自卸车驾驶室振动对标测试与分析

1 引言

工程自卸车由于其工作环境特殊，受现行法规的影响小，装载量大，经济效益好，已经成为国内商用车厂商的主推产品。目前国内主要厂商的自卸车都是采用主车架与副车架组合的结构，这种结构不仅造成了整备质量偏大，而且整车重心偏高。而主副一体式车架在保证车架强度的同时实现了整车重心的降低与整备质量的减少，从而更好的保证了整车的稳定性与经济性。

目前对车辆振动舒适性的评价方法，主要是参考ISO2631《人承受全身振动的评价指南》推荐的评价方法，通过计算振动加速度的加权均方根值或者加权振级，然后与人体主观感觉所对应的均方根值进行对比，得出主观上的舒服与否。同时，该标准还指出了椅面垂直轴向Z的最敏感频率范围为（4～12.5）Hz，椅面水平轴向X、Y的最敏感频率范围为（0.5～2）Hz，大约在 3Hz以下，汽车车身部分系统在此频率范围产生共振。此外，在工程应用方面，还通过将随机信号采用傅立叶转换，分析信号的频率成分、峰值变化规律以及传递特性等，评价测试对象的动态特性或判断引起振动过大的主要原因[1]。

针对某公司研制的采用工字钢车架的无副梁自卸车，以采用槽钢车架的有副梁原型自卸车为对标车，分别进行扭曲路面、碎石路面和平坦路面下的驾驶室振动测试试验，并参照相关国家标准进行评价与对比，以验证其在降低重心高度与质量的同时舒适性是否有所改善，为今后车辆改型与改进提供方向与建议。

2 对标试验

参照GB/T 4970-2009汽车平顺性试验方法，并结合自卸车的特殊使用工况，分别采集无副梁自卸车和对标自卸车驾驶室在扭曲路面低速行驶、碎石路面中速行驶和平坦路面高速行驶三种工况下的驾驶室地板振动加速度信号，路面情况，如图1所示。

(1)路堤表面工后沉降曲线大致呈“勺”形，处理前，工后沉降最大值为6.7 cm，地基处理后，工后沉降值减小至2.2 cm。原因在于地基处理使地表沉降明显减小，路堤表面工后沉降也随之减小。

  

图1 试验路况Fig.1 The Roads of Test

采用由三个单向压电式ICP加速度传感器组合成的三方向传感器布置在驾驶员脚部地板处，如图2所示。试验中对标自卸车与无副梁自卸车采用相同的测点。

2.2.3 提高课外活动质量，保障其功能的实现 课外活动是高校进行专业教育、思想政治教育以及人文素养教育的有效途径，也是实现教育教学目标的一个重要途径，需要有科学、合理的制度体系来保障课外活动功能的实现。要反对官僚主义、形式主义作风，活动组织不仅有“量”，更要有“质”。

本研究的局限性在于：(1)病例数相对较少，可能引起结果的偏倚；(2)本组实性SPT恶性的比较少，不能做SPT良恶性征象的鉴别；(3)所有患者Ki67指数均<5%，无法确定Ki-67与SPT的相关性。

  

图2 测点布置Fig.2 The Arrange of Measuring Point

1）扫描矢量化陕西省民政厅提供的1998年乡级行政区域界线协议书附图，获取全省乡级行政区域界线、界址点、界桩点和三交点等原始界线矢量数据，并对矢量数据进行坐标转换，即1954年北京坐标系、1956黄海高程系转换至2000国家大地坐标系、1985国家高程基准。

调试好设备后样车驶上试验场，此时自卸车总质量为14.9t。测试中，测试路段与测试车速同满载情况。

从加权加速度均方根值、加权振级以及与人的主观感觉关系，如表4所示。可以得出：

  

