汽车平顺性评价方法综述
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T 2 r.m.s. = é1 ∫0 a2 ( t )dtù ëT û 1
（1）
主观评价法需要根据经验认真规划、 需要统计 上的无偏见采样， 但实际上人们对振动感觉的复杂 性使得到的数据存在差异。一般来说， 仅使用定性 的说明或描述不容易确定行驶平顺性； 因此， 需要定 量的方法评价行驶特性， 即客观评价方法。
Abstract : In view of the controversy of ride comfort evaluation methods of domestic and international, the characteristics, differences and scope for each evaluation methods were analyzed. The integration of level of analysis and fuzzy is the typical subjective evaluation method. Then four object methods were described which were absorbed power method, the overall ride value method, VDI2057 (2002) and ISO2631 (1997). Finally several new subjective and objective comprehensive evaluation methods, including automotive integrated vibration comfort, fuzzy evaluation method and irritability rate analysis were introduced. The study found that every method is work, but the standard varies. The comprehensive evaluation methods can be better integrated to achieve the vehicle ride comfort evaluation, which may be the focus of future research directions. Key words : vibration and wave ; evaluation ; overview ; ride comfort ; vehicle
1 ≤ f ≤ 4 ΗZ 4 ≤ f ≤ 8 Ηz 8 ≤ f ≤ 80 Ηz K Z = 10 ⋅ a z ⋅ K Z = 20 ⋅ a z K Z = 160 ⋅ a z ⋅ f Wb f
3
2
时域信号( m s ) ； T 为暴露时间(s)。 对于多输入点、 多轴向振动， 首先计算各轴向加 权加速均方根值 a i (i 代表具体轴向)， 再按照轴加权 系数表计算总的加权加速度均方根值 aV 。
Review for the Current Evaluation Methods of Vehicle Ride Comfort
XIA Jun-zhong 1, MA Zong-po 1, FANG Zhong-yan 2, BAI Yun-chuan 1
( 1. Automobile Engineering Department, Academy of Military Transportation, Tianjin 300161, China; 2. Beijing New Energy Bus Branch, Beiqi Foton Motor Co., Ltd., Beijing 102206, China )
收稿日期： 2011-09-29； 修改日期： 2011-11-20 作者简介： 夏均忠 （1967- ） 男， 山东济宁人， 博士、 副教授， 目 前从事军用车辆智能检测与故障诊断研究。 E-mail: xiajunzhong@sina.com
[1]
全身振动评价方法评价汽车平顺性。 汽车平顺性评价方法大致可分为主观评价法和 客观评价法。主观评价法依靠评价人员乘坐的主观 感觉进行评价， 其主要考虑人的因素。客观评价法 是借助于仪器设备来完成随机振动数据的采集、 记 录和处理， 通过得到相关的分析值与对应的限制指 标相比较， 作出客观评价 [2, 3]。近年来， 综合运用主、 客观评价方法进行平顺性评价的研究取得了很大进 展， 成为当前研究的一个重点。
T
在频域上表示
AP =∑K i ⋅( A i rms)2
i=0 N
