摩托車振動舒適性測試與評價

莊經偉

摘 要：本文主要針對摩托車振動舒適性的測試與評價展開了探討，詳細闡述了客觀評價試驗的方法，并對頻率范圍的選擇和測點的選擇作了系統的分析，以期能為有關方面的需要提供參考和借鑒。

關鍵詞：摩托車；振動舒適性；測試；評價

0 引言

振動不僅會影響到摩托車的操控、零部件強度，而且也是反映摩托車騎乘舒適性的重要內容。因此，為了保障摩托車的振動舒適性，就要積極解決摩托車振動舒適性的問題，所以我們需要對摩托車的振動舒適性進行測試與評價?；诖?，本文就摩托車振動舒適性的測試與評價進行了探討，相信對有關方面的需要能有一定的幫助。

1 客觀評價試驗方法

摩托車的振動主要通過手把、座椅、腳蹬、油箱等與人接觸的部位傳遞到人體。手把部位的振動傳遞到手和手臂，屬于手傳振動，座椅、腳蹬、油箱部位的振動則傳遞到全身，屬于全身振動?？陀^評價方法的主要參考依據為：汽車標準GB/T4970—2009、國際標準ISO2631：《人體承受全身振動評價指南》和ISO5349：《人體承受手傳振動的測量與評價指南》。

測量設備一般由加速度傳感器、濾波器、均方根值檢波器、指示器及磁帶記錄儀等組成，也可采用設有計權網絡的專用測量儀直接讀取計權加速度。實際上，由于摩托車上安裝儀器的空間非常有限，振動測量一般由多通道數據采集器和數據采集軟件完成，然后在計算機上進行分析計算和顯示，測試系統構成如圖1所示。需要強調的是，所采用的加速度傳感器需要滿足低頻測量要求。

評價指標是手把、腳踏、坐墊三個部位的加速度均方根值。手把處的傳感器應通過固定座緊固在手把膠套的外端且不影響駕駛員駕駛，傳感器的拾振方向應符合GB/T14790.1第4.2.3節的規定。腳踏處的傳感器應通過固定座緊固在腳踏外端且不影響駕駛員駕駛，傳感器的拾振方向應符合GB/T13441.1第5.2節的規定。坐墊處的傳感器應與人體緊密接觸，并且在人體與座椅間放入一個安裝傳感器的墊盤，傳感器的測量方向應符合GB/T13441.1第5.2節的規定。

試驗時，受試車在穩速段內要穩住車速，然后以規定的車速勻速駛過試驗路段。在進入試驗路段時啟動測試儀器以測量各部位的加速度時間歷程，同時記錄受試車行駛速度。測量時間應不短于30s。測量時手把處的振動記錄中心頻率6.3Hz～1250Hz的1/3倍頻帶頻率范圍內振動信號，坐墊及腳踏處記錄中心頻率6.3Hz～400Hz的1/3倍頻帶頻率范圍內振動信號。

數據處理流程如圖2所示。

一般的數據采集軟件可以直接計算出各1/3倍頻程加速度均方根譜值aj，然后按公式（1）計算頻率計權，這里的計權主要是指人體對不同頻率振動的反應。

其中，aw為頻率計權加速度，單位m/s2；aj為1/3倍頻程第j頻段實測的加速度均方根值，單位m/s2；wj為1/3倍頻程第j頻段的計權因子；n為1/3倍頻程頻段總數。

然后，將各軸向的加速度值合成總計權加速度均方根值awo，按公式（2）計算。

其中，ax，y，z為各軸向頻率計權后的加速度均方根值，單位m/s2，kx，y，z為各軸向計權系數。

為了表述方便，一般地，也可將結果表示成對數形式，總加權加速度振級Law，按公式（3）計算。

Law=20lg（awo/a0） （3）

其中，a0為參考加速度均方根值，a0=10-6m/s2。

2 頻率范圍的選擇

《摩托車和輕便摩托車振動舒適性試驗方法》（征求意見稿）統一了試驗路面、試驗車速，便于各企業之間試驗數據的統一，但對于試驗頻率范圍的規定與現有文獻有一定差異。征求意見稿規定：測量時手把處記錄中心頻率6.3Hz～1250Hz的1/3倍頻帶頻率范圍內振動信號，座椅、座椅靠背及腳踏處記錄中心頻率6.3Hz～400Hz的1/3倍頻帶頻率范圍內振動信號。GB/T4970規定座椅和腳踏處加速度頻率范圍為中心頻率0.5Hz～80Hz的1/3倍頻帶頻率范圍。二者差異在于0.5Hz～6.3Hz和80Hz～400Hz這兩部分頻率分量，其中低頻部分代表路面激勵，高頻部分代表發動機激勵。實際上，人體全身對于低頻振動更為敏感，從ISO2631表3中可以看出低頻加權系數都比較大，低頻分量容易導致人體疲勞和暈車。因此，有必要對該低頻分量進行比較研究。

