周建文 詹樟松

    長(zhǎng)安汽車(chē)工程研究院

    摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了汽車(chē)平順性評(píng)價(jià)試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理。試驗(yàn)過(guò)程按照汽車(chē)平順性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，記錄汽車(chē)在常用車(chē)速和隨機(jī)路譜輸入下得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。然后根據(jù)汽車(chē)平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用matlab及其工具箱對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，分別用加權(quán)加速度均方根值以及加速度功率譜密度函數(shù)等對(duì)該車(chē)的平順性?xún)?yōu)劣做出評(píng)價(jià)。

    關(guān)鍵詞：隨機(jī)輸入、平順性、功率譜、均方根值

    引言

    汽車(chē)行駛平順性的優(yōu)劣直接關(guān)系到乘員的舒適性，并涉及汽車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的發(fā)揮，影響到零部件的使用壽命，所以它是同類(lèi)車(chē)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中爭(zhēng)取優(yōu)勢(shì)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。在講究生活質(zhì)量的今天，汽車(chē)行駛平順性也成為消費(fèi)者買(mǎi)車(chē)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的因素。

    在汽車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，各點(diǎn)的加速度自功率譜密度函數(shù)和加權(quán)加速度均方根值包括了系統(tǒng)振動(dòng)特性的豐富信息，通過(guò)對(duì)它們的分析可以對(duì)汽車(chē)的平順性做出一定的評(píng)價(jià)。

    1 隨機(jī)路譜輸入試驗(yàn)及數(shù)據(jù)獲取

    按照gb/t 4970－1996《汽車(chē)平順性隨機(jī)行駛試驗(yàn)方法》規(guī)定，在路面等級(jí)符合gb 7031規(guī)定的b級(jí)瀝青路面上進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，汽車(chē)在穩(wěn)速段內(nèi)穩(wěn)住車(chē)速，然后以規(guī)定的車(chē)速勻速駛過(guò)試驗(yàn)路段，車(chē)速偏差小于試驗(yàn)車(chē)速的4％。在進(jìn)入試驗(yàn)路段時(shí)啟動(dòng)測(cè)試儀器以測(cè)試各測(cè)試部位的加速度時(shí)間歷程，同時(shí)測(cè)量通過(guò)試驗(yàn)路段的時(shí)間以計(jì)算平均速度。駛出試驗(yàn)路段后關(guān)閉測(cè)試儀器。

    主要測(cè)試駕駛員、副駕駛員座椅上三方向（垂向、縱向和橫向）加速度，輔助測(cè)試駕駛員座椅下兩滑軌中心點(diǎn)處三方向加速度。駕駛員座椅測(cè)試部位的載荷為身高1.70m、體重65kg的自然人。

    試驗(yàn)工況為汽車(chē)以速度40、50、60、70、80kpm穩(wěn)速行駛。直線(xiàn)行駛，乘員5人，額定胎壓。汽車(chē)載荷接近額定最大裝載質(zhì)量。

    數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為壓電式加速度傳感器，采樣頻率256hz。傳感器測(cè)得振動(dòng)信號(hào)，再通過(guò)電荷放大器，記錄在磁帶記錄儀上。

    取評(píng)價(jià)點(diǎn)各方向加速度信號(hào)各4組數(shù)據(jù)，如圖1為一組40kpm穩(wěn)速直線(xiàn)行駛駕駛員座椅各方向的加速度曲線(xiàn)。

    2 數(shù)據(jù)處理及平順性評(píng)價(jià)

    加權(quán)加速度均方根值是按振動(dòng)方向，根據(jù)人體對(duì)振動(dòng)頻率的敏感程度而進(jìn)行計(jì)算的，是人體振動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。加權(quán)加速度均方根值的計(jì)算，首先要求計(jì)算測(cè)試部位各方向加速度自功率譜密度函數(shù)。計(jì)算自功率譜密度函數(shù)時(shí)，可以加窗處理。使用matlab信號(hào)處理工具箱可以快速進(jìn)行加速度自功率譜密度函數(shù)計(jì)算。

    圖1 40kpm穩(wěn)速直線(xiàn)行駛駕駛員座椅各方向的加速度曲線(xiàn)

    以下是對(duì)40kpm穩(wěn)速直線(xiàn)行駛駕駛員座椅各方向的加速度自功率譜密度函數(shù)計(jì)算過(guò)程。

    首先將加速度信號(hào)導(dǎo)入信號(hào)處理工具箱，再選取濾波器。由于駕駛員座椅處的振動(dòng)主要屬于低頻振動(dòng)，可以用濾波器過(guò)濾掉高頻干擾成分。

    為了提高頻譜分析精度，計(jì)算自功率譜密度函數(shù)時(shí)可以加窗處理。不同的窗函數(shù)具有不同的主瓣寬度、最大旁瓣值和旁瓣滾降率。如圖4為長(zhǎng)度50并使用歸一化幅值和頻率的矩形窗、漢寧窗和海明窗頻譜特性圖，從圖中可以看出，漢寧窗和海明窗主瓣寬度比矩形窗增加了1倍。漢寧窗函數(shù)的最大旁瓣值比主瓣值低31db，海明窗函數(shù)的最大旁瓣值比主瓣值低41db。在此處選用漢寧窗可以在不太大的主瓣寬度內(nèi)有效的抑制功率泄漏，使曲線(xiàn)皺波小而且平滑。

    加速度功率譜密度包含了振動(dòng)的豐富信息。如從圖5可以看出

    兩個(gè)峰值分別出現(xiàn)在3.5hz和10hz， 分別對(duì)應(yīng)人體座椅系統(tǒng)的垂向固有頻率和動(dòng)力總成在其懸置上的固有振動(dòng)頻率。