图3 无副梁自卸车测试Fig.3 The Test of No Sub-Frame Dump Truck

（3）对标自卸车满载情况下测试

“……”孟导仔细想着叶总的话，越想越觉得是这么回事，老贾只在最开始事无巨细地给自己作说明，等讲完清朝那些钱。自己也就信了他七八分，接下来就随他摆布了。

经验定性法是根据区域的地貌特征、气候差异特点、水资源分布状况等客观存在的区域表现，主要考虑的是自然因素，常用来进行高级分区。本研究在用该方法时，主要考虑上述干旱分区指标体系中的地貌、降雨量和受灾率等3个自然因素，同时兼顾流域内干旱指数的因素，由于海拔较高的山区和丘陵区蓄水能力较弱，降雨量可能不能准确地反映当地的干旱程度，因此在这些地区以受灾率指标为主，降雨量指标为辅，而在海拔较低的丘陵和平原地区则以降雨量因素为主，受灾率指标为辅助指标，最后完成区域的一级干旱分区。

（1）无副梁自卸车满载情况下测试

（2）无副梁自卸车空载情况下测试

调试好设备后样车驶上试验场，此时自卸车总质量为33.2t。测试中，测试路段与测试车速同无副梁自卸车情况。

（4）对标自卸车空载情况下测试

调试好设备后样车驶上试验场，此时自卸车总质量为15.1t。测试中，测试路段与测试车速同无副梁自卸车情况。

3 试验分析

3.1 时域对比

 

表1 扭曲路面低速行驶时域均方根值对比Tab.1 The Contrast of RMS at Low Speed on the Twisted Road

  

工况 项目 无副梁自卸车 对标自卸车满载X 向（m/s-2） 0.2831 0.3175 Y 向（m/s-2） 0.4063 0.3572 Z 向（m/s-2） 0.5745 0.5608加权加速度均方根值（m/s-2） 0.2610 0.2542加权振级（dB） 108.3337 108.1019空载X 向（m/s-2） 0.3188 0.5815 Y 向（m/s-2） 0.4287 0.4551 Z 向（m/s-2） 0.7114 0.7090加权加速度均方根值（m/s-2） 0.3143 0.3384加权振级（dB） 109.9481 110.5883

参考ISO2631 1：1997（E）推荐的评价方法，采用 MATLAB等数据处理软件对驾驶室地板的加速度信号进行时域分析对比，其中驾驶室地板处X、Y、Z向的加权系数分别取0.25、0.25、0.4，采集到的试验数据时域对比，如表1～表3所示。

 

表2 碎石路面中速行驶时域均方根值对比Tab.2 The Contrast of RMS at Medium Speed on the Gravel Road

  

工况 项目 无副梁自卸车 对标自卸车满载X 向（m/s-2） 1.2971 0.9997 Y 向（m/s-2） 0.9446 1.2254 Z 向（m/s-2） 1.1894 1.0478加权加速度均方根值（m/s-2） 0.6223 0.5762加权振级（dB） 115.8801 115.2110空载X 向（m/s-2） 0.9757 1.0556 Y 向（m/s-2） 0.8882 1.0805 Z 向（m/s-2） 1.2948 1.2988加权加速度均方根值（m/s-2） 0.6140 0.6423加权振级（dB） 115.7640 116.1544

 

表3 平坦路面高速行驶时域均方根值对比Tab.3 The Contrast of RMS at High Speed on the Flat Road

  

工况 项目 无副梁自卸车 对标自卸车满载X 向（m/s-2） 0.8686 0.6803 Y 向（m/s-2） 0.6719 0.9126 Z 向（m/s-2） 0.9361 0.8984加权加速度均方根值（m/s-2） 0.4643 0.4584加权振级（dB） 113.3360 113.2246空载X 向（m/s-2） 0.9034 0.9325 Y 向（m/s-2） 0.8427 0.9933 Z 向（m/s-2） 1.3403 1.2519加权加速度均方根值（m/s-2） 0.6187 0.6029加权振级（dB） 115.8299 115.6043

 

表4 加权加速度均方根值、加权振级与人的主观感觉关系Tab.4 Weighted Acceleration RMS，Weighted Vibration Level and Subjective Feeling of People

