客車平順性試驗(yàn)研究

宮勛，徐傳燕，孟麗雪

山東交通學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357

0 引言

長(zhǎng)途客運(yùn)汽車平順性直接影響乘客乘坐的舒適性。乘客和駕駛員長(zhǎng)期處于非正常的振動(dòng)環(huán)境中，對(duì)身體健康造成影響，駕駛員極易疲勞，存在較大的行車安全隱患。隨著人們對(duì)駕乘舒適性要求的不斷提高，平順性研究成為汽車研發(fā)過(guò)程中的重要部分。文獻(xiàn)[1]提出一種測(cè)試車速加權(quán)和測(cè)點(diǎn)位置加權(quán)的客車平順性測(cè)量及評(píng)價(jià)方法。文獻(xiàn)[2-5]通過(guò)ADAMS/car軟件建立整車模型進(jìn)行仿真分析研究，對(duì)平順性做出評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)[6]結(jié)合某車型搭建整車行駛平順性虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真分析。文獻(xiàn)[7]建立剛?cè)狁詈险嚻巾樞苑治瞿Ｐ?，通過(guò)理論推導(dǎo)前后排座椅等效均值的評(píng)價(jià)指標(biāo)。文獻(xiàn)[8-9]采用有限元分析和試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法計(jì)算車身的模態(tài)特性。文獻(xiàn)[10]開發(fā)出一套“汽車平順性仿真軟件”，利用已有的數(shù)據(jù)對(duì)汽車行駛時(shí)的振動(dòng)特性進(jìn)行仿真。文獻(xiàn)[11]利用多體動(dòng)力學(xué)軟件建立整車仿真模型并進(jìn)行平順性分析。文獻(xiàn)[12-14]研究客車懸架對(duì)平順性的影響。根據(jù)文獻(xiàn)[15-16]要求，客車平順性測(cè)試點(diǎn)僅為后橋正上方座椅，設(shè)計(jì)最高車速大于100 km/h的客車，測(cè)試車速為90 km/h。實(shí)際不同測(cè)點(diǎn)、不同車速工況下平順性測(cè)試結(jié)果有較大差別。本文結(jié)合現(xiàn)行客車平順性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求，增加客車平順性試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)及試驗(yàn)車速，客觀的綜合評(píng)價(jià)客車的行駛平順性，為生產(chǎn)廠家進(jìn)行懸架、座椅等系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1 平順性評(píng)價(jià)方法

汽車平順性評(píng)價(jià)方法包括主觀評(píng)價(jià)法和客觀評(píng)價(jià)法，主觀評(píng)價(jià)法主要根據(jù)乘員主觀感覺的舒適性來(lái)評(píng)價(jià)，客觀評(píng)價(jià)法是使用專業(yè)儀器設(shè)備采集測(cè)試點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，與人體對(duì)振動(dòng)反應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)作對(duì)比，客觀評(píng)價(jià)汽車的平順性[17]。本次試驗(yàn)采用客觀評(píng)價(jià)法?？陀^評(píng)價(jià)法可采用脈沖輸入行駛評(píng)價(jià)方法和隨機(jī)輸入行駛評(píng)價(jià)方法。

1.1 脈沖輸入行駛評(píng)價(jià)方法

1)基本評(píng)價(jià)法

脈沖輸入行駛是在良好路況上設(shè)置能夠產(chǎn)生較大加速度的裝置，依據(jù)產(chǎn)生的加速度對(duì)車輛平順性進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此需要計(jì)算最大加速度響應(yīng)

2)輔助評(píng)價(jià)法

輔助評(píng)價(jià)方法能更好地估計(jì)偶爾遇到大脈沖引起的振動(dòng)對(duì)人體的影響，輔助評(píng)價(jià)法需要計(jì)算振動(dòng)劑量

式中T為作用時(shí)間(從汽車前輪接觸凸塊到汽車駛過(guò)凸塊并且沖擊響應(yīng)消失時(shí)間段)。

1.2 隨機(jī)輸入行駛評(píng)價(jià)方法

2 客車平順性試驗(yàn)

試驗(yàn)采用某品牌大型豪華長(zhǎng)途客車，車長(zhǎng)12.09 m，車輛載質(zhì)量及道路條件符合國(guó)標(biāo)規(guī)定。采用SCANDAS動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀和LMS Test.Lab數(shù)據(jù)采集分析軟件。

2.1 試驗(yàn)方法

1)脈沖輸入行駛試驗(yàn)

