大型客車平順性道路試驗方法研究

盛 云，杜志良

(濰柴動力上海研發(fā)中心，上海 201315)

1 現(xiàn)行平順性試驗標(biāo)準(zhǔn)用于大型客車的局限性

汽車的行駛平順性主要是根據(jù)乘員的舒適程度來評價，又稱為乘坐舒適性.研究汽車平順性的主要目的就是控制汽車振動系統(tǒng)的動態(tài)特性，使振動的“輸出”在給定工況的“輸入”下不超過一定界限，以保持乘員的舒適性［1-2］.隨著市場競爭的日益激烈，乘坐舒適性的提升已成為大型客車的核心競爭力.因此，研究如何使大型客車具有良好的行駛平順性，已得到國內(nèi)外汽車設(shè)計人員的高度重視.

試驗是檢驗大型客車平順性優(yōu)劣的唯一途徑.自上世紀(jì)30年代以來，在汽車平順性方面已開展了大量的試驗研究工作，國內(nèi)外均形成了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，包括GB/T 4970－2009《汽車平順性試驗方法》［3］、ISO 2631－1997《機械振動與沖擊 人體處于全身振動的評價》［4］、BS 6841－1987《Guide to measurement and evaluation of human exposure to whole－bodymechanicalvibration and repeated shock》［5］等.但在平順性試驗過程中，試驗條件很難完全符合法規(guī)的各項要求，這給大型客車平順性試驗結(jié)果精度與可重復(fù)性的保證帶來了挑戰(zhàn).

(1)試驗道路是否滿足法規(guī)要求

GB/T 4970中，要求隨機輸入行駛的試驗道路為瀝青路面或水泥路面，試驗道路應(yīng)平直，縱坡不大于1%，路面干燥，不平度應(yīng)均勻無突變，累計的試驗路面總長度不應(yīng)小于試驗樣本個數(shù)要求的最短路面長度［3］.QC/T 474中，要求試驗里面采集長度為不少于1 km的試驗路段［6］.

但國內(nèi)的汽車試驗場，如東風(fēng)汽車試驗場與定遠汽車試驗場等，其性能道與高速環(huán)道均為水泥路面，各塊水泥路段之間存在接縫;在城市公路或高速公路試驗時，會不可避免地存在一些不確定因素，例如路面保養(yǎng)方面不能做到時時清理，路面存在著小石子等其他雜物和輕微的破損，這些使得路面的隨機輸入存在一定的突變性，從而在試驗結(jié)果中，使坐墊的垂直加速度會出現(xiàn)一些比較突兀的加速度峰值，波形分布不均勻可能會導(dǎo)致加速度均方根值的增大;此外，經(jīng)常行駛大型和中型載貨車的車道與客車行駛的車道之間也存在區(qū)別.

因此，合適的平順性試驗道路直接關(guān)系到試驗是否具有良好的重復(fù)性和可溯源性，其選擇和確定存在很大的困難.

(2)試驗過程中客車的行駛車速控制是否精確

與試驗道路的選定相比，車速的控制相對較易實現(xiàn)，經(jīng)驗豐富的駕駛員可較好地保持標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的行駛車速.但試驗過程中，由于路況、車況的變換，駕駛員的人為操作會使得汽車不能完全勻速直線行駛，也會對試驗結(jié)果產(chǎn)生較大的影響.

文中以某型12米城際客車為研究對象，在揚州市啟揚高速對其進行整車平順性試驗，通過全路段試驗的分析與對比，確定3 km的道路能用于大型客車的整車平順性試驗;采用同樣方法在揚州市滬陜高速確定了3 km的平順性試驗道路，并通過多臺大型客車的平順性試驗進行了驗證.

2 大型客車平順性道路試驗方法設(shè)計

根據(jù)QC/T 474，某型12米城際客車設(shè)計最高車速大于100 km/h，其平順性試驗車速應(yīng)為90 km/h.由于試驗過程中發(fā)現(xiàn)車速偏差過大時，采集的原始振動信號波動較大，因此，將QC/T 474中規(guī)定的“±4%車速偏差”調(diào)整為“±2 km/h”.

試驗地點為揚州啟揚高速揚州西—瘦西湖段(里程碑256－241)，共15 km.

客車平順性試驗與分析的流程見圖1.

圖1 客車平順性試驗與分析的流程

在客車企業(yè)周邊初步選定一條較平整，路面狀況良好，且車流量較少的高速公路，進行整車平順性測試，采集駕駛員同側(cè)后橋 (驅(qū)動橋)正上方座椅坐墊上方及座椅支架的三向振動加速度信號，通過CAN總線記錄汽車行駛的有關(guān)信息，并全程同步錄制經(jīng)過高速公路各里程碑的錄像.

根據(jù)記錄的經(jīng)過高速公路各里程碑的時刻，將采集的數(shù)據(jù)逐段分割，分析對比各里程碑內(nèi)的試驗數(shù)據(jù)，舍棄不符合要求的數(shù)據(jù)，確定最佳的平順性試驗路段.

在確定的路段上重新進行整車平順性試驗，計算平順性的評價指標(biāo)等效均值，并評價客車的乘坐舒適性.