利用道路實車振動舒適性客觀評價試驗數據，按照上述試驗方法和數據處理流程進行處理，分別按照0.5Hz～400Hz和6.3Hz～400Hz進行處理，然后計算二者的差值以及后者相對于前者的相對誤差，二者的相對誤差如圖3所示。從圖中可以看出，座椅受低頻影響大，相對誤差較高，一般超過10%，部分甚至超過30%。相對而言，左右腳踏部位高頻成分占主要因素，受低頻影響不大，相對誤差普遍小于10%。結合摩托車的結構，因為左右腳踏直接與發動機變速箱連接，因此，受發動機高頻因素影響明顯大于受地面低頻因素的影響。座椅則安裝在車架上，受路面和發動機共同影響，但在低頻主要受路面影響較大。為了驗證這一點，比較了座椅處0.5Hz～400Hz和0.5Hz～80Hz的處理結果，二者相對誤差如圖4所示。由圖4可見，二者差別非常小，一般小于5%。因此，此處宜將座椅和腳踏分開處理，選擇不同的頻率范圍。例如，座椅選擇0.5Hz～80Hz頻率范圍，腳踏選擇6.3Hz～400Hz頻率范圍。

3 測點的選擇

按照標準中的定義，手傳振動是指通過手掌或手指直接加在或傳到手臂系統的機械振動，全身振動是指通過人體的支承面傳遞到整個身體的機械振動。因此，振動的測試位置包括左右手把、左右腳踏、座椅、靠背、腿部與油箱接觸處、以及乘客座椅、乘客腳踏、乘客扶手處。實際經驗表明，騎式車油箱處的振動對人身確實存在危害，牛路明針對該試驗方法也提出自己的建議，例如要求駕駛員坐姿要標準，對于評價位置也提出應增加后視鏡、乘員扶手、腳踏等位置。因此，有必要對這些位置進行細致的比較研究，例如駕駛員與乘客部位的相似性、左右側的對稱性等。

利用道路實車振動舒適性客觀評價試驗數據，按照上述試驗方法和數據處理流程進行處理，比較了左右側手把的試驗結果，分析其對稱性，試驗結果如圖5所示。同時還比較了左右側腳踏的試驗結果，如圖6所示。隨后，比較了座椅、客座、腿部與油箱接觸部位的試驗結果，如圖7所示。由圖5可以明顯地看出左右手把的振動基本一致，數值上差別也不大，證明二者是對稱的。也可以看出手把受發動機激勵影響較大，在某一車速下激起了車架手把的固有模態，振動幅值最大，而在其他車速下振動較小。從圖6可以看出左右腳踏部位的振動也基本一致，數值上也很接近，從而也證明二者是對稱的。同樣地，因為腳踏直接連接在發動機曲軸箱上，受發動機激勵影響較大。從圖7中可以看出，油箱與座椅的振動結果非常接近，二者趨勢一致。油箱與座椅受路面和發動機共同激勵，因此看不出明顯的共振現象。比較座椅與客座振動結果，二者存在明顯差別，但趨勢基本是一致的。分析其原因，主要是由于二者的承載不同，安裝在駕駛員座椅上的座墊傳感器承受了駕駛員的重量，但乘客位置未加載配重。因此，有必要進一步驗證，由于摩托車特殊的結構，可以考慮在試驗室內的底盤測功機上駕駛員和乘客同時乘坐再進行測試。

由上述分析得知，左右手把、左右腳踏存在明顯的對稱性。因此，在試驗條件受限的情況下，可以考慮減少測點。

考慮到需要操縱右側手把調節油門，可以優先采集左手把的振動；同樣地，左腳擱置在左側腳踏上進行換擋操作，可以優先采集右側腳踏的振動。

4 結語

綜上所述，摩托車振動舒適性對于摩托車的行駛來說有著一定的影響，因此，如何確保摩托車的振動舒適性尤為重要。而首先，我們需要積極采取有效的措施，做好摩托車振動舒適性的測試與評價工作，以此為基礎，從而保障摩托車的正常行駛質量。

參考文獻

[1]龔康、廖云、賈志超.摩托車振動舒適性測試與評價[J].小型內燃機與摩托車.2013（05）.

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