摩托车振动舒适性客观评价试验方法研究*

李加庆 刘华民 黄文栋

（1-上海机动车检测中心上海2018052-中国质量认证中心）

摩托车振动舒适性客观评价试验方法研究*

李加庆1刘华民2黄文栋1

（1-上海机动车检测中心上海2018052-中国质量认证中心）

简要回顾了摩托车振动舒适性评价方法研究现状，介绍摩托车振动舒适性客观评价方法的基本内容，包括测量原理、试验方法、数据处理流程等，依据试验数据分析对测量频率范围和测点的选择进行研究，对开展摩托车振动舒适性评价和改进设计具有一定参考意义。

摩托车振动舒适性客观评价试验方法

引言

由于路面颠簸和发动机运转不平衡等原因导致了摩托车的振动，然后主要通过手把、座椅、脚蹬、油箱等与人接触的部位传递到人体。振动不仅影响摩托车的骑乘舒适性和操纵稳定性，而且还容易导致零部件松动和早期疲劳，对安全性构成潜在威胁。振动现象给消费者的感受最直观、最表面，直接影响到他们的购买意愿。开展摩托车振动舒适性研究具有非常重要的现实意义，对于如何评价摩托车的振动舒适性，包括如何选择测点及频率范围等，还存在一些关键问题值得探讨。

1 客观评价试验方法

目前，汽车领域已形成一个比较完善的平顺性评价体系，包括：GB/T 4970—2009《汽车平顺性试验方法》国家标准[1]，适用于M类、N类车辆；QC/T 474—2011《客车平顺性评价指标及限值》行业标准[2]，适用于M2、M3类汽车。摩托车行业的相关标准正在制定中，目前已完成《摩托车和轻便摩托车振动舒适性试验方法》征求意见稿。摩托车与汽车结构差异较大，汽车动力系统一般通过悬置安装到车身上，而摩托车发动机一般通过刚性连接悬挂在车架上，所以评价摩托车的振动舒适性只能参照汽车平顺性标准以及有关国际标准，而不能简单地照搬汽车行业标准。

摩托车的振动主要通过手把、座椅、脚蹬、油箱等与人接触的部位传递到人体。手把部位的振动传递到手和手臂，属于手传振动，座椅、脚蹬、油箱部位的振动则传递到全身，属于全身振动。客观评价方法的主要参考依据为：汽车标准GB/T 4970—2009、国际标准ISO 2631：《人体承受全身振动评价指南》[3]和ISO 5349：《人体承受手传振动的测量与评价指南》[4]。

测量设备一般由加速度传感器、滤波器、均方根值检波器、指示器及磁带记录仪等组成，也可采用设有计权网络的专用测量仪直接读取计权加速度。实际上，由于摩托车上安装仪器的空间非常有限，振动测量一般由多通道数据采集器和数据采集软件完成，然后在计算机上进行分析计算和显示，测试系统构成如图1所示。需要强调的是，所采用的加速度传感器需要满足低频测量要求。

图1 振动测量原理

评价指标是手把、脚踏、坐垫三个部位的加速度均方根值。手把处的传感器应通过固定座紧固在手把胶套的外端且不影响驾驶员驾驶，传感器的拾振方向应符合GB/T 14790.1第4.2.3节的规定。脚踏处的传感器应通过固定座紧固在脚踏外端且不影响驾驶员驾驶，传感器的拾振方向应符合GB/T 13441.1第5.2节的规定。坐垫处的传感器应与人体紧密接触，并且在人体与座椅间放入一个安装传感器的垫盘，传感器的测量方向应符合GB/T13441.1第5.2节的规定。

试验时，受试车在稳速段内要稳住车速，然后以规定的车速匀速驶过试验路段。在进入试验路段时启动测试仪器以测量各部位的加速度时间历程，同时记录受试车行驶速度。测量时间应不短于30 s。测量时手把处的振动记录中心频率6.3 Hz～1250 Hz的1/3倍频带频率范围内振动信号，坐垫及脚踏处记录中心频率6.3 Hz～400 Hz的1/3倍频带频率范围内振动信号。

