作業人員暴露于振動環境中的時間如果超過允許暴露時間，振動將引起舒適性降低[9]。

1.2 總加權加速度均方根值評價

由于ISO 2631/1—1985在是否適于評價長時間的隨機振動以及沖擊較大的振動方面仍存在爭議[4]。國際標準化組織于1997年對ISO 2631/1—1985進行了全面修訂，我國也對應修訂公布了GB/T 4970—2009《汽車平順性試驗方法》。由于車載榴彈炮底盤系統一般采用專用卡車或越野汽車底盤，因此可參照GB/T 4970—2009《汽車平順性試驗方法》對其進行平順性評價。GB/T 4970—2009規定了振動對人體舒適性感覺的評價方法，并給出了主、客觀評價對應表。

表1 總加權加速度均方根值v與人的主感覺之間的關系

對比以上兩種評價方法，單一頻帶均方根值評價僅考慮了橫向(x、y軸向)及縱向(z軸向)中各軸向最短“舒適性降低限-允許暴露時間”所對應的頻率，而未綜合考慮不同頻率振動加速度均方根值的聯合作用及不同方向、測點振動的綜合影響。而總加權加速度均方根值評價不僅考慮了人體對各頻率振動敏感程度的不同，計算對人體產生影響的0.5～80 Hz范圍內各頻率振動加速度均方根值，以不同的加權系數折算為最敏感頻率(縱向4～8 Hz，橫向1～4 Hz)內的加速度均方根值，同時還給出了不同測點、軸向的頻率加權函數，分別計算各測點總加權加速度均方根值、綜合總加權加速度均方根值，彌補了采用單一頻帶均方根值評價過程中忽略不同頻率加速度均方根值的聯合作用及不同方向、測點振動綜合影響的不足。筆者采用以上兩種方法進行分析評價。

2 測試試驗

2.1 試驗條件

試驗的道路條件包括水泥路面、砂石路面、鵝卵石路面和硬土路面。試驗時現場氣象條件測試結果如表2所示。

表2 試驗現場氣象條件測試結果

2.2 試驗儀器設備

試驗儀器設備包括：自研AD數據采集記錄儀、5313A三向座墊振動傳感器、SDLT-S01三向壓電加速度傳感器、自研壓電模擬信號分析處理軟件。自研AD數據采集記錄儀分辨率為16位，帶寬為0～ 5 kHz，采樣率為10 Kib/s。傳感器經檢定合格后使用，技術參數如表3所示。

表3 傳感器技術參數表

2.3 試驗方案

試驗時，1#、2#三向座墊振動傳感器分別布置在駕駛員座椅座墊上方及座椅靠背處，以測量主要、輔助支撐面上的振動；三向壓電加速度傳感器安裝在距離車輛油門踏板9.6 cm處，以測量駕駛員腳支撐面處的振動。具體布放位置如圖1～2所示，車體前進方向為x軸(背至胸)，左右為y軸(右側至左側)，上下為z軸(腳或臀至頭)。

試驗過程中，AD數據采集記錄儀連續采集、記錄車載榴彈炮在包括砂石路面、鵝卵石路面和硬土路面在內的綜合路面上以30、40 km/h勻速行駛時,以及在水泥路面以50、60、70、80 km/h勻速行駛時，座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處的三軸向振動加速度信號。測試試驗流程如圖3所示。

3 試驗數據分析及結果評價

3.1 數據分析

利用壓電模擬信號分析處理軟件對試驗采集記錄到的振動加速度信號進行頻譜分析，得到0.5～ 80 Hz頻率范圍內座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處3個測點x、y、z軸向的 1/3倍頻帶振動加速度均方根值。各測點z軸向的試驗結果如圖4～9所示。

從圖4～9中可以看出，車載榴彈炮以各試驗速度行駛時座椅座墊上方z軸向振動峰值，以及在60、70、80 km/h等中高速行駛時座椅座墊靠背處z軸向振動峰值均出現在8 Hz，處于人體承受縱向振動加速度時敏感頻率區域(4～8 Hz)，因此，車載榴彈炮在中高速行駛時的z軸向振動對駕駛員的舒適性影響最大。

3.2 結果評價

3.2.1 單一頻帶均方根值評價

按照GJB 966—1990規定的方法，得到車載榴彈炮以各試驗速度行駛時駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處各軸向振動的舒適性降低限-允許暴露時間，如表4所示。