  

加权加速度均方根值（m/s-2） 加权振级（dB） 人的主观感觉＜0.315 110 没有不舒服0.315～0.63 110～116 有些不舒服1.5～1.0 114～120 相当不舒服0.8～1.6 118～124 不舒服1.25～2.5 112～128 很不舒服＞2.5 126 极不舒服

接通驾驶室地板传感器（X、Y、Z三向通道），调试好设备后样车驶上试验场，此时自卸车总质量为33吨。测试中，要求在扭曲路段车速保持在（5～10）km/h，碎石路段车速保持在（20～40）km/h，平坦路段车速保持在（40～60）km/h。测试三圈结束后，查看信号，确保信号无异常波段后结束。测试过程，如图3所示。

（1）在扭曲路面满载情况下，无副梁自卸车加权加速度均方根值增大了2.61%，但两者的加权振级都处在没有不舒服区间；而在扭曲路面空载情况下，无副梁自卸车加权加速度均方根值下降了7.12%，此时无副梁自卸车的加权振级处在没有不舒服的区间，而对标自卸车的加权振级则处于有些不舒服区间，因此可以说明无副梁自卸车在扭曲路面下的舒适性有所提高。

（2）在碎石路面空载情况下，无副梁自卸车加权加速度均方根值下降了4.41%，但两者的加权振级都处在有些不舒服与相当不舒服区间；在碎石路面满载情况下，无副梁自卸车的加权加速度均方根值增大了7.41%，但是同样，两者的加权振级都处在有些不舒服与相当不舒服区间。此时，说明两款自卸车的舒适性没有明显差异。

（3）在平坦路面空载情况下，无副梁自卸车加权加速度均方根值增大了2.55%，但两者的加权振级都处在有些不舒服与相当不舒服区间；在平坦路面满载情况下，无副梁自卸车的加权加速度均方根值增大了1.27%，但是同样，两者的加权振级都处在有些不舒服区间。因此，此时也说明两款自卸车的舒适性没有明显差异。

综上所述，更换车架后的驾驶室地板加权均方根值总体变化不大，且两车的加权振级基本都处在相同的人体主观感觉范围之内，但是，唯有扭曲路面下，无副梁自卸车在空载工况时平顺性有所改善，说明无副梁自卸车的动态扭曲特性有较大改善。

对三种工况下的加权加速度均方根值以及加权振级相比较可知，碎石路面中速行驶时，满载与空载工况下驾驶室地板的振动都是三种工况中最恶劣的，而且空载工况比满载工况更恶劣，由于此工况正好是自卸车最常用的工况之一，因此接下来对此工况进行进一步的频谱对比研究。

3.2 频谱对比

将采集到的驾驶室地板X、Y、Z方向试验数据转换成自功率谱密度PSD曲线进行对比。分析转换后的曲线可知，相比于Z向的振动，X、Y向的振幅明显较小，以碎石路面空载情况下为例，如图4所示。其中，点线为X向振动，虚线为Y向振动，实线为Z向振动。

  

图4 碎石路况空载时的自功率谱密度曲线Fig.4 PSD Curves on the Gravel Road at No-Load Condition

较大振幅的波峰主要来自Z向且集中在（2～3）Hz，如图4所示。因此接下来主要对比研究三种路况下的Z向振动曲线。

测试并采集自卸车在不同路况（扭曲路面、碎石路面、平坦路面）、不同车速（（5～10）km/h、（20～40）km/h、（40～60）km/h）、不同载荷（空载、满载）、不同方向（X、Y、Z方向）下的振动加速度信号。分四组采集，每组采集三次信号，具体：

三种路况以及对应的空载与满载时无副梁自卸车与对标自卸车的自功率谱密度对比曲线，如图5～图10所示。

  

图5 扭曲路面空载自功率谱密度曲线Fig.5 PSD Curves on the Twisted Road at No-Load Condition

  