（3）
式中，A i rms 为各频段上的加速度均方根值；K i 为考虑了人体特性的频率函数， 它在一定频率上是 常数， 由经验求得。 吸收功率法具有明确的物理意义， 但是没有明 确规定的舒适界限。因此， 只适合现有车型间的平 顺性比较， 对产品的开发预测及汽车具体结构参数 的改进不能提出指导意见。该标准适用的频率范围 是 1～80 Hz。 2.2 总体乘坐值法 （BS 6841-1987） 总体乘坐值法由英国标准组织在 1987 年颁布， 并被国际标准化组织采纳， 据此发布了 ISO2631/ CD-1991 委员会草稿。该标准使用具有 12 个振动输 入的人体坐姿受振模型。在进行舒适性评价时， 需 要考虑座椅支承面处输入点 3 个方向的线振动和该 点 3 个方向的角振动， 以及座椅靠背和脚支承面两 个输入点各 3 个方向的线振动， 共 3 个输入点 12 个 轴向的振动 [8]。 在进行舒适性评价时， 当峰值系数 （峰值系数是 加权加速度时间历程的峰值与加权加速度均方根值 比值的绝对值） 小于 6 时， 以加速度均方根值 r.m.s.为 评价指标：
式中 a ( t ) 是按频率加权系数滤波后的加速度 时域信号， m s ； T 为暴露时间， s。
2
对于多轴振动， 应按照各轴的轴向加权系数 k i 计算其合成值， 见式 （5）
2 2 éN r.m.s. = ê （5） ( ki × r.m.s.i ) ù ú ∑ ëi = 1 û 当峰值系数大于 6 时， r.m.s.低估了振动， 应采用 1
Z = P'Q
ห้องสมุดไป่ตู้
和变形条件下， 人体可看做线性系统。当人体受到 振动时， 振动能量被人体接受并沿全身传递， 能量流 动率可用来评价人体振动特征， 这些能量的时间耗 散功率定义为吸收功率 （Absorbed Power, AP） 。吸 收功率可以在时域和频域上表示 [6,7]。 在时域上表示：
AP = Lim 1 ∫0 F ( t )V ( t )dt （2） T 式中 F ( t ) 为激励的时间函数；V ( t ) 为速度值。
均四次方根值 r.m.q.作为评价指标， 见式 （6） 。
T 4 r.m.q. = é1 ∫0 a4 ( t )dtù ëT û 1
(6)
汽车平顺性评价方法综述 总体乘坐值法是迄今为止较全面、 适合场合较 广的振动舒适性评价方法， 但由于该法涉及到的自 由度数目较多， 具体考察时需要的要素也较多， 操作 上较为复杂。该 标 准 适 用 的 频 率 范 围 是 0.5～ 80 Hz。 2.3 VDI 2057 1963 年， 德国工程师协会(VDI)发布的 VDI2057 是世界范围内最早的平顺性评价标准。该标准是在 分析了大量人员在不同频率和强度的正弦振动下的 反应得出的。通过定义合适的平顺性指标 K 系数 （K-factor） ， 结合主观感受表进行平顺性评价。后续 的版本中吸收了 ISO2631(1978)的容忍度曲线， 规定 了 1～80 Hz 范围内人体对振动响应的暴露极限、 疲 劳—工效界限和舒适降低界限。振动加速度数据经 过频域快速傅里叶变换 （FFT） 得到 1/3 倍频中心频 率的加速度均方根值。不同频段的平顺性指标值 K Z 表示如下 [9]
aV = ê ∑(Wi ai) ú ëi = 1 û
2
éN
ù2
1
(8)
（2）辅助评价方法 使用振动剂量值 （Vibration Dose Value,VDV） 评价
汽车平顺性评价方法综述
1
文章编号： 1006-1355(2012)04-0001-05
汽车平顺性评价方法综述
夏均忠 1，马宗坡 1，方中雁 2，白云川 1
（ 1. 军事交通学院 汽车工程系，天津 300161； 2. 北汽福田汽车股份有限公司 北京新能源客车分公司，北京 102206 ）
摘 要： 针对国内外汽车平顺性评价方法存在较大争议的现状， 系统分析各类评价方法的特点、 差异和适用范围。 首先介绍主观评价方法， 其中比较典型的是模糊层次分析法； 然后分别介绍吸收功率法、 总体乘坐值法、 VDI 2057 （2002） 和 ISO 2631 （1997） 四种客观评价方法； 最后引入新近提出的几种主、 客观综合评价法， 包括汽车综合振动舒适 度 C gv 法、 模糊评价法和烦躁率分析法。各类方法都能对汽车平顺性作出评价， 但标准各有差异。研究发现， 多学科交 叉的主、 客观综合评价法能较好的实现汽车平顺性评价， 是今后研究的重点方向。 关键词： 振动与波； 评价方法； 综述； 平顺性； 汽车 中图分类号： O32； U467 文献标识码： A DOI 编码： 10.3969/j.issn.1006-1355.2012.04.001
