汽车平顺性评价试验中的试验数据处理

周建文詹樟松
长安汽车工程研究院

摘要：本文简单介绍了汽车平顺性评价试验中的数据处理。试验过程按照汽车平顺性试验标准进行，记录汽车在常用车速和随机路谱输入下得到的试验数据。然后根据汽车平顺性评价指标，应用MATLAB及其工具箱对试验数据进行计算和分析，分别用加权加速度均方根值以及加速度功率谱密度函数等对该车的平顺性优劣做出评价。
关键词：随机输入、平顺性、功率谱、均方根值

引言
汽车行驶平顺性的优劣直接关系到乘员的舒适性，并涉及汽车动力性和经济性的发挥，影响到零部件的使用寿命，所以它是同类车在市场竞争中争取优势的一项重要性能指标。在讲究生活质量的今天，汽车行驶平顺性也成为消费者买车时需要重点考虑的因素。

在汽车运动过程中，各点的加速度自功率谱密度函数和加权加速度均方根值包括了系统振动特性的丰富信息，通过对它们的分析可以对汽车的平顺性做出一定的评价。

1 随机路谱输入试验及数据获取
按照GB/T 4970－1996《汽车平顺性随机行驶试验方法》规定，在路面等级符合GB 7031规定的B级沥青路面上进行试验。试验时，汽车在稳速段内稳住车速，然后以规定的车速匀速驶过试验路段，车速偏差小于试验车速的4％。在进入试验路段时启动测试仪器以测试各测试部位的加速度时间历程，同时测量通过试验路段的时间以计算平均速度。驶出试验路段后关闭测试仪器。

主要测试驾驶员、副驾驶员座椅上三方向（垂向、纵向和横向）加速度，辅助测试驾驶员座椅下两滑轨中心点处三方向加速度。驾驶员座椅测试部位的载荷为身高1.70m、体重65kg的自然人。

试验工况为汽车以速度40、50、60、70、80kpm稳速行驶。直线行驶，乘员5人，额定胎压。汽车载荷接近额定最大装载质量。

数据采集系统为压电式加速度传感器，采样频率256Hz。传感器测得振动信号，再通过电荷放大器，记录在磁带记录仪上。

取评价点各方向加速度信号各4组数据，如图1为一组40kpm稳速直线行驶驾驶员座椅各方向的加速度曲线。

2 数据处理及平顺性评价
加权加速度均方根值是按振动方向，根据人体对振动频率的敏感程度而进行计算的，是人体振动评价指标。加权加速度均方根值的计算，首先要求计算测试部位各方向加速度自功率谱密度函数。计算自功率谱密度函数时，可以加窗处理。使用Matlab信号处理工具箱可以快速进行加速度自功率谱密度函数计算。

图1 40kpm稳速直线行驶驾驶员座椅各方向的加速度曲线

以下是对40kpm稳速直线行驶驾驶员座椅各方向的加速度自功率谱密度函数计算过程。

首先将加速度信号导入信号处理工具箱，再选取滤波器。由于驾驶员座椅处的振动主要属于低频振动，可以用滤波器过滤掉高频干扰成分。

为了提高频谱分析精度，计算自功率谱密度函数时可以加窗处理。不同的窗函数具有不同的主瓣宽度、最大旁瓣值和旁瓣滚降率。如图4为长度50并使用归一化幅值和频率的矩形窗、汉宁窗和海明窗频谱特性图，从图中可以看出，汉宁窗和海明窗主瓣宽度比矩形窗增加了1倍。汉宁窗函数的最大旁瓣值比主瓣值低31dB，海明窗函数的最大旁瓣值比主瓣值低41dB。在此处选用汉宁窗可以在不太大的主瓣宽度内有效的抑制功率泄漏，使曲线皱波小而且平滑。

加速度功率谱密度包含了振动的丰富信息。如从图5可以看出
两个峰值分别出现在3.5Hz和10Hz，分别对应人体座椅系统的垂向固有频率和动力总成在其悬置上的固有振动频率。