（车辆工程专业论文）摩托车平顺性评价试验研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 平顺性也称舒适性是指保持车辆在行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定 舒适度的性能。汽车行业在这方面已经作了大量的研究工作，并且已经取得了较 大成果，己形成了国家标准。而摩托车行业在平顺性方面研究还较少，至今形成 的具体成果不多。本文围绕摩托车平顺性评价试验展开，通过大量试验来分析摩 托车平顺性的特点，以完善初步建立的摩托车平顺性客观评价方法，还提出了摩 托车平顺性主观评价方法，建立了主客观值之间的联系。 论文首先介绍了建立的摩托车平顺性客观评价方法，该方法是基于对国际标 准i s o2 6 3 1 关于全身振动评价指南、国际标准i s o5 3 4 9 人体承受手传振动的 测量和评价指南以及人体振动评价相关的研究成果建立起来的，参照了g b t 4 9 7 0 汽车平顺性随机输入行驶试验方法及油锯等手传振动的国家标准。 基于该评价方法，搭建了摩托车平顺性便携式测试系统。它以p c 为硬件平台， 以l a b v i e w 为软件开发平台，由传感器、信号放大调理部分、数据采集存储器、 便携式计算机和分析程序组成。该测试系统可以脱机采样、存储，联机后完成数 据后处理。 参照初步建立的摩托车平顺性客观评价方法，利用平顺性便携式测试系统， 在摩托车台架、道路上对多款摩托车进行了多次试验。分析了摩托车的实际振动 特点，发现摩托车振动的频率范围较宽；发动机的高频激励和路面的低频激励都 很重要，但个体差异较大；平顺性试验中摩托车左右方向的振动较小，可忽略。 通过对摩托车振动实际特点的分析，对原评价方法进行了完善，扩大了座位处的 频率分析范围，实际测试中可以忽略左右方向的振动，便于测试系统的硬件实现。 论文还建立了摩托车平顺性主观评价方法，采用五级指标评分，对数十名驾 驶员、数辆摩托车进行了摩托车平顺性的主观评价调查，初步探讨了客观评价值 和人的主观感觉之问的联系。结果表明，所建立的摩托车平顺性客观评价方法能 较好地与人体的主观反应吻合，结合主观、客观评价方法，可以更科学地评价摩 托车的平顺性。 关键词：摩托车，平顺性，振动，测试，评价 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t r i d ec o m f o r ti st h ep e r f o r m a n c et h a tl e tt h ep a s s e n g e ri nt h ev e h i c l ev i b r a t i o n e n v i r o n m e n tk e e p i n gc o m f o r t a b l e a u t o m o b i l ei n d u s t r yh a sm a d eal a r g ea m o u n to f r e s e a r c hi nt h i sa s p e c ta n dh a sa l r e a d yg a i n e ds o m ea c h i e v e m e n t h o w e v e r , t h e r ei so n l y al i t t l er e s e a r c ho nt h ee v a l u a t i o no f m o t o r c y c l er i d ec o m f o r ta n dl a c ko fa c h i e v e m e n t s o nt h i sa s p e c t t 1 1 i sp a p e rf o c u s e so nt h ee v a l u a t i o no fm o t o r c y c l er i d ec o m f o r t , f i r s t l y t h eo b j e c t i v ee v a l u a t i o nm e t h o df o rm o t o r c y c l er i d ec o m f o r ti si n t r o d u c e d ，s e c o n d l yt h e t e s t i n gs y s t e mi sb u i l tu p ，t h e nt h em e t h o di sa m e n d e db y t h er o a dt e s tf o rm o t o r c y c l e r i d ec o m f o r t , f i n a l l yt h es u b j e c t i v ee v a l u a t i o nm e t h o di sp r e s e n t e dt od i s c u s st h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ev i b r a t i o nm a g n i t u d ea n dh u m a nr e a c t i o n f i r s t