乘用車平順性主客觀相關(guān)性分析

薛志祥　徐有忠

摘 要：本文介紹了乘用車平順性開發(fā)過程中，主觀評(píng)價(jià)與客觀測試的相關(guān)性分析和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：平順性 主觀評(píng)價(jià) 客觀測試 相關(guān)性

The Subjective and Objective Correlation Analysis of Passenger Car Ride Comfort

Xue Zhixiang Xu Youzhong

Abstract：This article introduces the correlation analysis of subjective evalution and objective measurement during the vehicle ride comfort development.

Key words：ride comfort， subjective evaluation， objective measurement， correlation analysis

1 引言

隨著中國汽車市場的日益成熟，用戶對于汽車平順性越發(fā)的關(guān)注，汽車平順性作為用戶能夠明顯感知的性能，是汽車主機(jī)廠在產(chǎn)品開發(fā)過程中最重要的整車性能之一。汽車平順性是將汽車在行駛過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲對乘員舒適性感覺的影響控制一定范圍內(nèi)，通常平順性主要根據(jù)乘員主觀感受的舒適性來評(píng)價(jià)。汽車主機(jī)廠在產(chǎn)品開發(fā)過程中需要將具體的工程指標(biāo)進(jìn)行量化并將存在的問題加以改進(jìn)，并快速驗(yàn)證，就需要引入主觀評(píng)價(jià)和客觀測試的相關(guān)性研究的方法。

2 平順性主觀評(píng)價(jià)和客觀測試

2.1 平順性主觀評(píng)價(jià)方法和評(píng)分體系

大量工程實(shí)踐表明，目前還不存在任何一種測量和分析方法能夠全面地測量和評(píng)價(jià)通過同汽車接觸而作用于人體生物組織上各種影響量。在汽車開發(fā)過程中，主觀評(píng)價(jià)為平順性提供有效、快捷、可靠的評(píng)定依據(jù)。為了提高效率，節(jié)約成本，一般會(huì)使用經(jīng)過培訓(xùn)后并得到相關(guān)資質(zhì)認(rèn)證的評(píng)價(jià)工程師。

平順性開發(fā)過程中，一般會(huì)選取典型的路況（如：市區(qū)工況、高速公路、鄉(xiāng)村公路、減速坎、井蓋、鐵軌、修補(bǔ)瀝青路面、路面接縫、粗糙瀝青路面等），以不同的車速和載荷狀況行駛。在行駛過程中對車身運(yùn)動(dòng)、車輪運(yùn)動(dòng)以及伴隨的噪聲進(jìn)行評(píng)價(jià)和記錄，給出對乘員舒適性感覺的影響評(píng)估。

主觀評(píng)價(jià)通常采用SAE評(píng)分等級(jí)（10分制）進(jìn)行，考慮到用戶對于平順性較為敏感，有時(shí)評(píng)價(jià)車輛性能比較接近，其性能差異小于1分，因此需要引入0.5和0.25分來區(qū)分其特性，并通過注釋說明來描述清楚。具體見表1。

2.2 平順性客觀測試方法和特征參數(shù)

隨著測量方法的不斷進(jìn)步，眾多的科研工作者也研究出了評(píng)估平順性的測試方法和特征參數(shù)。GB/T4970-2009《汽車平順性試驗(yàn)方法》和ISO2631-1：1997（E）《機(jī)械振動(dòng)與沖擊 人體暴露于整體振動(dòng)評(píng)價(jià)——第1部分：一般要求》對兩個(gè)典型測試工況和特征參數(shù)給出指導(dǎo)意見，如下：

2.2.1 脈沖輸入行駛評(píng)價(jià)方法

為了描述脈沖輸入對人體（舒適性感覺）的影響，引入峰值系數(shù)和振動(dòng)劑量值（Vibration Dose Value，簡稱VDV）來評(píng)價(jià)。VDV的計(jì)算公式如下：

其中——加權(quán)加速度時(shí)間歷程，單位為m/s2;