3 大型客車平順性道路試驗路段選取

3.1 原始數(shù)據(jù)分割

在選定的啟揚高速揚州西—瘦西湖路段進行往返全程的整車平順性測試，通過坐墊加速度傳感器采集駕駛員同側(cè)后橋 (驅(qū)動橋)正上方座椅坐墊上方的三向振動加速度信號，通過CAN總線記錄汽車行駛的有關(guān)信息，包括車速、油門開度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機冷卻水溫、油溫等，并全程同步錄制視頻，記錄經(jīng)過高速公路各里程碑的錄像.根據(jù)高速公路里程碑對采集的數(shù)據(jù)進行分割，得到各里程碑之間，即每公里行駛里程內(nèi)的試驗數(shù)據(jù).

3.2 行駛車速評價指標(biāo)

對各里程碑內(nèi)客車的行駛速度進行分析，并判斷車速偏差|v－90|是否小于等于2 km/h，從中剔除無效的試驗數(shù)據(jù).對比往返程的行駛車速均值偏差是否小于等于1 km/h，滿足該條件的即為有效試驗數(shù)據(jù).經(jīng)過篩選，滿足評價指標(biāo)的為里程碑248－250、253－254內(nèi)的試驗數(shù)據(jù)，如圖2、圖3所示.

圖2 里程碑248－250間往返的車速對比

圖3 里程碑253－254間往返的車速對比

3.3 油門開度評價指標(biāo)

對于滿足3.2的試驗數(shù)據(jù)，分析各里程碑內(nèi)客車的油門開度，檢查是否有急加速或急減速工況，并判斷油門開度的平均值αmean是否大于50%，從中剔除無效的試驗數(shù)據(jù).對比往返程的油門開度均值偏差是否小于10%，滿足該條件的即為有效試驗數(shù)據(jù).如圖4與圖5所示，里程碑248－250、253－254內(nèi)均能找出足夠長的滿足油門開度評價指標(biāo)的試驗數(shù)據(jù).

圖4 里程碑248－250間往返的油門開度對比

圖5 里程碑253－254間往返的油門開度對比

3.4 坐墊Z向振動信號時域評價指標(biāo)

對于滿足3.3的試驗數(shù)據(jù)，計算各里程碑內(nèi)(或者截取的數(shù)據(jù)段)的座椅支架與坐墊振動加速度時域均方根值 (Root Mean Square，RMS)，并判斷其與所有數(shù)據(jù)的時域有效值平均值之間的相對誤差是否小于5%，滿足該條件的即為有效試驗數(shù)據(jù).

圖6為揚州西至瘦西湖各里程碑內(nèi)的振動加速度時域RMS值對比，

圖6 揚州西-瘦西湖全路段振動加速度RMS值對比

表1中列出了里程碑248－250與253－254間往返的座椅支架與座椅坐墊振動加速度RMS值，其與所有數(shù)據(jù)的時域有效值平均值之間的相對誤差均小于5%.

表1 248－250與253－254往返振動加速度RMS值對比

3.5 等效均值評價指標(biāo)

對于滿足3.4的試驗數(shù)據(jù)，需采用法規(guī)中規(guī)定的“客車平順性指標(biāo)等效均值(Leq)”進行評價.計算座椅坐墊各方向的加權(quán)加速度均方根值與坐墊的總加權(quán)加速度均方根值，計算坐墊垂直振動的等效均值，分析往返路段的坐墊總加權(quán)加速度均方根值間的相對誤差是否小于10%，等效均值的差值是否小于2dB，不同里程碑內(nèi)的等效均值差值是否小于2dB.對滿足該指標(biāo)的試驗結(jié)果計算算數(shù)平均，即為最終的試驗結(jié)果.

試驗樣車在里程碑248至250、253至254內(nèi)往返行駛時，坐墊總加權(quán)加速度均方根值間的相對誤差最大僅7%，低于10%，等效均值間的差值均小于2dB，最終的等效均值可通過算術(shù)平均計算得到.具體結(jié)果見表2.

表2 248－250與253－254往返平順性指標(biāo)的對比

根據(jù)上述分析，也可直接確定最佳的客車平順性試驗路段.文中分析的揚州啟揚高速揚州西-瘦西湖段，可固化里程碑253－254及248－250段為客車平順性試驗道路.

4 道路試驗方法的應(yīng)用

4.1 其他試驗道路確定

采用同樣的試驗方法在揚州滬陜高速揚州南至廣陵段確定了另一條平順性試驗道路，其里程碑為343－346.

4.2 試驗道路驗證

將文中提出的試驗方法應(yīng)用于另一中型客車的平順性試驗研究，試驗道路為啟揚高速瘦西湖至揚州西段，表3為試驗結(jié)果.

表3 某中型客車的平順性試驗結(jié)果

在滬陜高速揚州南至廣陵段對某大型城際客車進行平順性試驗，結(jié)果見表4.

表4 某大型客車的平順性試驗結(jié)果

5 結(jié)論

1)根據(jù)某型12米城際客車在揚州啟揚高速揚州西至瘦西湖段的平順性試驗及試驗結(jié)果的分析、對比，設(shè)計大型客車平順性道路試驗路段的選取方法，提出相關(guān)的評價指標(biāo)，具有一定的科學(xué)性.

2)提出的試驗方法已在多輛大型客車的平順性試驗中得到驗證，具有一定的實用性.

［1］吳光強.汽車理論 ［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］GB/T 4971-2009汽車平順性術(shù)語和定義 ［S］.

［3］GB/T 4970-2009汽車平順性試驗方法 ［S］.

［4］ISO 2631-1997機械振動與沖擊 人體處于全身振動的評價 ［S］.

［5］BS 6841-1987 Guide to measurement and evaluation of human exposure to whole-body mechanical vibration and repeated shock［S］.

［6］QC/T 474-2011客車平順性評價指標(biāo)及其限值 ［S］.