l y , t h eo b j e c t i v ee v a l u a t i o nm e t h o do fm o t o r c y c l er i d ec o m f o r ti si n t r o d u c e d , w h i c hi sp r e s e n t e db yt h es t u d yo ni n t e r n a t i o n a ls t a n d a r di s o2 6 31 t h e i n t c m a t i o n a ls t a n d a r di s 05 3 4 9 ，t h en a t i o n a ls t a n d a r dg b t4 9 7 0 s o m en a t i o ns t a n d a r d s r e l a t e dt oh u m a ne x p o s u r et oh a n d - t r a n s m i t t e dv i b r a t i o na n ds oo n s e c o n d l y , t h ep o r t a b l et e s t i n gs y s t e mf o rt e s t i n gm o t o r c y c l er i d ec o m f o r t i sb u i l tu p a c c o r d i n gt ot h eo b j e c t i v ee v a l u a t i o nm e t h o d 1 1 1 es y s t e mi sb a s e do np ca sh a r d w a r e w o r k b e n c h , l a b v i e w 鹤d e v e l o p m e n ts o f t w a r e i ti sm a d eu po fs 朗l s o r s ，s i g r l a l c o n d i t i o n e r , d a t aa c q u i s i t i o n , a n dp c & a n a l y z i n gp r o g r a m 1 1 1 et e s t i n gs y s t e mc a n a c h i e v ed a t aa c q u i s i t i o na n dd a t as t o r a g ea l o n e t h i r d l y , u s i n gt h ep o r t a b l et e s t i n gs y s t e m , t h et e s to fm a n ym o t o r c y c l e sr i d e c o m f o r ti sc o m p l e t e do nt h et a b l ea n dt h em a d r e s p e c t i v e l y n l er e s u l t ss h o wt h a tt h e t e s to nt h er o a di sa b s o l u t e l yn e c e s s a r ya n dc o u l dn o tb er e p l a c eb yt h et e s to nt h eb e n c h , t h ev i b r a t i o no fm o t o r c y c l ei sd i s t r i b u t e di nw i d ef i e q u e n c yr a n g e t h ee f f e c t sf r o m e n g i n ea n dm a da l ei m p o r t a n ta n dd i f f e r e n c e ，a n dt h ey - a x i sv i b r a t i o ni sr e l a t i v e l yl i t t l e s ot h a ti tc a nb ei g n o r e d a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro fm o t o r c y c l ev i b r a t i o n , t h e o b j e c t i v ee v a l u a t i o nm e t h o di sa m e n d e db ye x t e n dt h ef r e q u e n c yr a n g eo fv i b r a t i o no n t h es e a t 1 1 1 er e l a t i v e l yy - a x i sv i b r a t i o nm a k ei tc o n v e n i e n tt ot h er e a l i z a t i o no f h a r d w a r e f i n a l l yt h es u b j e c t i v ee v a l u a t i o nm e t h o d i sp r e s e n t e d t h ei