T——作用時(shí)間，通常指汽車接觸沖擊塊到汽車駛過沖擊塊且沖擊響應(yīng)消失時(shí)間段，單位為s;VDV的單位是m/s1.75。

2.2.2 隨機(jī)輸入行駛評(píng)價(jià)方法

為了描述隨機(jī)輸入對人體（舒適性感覺）的影響，采用加權(quán)加速度均方根值（Root Mean Square，簡稱RMS）來評(píng)價(jià)，RMS的單位是m/s2。

3 相關(guān)性分析

在乘用車平順性開發(fā)和驗(yàn)證過程中，希望通過主觀評(píng)價(jià)和客觀測試相結(jié)合的方法評(píng)估用戶明顯感知的性能，以快速識(shí)別問題并找到可量化的差距，通過分析、優(yōu)化，并達(dá)成開發(fā)目標(biāo)。

結(jié)合中國道路特征和用戶使用習(xí)慣，以及GB/T4970-2009推薦的兩種評(píng)價(jià)方法：脈沖輸入行駛和隨機(jī)輸入行駛;選取當(dāng)前中國市場暢銷的6款中型SUV，開展主觀評(píng)價(jià)和客觀測試相關(guān)性研究。

3.1 脈沖輸入行駛評(píng)價(jià)

3.1.1 測評(píng)工況：以30km/h車速通過單個(gè)減速坎（GB/T4970-2009脈沖輸入試驗(yàn)采用三角形狀單凸塊）。

3.1.2 主觀評(píng)價(jià)內(nèi)容：沖擊力、沖擊after-shake（余振）和沖擊聲品質(zhì)。

3.1.3 客觀測試特征參數(shù)：方向盤和駕駛員座椅導(dǎo)軌VDV（X向和Z向）、衰減特性、沖擊響度加速度傳感器安裝位置見圖1和圖2，圖3為座椅導(dǎo)軌Z向加速度時(shí)間歷程曲線。

3.1.4 脈沖輸入行駛相關(guān)性分析，結(jié)合表2脈沖輸入測評(píng)結(jié)果可知，由于整個(gè)沖擊過程比較短，主觀評(píng)價(jià)工程師需要獲取從車輪接觸減速坎瞬間的沖擊力以及對沖擊的吸收、衰減過程表現(xiàn)，包括伴隨的沖擊聲品質(zhì)。在客觀測試中，選取了四個(gè)特征參數(shù)，方向盤和駕駛員座椅導(dǎo)軌的VDV，駕駛員左耳響度和衰減值最大正峰值20%的時(shí)長，見表2。

以下將運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行分析。將主觀評(píng)分和客觀測試一共五個(gè)變量進(jìn)行相關(guān)性分析。首先進(jìn)行協(xié)方差分析，確定多個(gè)變量之間的相關(guān)性。

從表3可得，主觀評(píng)分與衰減時(shí)間的協(xié)方差為0，相關(guān)性較差，故篩掉此變量。對剩余的三個(gè)輸入量進(jìn)行回歸分析，回歸統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4、表5。

從表4回歸統(tǒng)計(jì)我們可以得到，主觀評(píng)分與客觀測量的三個(gè)特征量擬合的精度達(dá)到了76%，相關(guān)性較好。從表5，我們可以得到擬合方程為：主觀評(píng)分=11.58-0.45*方向盤VDV+0.28*座椅導(dǎo)軌VDV-0.12*響度。這也為預(yù)測沖擊的主觀評(píng)分提供了參考公式。

3.2 隨機(jī)輸入行駛評(píng)價(jià)

