乘用车平顺性主客观相关性分析

薛志祥　徐有忠

摘 要：本文介绍了乘用车平顺性开发过程中，主观评价与客观测试的相关性分析和应用。

关键词：平顺性 主观评价 客观测试 相关性

The Subjective and Objective Correlation Analysis of Passenger Car Ride Comfort

Xue Zhixiang Xu Youzhong

Abstract：This article introduces the correlation analysis of subjective evalution and objective measurement during the vehicle ride comfort development.

Key words：ride comfort， subjective evaluation， objective measurement， correlation analysis

1 引言

随着中国汽车市场的日益成熟，用户对于汽车平顺性越发的关注，汽车平顺性作为用户能够明显感知的性能，是汽车主机厂在产品开发过程中最重要的整车性能之一。汽车平顺性是将汽车在行驶过程中产生的振动和噪声对乘员舒适性感觉的影响控制一定范围内，通常平顺性主要根据乘员主观感受的舒适性来评价。汽车主机厂在产品开发过程中需要将具体的工程指标进行量化并将存在的问题加以改进，并快速验证，就需要引入主观评价和客观测试的相关性研究的方法。

2 平顺性主观评价和客观测试

2.1 平顺性主观评价方法和评分体系

大量工程实践表明，目前还不存在任何一种测量和分析方法能够全面地测量和评价通过同汽车接触而作用于人体生物组织上各种影响量。在汽车开发过程中，主观评价为平顺性提供有效、快捷、可靠的评定依据。为了提高效率，节约成本，一般会使用经过培训后并得到相关资质认证的评价工程师。

平顺性开发过程中，一般会选取典型的路况（如：市区工况、高速公路、乡村公路、减速坎、井盖、铁轨、修补沥青路面、路面接缝、粗糙沥青路面等），以不同的车速和载荷状况行驶。在行驶过程中对车身运动、车轮运动以及伴随的噪声进行评价和记录，给出对乘员舒适性感觉的影响评估。

主观评价通常采用SAE评分等级（10分制）进行，考虑到用户对于平顺性较为敏感，有时评价车辆性能比较接近，其性能差异小于1分，因此需要引入0.5和0.25分来区分其特性，并通过注释说明来描述清楚。具体见表1。

2.2 平顺性客观测试方法和特征参数

随着测量方法的不断进步，众多的科研工作者也研究出了评估平顺性的测试方法和特征参数。GB/T4970-2009《汽车平顺性试验方法》和ISO2631-1：1997（E）《机械振动与冲击 人体暴露于整体振动评价——第1部分：一般要求》对两个典型测试工况和特征参数给出指导意见，如下：

2.2.1 脉冲输入行驶评价方法

为了描述脉冲输入对人体（舒适性感觉）的影响，引入峰值系数和振动剂量值（Vibration Dose Value，简称VDV）来评价。VDV的计算公式如下：

其中——加权加速度时间历程，单位为m/s2;

T——作用时间，通常指汽车接触冲击块到汽车驶过冲击块且冲击响应消失时间段，单位为s;VDV的单位是m/s1.75。

2.2.2 随机输入行驶评价方法

为了描述随机输入对人体（舒适性感觉）的影响，采用加权加速度均方根值（Root Mean Square，简称RMS）来评价，RMS的单位是m/s2。

3 相关性分析

在乘用车平顺性开发和验证过程中，希望通过主观评价和客观测试相结合的方法评估用户明显感知的性能，以快速识别问题并找到可量化的差距，通过分析、优化，并达成开发目标。

结合中国道路特征和用户使用习惯，以及GB/T4970-2009推荐的两种评价方法：脉冲输入行驶和随机输入行驶;选取当前中国市场畅销的6款中型SUV，开展主观评价和客观测试相关性研究。

3.1 脉冲输入行驶评价

3.1.1 测评工况：以30km/h车速通过单个减速坎（GB/T4970-2009脉冲输入试验采用三角形状单凸块）。

3.1.2 主观评价内容：冲击力、冲击after-shake（余振）和冲击声品质。

3.1.3 客观测试特征参数：方向盘和驾驶员座椅导轨VDV（X向和Z向）、衰减特性、冲击响度加速度传感器安装位置见图1和图2，图3为座椅导轨Z向加速度时间历程曲线。

