莊經(jīng)偉

摘 要：本文主要針對(duì)摩托車振動(dòng)舒適性的測試與評(píng)價(jià)展開了探討，詳細(xì)闡述了客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)的方法，并對(duì)頻率范圍的選擇和測點(diǎn)的選擇作了系統(tǒng)的分析，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：摩托車；振動(dòng)舒適性；測試；評(píng)價(jià)

0 引言

振動(dòng)不僅會(huì)影響到摩托車的操控、零部件強(qiáng)度，而且也是反映摩托車騎乘舒適性的重要內(nèi)容。因此，為了保障摩托車的振動(dòng)舒適性，就要積極解決摩托車振動(dòng)舒適性的問題，所以我們需要對(duì)摩托車的振動(dòng)舒適性進(jìn)行測試與評(píng)價(jià)。基于此，本文就摩托車振動(dòng)舒適性的測試與評(píng)價(jià)進(jìn)行了探討，相信對(duì)有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。

1 客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法

摩托車的振動(dòng)主要通過手把、座椅、腳蹬、油箱等與人接觸的部位傳遞到人體。手把部位的振動(dòng)傳遞到手和手臂，屬于手傳振動(dòng)，座椅、腳蹬、油箱部位的振動(dòng)則傳遞到全身，屬于全身振動(dòng)?？陀^評(píng)價(jià)方法的主要參考依據(jù)為：汽車標(biāo)準(zhǔn)GB/T4970—2009、國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2631：《人體承受全身振動(dòng)評(píng)價(jià)指南》和ISO5349：《人體承受手傳振動(dòng)的測量與評(píng)價(jià)指南》。

測量設(shè)備一般由加速度傳感器、濾波器、均方根值檢波器、指示器及磁帶記錄儀等組成，也可采用設(shè)有計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)的專用測量儀直接讀取計(jì)權(quán)加速度。實(shí)際上，由于摩托車上安裝儀器的空間非常有限，振動(dòng)測量一般由多通道數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)采集軟件完成，然后在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行分析計(jì)算和顯示，測試系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。需要強(qiáng)調(diào)的是，所采用的加速度傳感器需要滿足低頻測量要求。

評(píng)價(jià)指標(biāo)是手把、腳踏、坐墊三個(gè)部位的加速度均方根值。手把處的傳感器應(yīng)通過固定座緊固在手把膠套的外端且不影響駕駛員駕駛，傳感器的拾振方向應(yīng)符合GB/T14790.1第4.2.3節(jié)的規(guī)定。腳踏處的傳感器應(yīng)通過固定座緊固在腳踏外端且不影響駕駛員駕駛，傳感器的拾振方向應(yīng)符合GB/T13441.1第5.2節(jié)的規(guī)定。坐墊處的傳感器應(yīng)與人體緊密接觸，并且在人體與座椅間放入一個(gè)安裝傳感器的墊盤，傳感器的測量方向應(yīng)符合GB/T13441.1第5.2節(jié)的規(guī)定。

試驗(yàn)時(shí)，受試車在穩(wěn)速段內(nèi)要穩(wěn)住車速，然后以規(guī)定的車速勻速駛過試驗(yàn)路段。在進(jìn)入試驗(yàn)路段時(shí)啟動(dòng)測試儀器以測量各部位的加速度時(shí)間歷程，同時(shí)記錄受試車行駛速度。測量時(shí)間應(yīng)不短于30s。測量時(shí)手把處的振動(dòng)記錄中心頻率6.3Hz～1250Hz的1/3倍頻帶頻率范圍內(nèi)振動(dòng)信號(hào)，坐墊及腳踏處記錄中心頻率6.3Hz～400Hz的1/3倍頻帶頻率范圍內(nèi)振動(dòng)信號(hào)。

數(shù)據(jù)處理流程如圖2所示。

一般的數(shù)據(jù)采集軟件可以直接計(jì)算出各1/3倍頻程加速度均方根譜值aj，然后按公式（1）計(jì)算頻率計(jì)權(quán)，這里的計(jì)權(quán)主要是指人體對(duì)不同頻率振動(dòng)的反應(yīng)。

其中，aw為頻率計(jì)權(quán)加速度，單位m/s2；aj為1/3倍頻程第j頻段實(shí)測的加速度均方根值，單位m/s2；wj為1/3倍頻程第j頻段的計(jì)權(quán)因子；n為1/3倍頻程頻段總數(shù)。

然后，將各軸向的加速度值合成總計(jì)權(quán)加速度均方根值awo，按公式（2）計(jì)算。

其中，ax，y，z為各軸向頻率計(jì)權(quán)后的加速度均方根值，單位m/s2，kx，y，z為各軸向計(jì)權(quán)系數(shù)。

為了表述方便，一般地，也可將結(jié)果表示成對(duì)數(shù)形式，總加權(quán)加速度振級(jí)Law，按公式（3）計(jì)算。

Law=20lg（awo/a0） （3）

其中，a0為參考加速度均方根值，a0=10-6m/s2。

2 頻率范圍的選擇

《摩托車和輕便摩托車振動(dòng)舒適性試驗(yàn)方法》（征求意見稿）統(tǒng)一了試驗(yàn)路面、試驗(yàn)車速，便于各企業(yè)之間試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，但對(duì)于試驗(yàn)頻率范圍的規(guī)定與現(xiàn)有文獻(xiàn)有一定差異。征求意見稿規(guī)定：測量時(shí)手把處記錄中心頻率6.3Hz～1250Hz的1/3倍頻帶頻率范圍內(nèi)振動(dòng)信號(hào)，座椅、座椅靠背及腳踏處記錄中心頻率6.3Hz～400Hz的1/3倍頻帶頻率范圍內(nèi)振動(dòng)信號(hào)。GB/T4970規(guī)定座椅和腳踏處加速度頻率范圍為中心頻率0.5Hz～80Hz的1/3倍頻帶頻率范圍。二者差異在于0.5Hz～6.3Hz和80Hz～400Hz這兩部分頻率分量，其中低頻部分代表路面激勵(lì)，高頻部分代表發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)。實(shí)際上，人體全身對(duì)于低頻振動(dòng)更為敏感，從ISO2631表3中可以看出低頻加權(quán)系數(shù)都比較大，低頻分量容易導(dǎo)致人體疲勞和暈車。因此，有必要對(duì)該低頻分量進(jìn)行比較研究。