n v e s t i g a t i o no nt h er i d e 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 c o m f o r t , w i t hf i v eg r a d e s ，i sc a r r i e do u tt h r o u g hs e v e r a lm o t o r c y c l e sr o d eb yaf e w d r i v e r s t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nv i b r a t i o nm a g n i t u d ea n dh u m a nr e a c t i o ni sp r e s e n t e d b yt h ei n v e s t i g a t i o n t h er e s u l ts h o w s t h a tt h eo b j e c t i v ee v a l u a t i o nm e t h o dc a ne x p r e s s t h eh u m a nr e a c t i o nw e l l c o m b i n i n gt h eo b j e c t i v ee v a l u a t i o nm e t h o da n dt h es u b j e c t i v e o n e ，t h ef i d eq u a l i t yo f m o t o r c y c l ec a l lb ee v a l u a t e ds c i e n t i f i c a l l y k e y w o r d ：m o t o r c y c l e ，r i d ec o m f o r t , v i b r a t i o n , t e s t , e v a l u a t i o n i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庞太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：肖逮f 臼签字日期：肋占年，月尹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庞态堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重麽态堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：甫建伯 签字日期：励占年，月7 - 日 导师签名：钿 签字日期：矿奶年2 月 日 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 概述 自2 0 世纪8 0 年代以来，我国汽车、摩托车行业获得了飞跃式的发展，摩托 车行业在我国从无到有，经历了起步、成长、发展三个阶段。尤其是在改革开放 以后，我国摩托车工业走上了快速发展之路。经过2 0 世纪9 0 年代突飞猛进的跳 跃式发展，我国已经成为世界第一大摩托车生产国。自1 9 9 8 年以来，我国摩托车 产销量呈高速增长态势，1 9 9 8 年全国摩托车工业累计生产8 7 8 9 4 万辆，销售8 8 5 7 4 万辆，至2 0 0 4 年这两个数据分别增至1 7 1 8 6 9 万辆和1 7 1 9 7 8 万辆。2 0 0 5 年摩托 车产销量1 8 5 0 万辆，出口4 5 0 万辆，出口比重首次超过2 0 。目前汽车年产量居 全球第四位，摩托车年产量居全球第一位。我国已有1 3 5 家摩托车整车企业，生 产1 5 种排量，8 0 0 多个型号，社会保有量6 0 0 0 余万辆【”。摩托车已成为人们的日 常代步工具，摩托车及相关产业已成为国民经济的一个重要组成部分。国产摩托 车不仅在国内市场占有率已达到9 7 左右，而且我国摩托车出口量逐年增加。随 着我国经济的持续增长，我们完全可以相信，摩托车作为我国自行车向小轿车过 渡的车种仍具有广阔的市场前景。 随着人们生活水平的提高，对摩托车的使用性能的要求将越来越高。随着道 路条件的改善、车速的提高，摩托车的行驶安全性、舒适性、动力性、燃油经济 性等性能已成为摩托车的重要商品性。与国外产品相比，目前国产摩托车的平顺 性有较大差距，有待改善。而追求摩托车良好的平顺性已成为市场用户的需求， 也是摩托车的发展趋势，因此研究摩托车的平顺性不仅具有理论意义，也具有实 用价值。 进入2 l 世纪后，摩托车产品正朝着安全、舒适、环保，节能的方向发展，舒 适性即平顺性是摩托车技术发展的四大课题之一。目前，当摩托车的可靠性等主 要性能基本满足人们的要求时，摩托车平顺性已经成为人们购车时关心的重要技 术指标。市场调查也表明，摩托车产品的舒适性已经成为用户购车时的主要商品 性因素之一，摩托车平顺性的好坏直接影响到其销售形势。 