汽车的平顺性是避免汽车在行驶过程中所产生 的振动和冲击使人感到不舒服、 疲劳甚至损害健康， 或使货物损坏的性能 。研究平顺性的目的主要是 使汽车振动在给定的输入下的输出不超过一定的界 限， 以保持振动环境的舒适性， 保持驾驶员在复杂的 行驶和操作环境下， 具有良好的心理状态和准确灵 敏的反应。 汽车行驶时， 人体处于全身振动环境中， 应参照
（4）
2 汽车平顺性客观评价方法
目前， 世界上主要有四种汽车平顺性客观评价 方 法 ，分 别 是 吸 收 功 率 法（Average Absorbed Power） 、 总体乘坐值法 （BS 6841-1987） 、 VDI 2057 （2002） 和 ISO 2631 （1997） 。 2.1 吸收功率法 （Average Absorbed Power） 吸收功率法最早是由美国机动系统实验室的 Pradko 和 Lee 根据人体解剖学特性， 于 1968 年提出 的。研究发现人体是有阻尼的弹性体， 在一定输入
1 汽车平顺性主观评价方法
进行汽车平顺性主观评价时， 由其有经验的驾
2012 年 8 月
噪 声 与 振 动
控 制
第4期
驶员和乘客组成的专门小组按预定方式驾驶或乘坐 一组车辆来主观评价行驶平顺性的水平或特征； 然 后完成相应的主观评价表， 最后综合确定车辆的乘 坐舒适性。早在 1931 年， Reiher 和 Meister 通过对 10 名自愿者在振动台上的振动试验， 对平顺性评价方 法进行了初步研究。现行的主观评价方法主要是模 糊层次分析法。 美国运筹学家 T. L. Saaty 教授提出的层次分析 法， 能够把复杂的决策问题层次化， 可以根据问题的 性质以及所要达到的目标， 将问题中所包含的因素 划分为不同层次， 形成一个自上而下的递阶层次结 构， 可以得到最低层 （选择方案、 措施等） 相对于最高 层 （系统目标） 的相对重要性， 并可转化为数字来进 行处理， 以供决策者进行评价和选择 [4, 5]， 是当前流 行的一种多目标规划和决策方法。 模糊综合评价是对受到多种因素制约的事物或 对象做出总体评价， 而且评价结果不是绝对地肯定 或否定， 而是以一个模糊集合来表示。将模糊理论 引入层次分析法中， 可有效地解决判断矩阵的一致 性问题， 提高评价的效率与一致性。此方法的评价 过程如下： (1) 建立主观评价层次结构模型， 构造判断矩 阵; (2) 确定各层次评估指标权重， 经一致性检验得 到综合权重集矩阵 P ; (3) 建立模糊评价模型， 构造模糊评价矩阵 Q ; (4) 由模糊评价矩阵 Q 和综合权重集矩阵 P 得 到系统的综合评价结果：
（1）
主观评价法需要根据经验认真规划、 需要统计 上的无偏见采样， 但实际上人们对振动感觉的复杂 性使得到的数据存在差异。一般来说， 仅使用定性 的说明或描述不容易确定行驶平顺性； 因此， 需要定 量的方法评价行驶特性， 即客观评价方法。
Abstract : In view of the controversy of ride comfort evaluation methods of domestic and international, the characteristics, differences and scope for each evaluation methods were analyzed. The integration of level of analysis and fuzzy is the typical subjective evaluation method. Then four object methods were described which were absorbed power method, the overall ride value method, VDI2057 (2002) and ISO2631 (1997). Finally several new subjective and objective comprehensive evaluation methods, including automotive integrated vibration comfort, fuzzy evaluation method and irritability rate analysis were introduced. The study found that every method is work, but the standard varies. The comprehensive evaluation methods can be better integrated to achieve the vehicle ride comfort evaluation, which may be the focus of future research directions. Key words : vibration and wave ; evaluation ; overview ; ride comfort ; vehicle