利用道路實(shí)車振動(dòng)舒適性客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照上述試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理流程進(jìn)行處理，分別按照0.5Hz～400Hz和6.3Hz～400Hz進(jìn)行處理，然后計(jì)算二者的差值以及后者相對(duì)于前者的相對(duì)誤差，二者的相對(duì)誤差如圖3所示。從圖中可以看出，座椅受低頻影響大，相對(duì)誤差較高，一般超過10%，部分甚至超過30%。相對(duì)而言，左右腳踏部位高頻成分占主要因素，受低頻影響不大，相對(duì)誤差普遍小于10%。結(jié)合摩托車的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樽笥夷_踏直接與發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱連接，因此，受發(fā)動(dòng)機(jī)高頻因素影響明顯大于受地面低頻因素的影響。座椅則安裝在車架上，受路面和發(fā)動(dòng)機(jī)共同影響，但在低頻主要受路面影響較大。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，比較了座椅處0.5Hz～400Hz和0.5Hz～80Hz的處理結(jié)果，二者相對(duì)誤差如圖4所示。由圖4可見，二者差別非常小，一般小于5%。因此，此處宜將座椅和腳踏分開處理，選擇不同的頻率范圍。例如，座椅選擇0.5Hz～80Hz頻率范圍，腳踏選擇6.3Hz～400Hz頻率范圍。

3 測點(diǎn)的選擇

按照標(biāo)準(zhǔn)中的定義，手傳振動(dòng)是指通過手掌或手指直接加在或傳到手臂系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)，全身振動(dòng)是指通過人體的支承面?zhèn)鬟f到整個(gè)身體的機(jī)械振動(dòng)。因此，振動(dòng)的測試位置包括左右手把、左右腳踏、座椅、靠背、腿部與油箱接觸處、以及乘客座椅、乘客腳踏、乘客扶手處。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，騎式車油箱處的振動(dòng)對(duì)人身確實(shí)存在危害，牛路明針對(duì)該試驗(yàn)方法也提出自己的建議，例如要求駕駛員坐姿要標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于評(píng)價(jià)位置也提出應(yīng)增加后視鏡、乘員扶手、腳踏等位置。因此，有必要對(duì)這些位置進(jìn)行細(xì)致的比較研究，例如駕駛員與乘客部位的相似性、左右側(cè)的對(duì)稱性等。

利用道路實(shí)車振動(dòng)舒適性客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照上述試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理流程進(jìn)行處理，比較了左右側(cè)手把的試驗(yàn)結(jié)果，分析其對(duì)稱性，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。同時(shí)還比較了左右側(cè)腳踏的試驗(yàn)結(jié)果，如圖6所示。隨后，比較了座椅、客座、腿部與油箱接觸部位的試驗(yàn)結(jié)果，如圖7所示。由圖5可以明顯地看出左右手把的振動(dòng)基本一致，數(shù)值上差別也不大，證明二者是對(duì)稱的。也可以看出手把受發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)影響較大，在某一車速下激起了車架手把的固有模態(tài)，振動(dòng)幅值最大，而在其他車速下振動(dòng)較小。從圖6可以看出左右腳踏部位的振動(dòng)也基本一致，數(shù)值上也很接近，從而也證明二者是對(duì)稱的。同樣地，因?yàn)槟_踏直接連接在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱上，受發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)影響較大。從圖7中可以看出，油箱與座椅的振動(dòng)結(jié)果非常接近，二者趨勢一致。油箱與座椅受路面和發(fā)動(dòng)機(jī)共同激勵(lì)，因此看不出明顯的共振現(xiàn)象。比較座椅與客座振動(dòng)結(jié)果，二者存在明顯差別，但趨勢基本是一致的。分析其原因，主要是由于二者的承載不同，安裝在駕駛員座椅上的座墊傳感器承受了駕駛員的重量，但乘客位置未加載配重。因此，有必要進(jìn)一步驗(yàn)證，由于摩托車特殊的結(jié)構(gòu)，可以考慮在試驗(yàn)室內(nèi)的底盤測功機(jī)上駕駛員和乘客同時(shí)乘坐再進(jìn)行測試。

由上述分析得知，左右手把、左右腳踏存在明顯的對(duì)稱性。因此，在試驗(yàn)條件受限的情況下，可以考慮減少測點(diǎn)。

考慮到需要操縱右側(cè)手把調(diào)節(jié)油門，可以優(yōu)先采集左手把的振動(dòng)；同樣地，左腳擱置在左側(cè)腳踏上進(jìn)行換擋操作，可以優(yōu)先采集右側(cè)腳踏的振動(dòng)。

4 結(jié)語

綜上所述，摩托車振動(dòng)舒適性對(duì)于摩托車的行駛來說有著一定的影響，因此，如何確保摩托車的振動(dòng)舒適性尤為重要。而首先，我們需要積極采取有效的措施，做好摩托車振動(dòng)舒適性的測試與評(píng)價(jià)工作，以此為基礎(chǔ)，從而保障摩托車的正常行駛質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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