1 2 车辆平顺性研究现状 车辆的平顺性( 也称之为乘坐舒适性) 是衡量车辆综合性能的主要指标，车 辆平顺性是指保持车辆在行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定舒适度的性 能，对于载货车辆，还应该包括保持货物完好的性能。由于车辆平顺性与车辆振 动大小有密切的关系，因此，狭义上讲的车辆舒适性也常被称为车辆振动舒适性。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 该性能的好坏不仅影响到乘员的疲劳强度、舒适性，乃至乘员的安全，也影响到 车辆的燃油经济性和效率。汽车行业在这个方面已经作了大量的研究工作，并且 已经取得了较大的成果。而摩托车行业对舒适性的研究还很少 2 1 ，对于摩托车而言， 平顺性应包括驾驶员、后排乘员、行李架货物的振动，本文的评价只针对驾驶员 的振动舒适性。振动舒适性影响到驾驶员的疲劳程度、舒适性及安全，也是摩托 车的一个重要商品性。 摩托车的振动主要是通过手把、座位、脚踏三个部位传递到人体，其中手把 振动传递到人的手和手臂系统，属于手传振动的范畴，而座位振动和脚踏振动则 传递到全身，属于全身振动的范畴。 机械振动对人体的影响，不仅取决于振动的强度、频率、作用方向和持续时 间，而且个体差异较大，对振动的敏感程度不同。自2 0 世纪3 0 年代以来，在评 价人体对振动的反应这一方面做了大量的工作，但是很难得到公认的指标和评价 方法。直到1 9 7 4 年国际标准化组织( i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r do r g a n i z a t i o n ) 制定了国 际标准i s o2 6 3 1 人体承受全身振动评价指南，后来又进行了修订，主要有1 9 8 5 版本和1 9 9 7 版本。i s o2 6 3 1 ：1 9 9 7 在i s o2 6 3 1 ：1 9 8 5 的基础上进行了修正，取消 了暴露极限、疲劳一工效降低界限和舒适降低界限的提法，并对频率加权系数进 行了修改【1 0 叫”。在手传振动方面，有i s o5 3 4 9 ：2 0 0 1 人体承受手传振动的测量和 评价指南旧，相比i s o5 3 4 9 ：1 9 8 6 也有变动。除i s o 体系外，还有与之类似的 英国标准，还有采用吸收功率法的评价方法，吸收功率法比i s o 体系更全面、能 更好地体现了振动对人体的影响，但是吸收功率法不易实现，应用较少。 评价振动对人体的影响时，目前国际上主要有两种评价体系： 1 ) i s o ( i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r do r g a n i z a t i o n ) 国际标准体系，以振动的加速 度均方根值为基本评价指标，辅以振动剂量值( v d v ) 和运行加速度均方根值等 指标。目前采用的标准为：全身振动方面有国际标准i s 0 2 6 3 1 ：1 9 9 7 ，类似的有英 国标准b s 6 8 4 1 ；手把局部振动方面有i s o5 3 4 9 ：2 0 0 1 。 2 ) 吸收功率法，是在2 0 世纪6 0 年代时由p r a d k oe 和l e er a 提出来的，以 人体与振动系统接触部位的力和速度信号来计算吸收功率，以人体吸收的能量来 评价振动的强弱程度，相对于振动加速度均方根值能更好地反应人体承受的振动 1 3 - t 5 。 这两种方法各有优缺点，学术界仍存在争议。但吸收功率法不易实现，而i s o 体系易于操作，已被普遍接受，并得到了广泛应用。 1 2 1 汽车平顺性评价方法的发展与现状 汽车平顺性评价方法，通常是根据人体对振动的生理感受及对保持货物完整 性的影响制定的，并用振动物理量，如频率、振幅、位移、加速度等作为平顺性 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 的评价指标。 在汽车平顺性评价方法上取得最突出进展的是汽车随机输入条件下的舒适 性。由于汽车行驶的路面具有随机不平度，并造成汽车复杂的随机振动响应【3 1 。因 此，研究汽车平顺性，首先要研究在随机不平的路面上行驶时乘员的反应。 八十年代初，长春汽车研究所、清华大学等首先采用了国际标准i s o2 6 3 1 关于全身振动评价指南，进行汽车在实际道路上行驶舒适性的评价研究。i s o 2 6 3 l 标准的要点是指出人体对振动的反应不仅与振动的强度，而且与振动的频率、 方向有关。这样，就把平顺性评价方法由以往只简单地统计汽车本身的机械振动 响应发展到对j 酋路一车辆人体”系统的综合评价这一更加科学的水平上。长春汽 车研究所还应用了数学统计方法组织人体群进行汽车平顺性的主观评价，并将其 结果与采用i s o2 6 3 l 标准的评价结果进行了对比，最终结果表明两者大体相符。 在以上研究的基础上，我国1 9 8 2 年制定了汽车行驶平顺性随机输入试验方 法国家标准，随后根据新的国际标准进行修订，公布了国家标准g b t 4 9 7 0 - - - 1 9 9 6 ，该项标准已经在汽车行业中得到普遍推广应用，适用于各种类型汽 车的平顺性性能评价。