1 ≤ f ≤ 4 ΗZ 4 ≤ f ≤ 8 Ηz 8 ≤ f ≤ 80 Ηz K Z = 10 ⋅ a z ⋅ K Z = 20 ⋅ a z K Z = 160 ⋅ a z ⋅ f Wb f
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时域信号( m s ) ； T 为暴露时间(s)。 对于多输入点、 多轴向振动， 首先计算各轴向加 权加速均方根值 a i (i 代表具体轴向)， 再按照轴加权 系数表计算总的加权加速度均方根值 aV 。
Review for the Current Evaluation Methods of Vehicle Ride Comfort
XIA Jun-zhong 1, MA Zong-po 1, FANG Zhong-yan 2, BAI Yun-chuan 1
( 1. Automobile Engineering Department, Academy of Military Transportation, Tianjin 300161, China; 2. Beijing New Energy Bus Branch, Beiqi Foton Motor Co., Ltd., Beijing 102206, China )
收稿日期： 2011-09-29； 修改日期： 2011-11-20 作者简介： 夏均忠 （1967- ） 男， 山东济宁人， 博士、 副教授， 目 前从事军用车辆智能检测与故障诊断研究。 E-mail: xiajunzhong@sina.com
[1]
全身振动评价方法评价汽车平顺性。 汽车平顺性评价方法大致可分为主观评价法和 客观评价法。主观评价法依靠评价人员乘坐的主观 感觉进行评价， 其主要考虑人的因素。客观评价法 是借助于仪器设备来完成随机振动数据的采集、 记 录和处理， 通过得到相关的分析值与对应的限制指 标相比较， 作出客观评价 [2, 3]。近年来， 综合运用主、 客观评价方法进行平顺性评价的研究取得了很大进 展， 成为当前研究的一个重点。
T
在频域上表示
AP =∑K i ⋅( A i rms)2
i=0 N
（3）
式中，A i rms 为各频段上的加速度均方根值；K i 为考虑了人体特性的频率函数， 它在一定频率上是 常数， 由经验求得。 吸收功率法具有明确的物理意义， 但是没有明 确规定的舒适界限。因此， 只适合现有车型间的平 顺性比较， 对产品的开发预测及汽车具体结构参数 的改进不能提出指导意见。该标准适用的频率范围 是 1～80 Hz。 2.2 总体乘坐值法 （BS 6841-1987） 总体乘坐值法由英国标准组织在 1987 年颁布， 并被国际标准化组织采纳， 据此发布了 ISO2631/ CD-1991 委员会草稿。该标准使用具有 12 个振动输 入的人体坐姿受振模型。在进行舒适性评价时， 需 要考虑座椅支承面处输入点 3 个方向的线振动和该 点 3 个方向的角振动， 以及座椅靠背和脚支承面两 个输入点各 3 个方向的线振动， 共 3 个输入点 12 个 轴向的振动 [8]。 在进行舒适性评价时， 当峰值系数 （峰值系数是 加权加速度时间历程的峰值与加权加速度均方根值 比值的绝对值） 小于 6 时， 以加速度均方根值 r.m.s.为 评价指标：
式中 a ( t ) 是按频率加权系数滤波后的加速度 时域信号， m s ； T 为暴露时间， s。
2
对于多轴振动， 应按照各轴的轴向加权系数 k i 计算其合成值， 见式 （5）
2 2 éN r.m.s. = ê （5） ( ki × r.m.s.i ) ù ú ∑ ëi = 1 û 当峰值系数大于 6 时， r.m.s.低估了振动， 应采用 1
Z = P'Q
ห้องสมุดไป่ตู้
和变形条件下， 人体可看做线性系统。当人体受到 振动时， 振动能量被人体接受并沿全身传递， 能量流 动率可用来评价人体振动特征， 这些能量的时间耗 散功率定义为吸收功率 （Absorbed Power, AP） 。吸 收功率可以在时域和频域上表示 [6,7]。 在时域上表示：
AP = Lim 1 ∫0 F ( t )V ( t )dt （2） T 式中 F ( t ) 为激励的时间函数；V ( t ) 为速度值。
均四次方根值 r.m.q.作为评价指标， 见式 （6） 。
T 4 r.m.q. = é1 ∫0 a4 ( t )dtù ëT û 1
(6)