    周建文 詹樟松

    長(zhǎng)安汽車(chē)工程研究院

    摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了汽車(chē)平順性評(píng)價(jià)試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理。試驗(yàn)過(guò)程按照汽車(chē)平順性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，記錄汽車(chē)在常用車(chē)速和隨機(jī)路譜輸入下得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。然后根據(jù)汽車(chē)平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用matlab及其工具箱對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，分別用加權(quán)加速度均方根值以及加速度功率譜密度函數(shù)等對(duì)該車(chē)的平順性?xún)?yōu)劣做出評(píng)價(jià)。

    關(guān)鍵詞：隨機(jī)輸入、平順性、功率譜、均方根值

    引言

    汽車(chē)行駛平順性的優(yōu)劣直接關(guān)系到乘員的舒適性，并涉及汽車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的發(fā)揮，影響到零部件的使用壽命，所以它是同類(lèi)車(chē)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中爭(zhēng)取優(yōu)勢(shì)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。在講究生活質(zhì)量的今天，汽車(chē)行駛平順性也成為消費(fèi)者買(mǎi)車(chē)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的因素。

    在汽車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，各點(diǎn)的加速度自功率譜密度函數(shù)和加權(quán)加速度均方根值包括了系統(tǒng)振動(dòng)特性的豐富信息，通過(guò)對(duì)它們的分析可以對(duì)汽車(chē)的平順性做出一定的評(píng)價(jià)。

    1 隨機(jī)路譜輸入試驗(yàn)及數(shù)據(jù)獲取

    按照gb/t 4970－1996《汽車(chē)平順性隨機(jī)行駛試驗(yàn)方法》規(guī)定，在路面等級(jí)符合gb 7031規(guī)定的b級(jí)瀝青路面上進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，汽車(chē)在穩(wěn)速段內(nèi)穩(wěn)住車(chē)速，然后以規(guī)定的車(chē)速勻速駛過(guò)試驗(yàn)路段，車(chē)速偏差小于試驗(yàn)車(chē)速的4％。在進(jìn)入試驗(yàn)路段時(shí)啟動(dòng)測(cè)試儀器以測(cè)試各測(cè)試部位的加速度時(shí)間歷程，同時(shí)測(cè)量通過(guò)試驗(yàn)路段的時(shí)間以計(jì)算平均速度。駛出試驗(yàn)路段后關(guān)閉測(cè)試儀器。

    主要測(cè)試駕駛員、副駕駛員座椅上三方向（垂向、縱向和橫向）加速度，輔助測(cè)試駕駛員座椅下兩滑軌中心點(diǎn)處三方向加速度。駕駛員座椅測(cè)試部位的載荷為身高1.70m、體重65kg的自然人。

    試驗(yàn)工況為汽車(chē)以速度40、50、60、70、80kpm穩(wěn)速行駛。直線(xiàn)行駛，乘員5人，額定胎壓。汽車(chē)載荷接近額定最大裝載質(zhì)量。

    數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為壓電式加速度傳感器，采樣頻率256hz。傳感器測(cè)得振動(dòng)信號(hào)，再通過(guò)電荷放大器，記錄在磁帶記錄儀上。

    取評(píng)價(jià)點(diǎn)各方向加速度信號(hào)各4組數(shù)據(jù)，如圖1為一組40kpm穩(wěn)速直線(xiàn)行駛駕駛員座椅各方向的加速度曲線(xiàn)。

    2 數(shù)據(jù)處理及平順性評(píng)價(jià)

    加權(quán)加速度均方根值是按振動(dòng)方向，根據(jù)人體對(duì)振動(dòng)頻率的敏感程度而進(jìn)行計(jì)算的，是人體振動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。加權(quán)加速度均方根值的計(jì)算，首先要求計(jì)算測(cè)試部位各方向加速度自功率譜密度函數(shù)。計(jì)算自功率譜密度函數(shù)時(shí)，可以加窗處理。使用matlab信號(hào)處理工具箱可以快速進(jìn)行加速度自功率譜密度函數(shù)計(jì)算。

    圖1 40kpm穩(wěn)速直線(xiàn)行駛駕駛員座椅各方向的加速度曲線(xiàn)

    以下是對(duì)40kpm穩(wěn)速直線(xiàn)行駛駕駛員座椅各方向的加速度自功率譜密度函數(shù)計(jì)算過(guò)程。

    首先將加速度信號(hào)導(dǎo)入信號(hào)處理工具箱，再選取濾波器。由于駕駛員座椅處的振動(dòng)主要屬于低頻振動(dòng)，可以用濾波器過(guò)濾掉高頻干擾成分。

    為了提高頻譜分析精度，計(jì)算自功率譜密度函數(shù)時(shí)可以加窗處理。不同的窗函數(shù)具有不同的主瓣寬度、最大旁瓣值和旁瓣滾降率。如圖4為長(zhǎng)度50并使用歸一化幅值和頻率的矩形窗、漢寧窗和海明窗頻譜特性圖，從圖中可以看出，漢寧窗和海明窗主瓣寬度比矩形窗增加了1倍。漢寧窗函數(shù)的最大旁瓣值比主瓣值低31db，海明窗函數(shù)的最大旁瓣值比主瓣值低41db。在此處選用漢寧窗可以在不太大的主瓣寬度內(nèi)有效的抑制功率泄漏，使曲線(xiàn)皺波小而且平滑。

    加速度功率譜密度包含了振動(dòng)的豐富信息。如從圖5可以看出

    兩個(gè)峰值分別出現(xiàn)在3.5hz和10hz， 分別對(duì)應(yīng)人體座椅系統(tǒng)的垂向固有頻率和動(dòng)力總成在其懸置上的固有振動(dòng)頻率。