大型客车平顺性道路试验方法研究

盛 云，杜志良

(潍柴动力上海研发中心，上海 201315)

1 现行平顺性试验标准用于大型客车的局限性

汽车的行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，又称为乘坐舒适性.研究汽车平顺性的主要目的就是控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”在给定工况的“输入”下不超过一定界限，以保持乘员的舒适性［1-2］.随着市场竞争的日益激烈，乘坐舒适性的提升已成为大型客车的核心竞争力.因此，研究如何使大型客车具有良好的行驶平顺性，已得到国内外汽车设计人员的高度重视.

试验是检验大型客车平顺性优劣的唯一途径.自上世纪30年代以来，在汽车平顺性方面已开展了大量的试验研究工作，国内外均形成了相关的标准，包括GB/T 4970－2009《汽车平顺性试验方法》［3］、ISO 2631－1997《机械振动与冲击 人体处于全身振动的评价》［4］、BS 6841－1987《Guide to measurement and evaluation of human exposure to whole－bodymechanicalvibration and repeated shock》［5］等.但在平顺性试验过程中，试验条件很难完全符合法规的各项要求，这给大型客车平顺性试验结果精度与可重复性的保证带来了挑战.

(1)试验道路是否满足法规要求

GB/T 4970中，要求随机输入行驶的试验道路为沥青路面或水泥路面，试验道路应平直，纵坡不大于1%，路面干燥，不平度应均匀无突变，累计的试验路面总长度不应小于试验样本个数要求的最短路面长度［3］.QC/T 474中，要求试验里面采集长度为不少于1 km的试验路段［6］.

但国内的汽车试验场，如东风汽车试验场与定远汽车试验场等，其性能道与高速环道均为水泥路面，各块水泥路段之间存在接缝;在城市公路或高速公路试验时，会不可避免地存在一些不确定因素，例如路面保养方面不能做到时时清理，路面存在着小石子等其他杂物和轻微的破损，这些使得路面的随机输入存在一定的突变性，从而在试验结果中，使坐垫的垂直加速度会出现一些比较突兀的加速度峰值，波形分布不均匀可能会导致加速度均方根值的增大;此外，经常行驶大型和中型载货车的车道与客车行驶的车道之间也存在区别.

因此，合适的平顺性试验道路直接关系到试验是否具有良好的重复性和可溯源性，其选择和确定存在很大的困难.

(2)试验过程中客车的行驶车速控制是否精确

与试验道路的选定相比，车速的控制相对较易实现，经验丰富的驾驶员可较好地保持标准中规定的行驶车速.但试验过程中，由于路况、车况的变换，驾驶员的人为操作会使得汽车不能完全匀速直线行驶，也会对试验结果产生较大的影响.

文中以某型12米城际客车为研究对象，在扬州市启扬高速对其进行整车平顺性试验，通过全路段试验的分析与对比，确定3 km的道路能用于大型客车的整车平顺性试验;采用同样方法在扬州市沪陕高速确定了3 km的平顺性试验道路，并通过多台大型客车的平顺性试验进行了验证.

2 大型客车平顺性道路试验方法设计

根据QC/T 474，某型12米城际客车设计最高车速大于100 km/h，其平顺性试验车速应为90 km/h.由于试验过程中发现车速偏差过大时，采集的原始振动信号波动较大，因此，将QC/T 474中规定的“±4%车速偏差”调整为“±2 km/h”.

试验地点为扬州启扬高速扬州西—瘦西湖段(里程碑256－241)，共15 km.

客车平顺性试验与分析的流程见图1.

图1 客车平顺性试验与分析的流程

在客车企业周边初步选定一条较平整，路面状况良好，且车流量较少的高速公路，进行整车平顺性测试，采集驾驶员同侧后桥 (驱动桥)正上方座椅坐垫上方及座椅支架的三向振动加速度信号，通过CAN总线记录汽车行驶的有关信息，并全程同步录制经过高速公路各里程碑的录像.

根据记录的经过高速公路各里程碑的时刻，将采集的数据逐段分割，分析对比各里程碑内的试验数据，舍弃不符合要求的数据，确定最佳的平顺性试验路段.

在确定的路段上重新进行整车平顺性试验，计算平顺性的评价指标等效均值，并评价客车的乘坐舒适性.

