基于置信区间建立叉车怠速振动舒适性评价指标*

张少波，曾庆懿，蓝秋玲

(广西柳工机械股份有限公司，广西柳州 545007)

0 引言

物流产业是21世纪的朝阳产业，在中国经济总体发展趋稳的“新常态”下，物流产业重要的关联行业——叉车行业一直以较快速度发展。但是随人们生活水平的提高，客户对叉车的要求不仅仅的体现在省油、性能好、可靠性高等传统方面，更多的关注转向了噪声、振动等舒适性指标。

怠速振动性能是叉车整体振动性能的重要组成部分，客户购买叉车的时候，首先要发动叉车坐在机器上感受一下，如果怠速振动性能较差，会给客户留下较差的“第一印象”，后续的销售就非常困难。但一直以来，叉车行业没有对叉车振动舒适性具体指标进行系统研究，怠速振动是否合格，仅仅依靠调试人员的主观感受。不同调试人员，相同调试人员不同时间都会对相同的振动量值产生不同的评价，这大大加大了不合格产品流向市场的风险。

1 现有舒适性评价标准的不足

行业现阶段在进行舒适度评价的时候，主要参照以下三个标准［1-3］:《GB/T 13441．1-2007 机械振动与冲击人体暴露于全身振动的评价第一部分:一般要求》，《GB/Z 26139-2010土方机械 驾乘式机器暴露于全身振动的评价指南》，《JB/T 3300-2010平衡重式叉车整机试验方法》。《GB/Z 26139-2010土方机械驾乘式机器暴露于全身振动的评价指南》是一个指导性的技术标准，它主要针对不同类型的土方机械的工作特征，规范了不同的振动测试评价方法，其突出特点是将振动暴露时间和振动强度作为评价的两个维度，综合对司机的工作环境进行评价。但此标准的特点是，用于进行系统研发是可行的，进行质量检验就显得非常繁琐，因为使用该标准需要耗费大量时间，需要对标准进行仔细的研读。

在《GB/T 13441．1-2007机械振动与冲击人体暴露于全身振动的评价第一部分:一般要求》附录4中，给出了一个非常简单使用的评价指标。例如规定人对振动环境的舒适反应为:小于0．315 m/s2评价为“感觉不到不舒适”，而在0．8～1．6 m/s2评价为“不舒适”。此标准规定的内容对于叉车而言过于苛刻，某世界顶级品牌叉车座椅振动加速度值约为1 m/s2，如果此叉车被判别为“不舒适”，那么整个行业都可以简单的判定为不舒适，那也就失去了判别的意义。

《JB/T 3300-2010平衡重式叉车 整机试验方法》是专门为叉车设计的试验方法规范，其中详细的规定了叉车行走时的振动评价方法，但对于叉车定置怠速时振动如何评价，并没有响应的内容。

2 叉车怠速振动特征

市场上振动抱怨较为强烈的叉车多为3 t以下的内燃机平衡重式叉车，此类叉车多使用四缸柴油机，四缸柴油机由于二阶往复惯性力不能平衡，振动本事就较为剧烈。而在我国，由于成本因素，叉车发动机并不是全悬浮的，发动机与车架之间存在刚性连接关系。如果发动机减震垫和车架不能良好匹配，常常导致振动剧烈，而怠速振动共振情况尤为明显。叉车本身怠速工况时间较多，客户选购时首先感受怠速工况的振动，等等因素要求叉车厂家必须将怠速振动调整到一个良好的状态才能出厂，否则将对企业声誉带来极大负面影响［4］。

司机在使用叉车的过程中，叉车振动能量通过固定的一些点传递到人体上，这些点称之为振动暴露点。振动改进过程中，最常关注的暴露点为座椅和方向机，这两个点必须被评价。而同时其他一些暴露点，如护顶架前柱、脚踏板以及档位器等［5］。

叉车怠速振动信号的频谱特性见图1，其突出特点是90%的能量集中在发动机基频，因此要求振动测试设备主要敏感频率为10～100 Hz。而方向机暴露点和座椅暴露点在怠速工况下XY三个方向振动量值对比，一般表现出Y向较大，见图2，由于人体对XY向较为敏感，所以计算三向综合值时，XY向应该加一定的权重。

