客车平顺性试验研究

宫勋，徐传燕，孟丽雪

山东交通学院 汽车工程学院，山东 济南 250357

0 引言

长途客运汽车平顺性直接影响乘客乘坐的舒适性。乘客和驾驶员长期处于非正常的振动环境中，对身体健康造成影响，驾驶员极易疲劳，存在较大的行车安全隐患。随着人们对驾乘舒适性要求的不断提高，平顺性研究成为汽车研发过程中的重要部分。文献[1]提出一种测试车速加权和测点位置加权的客车平顺性测量及评价方法。文献[2-5]通过ADAMS/car软件建立整车模型进行仿真分析研究，对平顺性做出评价。文献[6]结合某车型搭建整车行驶平顺性虚拟样机进行仿真分析。文献[7]建立刚柔耦合整车平顺性分析模型，通过理论推导前后排座椅等效均值的评价指标。文献[8-9]采用有限元分析和试验模态分析法计算车身的模态特性。文献[10]开发出一套“汽车平顺性仿真软件”，利用已有的数据对汽车行驶时的振动特性进行仿真。文献[11]利用多体动力学软件建立整车仿真模型并进行平顺性分析。文献[12-14]研究客车悬架对平顺性的影响。根据文献[15-16]要求，客车平顺性测试点仅为后桥正上方座椅，设计最高车速大于100 km/h的客车，测试车速为90 km/h。实际不同测点、不同车速工况下平顺性测试结果有较大差别。本文结合现行客车平顺性测试标准的试验要求，增加客车平顺性试验测点及试验车速，客观的综合评价客车的行驶平顺性，为生产厂家进行悬架、座椅等系统优化设计提供指导。

1 平顺性评价方法

汽车平顺性评价方法包括主观评价法和客观评价法，主观评价法主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，客观评价法是使用专业仪器设备采集测试点振动数据，对得到的数据进行处理分析，与人体对振动反应的评价标准作对比，客观评价汽车的平顺性[17]。本次试验采用客观评价法。客观评价法可采用脉冲输入行驶评价方法和随机输入行驶评价方法。

1.1 脉冲输入行驶评价方法

1)基本评价法

脉冲输入行驶是在良好路况上设置能够产生较大加速度的装置，依据产生的加速度对车辆平顺性进行评价，因此需要计算最大加速度响应

2)辅助评价法

辅助评价方法能更好地估计偶尔遇到大脉冲引起的振动对人体的影响，辅助评价法需要计算振动剂量

式中T为作用时间(从汽车前轮接触凸块到汽车驶过凸块并且冲击响应消失时间段)。

1.2 随机输入行驶评价方法

2 客车平顺性试验

试验采用某品牌大型豪华长途客车，车长12.09 m，车辆载质量及道路条件符合国标规定。采用SCANDAS动态数据采集仪和LMS Test.Lab数据采集分析软件。

2.1 试验方法

1)脉冲输入行驶试验

测试车速分别为10、20、30、40、50、60 km/h。将产生激励的凸块放置在道路中央，根据汽车轮距确定凸块长度，确保两侧车轮能够同时驶过凸块。试验开始时，汽车在凸块前50 m左右车速达到设定值，匀速通过凸块。在汽车前轮即将接触凸块时开始记录数据，汽车完全驶过凸块冲击逐渐消失后，停止记录数据。每个车速的有效试验不少于5次。

2)随机输入行驶试验

输入测试车速分别为40、60、80、100 km/h。在试验开始前，需保证汽车以稳定车速行驶，并以规定车速匀速通过试验路段，记录试验路段内的加速度时间历程。

2.2 传感器布置

9个三向加速度传感器分别安装在驾驶员座椅、驾驶员同侧后桥上方座椅、最后排中间座椅的支承面、靠背、脚支承面等位置。实际测试中因脚支承面地板材质为塑料，使得传感器测试结果不可靠，座椅导轨与脚支承面地板刚性连接，因此可用座椅导轨代替脚支承面测点。因人体对低频振动较为敏感，因此只需要测试0～80 Hz的振动，但为了满足企业的研发需求,将测试分析带宽设置为0～800 Hz，频率分辨率设置为0.125 Hz。

3 试验数据处理与分析

3.1 脉冲输入行驶试验

对试验数据进行预处理得到驾驶员座椅及最后排中间座椅处测点振动波形峰值系数如表1、2所示，不同车速下各测点振动波形峰值系数均小于9。因此采用基本评价法。

表1 驾驶员座椅测点振动波形峰值系数

表2 最后排中间座椅测点振动波形峰值系数

驾驶员座椅、最后排中间座椅以及驾驶员同侧后桥上方座椅支撑面、靠背、导轨振动加速度响应与车速的关系如图1～3所示。

文献[21]分析振动对人体健康影响，结果为：当加速度小于31.4 m/s2时，振动对人体健康无影响，当加速度为31.4～43.0 m/s2时，振动对人体健康有一定影响，当加速度大于43.0 m/s2时，振动会严重损害人体健康。由图1～3可以看出：在中低车速时各测点的振动加速度随车速增大而增大；驾驶员座椅处及最后排中间座椅处各测点最大加速度均小于31.4 m/s2，对人体健康无影响；后桥上方座椅靠背y轴方向车速为30 km/h时的加速度最大，为37.0 m/s2，后桥上方座椅导轨x轴方向和y轴方向在30、40、50 km/h车速下加速度为31.4～43.0 m/s2，对人体健康有一定影响。

a)座椅支承面 b)座椅靠背 c)座椅导轨 图1 驾驶员座椅处加速度响应与车速的关系特性

a)座椅支承面 b)座椅靠背 c)座椅导轨 图2 最后排中间座椅处加速度响应与车速的关系特性

a)座椅支承面 b)座椅靠背 c)座椅导轨 图3 驾驶员同侧后桥上方座椅处加速度响应与车速的关系特性

3.2 随机输入行驶试验

式中：a0为参考加速度均方根，a0=10-6m/s2。

表3 驾驶员座椅处各车速下及Law

表4 最后排中间座椅各车速下及Law

表5 后桥上方座椅各车速下及Law

表和Law与人的主观感觉之间的关系

4 结语

某客车在低速及高速行驶过程中，驾乘人员能够获得较为舒适的乘坐环境，随着车速的不断提高，舒适性有所下降，但仍能满足客车平顺性的要求。该研究对客车的平顺性测试和评价具有一定的参考意义。