除了随机输入平顺性评价外，为了评价汽车通过单个凸起 或凹坑而受到突然冲击时的平顺性，长春汽车研究所与清华大学于1 9 8 5 年又制定 了汽车平顺性单脉冲输入行驶试验方法国家标准，加上1 9 8 2 年清华大学起草 的汽车悬架系统的固有频率和相对阻尼系数的制定方法国家标准，长春汽车 研究所制定的汽车行驶平顺性感觉评价试验方法，还有1 9 9 0 年清华大学和长 春汽车研究所共同制定的g b t 1 2 4 7 7 9 0 客车平顺性评价指标及限值，初步 构成了一个比较完善的汽车平顺性评价方法体系。 除了以上已经形成的国家标准以外，不少研究所或者高校以及企业内部也都 对汽车平顺性有过较多的研究，并且形成了一些成果。比如文献 4 】东风汽车公司 技术中心郑郧提出的评价汽车平顺性的综合指标汽车振动舒适度c v ，用该指 标将汽车座椅处的振动加速度均方根值与人对汽车平顺性的主观感觉联系起来， 并运用不同车速、测量位置的加权矩阵函数计算出汽车总的平顺性指标，用于评 价和比较汽车的平顺性。文献 5 清华大学的赵六奇在参照国际标准i s o 2 6 3 1 的 新草案的基础上提出修订汽车平顺性的评价方法，提出诸如以下观点：坚持总加 权值法而不推荐使用1 3 倍频带分别评价法；使用汽车平顺性评价方法时不用再给 出暴露时间指标；总加权值可以适用于峰值因数1 2 等观点。 由于车辆平顺性涉及人体工程和汽车振动两个方面，不但与车体传给人体的 振动量级频率有关，也与人体主观感觉反应有关。从这个角度上讲，以上形成的 国标或者观点均采用的是客观评价方法，即测定一些与平顺性有关的物理量( 比 如振动加速度) ，然后与相应的标准比较进行评价。但是，同一振动状态对于不同 重庆大学硕士学位论文1 绪论 的生理特征和状态的人体，可能有完全不同的主观感觉反应，所以最终仍需要以 人的主观感觉来检验，即主观评价方法。主观评价方法要基于统计分析大量的实 测乘骑人员的主观感觉，将这些主观感觉量化，然后进行平均得到最终评价值。 其原理是统计不同人体系统对振动的心理、生理的不同反应而得到的评价。汽车 平顺性主观评价方法起步虽然较旱，由于主观感觉难于把评定结果与汽车结构参 数联系起来，不便于实施汽车结构工程设计；乘员的心理及生理难以量化，不够 严谨等原因，所以在具体的应用方面不如客观评价方法广泛。即便如此，由于汽 车平顺性好坏最终还是由人体来衡量，从这个角度上讲主观评价法更能反应该项 性能。 国内关于汽车平顺性的主观评价方法研究颇多，同时也形成了一些成果。国 内的主观评价方法在内容和形式上虽然都是建立在数理统计基础之上，但是在量 化方法上有较大的差异。具体的观点或方法有；文献【6 中同济大学的孙华等入应 用相对比较法，给出了平顺性主观评价实施技术，对轿车平顺性进行评价，取得 了较好的结果；文献 7 】中长安大学的高增礼等人对每个评价人员不舒适部位进行 统计加权，以全体评价人员不舒适量化值的平均值作为该平顺性的主观评价值。 文献 8 湖南大学刘建中等人采用心理测定法中的s d 法，对汽车平顺性进行主观 评价，然后导入了模糊理论中的模糊测度和模糊积分，构筑了汽车平顺性主观评 价的阶层化模型，并对该模型的适用性进行了验证，得到了较好的结果。 1 2 2 建立摩托车平顺性评价方法的意义 从以上汽车舒适性评价方法的发展历程看，汽车平顺性评价无论是在客观评 价方法方面还是主观评价方法方面都得到了较大的发展。相反，摩托车平顺性长 期以来没有得到太多的关注，目前国内摩托车平顺性评价标准还没有形成，而且 国外没有现成的评价方法可供借鉴。在企业中摩托车产品的舒适性仅仅依靠个别 试车人员的主观感觉来进行判别，差异较大，严重缺乏科学性、严谨性。另外， 由于没有舒适性评价方法导致在整车开发过程中无法采用舒适性设计，大多产品 的研发没有从整车角度全面地考虑振动、噪声问题。 如前所述，国内外摩托车工业发展大趋势是追求节能、环保、安全、舒适性， 随着人民生活水平的提高，舒适性必将会越来越受到关注，势必成为衡量摩托车 产品好坏的决定性因素之一。鉴于这种现状，有必要对摩托车舒适性进行研究， 建立平顺性评价方法。建立摩托车舒适性评价方法的意义在于两方面：一方面， 有助于相应企业标准或者行业标准的建立，为衡量摩托车产品平顺性好坏提供依 据；另一方面，企业在评价摩托车平顺性的基础上，有助于改进该产品的舒适性。 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 3 本课题的研究内容 本课题围绕摩托车平顺性试验评价展开。本课题的研究任务如下： 1 建立摩托车平顺性评价方法及其试验方法 由于摩托车平顺性不仅与摩托车传给人体的振动本身有关，还与人体有着密 切的关系，人的主观感觉才是评价平顺性的最终标准。因此，本文试图建立客观 评价方法和主观评价方法两种方法。其中客观评价方法是通过对国际标准i s o 2 6 3 1 关于全身振动评价指南和国际标准i s o d i s5 3 4 9 人体接触手传动振动 的测量和评价指南及g b t 4 9 7 0 一1 9 9 6 等国内现有标准的分析，参考汽车平顺性 等相关研究成果，结合摩托车实际振动特点建立起来的。摩托车平顺性主观评价 方法是通过参照汽车平顺性主观评价方法，结合摩托车实际特点建立起来的。结 合主客观评价方法，对一定数量驾驶人员进行摩托车平顺性主观感觉调查，探讨 客观评价指标和人体主观感觉之间的联系。 