某型车载榴弹炮底盘平顺性评价及试验研究

兀光波，考希宾，杨巧丽，闫金海，孔 巍，王延琦，肖 盼

(1.兵器工业卫生研究所 中国兵器工业集团公司人-机-环境重点实验室，陕西 西安 710065;2.陕西职业技术学院 汽车工程学院，陕西 西安 710100)

某型车载榴弹炮底盘平顺性评价及试验研究

兀光波1，考希宾1，杨巧丽1，闫金海1，孔 巍1，王延琦1，肖 盼2

(1.兵器工业卫生研究所 中国兵器工业集团公司人-机-环境重点实验室，陕西 西安 710065;2.陕西职业技术学院 汽车工程学院，陕西 西安 710100)

测试与评价了某型车载榴弹炮底盘平顺性，为其振动控制与设计改进提供技术参数。连续记录车载榴弹炮在两种路面条件以不同速度行驶时座椅座垫上方、座椅靠背处、脚支撑面处的三轴向振动信号，并对试验记录到的数据进行频谱分析，得到0.5～80 Hz频率范围内各测点三个轴向的 1/3倍频带振动加速度均方根值，分别按照国军标的相关规定计算、查表得出驾驶员 “舒适性降低限-允许暴露时间”及驾驶员的主观感觉。试验结果表明，该车载榴弹炮以30～80 km/h行驶时驾驶员全身振动暴露的“舒适性降低限-允许暴露时间”为 0.25—1 h，驾驶员的主观感觉为不舒服或很不舒服。该车载榴弹炮系统底盘平顺性需进一步提高。

车载榴弹炮；底盘；平顺性；评价；测试

平顺性是指避免车辆在行驶过程中所产生的振动和冲击使人感到不舒服、疲劳甚至损害健康，或使货物损坏的性能[1]。车载榴弹炮作为同车辆底盘构成一体自身可运动的火炮，其运动状态下的底盘系统同样存在平顺性问题。车载榴弹炮在行驶过程中，特别是在较差的道路条件下高速行驶时，底盘系统振动和冲击不仅会降低作业人员乘坐舒适性与作业工效，还会导致设备的损坏，影响火炮系统装备的可靠性。同时，为了避免这种情况发生，驾驶员不得不降低行驶速度，从而间接影响了车载榴弹炮的机动性。因此，针对车载榴弹炮底盘开展平顺性评价与试验研究具有一定的现实意义。

车载榴弹炮行驶过程中，作业人员处于全身振动环境中，应参照全身振动评价方法评价其底盘平顺性[2]。目前，关于装备行驶过程中作业人员全身振动的测试与评价研究多集中在坦克、装甲车辆等装备方面[3-8]，且主要针对座椅座垫上方进行振动测量评价，未综合考虑座椅靠背及脚支撑面处的振动对作业人员舒适性的综合影响。而关于车载榴弹炮作业人员全身振动的试验研究较少。笔者首先确定了车载榴弹炮底盘平顺性评价方法，并选择某型车载榴弹炮作为研究对象，在该车载榴弹炮于两种道路上以不同速度行驶的状态下对驾驶员座椅座垫上方、座椅靠背及脚支撑面处3个测点的振动进行测量，开展平顺性测试试验，最后采用确定的评价方法对该车载榴弹炮进行了平顺性评价。

1 评价方法的确定

1.1 单一频带均方根值评价

目前，评价军事作业振动环境对人员舒适性的影响主要依据GJB 966—1990《人体全身振动暴露的舒适性降低限和评价准则》进行，GJB 966—1990等效采用ISO 2631/1—1985《Evaluation of humanexposure to whole-body vibration Part 1：General requirements》，规定了人体全身振动暴露时，保持人体舒适的振动参数界限和评价准则。

由于车载榴弹炮行驶时属于多轴向宽带振动，根据GJB 966—1990，首先应对测量得到的各测点x、y、z3个轴向振动加速度信号进行频谱分析，得到1～80 Hz频率范围内20个1/3倍频带中心频率的加速度均方根值ax、ay、az。再对ax、ay、az按照各轴向、各频带中心频率相应的加速度界限分别进行评定，得到3个轴向的“舒适性降低限-允许暴露时间”，并以3个轴向中最短的允许暴露时间作为该测点允许暴露时间，作业人员暴露于振动环境中的时间如果超过允许暴露时间，振动将引起舒适性降低[9]。