測(cè)試車速分別為10、20、30、40、50、60 km/h。將產(chǎn)生激勵(lì)的凸塊放置在道路中央，根據(jù)汽車輪距確定凸塊長(zhǎng)度，確保兩側(cè)車輪能夠同時(shí)駛過(guò)凸塊。試驗(yàn)開始時(shí)，汽車在凸塊前50 m左右車速達(dá)到設(shè)定值，勻速通過(guò)凸塊。在汽車前輪即將接觸凸塊時(shí)開始記錄數(shù)據(jù)，汽車完全駛過(guò)凸塊沖擊逐漸消失后，停止記錄數(shù)據(jù)。每個(gè)車速的有效試驗(yàn)不少于5次。

2)隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)

輸入測(cè)試車速分別為40、60、80、100 km/h。在試驗(yàn)開始前，需保證汽車以穩(wěn)定車速行駛，并以規(guī)定車速勻速通過(guò)試驗(yàn)路段，記錄試驗(yàn)路段內(nèi)的加速度時(shí)間歷程。

2.2 傳感器布置

9個(gè)三向加速度傳感器分別安裝在駕駛員座椅、駕駛員同側(cè)后橋上方座椅、最后排中間座椅的支承面、靠背、腳支承面等位置。實(shí)際測(cè)試中因腳支承面地板材質(zhì)為塑料，使得傳感器測(cè)試結(jié)果不可靠，座椅導(dǎo)軌與腳支承面地板剛性連接，因此可用座椅導(dǎo)軌代替腳支承面測(cè)點(diǎn)。因人體對(duì)低頻振動(dòng)較為敏感，因此只需要測(cè)試0～80 Hz的振動(dòng)，但為了滿足企業(yè)的研發(fā)需求,將測(cè)試分析帶寬設(shè)置為0～800 Hz，頻率分辨率設(shè)置為0.125 Hz。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 脈沖輸入行駛試驗(yàn)

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到駕駛員座椅及最后排中間座椅處測(cè)點(diǎn)振動(dòng)波形峰值系數(shù)如表1、2所示，不同車速下各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)波形峰值系數(shù)均小于9。因此采用基本評(píng)價(jià)法。

表1 駕駛員座椅測(cè)點(diǎn)振動(dòng)波形峰值系數(shù)

表2 最后排中間座椅測(cè)點(diǎn)振動(dòng)波形峰值系數(shù)

駕駛員座椅、最后排中間座椅以及駕駛員同側(cè)后橋上方座椅支撐面、靠背、導(dǎo)軌振動(dòng)加速度響應(yīng)與車速的關(guān)系如圖1～3所示。

文獻(xiàn)[21]分析振動(dòng)對(duì)人體健康影響，結(jié)果為：當(dāng)加速度小于31.4 m/s2時(shí)，振動(dòng)對(duì)人體健康無(wú)影響，當(dāng)加速度為31.4～43.0 m/s2時(shí)，振動(dòng)對(duì)人體健康有一定影響，當(dāng)加速度大于43.0 m/s2時(shí)，振動(dòng)會(huì)嚴(yán)重?fù)p害人體健康。由圖1～3可以看出：在中低車速時(shí)各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度隨車速增大而增大；駕駛員座椅處及最后排中間座椅處各測(cè)點(diǎn)最大加速度均小于31.4 m/s2，對(duì)人體健康無(wú)影響；后橋上方座椅靠背y軸方向車速為30 km/h時(shí)的加速度最大，為37.0 m/s2，后橋上方座椅導(dǎo)軌x軸方向和y軸方向在30、40、50 km/h車速下加速度為31.4～43.0 m/s2，對(duì)人體健康有一定影響。

a)座椅支承面 b)座椅靠背 c)座椅導(dǎo)軌 圖1 駕駛員座椅處加速度響應(yīng)與車速的關(guān)系特性

a)座椅支承面 b)座椅靠背 c)座椅導(dǎo)軌 圖2 最后排中間座椅處加速度響應(yīng)與車速的關(guān)系特性

a)座椅支承面 b)座椅靠背 c)座椅導(dǎo)軌 圖3 駕駛員同側(cè)后橋上方座椅處加速度響應(yīng)與車速的關(guān)系特性

3.2 隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)

式中：a0為參考加速度均方根，a0=10-6m/s2。

表3 駕駛員座椅處各車速下及Law

表4 最后排中間座椅各車速下及Law

表5 后橋上方座椅各車速下及Law

表和Law與人的主觀感覺之間的關(guān)系

4 結(jié)語(yǔ)

某客車在低速及高速行駛過(guò)程中，駕乘人員能夠獲得較為舒適的乘坐環(huán)境，隨著車速的不斷提高，舒適性有所下降，但仍能滿足客車平順性的要求。該研究對(duì)客車的平順性測(cè)試和評(píng)價(jià)具有一定的參考意義。