3.1.4 脉冲输入行驶相关性分析，结合表2脉冲输入测评结果可知，由于整个冲击过程比较短，主观评价工程师需要获取从车轮接触减速坎瞬间的冲击力以及对冲击的吸收、衰减过程表现，包括伴随的冲击声品质。在客观测试中，选取了四个特征参数，方向盘和驾驶员座椅导轨的VDV，驾驶员左耳响度和衰减值最大正峰值20%的时长，见表2。

以下将运用统计学原理进行分析。将主观评分和客观测试一共五个变量进行相关性分析。首先进行协方差分析，确定多个变量之间的相關性。

从表3可得，主观评分与衰减时间的协方差为0，相关性较差，故筛掉此变量。对剩余的三个输入量进行回归分析，回归统计结果见表4、表5。

从表4回归统计我们可以得到，主观评分与客观测量的三个特征量拟合的精度达到了76%，相关性较好。从表5，我们可以得到拟合方程为：主观评分=11.58-0.45*方向盘VDV+0.28*座椅导轨VDV-0.12*响度。这也为预测冲击的主观评分提供了参考公式。

3.2 随机输入行驶评价

3.2.1 测评工况：以60km/h匀速通过测试路段（选取常用的三种特征路面：粗糙水泥路、粗糙沥青路和光滑沥青路），连续记录15秒。

3.2.2 主观评价内容：振动吸收能力和方向盘振动。

3.2.3 客观测试特征参数：方向盘和前排座椅导轨的RMS。

3.2.4 随机输入行驶相关性分析，结合表6随机输入测评结果可知，通过在三种特征路面上匀速行驶，驾乘人员能够获取相对“稳定”的信息，即测评车辆对于每种路面激励的振动吸收能力以及与身体接触部位的振动表现。为了获取较为稳定的测试结果（剔除不同驾乘人员的身体特征和不同座椅的影响），在客观测试中选取方向盘和前排座椅导轨布置加速度传感器，并求得RMS。由于在不同特征路面上，整车的路噪表现也存在差异，且路噪与传递路径和轮胎性能强相关，在此未引入评价。

将随机路面的主观评分和客观测试的七个指标进行相关性分析，具体见表7。首先进行协方差分析，确定多个变量之间的相关性。

从表7可得，随机输入的主观评分与粗糙水泥路和光滑沥青路座椅的RMS相关性较差，故筛掉。对剩余的变量进行回归分析，回归统计结果如表8、表9所示。

从表8回归统计我们可以得到，主观评分与客观测量的四个特征量拟合的精度达到了86%，相关性较好。从表9，我们可以得到拟合方程为：主观评分=10.93-0.67*方向盘（粗糙水泥路）+0.37*方向盘（粗糙沥青路）-0.10*方向盘（光滑沥青路）-4.68*座椅导轨（粗糙沥青路）。这也为预测随机路面的主观评分提供了参考公式。

4 小结

本文通过对6款畅销中型SUV平顺性主观评价和客观测试开展相关性分析，得出以下结论：

（1）脉冲输入行驶工况中的特征参数：冲击力（方向盘和座椅导轨VDV）和冲击响度，能够与主观评价建立良好的对应关系;

（2）随机输入行驶工况中的特征参数：方向盘的RMS值，能够与主观评价建立良好的对应关系;

（3）基于乘用车平顺性主观评价和客观测试取得较好的相关性，在产品开发和验证阶段，能够快速明确问题及差距，并缩短平顺性开发周期。

乘用车平顺性是驾乘人员对于各种输入（包括路面、操作、乘坐时间以及驾乘人员的生理状态等）综合体验的反馈，这些需要进一步研究。当然，由于各主机厂产品定位和目标用户存在差异，对于整车平顺性的开发策略也存在差异。

参考文献：

[1]贝尔恩德﹒海森英 汉斯﹒于尔根﹒布兰德尔 汽车行驶动力学性能的主观评价. 人民交通出版社，2010.

[2]余志生.汽车理论（第5版）.北京：机械工业出版社，2009.

[3]ISO 2631-1997. Mechanical Vibration and Shock-Evaluation of Human Exposure to Whole-body Vibration Part1： General Requirements [S].

[4]GB/T 4970-2009.汽車平顺性试验方法[S].

[5]陈龙. 车辆冲击平顺性客观评价方法研究与设计优化[J].机电工程技术2018（10）.