1.2 总加权加速度均方根值评价

由于ISO 2631/1—1985在是否适于评价长时间的随机振动以及冲击较大的振动方面仍存在争议[4]。国际标准化组织于1997年对ISO 2631/1—1985进行了全面修订，我国也对应修订公布了GB/T 4970—2009《汽车平顺性试验方法》。由于车载榴弹炮底盘系统一般采用专用卡车或越野汽车底盘，因此可参照GB/T 4970—2009《汽车平顺性试验方法》对其进行平顺性评价。GB/T 4970—2009规定了振动对人体舒适性感觉的评价方法，并给出了主、客观评价对应表。

表1 总加权加速度均方根值v与人的主感觉之间的关系

对比以上两种评价方法，单一频带均方根值评价仅考虑了横向(x、y轴向)及纵向(z轴向)中各轴向最短“舒适性降低限-允许暴露时间”所对应的频率，而未综合考虑不同频率振动加速度均方根值的联合作用及不同方向、测点振动的综合影响。而总加权加速度均方根值评价不仅考虑了人体对各频率振动敏感程度的不同，计算对人体产生影响的0.5～80 Hz范围内各频率振动加速度均方根值，以不同的加权系数折算为最敏感频率(纵向4～8 Hz，横向1～4 Hz)内的加速度均方根值，同时还给出了不同测点、轴向的频率加权函数，分别计算各测点总加权加速度均方根值、综合总加权加速度均方根值，弥补了采用单一频带均方根值评价过程中忽略不同频率加速度均方根值的联合作用及不同方向、测点振动综合影响的不足。笔者采用以上两种方法进行分析评价。

2 测试试验

2.1 试验条件

试验的道路条件包括水泥路面、砂石路面、鹅卵石路面和硬土路面。试验时现场气象条件测试结果如表2所示。

表2 试验现场气象条件测试结果

2.2 试验仪器设备

试验仪器设备包括：自研AD数据采集记录仪、5313A三向座垫振动传感器、SDLT-S01三向压电加速度传感器、自研压电模拟信号分析处理软件。自研AD数据采集记录仪分辨率为16位，带宽为0～ 5 kHz，采样率为10 Kib/s。传感器经检定合格后使用，技术参数如表3所示。

表3 传感器技术参数表

2.3 试验方案

试验时，1#、2#三向座垫振动传感器分别布置在驾驶员座椅座垫上方及座椅靠背处，以测量主要、辅助支撑面上的振动；三向压电加速度传感器安装在距离车辆油门踏板9.6 cm处，以测量驾驶员脚支撑面处的振动。具体布放位置如图1～2所示，车体前进方向为x轴(背至胸)，左右为y轴(右侧至左侧)，上下为z轴(脚或臀至头)。

试验过程中，AD数据采集记录仪连续采集、记录车载榴弹炮在包括砂石路面、鹅卵石路面和硬土路面在内的综合路面上以30、40 km/h匀速行驶时,以及在水泥路面以50、60、70、80 km/h匀速行驶时，座椅座垫上方、座椅靠背处、脚支撑面处的三轴向振动加速度信号。测试试验流程如图3所示。

3 试验数据分析及结果评价

3.1 数据分析

利用压电模拟信号分析处理软件对试验采集记录到的振动加速度信号进行频谱分析，得到0.5～ 80 Hz频率范围内座椅座垫上方、座椅靠背处、脚支撑面处3个测点x、y、z轴向的 1/3倍频带振动加速度均方根值。各测点z轴向的试验结果如图4～9所示。

从图4～9中可以看出，车载榴弹炮以各试验速度行驶时座椅座垫上方z轴向振动峰值，以及在60、70、80 km/h等中高速行驶时座椅座垫靠背处z轴向振动峰值均出现在8 Hz，处于人体承受纵向振动加速度时敏感频率区域(4～8 Hz)，因此，车载榴弹炮在中高速行驶时的z轴向振动对驾驶员的舒适性影响最大。

3.2 结果评价

3.2.1 单一频带均方根值评价

按照GJB 966—1990规定的方法，得到车载榴弹炮以各试验速度行驶时驾驶员承受座椅座垫上方、座椅靠背处、脚支撑面处各轴向振动的舒适性降低限-允许暴露时间，如表4所示。

表4 不同速度下驾驶员三轴向振动暴露的舒适性

由表4可以看出车载榴弹炮在综合路面上以30 km/h行驶时，驾驶员承受座椅座垫上方、座椅靠背处、脚支撑面处振动允许暴露时间均为1 h，超过1 h后振动均将引起驾驶员舒适性降低；车载榴弹炮在综合路面上以40 km/h行驶时，驾驶员承受座椅座垫上方、座椅靠背处、脚支撑面处振动振动允许暴露时间分别为0.25、0.25、1 h，超过0.25 h振动将引起驾驶员舒适性降低；车载榴弹炮在水泥路面上以50、60 km/h行驶时，驾驶员承受座椅座垫上方、座椅靠背处、脚支撑面处振动振动允许暴露时间分别为1、1、2.5 h，超过1 h后振动将引起驾驶员舒适性降低；车载榴弹炮在水泥路面上以70 km/h行驶时，驾驶员承受座椅座垫上方、座椅靠背处、脚支撑面处振动振动允许暴露时间均为1 h，超过1 h后振动均将引起驾驶员舒适性降低；车载榴弹炮在水泥路面上以80 km/h行驶时，驾驶员承受座椅座垫上方、座椅靠背处、脚支撑面处振动振动允许暴露时间分别为0.25、1、0.25 h，超过0.25 h后振动均将引起驾驶员舒适性降低。