表4 不同速度下駕駛員三軸向振動暴露的舒適性

由表4可以看出車載榴彈炮在綜合路面上以30 km/h行駛時，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動允許暴露時間均為1 h，超過1 h后振動均將引起駕駛員舒適性降低；車載榴彈炮在綜合路面上以40 km/h行駛時，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動振動允許暴露時間分別為0.25、0.25、1 h，超過0.25 h振動將引起駕駛員舒適性降低；車載榴彈炮在水泥路面上以50、60 km/h行駛時，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動振動允許暴露時間分別為1、1、2.5 h，超過1 h后振動將引起駕駛員舒適性降低；車載榴彈炮在水泥路面上以70 km/h行駛時，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動振動允許暴露時間均為1 h，超過1 h后振動均將引起駕駛員舒適性降低；車載榴彈炮在水泥路面上以80 km/h行駛時，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動振動允許暴露時間分別為0.25、1、0.25 h，超過0.25 h后振動均將引起駕駛員舒適性降低。

3.2.2 總加權加速度均方根值評價

表5 不同速度下各測點總加權加速度均方根值vj m·s-2

表6 不同速度下v以及其與人的主觀感覺之間的關系

3 結束語

對比兩種評價方法，單一頻帶均方根值評價未綜合考慮不同頻率振動加速度均方根值的聯合作用及不同方向、測點振動的綜合影響。而總加權加速度均方根值評價不僅考慮了人體對各頻率振動敏感程度的不同，還以不同測點、軸向振動加速度均方根值為基礎通過計算綜合總加權加速度均方根值，以人體的舒適性感覺進行評價。且GB/T 4970—2009也對應于ISO2631-1—1997修訂公布，因此，綜合比較，筆者認為GB/T 4970—2009更加全面、準確。

試驗結果顯示，車載榴彈炮以各種速度行駛時的座椅座墊上方z軸向振動峰值，以及在中高速行駛時的座椅靠背處z軸向振動峰值均出現在8 Hz，處于人體承受縱向振動加速度時敏感頻率區域(4～ 8 Hz)，因此，低頻縱向振動是引起駕駛員不舒適的主要原因。車載榴彈炮以各種行駛速度行駛時，各測點的振動強度隨著行駛速度的提高有不同程度的增加，這與實際情況是相一致的。

按照GJB 966—1990規定的評價方法，該車載榴彈炮以30～80 km/h行駛時，駕駛員全身振動暴露的“舒適性降低限允許暴露時間”為 0.25—1 h，超過此時間范圍振動將引起駕駛員舒適性降低，而車載榴彈炮乘員的一般作業時間要求為4 h，因此，不能在4 h作業時間內均保持駕駛員良好的舒適性。同時，按照GB/T 4970—2009規定的評價方法，該車載榴彈炮以30～80 km/h行駛時，駕駛員的主觀感覺為不舒服或很不舒服，說明該車載榴彈炮行駛過程中的振動對駕駛員乘坐舒適性影響較大，需從車載榴彈炮系統的振動控制以及座椅減振設計方面進行振動控制改進，以進一步提高底盤平順性。

References)

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Evaluation and Experiment Study on the Ride Comfort of a Truck-mounted Howitzer’s Chassis

WU Guangbo1, KAO Xibin1, YANG Qiaoli1, YAN Jinhai1, KONG Wei1, WANG Yanqi1, XIAO Pan2

(1.Institute for Hygiene of Ordnance Industry Key Laboratory of Man-machine Environment of China North Idustrries Group Corporation, Xi’an 710065，Shaanxi, China；2.College of Automobile Engineering of Shannxi Vocational and Technical College, Xi’an 710100, Shaanxi, China)

The ride comfort of a truck-mounted howitzer’s chassis was tested and evaluated, which provided technical parameters for the vibration control and the design modification of the chassis. The vibration signals ofx,yandzaxes on the seat cushion, seat back and foot support surface were conti-nuously recorded when the truck-mounted howitzer was running on two different road surfaces at diffe-rent velocities with the processed data analyzed in frequency domain. One-third-octave band vibration acceleration RMS (Root Mean Square) was calculated within the frequency range of 0.5～80 Hz alongx,yandzaxes representing the seat cushion, seat back and foot support surface. According to national military stanclard, calculations were made to get the reduced comfort boundary-allowable exposure time and the subjective sensation of the driver by conferring to the standard chart. The experimental results showed that “the reduced comfort boundary and allowable exposure time limit”was 1/4—1 h, and the subjective sensation of the driver was uncomfortable or dreadfully uncomfortable when the truck-mounted howitzer was running at a speed of 30～80 km/h. Improvement should be made in the ride comfort of truck-mounted howitzer’s chassis.

truck-mounted howitzer; chassis; ride comfort; evaluation; test

10.19323/j.issn.1673-6524.2017.01.017

2016-01-26

兀光波(1983—)，男，工程師，碩士研究生，主要從事裝備人機工程技術研究。E-mail：boborov@163.com

U467.1

A

1673-6524(2016)04-0084-06