3 大型客车平顺性道路试验路段选取

3.1 原始数据分割

在选定的启扬高速扬州西—瘦西湖路段进行往返全程的整车平顺性测试，通过坐垫加速度传感器采集驾驶员同侧后桥 (驱动桥)正上方座椅坐垫上方的三向振动加速度信号，通过CAN总线记录汽车行驶的有关信息，包括车速、油门开度、发动机转速、发动机冷却水温、油温等，并全程同步录制视频，记录经过高速公路各里程碑的录像.根据高速公路里程碑对采集的数据进行分割，得到各里程碑之间，即每公里行驶里程内的试验数据.

3.2 行驶车速评价指标

对各里程碑内客车的行驶速度进行分析，并判断车速偏差|v－90|是否小于等于2 km/h，从中剔除无效的试验数据.对比往返程的行驶车速均值偏差是否小于等于1 km/h，满足该条件的即为有效试验数据.经过筛选，满足评价指标的为里程碑248－250、253－254内的试验数据，如图2、图3所示.

图2 里程碑248－250间往返的车速对比

图3 里程碑253－254间往返的车速对比

3.3 油门开度评价指标

对于满足3.2的试验数据，分析各里程碑内客车的油门开度，检查是否有急加速或急减速工况，并判断油门开度的平均值αmean是否大于50%，从中剔除无效的试验数据.对比往返程的油门开度均值偏差是否小于10%，满足该条件的即为有效试验数据.如图4与图5所示，里程碑248－250、253－254内均能找出足够长的满足油门开度评价指标的试验数据.

图4 里程碑248－250间往返的油门开度对比

图5 里程碑253－254间往返的油门开度对比

3.4 坐垫Z向振动信号时域评价指标

对于满足3.3的试验数据，计算各里程碑内(或者截取的数据段)的座椅支架与坐垫振动加速度时域均方根值 (Root Mean Square，RMS)，并判断其与所有数据的时域有效值平均值之间的相对误差是否小于5%，满足该条件的即为有效试验数据.

图6为扬州西至瘦西湖各里程碑内的振动加速度时域RMS值对比，

图6 扬州西-瘦西湖全路段振动加速度RMS值对比

表1中列出了里程碑248－250与253－254间往返的座椅支架与座椅坐垫振动加速度RMS值，其与所有数据的时域有效值平均值之间的相对误差均小于5%.

表1 248－250与253－254往返振动加速度RMS值对比

3.5 等效均值评价指标

对于满足3.4的试验数据，需采用法规中规定的“客车平顺性指标等效均值(Leq)”进行评价.计算座椅坐垫各方向的加权加速度均方根值与坐垫的总加权加速度均方根值，计算坐垫垂直振动的等效均值，分析往返路段的坐垫总加权加速度均方根值间的相对误差是否小于10%，等效均值的差值是否小于2dB，不同里程碑内的等效均值差值是否小于2dB.对满足该指标的试验结果计算算数平均，即为最终的试验结果.

试验样车在里程碑248至250、253至254内往返行驶时，坐垫总加权加速度均方根值间的相对误差最大仅7%，低于10%，等效均值间的差值均小于2dB，最终的等效均值可通过算术平均计算得到.具体结果见表2.

表2 248－250与253－254往返平顺性指标的对比

根据上述分析，也可直接确定最佳的客车平顺性试验路段.文中分析的扬州启扬高速扬州西-瘦西湖段，可固化里程碑253－254及248－250段为客车平顺性试验道路.

4 道路试验方法的应用

4.1 其他试验道路确定

采用同样的试验方法在扬州沪陕高速扬州南至广陵段确定了另一条平顺性试验道路，其里程碑为343－346.

4.2 试验道路验证

将文中提出的试验方法应用于另一中型客车的平顺性试验研究，试验道路为启扬高速瘦西湖至扬州西段，表3为试验结果.

表3 某中型客车的平顺性试验结果

在沪陕高速扬州南至广陵段对某大型城际客车进行平顺性试验，结果见表4.

表4 某大型客车的平顺性试验结果

5 结论

1)根据某型12米城际客车在扬州启扬高速扬州西至瘦西湖段的平顺性试验及试验结果的分析、对比，设计大型客车平顺性道路试验路段的选取方法，提出相关的评价指标，具有一定的科学性.

2)提出的试验方法已在多辆大型客车的平顺性试验中得到验证，具有一定的实用性.

［1］吴光强.汽车理论 ［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］GB/T 4971-2009汽车平顺性术语和定义 ［S］.

［3］GB/T 4970-2009汽车平顺性试验方法 ［S］.

［4］ISO 2631-1997机械振动与冲击 人体处于全身振动的评价 ［S］.

［5］BS 6841-1987 Guide to measurement and evaluation of human exposure to whole-body mechanical vibration and repeated shock［S］.

［6］QC/T 474-2011客车平顺性评价指标及其限值 ［S］.