載貨汽車隨機輸入行駛平順性研究

吳永強

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載貨汽車隨機輸入行駛平順性研究

吳永強

（重慶車輛檢測研究院有限公司國家客車質量監督檢驗中心，重慶 401122）

貨運是國民經濟的動脈系統，它聯結社會生產各個部分使之成為一個有機整體。在長途運輸過程中，載貨汽車平順性對駕駛的舒適性和安全性有直接影響。文章結合GB/T 4970-2009和ISO 2631-1997對車輛平順性的試驗和評價方法，通過載貨汽車隨機輸入行駛試驗，分析了載荷狀態和車速對車輛平順性的影響。結果表明，車輛滿載狀態較空載狀態行駛平順性好，車速較低時車輛行駛平順性變化不大，車速較高時平順性大幅降低。此外，文章提出去除容易受坐姿影響的座椅靠背振動參數，在GB/T 4970的基礎上，參照ISO 2631對坐墊處水平方向軸加權系數進行修正，對載貨汽車平順性試驗和評價有指導意義。

平順性；載貨汽車；隨機輸入；舒適性

前言

載貨汽車的主要用途是運輸貨物，與客車相比，其對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。在長途運輸過程中，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 平順性評價依據

汽車行駛時，人體處于全身振動的環境中，應參照全身振動評價方法評價汽車平順性。目前國際上廣泛采用的全身振動評價方法主要是以ISO 2631-1997[1]、BS 6841-1985[2]為代表的加權加速度評價方法和吸收功率法。吸收功率法綜合人體受到的垂直、橫向及腳部振動，但對于單個方向上的振動評價是模糊的。ISO 2631給出了低頻振動（0.1-80Hz）對人體健康、舒適性、知覺和眩暈幾個方面影響的測試和評價方法。其使用的人體坐標系，對于立姿和臥姿考慮支承面上三個方向線振動，對于坐姿除考慮靠靠背、坐墊及腳部支承面三個方向的線振動外，還考慮坐墊支承面三個方向的角振動。加權加速度均方根值（RMS）是ISO 2631對振動的基礎評價指標，其計算參考公式（1）。

式中，a()是加權加速度的時間歷程函數，T是測量經歷的時間。ISO 2631將測量期間加權加速度時間歷程函數的峰值與加權加速度均方根值的比值定義為峰值因子。當峰值因子小于等于9時，認為以RMS評價振動是有效的；當峰值因子大于9時，需引入輔助評價方法。運行加權加速度均方根值通過短時間積分將偶然和短暫振動計入，其計算公式如下：

式中，a()是瞬時頻率加權加速度，是積分時間，t0是積分開始時刻。定義運行加權加速度均方根值的最大值為最大瞬時振動值（MTVV）。由于四次均方根值相較二次均方根值對峰值更敏感，ISO 2631還引入振動劑量值（VDV）作為輔助評價指標。

當滿足：

時，需要綜合使用基礎評價方法和輔助評價方法以彌補基礎評價方法對瞬時大幅振動的低估。BS 6841同樣以加權加速度均方根值和四次均方根值作為評價舒適性的指標，不同的是峰值因子為6。此外，ISO 2631和BS 6841采用的頻率加權系數也存在差別。

國內較早的平順性試驗推薦標準是GB/T 4970-1996[3]和GB/T 5902-1986[4]，現行的汽車平順性試驗推薦標準是2009年頒布的GB/T 4970-2009[5]，它給出了脈沖輸入行駛和隨機輸入行駛下的汽車平順性試驗方法和評價指標。與ISO 2631相比，在舒適性評價方面，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加速度均方根值進行平順性評價。GB/T 4970采用的頻率加權系數與ISO 2631有差異，且沒有考慮臀部支承面的角振動。ISO 2631還指出在不能獲取座椅靠背處振動參數時，可以將臀部支承面水平振動系數調整為1.4進行修正，GB/T 4970-2009沒有相關修正。

在平順性評價方面，夏均忠[6]總結了多種平順性評價方法的特點、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價方法的差異和適用范圍。徐中明[8]對比GB 4970-1997與ISO 2631的區別，提出了對汽車平順性評價方法的建議。宗長富[9]通過濾波對汽車隨機輸入和脈沖輸入行駛平順性進行分析。張志飛等人[10-12]通過仿真和算法對車輛平順性進行評價和優化。本文參考GB/T 4970-2009和ISO 2631-1997，通過貨車隨機輸入行駛平順性試驗，分析載荷和車速對貨車平順性的影響。

2 貨車平順性試驗

2.1 試驗設置

試驗車輛為裝備質量3.3t、總質量9.2t的載貨汽車，在空載和滿載狀態下，分別測試樣車以40km/h、60km/h和80km/h車速行駛的隨機輸入平順性。試驗道路為重慶機動車強檢試驗場性能路，路面狀況良好。所采用的設備為Brüel & Kj?r公司的人體振動分析儀。該設備可以測量加權加速度均方根值、運行加權加速度均方根值、最大瞬時振動值和振動劑量值，其采用的頻率加權系數取自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對汽車隨機輸入平順性的評價方法，但是去除容易受坐姿影響的靠背處振動響應。同時參考ISO 2631將坐墊處水平方向軸加權系數修正為1.4，各方向軸加權系數見表1。

表1 各方向軸加權系數

按照各軸向加權加速度均方根值a（表不同軸向）和軸加權系數k計算總加權加速度均方根值：

2.2 試驗結果和分析

首先確定是否需要引入輔助評價方法。表2列出了空載和滿載狀態下貨車隨機輸入行駛各軸向振動峰值因子的平均值和標準差。可以看出，除空載時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ISO 2631采用加權加速度均方根值來評價是合理的，無需引入輔助評價方法。

表2 各軸向振動峰值因子的平均值和標準差

表3是ISO 2631附錄C中給出的總加權加速度均方根值與人的主觀感覺之間的關系。該表格中人的主觀感受還會受到溫度、噪聲、行車時間等因素的影響，但仍具有一定的參考價值。

表3 總加權加速度均方根值與人的主觀感覺關系

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

3 小結

本文在GB 4970-1997平順性試驗和評價方法基礎上，結合ISO 2631-1997，對某載貨汽車隨機輸入行駛平順性進行研究。研究結果表明，樣車在低速時平順性表現接近，給駕駛員帶來的主觀感受是比較不舒服；在高速時平順性變差，給駕駛員帶來的主觀感受是不舒服，其平順性表現有待提高。本文提出去除靠背處振動影響的試驗及修正方法，對貨車平順性試驗和評價有一定指導意義。

[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,汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法[S].北京:中國標準出版社,1996.

[4] GB/T 5902-1986,汽車平順性脈沖輸入行駛試驗方法[S].北京:中國標準出版社,1986.

[5] GB/T 4970-2009,汽車平順試驗方法[S].北京:中國標準出版社,2009.

[6] 夏均忠,馬宗坡等.汽車平順性評價方法綜述[J].噪聲與振動控制,2012,04:01-05

[7] 吳志成,陳思忠等.越野車輛平順性評價方法研究[J].兵工學報,2007, 28(11):1393-1396.

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

[9] 宗長富,陳雙等.基于頻率加權濾波的汽車平順性評價[J].吉林大學學報,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優化[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化[J].機械工程學報,2017, 53(20):121-130.

[12] 唐傳茵,張天俠等.汽車振動舒適性評價研究[J].振動與沖擊,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

A

1671-7988(2018)18-176-03

CLC NO.: U462.1

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

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.060