汽車的平順性是指汽車在行使過程中乘員所處的振動環(huán)境具有一定的舒適度和保存貨物完好的性能。汽車對人體的振動是通過方向盤、座椅和地板三個部位傳遞到人體，其中汽車方向盤振動通過方向盤傳遞到人的手和手臂系統(tǒng)，這種振動屬于局部振動范疇，而座椅和地板將振動傳到人體全身，屬于全身振動范疇。根據(jù)ISO 2631或國標4970-2009，汽車的平順性應按全身振動來評價。

1平順性概述
汽車行駛過程中，由于路面不平、車速的變化等因素激起汽車振動，而乘員處于這樣的振動環(huán)境中，振動影響著乘員的舒適性、工作效能和身體健康。保持振動環(huán)境的舒適性，以保證駕駛員在復雜的行駛和操縱條件下，具有良好的心理狀態(tài)和準確靈敏的反應，它影響人車系統(tǒng)的操縱穩(wěn)定性，對確保行駛安全起非常重要的作用。

分析與控制汽車的噪聲與振動，可以將任何一個振動噪聲系統(tǒng)按“源-路徑-接受者”模型來表示，實際上，也可以稱為“輸入-振動系統(tǒng)-輸出”模型，如圖1所示。汽車的平順性也可由圖1所示的汽車振動系統(tǒng)模型來分析。汽車受到的“輸入”主要是由汽車以一定的車速駛過隨機的路面不平度所引起，這個輸入經(jīng)過由輪胎、懸架、車身、座椅等彈性阻尼元件和懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量構(gòu)成的振動系統(tǒng)，傳遞到懸掛質(zhì)量或人體，這兩部分的加速度就是“輸出”的振動物理量（加速度）。然后根據(jù)人體對振動的反應：乘員的舒適程度，來評價汽車的平順性。汽車振動系統(tǒng)的“輸出”通常還要同時考慮車輪與路面之間的動載荷，它與車輪接地性有關，影響操縱穩(wěn)定性。



圖1 平順性的“輸入-振動系統(tǒng)-輸出”模型

2數(shù)據(jù)采集要求
根據(jù)標準GB/T 4970-2009，汽車平順性評價具有以下要求：

1. M類車輛：采集駕駛員及同側(cè)后排座椅座墊上方、座椅靠背及腳步地板三個位置，每個位置測量三個方向的振動。對于N類車輛而言，除了測量駕駛員上述三個位置之外，還需要采集車廂地板中心以及駕駛員同側(cè)距車廂邊板、后板各300mm處的車廂地板垂向振動。

2. 評價汽車平順性的1/3倍頻程中心頻率為0.5~80Hz，由于中心頻率為80Hz的上限頻率為90Hz，因此，要求采集的時域信號帶寬不低于90Hz。

3. 對隨機輸入行駛評價指標采用自功率譜密度計算時，國標要求頻率分辨率不高于0.2Hz。但由于1/3倍頻程中心頻率0.5Hz的下、上限頻率為0.45Hz和0.57Hz，為了保證在這個頻帶內(nèi)至少存在一條譜線，因此，頻率分辨率不能高于0.19Hz。

4. 對于隨機輸入行駛獨立樣本數(shù)q≥25，獨立樣本數(shù)即數(shù)據(jù)幀數(shù)，因此，要求采集的時域信號長度應大于25幀（一幀數(shù)據(jù)長度為頻率分辨率的倒數(shù)）。

5. 對于隨機輸入行駛，計算自功率譜密度時使用漢寧窗。

6. 每種車速的有效試驗次數(shù)不少于5次。

3數(shù)據(jù)處理理論
平順性評價可能需要考慮脈沖輸入和隨機輸入兩種工況，而對這兩種工況數(shù)據(jù)處理方法截然不同。

對于脈沖輸入而言，首先要計算加權加速度時域信號的峰值系數(shù)（也稱為峰值因子）
峰值系數(shù)=峰值/有效值
如正弦信號的峰值系數(shù)為1.414。 注意，計算峰值系數(shù)不是用原始的加速度時域信號，而是用加權的加速度時域信號。

如果計算得到的峰值系數(shù)小于9，選取所有測量位置中最大加速度（絕對值）代數(shù)平均值（平均有效試驗次數(shù)）來評價。

如果峰值系數(shù)大于9，則用振動劑量值VDV（單位m/s1.75）來評價



式中，aw是加權加速度時域信號，T是作用時間（從汽車前輪接觸凸塊到汽車駛過凸塊且沖擊響應消失的時間段）。

對于隨機輸入而言，計算單軸向加權加速度有效值āw可采用頻域法或時域法。頻域法計算思路：首先計算原始時域信號的自功率譜密度函數(shù)（PSD），然后計算每個1/3倍頻程帶（0.5-80Hz）的加速度有效值，再計算加權加速度有效值āw。