3.2.1 測評(píng)工況：以60km/h勻速通過測試路段（選取常用的三種特征路面：粗糙水泥路、粗糙瀝青路和光滑瀝青路），連續(xù)記錄15秒。

3.2.2 主觀評(píng)價(jià)內(nèi)容：振動(dòng)吸收能力和方向盤振動(dòng)。

3.2.3 客觀測試特征參數(shù)：方向盤和前排座椅導(dǎo)軌的RMS。

3.2.4 隨機(jī)輸入行駛相關(guān)性分析，結(jié)合表6隨機(jī)輸入測評(píng)結(jié)果可知，通過在三種特征路面上勻速行駛，駕乘人員能夠獲取相對“穩(wěn)定”的信息，即測評(píng)車輛對于每種路面激勵(lì)的振動(dòng)吸收能力以及與身體接觸部位的振動(dòng)表現(xiàn)。為了獲取較為穩(wěn)定的測試結(jié)果（剔除不同駕乘人員的身體特征和不同座椅的影響），在客觀測試中選取方向盤和前排座椅導(dǎo)軌布置加速度傳感器，并求得RMS。由于在不同特征路面上，整車的路噪表現(xiàn)也存在差異，且路噪與傳遞路徑和輪胎性能強(qiáng)相關(guān)，在此未引入評(píng)價(jià)。

將隨機(jī)路面的主觀評(píng)分和客觀測試的七個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，具體見表7。首先進(jìn)行協(xié)方差分析，確定多個(gè)變量之間的相關(guān)性。

從表7可得，隨機(jī)輸入的主觀評(píng)分與粗糙水泥路和光滑瀝青路座椅的RMS相關(guān)性較差，故篩掉。對剩余的變量進(jìn)行回歸分析，回歸統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表8、表9所示。

從表8回歸統(tǒng)計(jì)我們可以得到，主觀評(píng)分與客觀測量的四個(gè)特征量擬合的精度達(dá)到了86%，相關(guān)性較好。從表9，我們可以得到擬合方程為：主觀評(píng)分=10.93-0.67*方向盤（粗糙水泥路）+0.37*方向盤（粗糙瀝青路）-0.10*方向盤（光滑瀝青路）-4.68*座椅導(dǎo)軌（粗糙瀝青路）。這也為預(yù)測隨機(jī)路面的主觀評(píng)分提供了參考公式。

4 小結(jié)

本文通過對6款暢銷中型SUV平順性主觀評(píng)價(jià)和客觀測試開展相關(guān)性分析，得出以下結(jié)論：

（1）脈沖輸入行駛工況中的特征參數(shù)：沖擊力（方向盤和座椅導(dǎo)軌VDV）和沖擊響度，能夠與主觀評(píng)價(jià)建立良好的對應(yīng)關(guān)系;

（2）隨機(jī)輸入行駛工況中的特征參數(shù)：方向盤的RMS值，能夠與主觀評(píng)價(jià)建立良好的對應(yīng)關(guān)系;

（3）基于乘用車平順性主觀評(píng)價(jià)和客觀測試取得較好的相關(guān)性，在產(chǎn)品開發(fā)和驗(yàn)證階段，能夠快速明確問題及差距，并縮短平順性開發(fā)周期。

乘用車平順性是駕乘人員對于各種輸入（包括路面、操作、乘坐時(shí)間以及駕乘人員的生理狀態(tài)等）綜合體驗(yàn)的反饋，這些需要進(jìn)一步研究。當(dāng)然，由于各主機(jī)廠產(chǎn)品定位和目標(biāo)用戶存在差異，對于整車平順性的開發(fā)策略也存在差異。

參考文獻(xiàn)：

[1]貝爾恩德﹒海森英 漢斯﹒于爾根﹒布蘭德爾 汽車行駛動(dòng)力學(xué)性能的主觀評(píng)價(jià). 人民交通出版社，2010.

[2]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]ISO 2631-1997. Mechanical Vibration and Shock-Evaluation of Human Exposure to Whole-body Vibration Part1： General Requirements [S].

[4]GB/T 4970-2009.汽車平順性試驗(yàn)方法[S].

[5]陳龍. 車輛沖擊平順性客觀評(píng)價(jià)方法研究與設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].機(jī)電工程技術(shù)2018（10）.