载货汽车随机输入行驶平顺性研究

吴永强



载货汽车随机输入行驶平顺性研究

吴永强

（重庆车辆检测研究院有限公司国家客车质量监督检验中心，重庆 401122）

货运是国民经济的动脉系统，它联结社会生产各个部分使之成为一个有机整体。在长途运输过程中，载货汽车平顺性对驾驶的舒适性和安全性有直接影响。文章结合GB/T 4970-2009和ISO 2631-1997对车辆平顺性的试验和评价方法，通过载货汽车随机输入行驶试验，分析了载荷状态和车速对车辆平顺性的影响。结果表明，车辆满载状态较空载状态行驶平顺性好，车速较低时车辆行驶平顺性变化不大，车速较高时平顺性大幅降低。此外，文章提出去除容易受坐姿影响的座椅靠背振动参数，在GB/T 4970的基础上，参照ISO 2631对坐垫处水平方向轴加权系数进行修正，对载货汽车平顺性试验和评价有指导意义。

平顺性；载货汽车；随机输入；舒适性

前言

载货汽车的主要用途是运输货物，与客车相比，其对行驶平顺性的要求不高。然而，行驶平顺性直接影响人体的舒适性。在长途运输过程中，糟糕的舒适性容易分散驾驶员注意力、引起驾驶疲劳。载货汽车行驶平顺性的研究对提高货车乘坐舒适性、减少因疲劳驾驶造成的安全事故有重要意义。

1 平顺性评价依据

汽车行驶时，人体处于全身振动的环境中，应参照全身振动评价方法评价汽车平顺性。目前国际上广泛采用的全身振动评价方法主要是以ISO 2631-1997[1]、BS 6841-1985[2]为代表的加权加速度评价方法和吸收功率法。吸收功率法综合人体受到的垂直、横向及脚部振动，但对于单个方向上的振动评价是模糊的。ISO 2631给出了低频振动（0.1-80Hz）对人体健康、舒适性、知觉和眩晕几个方面影响的测试和评价方法。其使用的人体坐标系，对于立姿和卧姿考虑支承面上三个方向线振动，对于坐姿除考虑靠靠背、坐垫及脚部支承面三个方向的线振动外，还考虑坐垫支承面三个方向的角振动。加权加速度均方根值（RMS）是ISO 2631对振动的基础评价指标，其计算参考公式（1）。

式中，a()是加权加速度的时间历程函数，T是测量经历的时间。ISO 2631将测量期间加权加速度时间历程函数的峰值与加权加速度均方根值的比值定义为峰值因子。当峰值因子小于等于9时，认为以RMS评价振动是有效的；当峰值因子大于9时，需引入辅助评价方法。运行加权加速度均方根值通过短时间积分将偶然和短暂振动计入，其计算公式如下：

式中，a()是瞬时频率加权加速度，是积分时间，t0是积分开始时刻。定义运行加权加速度均方根值的最大值为最大瞬时振动值（MTVV）。由于四次均方根值相较二次均方根值对峰值更敏感，ISO 2631还引入振动剂量值（VDV）作为辅助评价指标。

当满足：

时，需要综合使用基础评价方法和辅助评价方法以弥补基础评价方法对瞬时大幅振动的低估。BS 6841同样以加权加速度均方根值和四次均方根值作为评价舒适性的指标，不同的是峰值因子为6。此外，ISO 2631和BS 6841采用的频率加权系数也存在差别。

国内较早的平顺性试验推荐标准是GB/T 4970-1996[3]和GB/T 5902-1986[4]，现行的汽车平顺性试验推荐标准是2009年颁布的GB/T 4970-2009[5]，它给出了脉冲输入行驶和随机输入行驶下的汽车平顺性试验方法和评价指标。与ISO 2631相比，在舒适性评价方面，GB/T 4970采用座椅坐垫、座椅靠背及及驾驶室地板处的综合加权加速度均方根值进行平顺性评价。GB/T 4970采用的频率加权系数与ISO 2631有差异，且没有考虑臀部支承面的角振动。ISO 2631还指出在不能获取座椅靠背处振动参数时，可以将臀部支承面水平振动系数调整为1.4进行修正，GB/T 4970-2009没有相关修正。