式中，aj是第j個1/3倍頻帶的加速度有效值，wj是第j個1/3倍頻程帶的加權系數(shù)，根據(jù)測點位置和方向不同取wk、wd、wc，見表1，三個加權系數(shù)具體取值見表2。

表1 不同測點、方向的倍頻程帶的加權系數(shù)



表2 1/3倍頻程帶的主要加權系數(shù)



如果采用時域方法，則對原始時域加速度信號按表2的頻率加權濾波得到加權加速度時域信號，然后計算加權加速度有效值āw。

得到每個測點單向的加權加速度有效值āw之后，按以下公式計算各個測點的總加權加速度有效值āvj（j=1,2,3分別代表座椅座墊上方、靠背和地板三個測量位置），

kx,ky,kz為各個坐標方向的加權系數(shù)，見表3。

表3 各個坐標方向的加權系數(shù)



最后計算三個測量位置的總加權加速度有效值āv，

總加權加速度有效值āv，也可以按下式轉(zhuǎn)換成分貝形式（基準a0=1×10-6m/s2）

總加權加速度有效值āv及分貝形式Lav與人的主觀感受之間的關系見表4。
表4 總加權加速度有效值與人的主觀感受之間的關系



4軟件處理流程
當使用Test.Lab軟件按標準GB/T 4970-2009計算平順性評價指標時，需要使用插件Human Body Vibration和Time Signal Calculator。

首先，考慮脈沖輸入類型的時域信號數(shù)據(jù)處理。需要計算加權加速度時域信號的峰值系數(shù)，以確定進一步的處理。在Time Signal Calculator模塊中使用函數(shù)FILTER_ISO2631對原始時域信號進行加權處理，由于原始數(shù)據(jù)是座椅座墊Z向，因此加權系數(shù)為wk，F(xiàn)ilterType設置為1（見表2），得到加權加速度時域信號如圖2中綠色曲線所示，紅色為原始的時域信號。從圖中可以看出，在脈沖輸出的時間段內(nèi)，兩個信號的有效值不同，峰值也不同，因而，得到的峰值系數(shù)是不相同的。原始時域信號的峰值為1.00098g，而加權后的峰值為0.63296g，得到的峰值系數(shù)分別為4.57和4.69。



圖2 原始的時域信號與加權后的加速度信號

如果加權加速度的峰值系數(shù)小于9時，用所有測點中的單向加速度最大值來評價。如果峰值系數(shù)大于9，則需要用到加權加速度劑量值VDV來評價。計算VDV需要用到函數(shù)POWER和INTEGRATE。

接下來考慮隨機輸入類型的數(shù)據(jù)處理，計算單軸向加權加速度有效值āw時用時域方法。首先計算各個測量位置（j=1：座椅座墊上方；j=2：座椅靠背；j=3:駕駛室地板）的總加權加速度有效值āvj，在Time Signal Calculator中輸入如下的公式：
SQRT(kx2*(RMS(FILTER_ISO2631(CH<x>;<w>))*(CH<x>/CH<x>))^2+ky2*(RMS(FILTER_ISO2631(CH<y>;<w>))*(CH<y>/CH<y>))^2+kz2*(RMS(FILTER_ISO2631(CH<z>;<w>))*(CH<z>/CH<z>))^2)

函數(shù)FILTER_ISO2631()是對原始時域信號進行加權，RMS()是對函數(shù)求有效值。輸入上述公式有兩點注意事項：1）坐標加權系數(shù)k的平方，須輸入平方之后的數(shù)值；2）(CH<x>/CH<x>)這一項看起來等于1，但是如果沒有這一項，公式會報錯。

如座椅座墊上方的三向加速度分別為CH18~20，座椅靠背的三向加速度分別為CH21~23，則計算āv1和āv2的公式分別為：
SQRT(1*(RMS(FILTER_ISO2631(CH18;2))*(CH18/CH18))^2+1*(RMS(FILTER_ISO2631(CH19;2))*(CH19/CH19))^2+1*(RMS(FILTER_ISO2631(CH20;1))*(CH20/CH20))^2)
和
SQRT(0.64*(RMS(FILTER_ISO2631(CH21;4))*(CH21/CH21))^2+0.25*(RMS(FILTER_ISO2631(CH22;2))*(CH22/CH22))^2+0.16*(RMS(FILTER_ISO2631(CH23;2))*(CH23/CH23))^2)

計算得到的座椅座墊上方和座椅靠背的總加權加速度有效值āv1和āv2如圖3所示。最后計算三個測量位置的總加權加速度有效值āv，對比表4進行主觀感受評價。



圖3 總加權加速度有效值

參考：GB/T 4970-2009 汽車平順性試驗方法