数据处理流程如图2所示。

图2 数据处理流程

一般的数据采集软件可以直接计算出各1/3倍频程加速度均方根谱值aj，然后按公式（1）计算频率计权，这里的计权主要是指人体对不同频率振动的反应。

其中，aw为频率计权加速度，单位m/s2；aj为1/3倍频程第j频段实测的加速度均方根值，单位m/s2；wj为1/3倍频程第j频段的计权因子；n为1/3倍频程频段总数。

然后，将各轴向的加速度值合成总计权加速度均方根值awo，按公式（2）计算。

其中，ax，y，z为各轴向频率计权后的加速度均方根值，单位m/s2，kx，y，z为各轴向计权系数。

为了表述方便，一般地，也可将结果表示成对数形式，总加权加速度振级Law，按公式（3）计算。

其中，a0为参考加速度均方根值，a0=10-6m/s2。

2 频率范围的选择

《摩托车和轻便摩托车振动舒适性试验方法》（征求意见稿）统一了试验路面、试验车速，便于各企业之间试验数据的统一，但对于试验频率范围的规定与现有文献有一定差异。征求意见稿规定：测量时手把处记录中心频率6.3 Hz～1250 Hz的1/3倍频带频率范围内振动信号，座椅、座椅靠背及脚踏处记录中心频率6.3 Hz～400 Hz的1/3倍频带频率范围内振动信号。GB/T 4970规定座椅和脚踏处加速度频率范围为中心频率0.5 Hz～80 Hz的1/3倍频带频率范围。二者差异在于0.5 Hz～6.3 Hz和80 Hz～400 Hz这两部分频率分量，其中低频部分代表路面激励，高频部分代表发动机激励。实际上，人体全身对于低频振动更为敏感，从ISO 2631表3中可以看出低频加权系数都比较大，低频分量容易导致人体疲劳和晕车。因此，有必要对该低频分量进行比较研究。

利用道路实车振动舒适性客观评价试验数据，按照上述试验方法和数据处理流程进行处理，分别按照0.5 Hz～400 Hz和6.3 Hz～400 Hz进行处理，然后计算二者的差值以及后者相对于前者的相对误差，二者的相对误差如图3所示。从图中可以看出，座椅受低频影响大，相对误差较高，一般超过10%，部分甚至超过30%。相对而言，左右脚踏部位高频成分占主要因素，受低频影响不大，相对误差普遍小于10%。结合摩托车的结构，因为左右脚踏直接与发动机变速箱连接，因此，受发动机高频因素影响明显大于受地面低频因素的影响。座椅则安装在车架上，受路面和发动机共同影响，但在低频主要受路面影响较大。为了验证这一点，比较了座椅处0.5 Hz～400 Hz和0.5 Hz～80 Hz的处理结果，二者相对误差如图4所示。由图4可见，二者差别非常小，一般小于5%。因此，此处宜将座椅和脚踏分开处理，选择不同的频率范围。例如，座椅选择0.5 Hz～80 Hz频率范围，脚踏选择6.3 Hz～400 Hz频率范围。

图3 不同频率范围客观评价试验结果相对误差比较曲线

图4 不同频率范围座椅相对误差曲线

3 测点的选择

按照标准中的定义，手传振动是指通过手掌或手指直接加在或传到手臂系统的机械振动，全身振动是指通过人体的支承面传递到整个身体的机械振动。因此，振动的测试位置包括左右手把、左右脚踏、座椅、靠背、腿部与油箱接触处、以及乘客座椅、乘客脚踏、乘客扶手处。实际经验表明，骑式车油箱处的振动对人身确实存在危害，牛路明[5]针对该试验方法也提出自己的建议，例如要求驾驶员坐姿要标准，对于评价位置也提出应增加后视镜、乘员扶手、脚踏等位置。因此，有必要对这些位置进行细致的比较研究，例如驾驶员与乘客部位的相似性、左右侧的对称性等。