在平顺性评价方面，夏均忠[6]总结了多种平顺性评价方法的特点、差异和适用范围。吴志成[7]分析了ISO 2631和基于限值的平顺性评价方法的差异和适用范围。徐中明[8]对比GB 4970-1997与ISO 2631的区别，提出了对汽车平顺性评价方法的建议。宗长富[9]通过滤波对汽车随机输入和脉冲输入行驶平顺性进行分析。张志飞等人[10-12]通过仿真和算法对车辆平顺性进行评价和优化。本文参考GB/T 4970-2009和ISO 2631-1997，通过货车随机输入行驶平顺性试验，分析载荷和车速对货车平顺性的影响。

2 货车平顺性试验

2.1 试验设置

试验车辆为装备质量3.3t、总质量9.2t的载货汽车，在空载和满载状态下，分别测试样车以40km/h、60km/h和80km/h车速行驶的随机输入平顺性。试验道路为重庆机动车强检试验场性能路，路面状况良好。所采用的设备为Brüel & Kjær公司的人体振动分析仪。该设备可以测量加权加速度均方根值、运行加权加速度均方根值、最大瞬时振动值和振动剂量值，其采用的频率加权系数取自ISO 2631。传感器布置在驾驶员坐垫和驾驶员搁脚处地板。参考GB/T 4970-2009对汽车随机输入平顺性的评价方法，但是去除容易受坐姿影响的靠背处振动响应。同时参考ISO 2631将坐垫处水平方向轴加权系数修正为1.4，各方向轴加权系数见表1。

表1 各方向轴加权系数

按照各轴向加权加速度均方根值a（表不同轴向）和轴加权系数k计算总加权加速度均方根值：

2.2 试验结果和分析

首先确定是否需要引入辅助评价方法。表2列出了空载和满载状态下货车随机输入行驶各轴向振动峰值因子的平均值和标准差。可以看出，除空载时坐垫水平方向峰值因子接近9，其余情况峰值因子均小于5，依据ISO 2631采用加权加速度均方根值来评价是合理的，无需引入辅助评价方法。

表2 各轴向振动峰值因子的平均值和标准差

表3是ISO 2631附录C中给出的总加权加速度均方根值与人的主观感觉之间的关系。该表格中人的主观感受还会受到温度、噪声、行车时间等因素的影响，但仍具有一定的参考价值。

表3 总加权加速度均方根值与人的主观感觉关系

结合图2可以看出，载货汽车以40km/h和60km/h车速行驶，总加权加速度均方根值在0.6~0.8 m/s2之间，给驾驶员带来的主观感受是比较不舒服；以80km/h行驶时总加权加速度均方根值在0.8~1.1 m/s2，给驾驶员带来的主观感受是不舒服。从驾驶员舒适性角度出发，这款载货汽车在平顺性设计方面有待提高。

3 小结

本文在GB 4970-1997平顺性试验和评价方法基础上，结合ISO 2631-1997，对某载货汽车随机输入行驶平顺性进行研究。研究结果表明，样车在低速时平顺性表现接近，给驾驶员带来的主观感受是比较不舒服；在高速时平顺性变差，给驾驶员带来的主观感受是不舒服，其平顺性表现有待提高。本文提出去除靠背处振动影响的试验及修正方法，对货车平顺性试验和评价有一定指导意义。

[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,汽车平顺性随机输入行驶试验方法[S].北京:中国标准出版社,1996.

[4] GB/T 5902-1986,汽车平顺性脉冲输入行驶试验方法[S].北京:中国标准出版社,1986.

[5] GB/T 4970-2009,汽车平顺试验方法[S].北京:中国标准出版社,2009.

[6] 夏均忠,马宗坡等.汽车平顺性评价方法综述[J].噪声与振动控制,2012,04:01-05

[7] 吴志成,陈思忠等.越野车辆平顺性评价方法研究[J].兵工学报,2007, 28(11):1393-1396.

[8] 徐中明,张志飞,贺岩松.对汽车平顺性评价方法的探讨与建议[J].汽车工程,2010,32(1):73-76.

[9] 宗长富,陈双等.基于频率加权滤波的汽车平顺性评价[J].吉林大学学报,2011, 41(6):1517-1521.

[10] 张志飞,刘建利等.面向平顺性与道路友好性的商用车悬架参数优化[J].汽车工程,2014,36(7):889-893.

[11] 陆建辉,周孔亢等.基于遗传算法的厢式货车平顺性优化[J].机械工程学报,2017, 53(20):121-130.

[12] 唐传茵,张天侠等.汽车振动舒适性评价研究[J].振动与冲击,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

吴永强（1992-），男，工学硕士，助理工程师，主要从事汽车试验与研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.060