2 搭建摩托车平顺性便携式道路试验测试系统 以p c 为硬件平台，配置必要的传感器、信号调理器和数据采集器，组建多通 道平顺性测试分析系统。由a d 卡和前端预处理电路单元组成的数据采集箱采用 外挂式结构，与笔记式计算机并行口连接，数据采集箱和计算机主机完全分离。 硬件板卡可以完成a d 转换、d a 转换、数字量输入输出及计数器定时器操作等 多种功能。软件系统将包括以下几个基本模块：1 ) 数据采集模块：2 ) 数据读取 模块；3 ) 数据处理模块；4 ) 数据存储模块；5 ) 结果显示模块。 3 进行摩托车实车平顺性实际测试与评价 应用建立的评价方法和平顺性测试系统进行实车平顺性测试与主客观评价， 验证建立的主客观评价方法和测试分析系统。并对比国内外同类车型的平顺性性 能，为国产车舒适性改进提出了建设性意见。 5 重庆大学硕士学位论文 2 摩托车平顺性客观评价方法研究 2 摩托车平顺性客观评价方法 2 1 概述 如绪论中所言，评价平顺性应有两种互为补充的评价方法客观评价方法 和主观评价方法。客观评价方法是以实测振动参数作为评定的客观依据，优点是 易与整车结构参数联系起来；而主观评价方法是依据评价者实际乘车的感觉、反 应给出相对比较主观的评定，优点是可以直观、全面地检验该车的平顺性。由于 两种方法各有所长，所以只有把两类评价方法结合起来相互补充，才能全面地评 价摩托车的平顺性。 本章主要围绕摩托车平顺性客观评价方法的建立展开，在分析国内外相关评 价标准和平顺性研究的基础上，初步建立摩托车平顺性客观评价方法和相应的试 验评定方法。 摩托车振动是通过手把、座位、脚踏三个部位传递振动到人体，对人体平顺 性产生影响。其中通过手把传递到人的手和手臂系统的振动属于局部振动范畴， 而脚踏、座位将振动传递到人体全身，属于全身振动范畴。目前全身振动和手传 振动的评价指南分别是i s o2 6 3 1 1 ：1 9 9 7 人体承受全身振动评价指南( 以下简 称i s o2 6 3 1 ：1 9 9 7 ) ；局部振动方面为国际标准i s o5 3 4 9 1 ：2 0 0 1 人体承受手传振 动的测量和评价指南( 以下简称i s o5 3 4 9 ：2 0 0 1 ) 。这两个标准已被广泛应用， 我国建立了与i s o2 6 3 1 和i s o5 3 4 9 相对应的国家标准，基于国际标准i s o2 6 3 1 建立了汽车平顺性的评价标准，基于国际标准i s o5 3 4 9 建立了手扶拖拉机、油锯、 割灌机等手传振动的评价标准。本文以这两个标准作为理论基础来研究摩托车平 顺性的评价方法。 2 2 基于国际标准i s o2 6 3 1 对全身振动的研究 机械振动对人体的影响，取决于振动的频率、强度、作用方向和持续时间， 由于每个人的心理与身体素质不同，故对振动的敏感程度有很大差异。2 0 世纪3 0 年代以来，虽然国际上在这一方面进行了大量试验研究工作，到目前仍没有制定 出一种方法能在生理指标的基础上保证振动对人体激励的相当精确和客观量化的 评价指标，因而人体振动评价方法没有一致的定论p 】。目前国内外用得最多的是国 际标准化组织推荐的i s o2 6 3 1 人体承受全身振动评价指南，该标准形成于1 9 7 4 年，是国际标准化组织( i s o ) 在综合大量有关人体振动研究成果的基础上制定的。 随着有关振动对人体影响研究工作的深入，该标准也在进行补充和修订，1 9 8 5 年 开始进行全面修订，于1 9 9 7 年公布了i s o2 6 3 1 - 1 ：1 9 9 7 ( e ) 人体承受全身振动 6 重庆大学硕士学位论文2 摩托车平顺性客观评价方法研究 评价指南第一部分：通用要求，此标准对于评价长时间作用的随机振动和多 输入点多轴向振动环境对人体的影响时，能与主观感觉更好的符合。我国参照该 国际标准制定了相应的国家标准g b t1 3 4 4 1 9 2 人体全身振动环境的测试规 范，该标准规定了在作业现场或试验室内监测和研究人体全身振动环境的通用要 求和准则，成为国内评价和比较振动环境对人体的影响的基础规范。我国汽车平 顺性评价标准g b t4 9 7 0 - - - 1 9 9 6 汽车平顺性随机输入行驶试验方法也是基于此 标准形成的。由于摩托车的振动环境属于运载机械产生的人体全身振动环境，因 此摩托车平顺性评价方法同样可以基于该理论建立。 目前的评价方法i s o2 6 3 1 ： 1 9 9 7 ( e ) 标准与i s o2 6 31 ：1 9 8 5 评价方 法相比有了较大的变化，试验证明更 能客观、全面地评价振动对人体的影 响。i s 0 2 6 3 l l1 9 9 7 ( e ) 标准规定了图 2 1 所示的人体坐姿受振模型。在进 行平顺性评价时，它除了考虑座椅支 承面处输入点3 个方向的线振动，还 考虑该点3 个方向的角振动，以及座 椅靠背和脚支承面两个输入点个3 个 方向的线振动，共3 个输入点1 2 个 轴向的振动。而i s o2 6 3 1 11 9 8 5 仅仅 考虑了座椅的振动大小。