图6 扭曲路面满载自功率谱密度曲线Fig.6 PSD Curves on the Twisted Road at Full-Load Condition

对比图5、图6可知，扭曲路面下，从Z向的波峰个数与振幅对比可知，两车振幅较大的波峰主要集中在1.25Hz与2Hz左右，此时，虽然对于人体而言不会产生明显的不舒服感，但是对车身以及附件会产生较大的影响。对比其振幅可知，无副梁自卸车的幅值要大于对标自卸车，而对比两车结构可知，两款自卸车除车架不同外其余都采用了相同的总成与零部件，因此，可以说明在扭曲路况下，对于4Hz以下的振幅，无副梁自卸车的隔振性能要逊于对标自卸车。

  

图7 碎石路面空载自功率谱密度曲线Fig.7 PSD Curves on the Gravel Road at No-Load Condition

  

图8 碎石路面满载自功率谱密度曲线Fig.8 PSD Curves on the Gravel Road at Full-Load Condition

对比图7、图8可知，碎石路面下，两款自卸车的较大波峰主要集中在2.5Hz以内，对比其波峰个数，两款自卸车相当，但是对比其振幅，在空载情况下无副梁自卸车的幅值普遍较大，说明工字钢车架在空载时其刚度要大于对标自卸车的槽钢车架，因而导致了空载情况下对于4Hz以内振动隔振性能较差的效果。

在满载情况下，无副梁自卸车的振幅则普遍要低于对标自卸车，此时则说明无副梁自卸车的工字钢车架在较大负载情况下其刚度较小，能起到衰减一部分振幅的作用，进而可以说明满载情况下无副梁自卸车的隔振性能要好于对标自卸车。

当今世界，知识经济深入发展、创新发展加快推进。在我国经济发展新常态下，知识产权制度已经成为激励创新的基本保障，知识产权已经成为发展的重要资源和竞争力的核心要素。具体而言，《知识产权基本法》的立法背景包括以下三个方面。

  

图9 平坦路面空载自功率谱密度曲线Fig.9 PSD Curves on the Flat Road at No-Load Condition

  

图10 平坦路面满载自功率谱密度曲线Fig.10 PSD Curves on the Flat Road at Full-Load Condition

对比图9、图10可知，平坦路面下，两款自卸车的较大波峰主要集中在4Hz以内，对比其波峰个数与振幅，无副梁自卸车的幅值相对较小，但波峰个数较多，此时就总体效果而言两款自卸车大体上相当。而在满载情况下，无副梁自卸车的幅值普遍较小，此时验证了无副梁自卸车的工字钢车架在较大负载情况时刚度较小，能起到衰减一部分振幅的作用，说明满载情况下无副梁自卸车的隔振率要好于对标自卸车。

综上所述，相比于对标自卸车，在4Hz以内，无副梁自卸车在碎石路面与平坦路面下满载时，其车架的隔振性能较好，在扭曲路面与碎石路面空载时，无副梁自卸车车架的隔振性能则较弱。

4 试验结论

对采用工字钢车架的无副梁自卸车进行三种典型工况下的驾驶室振动测试试验，并通过与采用槽钢车架的有副梁自卸车进行对标，得出无副梁自卸车在扭曲路面下驾驶室振动舒适性有较为明显的改善，但是对于4Hz以下的振动波峰，无副梁自卸车车架对振幅的衰减效果要逊于对标自卸车，分析其原因，可能是由于无副梁自卸车样车在装配时产生的装配误差所致。对于碎石路面与平坦路面，对于4Hz以下的较大波峰，无副梁自卸车满载时的振幅明显小于对标自卸车，说明此时无副梁自卸车的工字钢车架的刚度小于对标自卸车的槽钢车架，在隔振效果上要优于对标自卸车。

可能原因是高职学生的年龄、文化修养、自我认同等因素。进一步分析中职生和高职生各维度的相关因素发现,中职和高职组在把握感和一致感维度有显著性差异(见表4)。

参考文献

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