利用道路实车振动舒适性客观评价试验数据，按照上述试验方法和数据处理流程进行处理，比较了左右侧手把的试验结果，分析其对称性，试验结果如图5所示。同时还比较了左右侧脚踏的试验结果，如图6所示。随后，比较了座椅、客座、腿部与油箱接触部位的试验结果，如图7所示。由图5可以明显地看出左右手把的振动基本一致，数值上差别也不大，证明二者是对称的。也可以看出手把受发动机激励影响较大，在某一车速下激起了车架手把的固有模态，振动幅值最大，而在其他车速下振动较小。从图6可以看出左右脚踏部位的振动也基本一致，数值上也很接近，从而也证明二者是对称的。同样地，因为脚踏直接连接在发动机曲轴箱上，受发动机激励影响较大。从图7中可以看出，油箱与座椅的振动结果非常接近，二者趋势一致。油箱与座椅受路面和发动机共同激励，因此看不出明显的共振现象。比较座椅与客座振动结果，二者存在明显差别，但趋势基本是一致的。分析其原因，主要是由于二者的承载不同，安装在驾驶员座椅上的座垫传感器承受了驾驶员的重量，但乘客位置未加载配重。因此，有必要进一步验证，由于摩托车特殊的结构，可以考虑在试验室内的底盘测功机上驾驶员和乘客同时乘坐再进行测试。

由上述分析得知，左右手把、左右脚踏存在明显的对称性。因此，在试验条件受限的情况下，可以考虑减少测点。考虑到需要操纵右侧手把调节油门，可以优先采集左手把的振动；同样地，左脚搁置在左侧脚踏上进行换挡操作，可以优先采集右侧脚踏的振动。

图5 左右手把振动结果比较曲线

图6 左右脚踏振动结果比较曲线

图7 座椅、油箱、客座振动结果比较曲线

4 结论

依据客观评价试验方法和数据处理流程，研究脚踏、座椅部位的频率范围选择，以及测点选择问题，得出如下结论：

1）由于振动来源不同，座椅主要受路面振动影响，脚踏主要受发动机振动影响，因此宜将座椅和脚踏分开处理，选择不同的频率范围。建议座椅选择0.5 Hz～80 Hz频率范围，脚踏选择6.3 Hz～400 Hz频率范围。

2）左右手把、左右脚踏具有明显的对称性。因此，在试验条件受限的情况下，可以优先考虑测量左手把、右脚踏的振动。

结论对开展摩托车振动舒适性设计具有一定参考意义，但这是建立在有限试验数据的基础上，应开展大量试验研究，进一步验证上述规律，以及分析客观评价试验与主观评价之间的关联性。

1中国国家标准化管理委员会.GB/T 4970—2009，汽车平顺性试验方法[S].北京：中国标准出版社，2009

2中国国家标准化管理委员会.QC/T 474—2011，客车平顺性评价指标及限值[S].北京：中国标准出版社，2011

3ISO2631-1-1997，Mechanical vibration and shock-Evaluation of human exposure to whole-body vibration-Part 1：General requirements[S]

4ISO5349-1-2001，Mechanical vibration-Measurement and evaluation of human exposure to hand-transmitted vibration-Part 1：General requirements[S]

5牛路明.摩托车振动舒适性试验方法研究[J].摩托车标准化，2012（3）：26～29

Study on Motorcycle Vibration Comfort Objective Evaluation Test Method

Li Jiaqing1，Liu Huamin2，Huang Wendong1
1-Shanghai Motor Vehicle Inspection Center（Shanghai，201805，China）2-China Quality Certification Center

The research status of motorcycle vibration comfort objective evaluation method is briefly reviewed.It is introduced of the basic contents of motorcycle vibration comfort objective evaluation method，which includes the principle of testing，testing method,data processing progress，and so on.Issues about selecting testing points and frequency band are studied based on test data analysis.It makes a reference for design on motorcycle vibration comfort.

Motorcycle，Vibration comfort，Objective evaluation method

U483

A

2095-8234（2014）05-0034-04

2014-06-26）

本项目得到上海机动车检测中心科技创新团队专项资金资助，资助团队号为（2012-CX-05）。

李加庆（1977-），男，博士，主要研究方向为机动车振动噪声控制。