新标准仍认 图2 1 人体坐姿受振模型 f i g2 1m o d e lo f m h a n i c a lv i b r a t i o n s i n f l u e n c i n gh u m a n si ns e a t e dp o s i t i o n 为人体对不同频率振动的敏感程度不同，在图2 2 中给出了各轴向o 5 8 0 h z 的频 率加权函数( 渐进线) ，又考虑不同输入点、不同轴向的振动对人体影响的差异， 还给出了各轴向振动的轴加权系数k 。表2 1 给出了三个输入点1 2 个轴向，分别 选用哪一个频率加权函数和相应轴加权系数k 。 由表2 1 上各轴向的轴加权系数可以看出，椅面输入点工，、y ，、z 。三个线振 动的轴加权系数k = 1 ，是1 2 个轴向中人体最敏感的，其余各轴向的轴加权系数均 小于0 8 。另外，i s o2 3 6 1 11 9 9 7 ( e ) 标准还规定，当评价振动对人体健康的影响时， 就考虑工。、y ，、z 。这三个轴向，且两个水平轴向的轴向加权系数取k = 1 4 ，比垂赢 轴向更敏感。 大量的研究表明，椅面垂直轴向的频率加权函数最敏感的频率范围是4 1 2 5 h z ，椅面水平轴向的频率加权函数最敏感的频率范围为o 2 2 h z ，大约在3 h z 以下，水平振动比垂直振动更敏感。 。 在进行评价时，先按下式计算各轴向总的频率加权均方根值： 7 重庆大学硕士学位论文2 摩托车平顺性客观评价方法研究 妒b 胁舭 j ( 2 1 ) 式中：( f ) 时间历程的加权加速度，单位为m s 2 或i a d s 2 ； r 振动的分析时间，单位为s ；， 口蚵乘以相应的轴加权系数t ，计算其矢量和，求出各输入点的分乘坐值。 频事f l - l z 图2 2 各轴向频率加权函数( 渐近线) f i g2 2f r e q u e n c yw e i g h t i n gf u n c t i o ni nt h ev a r i o u sa x i s 表2 1 频率加权系数、轴加权系数 位置坐标轴频率加权系数轴加权系数k x sw d 1 o o 座 y sw d 1 o o 椅 4w k 1 0 0 支 承 r iw e 0 6 3 面 r yw e 0 4 0 r zw e 0 2 0 x bw c o 8 0 靠 背 y bw d 0 5 0 z bw d 0 4 0 x f w k 0 2 5 脚 y fw k o 2 5 z f w k 0 4 0 重庆大学硕士学位论文 2 摩托车平顺性客观评价方法研究 即： 座椅面处线振动计算公式： 4 。= ( _ j 。2 4 。2 + n + 圮口。2 ) j m s 2 ( 2 2 ) 座椅面处角振动计算公式： 4 。= ( 砖4 二+ 砖口+ 碍口) j m s 2 ( 2 3 ) 座椅靠背处线振动计算公式： 4 * = ( 碍口m 2 + 磕4 + 砝口乞) j m s 2 ( 2 4 ) 脚处线振动计算公式： 口矿= ( 哆口可2 + 磅4 + 碍口) j m s 2 ( 2 5 ) 总乘坐值a 。是四个分乘坐值的矢量和： 4 ，= ( 口三+ 4 ：+ 4 二+ 4 ；) j( 2 6 ) 具体用总乘坐值a 。来评价平顺性时，为了简化，规定任一轴向的总加权值比 同一输入点其它轴向中最大值的2 5 d 、，则在计算矢量和时影响很小，可以略去。 在多点输入时，如任一分乘坐值比其它点中最大的分乘坐值的2 5 d x ，则这一点 的值可以略去。 为了比较两个振动环境引起不舒适的程度，在新的标准附录中引用了“估计振 动剂量值，和“振动剂量值”。 在峰值因数小于9 时，可以用频率加权加速度均方根值来评价人对振动的反 应，由它来计算估计振动剂量值( e v d v ) ： e v _ 1 b r 舶) 出p m s s ( 2 7 ) 峰值因数大于9 时，用加权加速度4 次均方根值的方法能更好地估计偶尔遇 到的较大冲击引起的响应峰值振动对人体的影响，由它求得振动剂量值( v d v ) ： v d v ：陪r 翻出p m s 正，s ( 2 8 ) 从以上的分析内容来看国际标准i s o2 6 3 1 11 9 9 7 ( e ) 已经较先前的i s o2 6 3 1 1 1 9 8 5 有了较大的改变。其较为关键的改变之处有：i ) 认为敏感频率范围变为4 1 2 5h z 而不是原来的4 8h z ，相应的频率加权函数也发生了变化；2 ) 优先推荐 的评价方法发生了变化，在先前的标准中推荐使用l 3 倍频带分别评价方法，而现 在推荐使用总加权值法，因为在实际的宽频带振动场合下，总加权值法可以较好 地反映振动对人体的影响；3 ) 总加权值法不再使用暴露时间t f d 、t c d 这些指标， 因为实际过程表明暴露时间的长短对人体舒适、健康影响的严重强度，或者说对 9 重庆大学硕士学位论文2 摩托车平顺性客观评价方法研究 振动允许值的影响没有原先认为的那么严重；4 ) 总加权值法可以使用于峰值因数 9 以下，而不是先前的6 ，因此总加权值可以适用于振动较大的车辆平顺性评价。 2 3 基于国际标准i s o d i s5 3 4 9 对手传振动的研究 手传振动属于局部振动，人体对手传振动的反应同样是一个非常复杂的问题， 同样很难用一个量值做出绝对确切、肯定的评价。