图1 典型叉车怠速座椅振动频谱信号图

图2 典型叉车怠速振动暴露点三向对比

3 置信区间

置信区间又称估计区间，用来估计参数的取值范围。利用置信区间工具，可获取一定置信水平下，以测量结果为中心，包括总体均值在内的可信范围。

置信区间［6］是指由样本统计量所构造的总体参数的估计区间。统计学中，一个概率样本的置信区间是指对这个样本某个参数的区间估计，笔者中主要使用均值估计。置信区间展现的是这个参数的真实值落在测量结果周围的程度。根据统计学术语，对于一个样本，可计算出其均值μ，标准差σ以及样本量n。

显著水平α是置信区间中一个重要的概念，一般取0．1，0．05 或者 0．01，显著水平越小，置信水平(1-α)%越高。在一定的样本量下，置信水平越高，置信区间越宽。笔者选取了99%的置信水平。

在样本一定，置信水平确定以后，利用MINITAB工具，可以非常方便的获取置信区间。

4 评价指标的生成

(1)测试方法

叉车怠速振动测试数据收集前，必须对数据收集的规则进行统一，否则将出现数据的不可信。测试方法主要规范测试样机状态、测试仪器以及暴露点测试方法等。测量应在新的、完整的、保养调试良好的车辆上进行，车辆应具备正常的技术状态，加足规定的燃料、润滑油、液压油、冷却液，轮胎气压符合要求，发动机怠速转速符合技术要求，发动机怠速应严格按照研究所下达的规定值，不能随意调高或者调低。样机应摆放在平整的水泥地面上。

测试仪器应该选用手持便携式测振仪，敏感频率在中低频，每次测试时长不小于15 s，测试误差小于5%。方向机和座椅暴露点测试规则如图3所示。

图3 方向机和座椅测试点规定

(2)测试数据

客户对叉车的评价一般会有三种，舒适、可以接受和不舒适，经过在国内外的大量走访，收集了30台客户认为“可以接受”的叉车振动数据。根据这些数据得到“可以接受”振动量值的上下限，即可得到舒适、可以接受和不舒适的取值范围。表1列出了30台振动数据的局部。

表1 收集到的客户评价及对应测试值(局部)

(3)数据处理

将以上数据带入MINITAB中，可方便的计算得到以下结果，如图4、5所示。

图4 MINITAB计算得到方向机振动可以接受的置信区间

根据图4、5，可发现，收集到的数据严格符合正态分布，方向机怠速振动均值为12．7 m/s2，标准差为2．4，99% 的均值置信区间为［11．5 m/s2，13．9 m/s2］。座椅怠速振动均值为 3．8 m/s2，标准差为 1．1，99%的均值置信区间为［3．2 m/s2，4．3 m/s2］。

图5 MINITAB计算得到座椅振动可以接受的置信区间

(4)指标生成

根据以上结果可生成以下评价指标，如表2。

表2 叉车怠速振动舒适度评价指标

5 验证与结论

应用此论文得到的评价指标，抽取了15名不同特征的叉车司机进行了验证，司机主观评价与测试后评价的吻合度达到80%以上，说明笔者提到的方法科学，得到的评价指标可行。今后将积极的扩大样本量，使得评价指标更加合理，同时大力推进指标应用到整个叉车行业，为企业和客户创造更大价值。

［1］ GB/Z 26139-2010土方机械．驾乘式机器暴露于全身振动的评价指南［S］．

［2］ GB/T 13441．1-2007机械振动与冲击人体暴露于全身振动的评价第1部分:一般要求［S］．

［3］ JB/T 3300-2010平衡重式叉车 整机试验方法［S］．

［4］ 于 阁，林建辉，张 兵．高速列车组车体振动特征及振动舒适度研究［J］．铁道机车车辆，2013(6):93-95．

［5］ 刘习军，张西强，张素侠．人-车-桥耦合系统振动分析及乘客舒适度评价［J］．机械科学与技术，2014(9):1387-1392．

［6］ 孙慧玲．取定统计量下最优置信区间的估计［J］．统计与决策，2009(4):6-9．