行駛舒適性評價方法

摘要：所謂汽車平順性就是保持汽車在行駛過程中乘員所處的振動環境具有一定行駛舒適性的性能。目前，國際上采用較多的有兩種評價方法，即平穩性指標評定法和ISO2631法。本文主要介紹評價振動下車輛行駛舒適性的3種評價方法。

關鍵詞：吸收功率法 l/3倍頻帶 總的加權值評價法

所謂汽車平順性就是保持汽車在行駛過程中乘員所處的振動環境具有一定行駛舒適性的性能，對于載重汽車還包括保持貨物完好的性能。由于平順性主要是根據乘坐者的舒適程度來評價，所以它有時又稱為行駛舒適性。

穩性指標評定法是基于德國Sperling等人的試驗成果提出的，相對比較標準化的鐵路車輛運行可以給出評價顯式，我國鐵路部門已采用。相對于隨機性更強的汽車，不建議采用。

還有學者提出了吸收功率法、BS6841-1987（英國標準）等其他評價方法，本文通過對各種方法進行比較，選取適當方法對高墩大跨橋梁車橋耦合振動行駛舒適性進行評價。

1.吸收功率法

吸收功率法是在1968年由Lee R.A.和Pradko F.提出的。該方法認為，人體對振動的響應與人體所吸收的能量有關，以人體與振動系統接觸部位的力和速度信號來計算吸收功率，以此來評價。按定義，其測量較為復雜，多用在基礎研究中。研究表明吸收功率與加速度均方根值有關，可用類似頻率加權系數的方法表述。作為目前應用比較廣泛的一種主觀評價方法，吸收功率法提出，人體在一定范圍內是一彈性線性系統，考慮到人體接受的振動能量和沿全身傳遞，其振動能量的時間變化率為吸收功率。因而，它是將人體承受的垂直振動。橫向振動(左右、前后) 和坐著的人體腳部的振動相加，用一個數據評價。

2.1/3倍頻帶法

20世紀70年代，國際標準化組織(ISO)在綜合大量有關人體全身振動的研究成果的基礎上，制定了國際標準IS02631《人體承受全身振動的評價指南》，井于1978年修訂1次，1985年修訂后重新發表IS02631 /1-1985《人體承受全身振動評價第一部分：通用要求》，該標準推薦的l/3倍頻程分別評價方法、總加權值評價方法及其評價指標，適用于1~80Hz頻率范圍內對人體承受的全身振動評價。1997年，經過3次修改和補充，ISO公布了ISO2631—1:1997 (E)《人體承受全身振動評價-第一部分:一般要求》，這一標準在評價長時間作用的隨機振動和多輸入點、多軸向振動環境對人體的影響時，能更好地和主觀感覺一致。

其核心內容是，根據人體對不同頻率、不同方向的機械振動的平均忍受能力(表達為一定強度下的允許承受時間或一定承受時間下的允許忍受程度)制定了三個評定準則界限，即:暴露極限Ted、疲勞-工效降低界限 Tfd、舒適降低界限 Tcd。

疲勞-降低工作效率界限 Tfd與保持工作效率有關。對于駕駛員來說，承受的振動強度不超過過這個界限，意味著大腦清醒反應敏捷、動作準確，能正常地進行駕駛操作。所謂振動強度就是l／3倍頻帶振動加速度均方根值。

舒適降低界限 Tcd與保持舒適有關。根據ISO2631的規定，它是“疲勞-降效界限”值的1/3.15(下降10db)。

對于汽車在道路上行駛過程中的振動情況，加速度是一種寬帶的隨機過程。在此情況下，標準規定計算出各個1/3倍頻程寬帶上的均方根值，然后分別與相應的中心頻率上的界限值相比較。即，1/3倍頻帶認為，許多1/3倍頻帶中對人體產生影響最大的，主要是由人體感覺的振動強度最大的(折算到人體敏感頻帶范圍以后)那一個1/3倍頻帶所造成。

3.總的加權值評價法

在處理平順性試驗結果或計算設計參數對振動的影響時，通常還采用傳至人體振動的加速度均方根值σp或車身振動的加速度均方根值σz作為評價平順性的指標。這種方法比較簡單，適用振動頻率分布相似的條件下進行對比。σp和σz值等于1~80Hz中20個1/3倍頻帶加速度均方根值分量σpi或σzi平方和的平方根。即

式中，N-頻帶數

總加權值反映了全部振動能量的大小，而且振動加速度均值為零，所以σp和σz代表加速度幅值波動的范圍。

總加權值σp還可利用計權濾波網絡，由均方根值檢波器讀出。在《汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法》(GB4970-85)和《客車平順性評價指標及極限》（GB/T12477-90）中均把總加速度加權均方根值σp列為平順性評價指標之一。

當各1/3倍頻帶加速度加權均方根值分量與彼此相等時，1/3倍頻帶分別評價指標σpwi和總加速度加權均方根值σp的關系為:

式中，n為總的頻帶數。

在只有一個1/3倍頻帶有值的窄帶振動條件下(n=1)，能量分布都集中在該1/3倍頻帶內。總加速度加權均方根值σp顯然就是前面1/3頻帶分別評價方法所考慮的，對人體影響最突出的那個頻帶的加速度均方值。

σp=(σpwi)max

此值已折算到人體最敏感的頻率范圍，所以，可將σp值與“疲勞—工效降低界限”上人體最敏感頻率范圍的容許值比較來進行評價。

（1）總的來說吸收功率法比較全面，但它是各個方向吸收功率之和，這樣會導致某一方向超過了允許值，而其它方向值很低，總的吸收功率不大，評價方法反應相對“遲鈍”。一般說，僅使用定性的說明或描述的內容不易確定行駛平順性，因此，有必要用定量的方法來評價行駛特性，即客觀測量評價法。

（2）1/3倍頻帶法是汽車平順性評價的基礎，可以用一個數評價寬頻帶激勵。適合于周期振動、離散隨機振動和非周期振動。其優點在于，靈敏度高，并且對于不同方向以及某個方向上加速度均方根值的突出峰值位置比較清楚，有利于汽車結構的改進。

參考文獻:

[1]陳家瑞.汽車構造(第5版) [M].北京:人民交通出版社，2005.9

[2]夏禾.車輛與結構動力相互作用[M]， 科學出版社， 2002

[3]陳南，汽車振動與噪聲控制[M]，人民交通出版社，2005

[4]陳士安，何仁，陸森林.汽車平順性評價體系[J].江蘇大學學報(自然科學版)，2006，37，3