国际标准化组织( i s o ) 早在1 9 7 9 年就制定了i s o 巾i s5 3 4 9 一1 9 7 9 人体接触手传动振动的测量和评价指南草案， 到现在已经有2 0 多年的时间了，该评价指南草案经过了多次的修改，已形成正式 的评价准则标准，得到了广泛的应用。i s o5 3 4 9 ：2 0 0 1 人体承受手传振动的测量 和评价指南是目前评价手传振动的通用标准，适用于对手持动力工具或受振工 件的振动测量，它取代了i s o5 3 4 9 ：1 9 8 6 ，对频率加权系数、主要分析频率范围、 评价指标进行了修正。该标准被用于评价手扶拖拉机、气动工具、电动工具等机 械的振动，参照该标准，我国制定了g b7 9 2 7 8 7 手扶拖拉机振动测量方法、 g b t 1 4 1 7 9 _ _ 9 3 割灌机手感振动测定方法、g b t 5 3 9 s _ - 9 5 油锯手传振动测定 方法等。摩托车手把的振动环境符合该标准所规定范围，因此在对摩托车手把 振动评价时采用i s o d i s5 3 4 9 作为理论依据是合适的。 i s 0 d i s5 3 4 9 同样认为人体对不同频率手传振动的敏感程度不同，根据手腕 振动的暴露极限表明人体对低频振动8 1 6 h z 较为敏感，以后每递增一个1 3 倍 频程，加权因子相应递减。i s o5 3 4 9 ：1 9 8 6 推荐手传振动的主要频率分析范围为8 1 0 0 0 h z ，i s o5 3 4 9 ：2 0 0 1 推荐手传振动的主要频率分析范围为6 3 1 2 5 0 h z 。各轴 向频率加权加速度a 。按下式计算。 斤_ 口 。= ，2 ( k , 口* ) 2 ( 2 9 ) 式中厅采用l 3 倍频程的数目； 岛对应于第f 个1 3 倍频程 的加权因子； a 。第i 个1 3 倍频程加速度 测量值，r n s 2 。 i s o5 3 4 9 规定，应在能量传入人 体处或明显相关区域中进行单手( 或 双手) 的三轴向测量。如果人手直接与 手柄振动表面接触，传感器应紧固在 振动的结构上。如果在手和振动结构 间有弹性元件，允许使用适当的传感 1 0 执 图2 3 手把振动测量坐标系 f i g2 3b a s i e e n t r i ef i x e so f t h eh u m a nf i n g e r 重庆大学硕士学位论文 2 摩托车平顺性客观评价方法研究 器安装座置于手和弹性材料表面之间。测点位置布置在手和机械的接触处，并以 第三掌骨为坐标原点的三正交轴向测量，即生物力学坐标系，如图2 3 实线所示； 在对手握的振动的机械、工件、手柄或控制装置进行测量时，振动的方向也可参 照基本中心坐标系，如图2 3 虚线所示。 i s o5 3 4 9 ：1 9 8 6 推荐使用最大单轴向振动作为评价指标，而i s o5 3 4 9 ：2 0 0 1 推 荐使用三轴向振动的总加权加速度均方根作为评价指标。 2 4 摩托车平顺性客观评价方法的建立 摩托车的振动主要通过座位、手把、 脚踏传递给驾驶员，如图2 4 所示。摩托 车驾驶员需要用脚控制档位和刹车，而其 重量主要由座位承受，脚踏仅起支撑作 用。而脚踏处与座位处振动对人体的影响 相比较而言，座位处是主要的，另外脚踏 处不易安装传感器，因此，实际测试中以 座位处来评价全身振动的大小。 基于以上国际标准i s o2 6 3 1 ：1 9 9 7 和 i s o5 3 4 9 ：2 0 0 1 的分析，参照其他国内标 准的形成和发展遵循的原则，使用手把、 座位处的总加权加速度均方根值来评价 图2 4 摩托车驾驶员受振模型 f i g2 4m o d e lo f m e c h a n i c a lv i b r a t i o n s i n f l u e n c i n gh u m a t mo nt h em o t o r c y c l e 摩托车振动对人体舒适和健康的影响。利用三轴向加速度传感器，按照摩托车坐 标系测量座位处的振动加速度，按照摩托车坐标系或生物力学坐标系、基本中心 坐标系测量手把处的振动加速度。手把处和座位处振动的分析过程相同，只是频 率分析范围不同，手把处各轴向频率分析范围为6 3 1 0 0 0 h z ：由于摩托车发动机 激励频率较高，而且幅值较大，因此座位处频率分析范围从i s o2 6 3 1 推荐的o 5 8 0 h z 扩大到0 5 4 0 0 h z 。 依据i s o2 6 3 1 和i s o5 3 4 9 推荐的振动基本评价方法的分析过程，摩托车平顺 性评价方法的具体内容如下： l 、首先计算单轴向加权加速度均方根值a 。，有两种计算方法： 对记录的加速度时间历程口( f ) ，通过相应的频率加权函数的滤波网络得到 加权加速度时间历程口。( 力，按下式计算加权加速度均方根值。 斤_ = 一 钆= 、恃i ：a 2 w ( t ) d t ( 2 1 0 ) t 。 式中，丁为振动的分析时间，最低不少于1 分钟。 重庆大学硕士学位论文2 摩托车平顺性客观评价方法研究 对记录的加速度时间历程口( f ) 进行频谱分析得到功率谱密度函数吧计 算a 。先按下式计算1 3 倍频带加速度均方根谱值： q = | j ：“瓯( 门i