3.2.2 总加权加速度均方根值评价

表5 不同速度下各测点总加权加速度均方根值vj m·s-2

表6 不同速度下v以及其与人的主观感觉之间的关系

3 结束语

对比两种评价方法，单一频带均方根值评价未综合考虑不同频率振动加速度均方根值的联合作用及不同方向、测点振动的综合影响。而总加权加速度均方根值评价不仅考虑了人体对各频率振动敏感程度的不同，还以不同测点、轴向振动加速度均方根值为基础通过计算综合总加权加速度均方根值，以人体的舒适性感觉进行评价。且GB/T 4970—2009也对应于ISO2631-1—1997修订公布，因此，综合比较，笔者认为GB/T 4970—2009更加全面、准确。

试验结果显示，车载榴弹炮以各种速度行驶时的座椅座垫上方z轴向振动峰值，以及在中高速行驶时的座椅靠背处z轴向振动峰值均出现在8 Hz，处于人体承受纵向振动加速度时敏感频率区域(4～ 8 Hz)，因此，低频纵向振动是引起驾驶员不舒适的主要原因。车载榴弹炮以各种行驶速度行驶时，各测点的振动强度随着行驶速度的提高有不同程度的增加，这与实际情况是相一致的。

按照GJB 966—1990规定的评价方法，该车载榴弹炮以30～80 km/h行驶时，驾驶员全身振动暴露的“舒适性降低限允许暴露时间”为 0.25—1 h，超过此时间范围振动将引起驾驶员舒适性降低，而车载榴弹炮乘员的一般作业时间要求为4 h，因此，不能在4 h作业时间内均保持驾驶员良好的舒适性。同时，按照GB/T 4970—2009规定的评价方法，该车载榴弹炮以30～80 km/h行驶时，驾驶员的主观感觉为不舒服或很不舒服，说明该车载榴弹炮行驶过程中的振动对驾驶员乘坐舒适性影响较大，需从车载榴弹炮系统的振动控制以及座椅减振设计方面进行振动控制改进，以进一步提高底盘平顺性。

References)

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Evaluation and Experiment Study on the Ride Comfort of a Truck-mounted Howitzer’s Chassis

WU Guangbo1, KAO Xibin1, YANG Qiaoli1, YAN Jinhai1, KONG Wei1, WANG Yanqi1, XIAO Pan2

(1.Institute for Hygiene of Ordnance Industry Key Laboratory of Man-machine Environment of China North Idustrries Group Corporation, Xi’an 710065，Shaanxi, China；2.College of Automobile Engineering of Shannxi Vocational and Technical College, Xi’an 710100, Shaanxi, China)

The ride comfort of a truck-mounted howitzer’s chassis was tested and evaluated, which provided technical parameters for the vibration control and the design modification of the chassis. The vibration signals ofx,yandzaxes on the seat cushion, seat back and foot support surface were conti-nuously recorded when the truck-mounted howitzer was running on two different road surfaces at diffe-rent velocities with the processed data analyzed in frequency domain. One-third-octave band vibration acceleration RMS (Root Mean Square) was calculated within the frequency range of 0.5～80 Hz alongx,yandzaxes representing the seat cushion, seat back and foot support surface. According to national military stanclard, calculations were made to get the reduced comfort boundary-allowable exposure time and the subjective sensation of the driver by conferring to the standard chart. The experimental results showed that “the reduced comfort boundary and allowable exposure time limit”was 1/4—1 h, and the subjective sensation of the driver was uncomfortable or dreadfully uncomfortable when the truck-mounted howitzer was running at a speed of 30～80 km/h. Improvement should be made in the ride comfort of truck-mounted howitzer’s chassis.

truck-mounted howitzer; chassis; ride comfort; evaluation; test

10.19323/j.issn.1673-6524.2017.01.017

2016-01-26

兀光波(1983—)，男，工程师，硕士研究生，主要从事装备人机工程技术研究。E-mail：boborov@163.com

U467.1

A

1673-6524(2016)04-0084-06