汽车平顺性评价方法综述 总体乘坐值法是迄今为止较全面、 适合场合较 广的振动舒适性评价方法， 但由于该法涉及到的自 由度数目较多， 具体考察时需要的要素也较多， 操作 上较为复杂。该 标 准 适 用 的 频 率 范 围 是 0.5～ 80 Hz。 2.3 VDI 2057 1963 年， 德国工程师协会(VDI)发布的 VDI2057 是世界范围内最早的平顺性评价标准。该标准是在 分析了大量人员在不同频率和强度的正弦振动下的 反应得出的。通过定义合适的平顺性指标 K 系数 （K-factor） ， 结合主观感受表进行平顺性评价。后续 的版本中吸收了 ISO2631(1978)的容忍度曲线， 规定 了 1～80 Hz 范围内人体对振动响应的暴露极限、 疲 劳—工效界限和舒适降低界限。振动加速度数据经 过频域快速傅里叶变换 （FFT） 得到 1/3 倍频中心频 率的加速度均方根值。不同频段的平顺性指标值 K Z 表示如下 [9]
aV = ê ∑(Wi ai) ú ëi = 1 û
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（2）辅助评价方法 使用振动剂量值 （Vibration Dose Value,VDV） 评价
汽车平顺性评价方法综述
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文章编号： 1006-1355(2012)04-0001-05
汽车平顺性评价方法综述
夏均忠 1，马宗坡 1，方中雁 2，白云川 1
（ 1. 军事交通学院 汽车工程系，天津 300161； 2. 北汽福田汽车股份有限公司 北京新能源客车分公司，北京 102206 ）
摘 要： 针对国内外汽车平顺性评价方法存在较大争议的现状， 系统分析各类评价方法的特点、 差异和适用范围。 首先介绍主观评价方法， 其中比较典型的是模糊层次分析法； 然后分别介绍吸收功率法、 总体乘坐值法、 VDI 2057 （2002） 和 ISO 2631 （1997） 四种客观评价方法； 最后引入新近提出的几种主、 客观综合评价法， 包括汽车综合振动舒适 度 C gv 法、 模糊评价法和烦躁率分析法。各类方法都能对汽车平顺性作出评价， 但标准各有差异。研究发现， 多学科交 叉的主、 客观综合评价法能较好的实现汽车平顺性评价， 是今后研究的重点方向。 关键词： 振动与波； 评价方法； 综述； 平顺性； 汽车 中图分类号： O32； U467 文献标识码： A DOI 编码： 10.3969/j.issn.1006-1355.2012.04.001
汽车的平顺性是避免汽车在行驶过程中所产生 的振动和冲击使人感到不舒服、 疲劳甚至损害健康， 或使货物损坏的性能 。研究平顺性的目的主要是 使汽车振动在给定的输入下的输出不超过一定的界 限， 以保持振动环境的舒适性， 保持驾驶员在复杂的 行驶和操作环境下， 具有良好的心理状态和准确灵 敏的反应。 汽车行驶时， 人体处于全身振动环境中， 应参照
（4）
2 汽车平顺性客观评价方法
目前， 世界上主要有四种汽车平顺性客观评价 方 法 ，分 别 是 吸 收 功 率 法（Average Absorbed Power） 、 总体乘坐值法 （BS 6841-1987） 、 VDI 2057 （2002） 和 ISO 2631 （1997） 。 2.1 吸收功率法 （Average Absorbed Power） 吸收功率法最早是由美国机动系统实验室的 Pradko 和 Lee 根据人体解剖学特性， 于 1968 年提出 的。研究发现人体是有阻尼的弹性体， 在一定输入
1 汽车平顺性主观评价方法
进行汽车平顺性主观评价时， 由其有经验的驾
2012 年 8 月
噪 声 与 振 动
控 制
第4期
驶员和乘客组成的专门小组按预定方式驾驶或乘坐 一组车辆来主观评价行驶平顺性的水平或特征； 然 后完成相应的主观评价表， 最后综合确定车辆的乘 坐舒适性。早在 1931 年， Reiher 和 Meister 通过对 10 名自愿者在振动台上的振动试验， 对平顺性评价方 法进行了初步研究。现行的主观评价方法主要是模 糊层次分析法。 美国运筹学家 T. L. Saaty 教授提出的层次分析 法， 能够把复杂的决策问题层次化， 可以根据问题的 性质以及所要达到的目标， 将问题中所包含的因素 划分为不同层次， 形成一个自上而下的递阶层次结 构， 可以得到最低层 （选择方案、 措施等） 相对于最高 层 （系统目标） 的相对重要性， 并可转化为数字来进 行处理， 以供决策者进行评价和选择 [4, 5]， 是当前流 行的一种多目标规划和决策方法。 模糊综合评价是对受到多种因素制约的事物或 对象做出总体评价， 而且评价结果不是绝对地肯定 或否定， 而是以一个模糊集合来表示。将模糊理论 引入层次分析法中， 可有效地解决判断矩阵的一致 性问题， 提高评价的效率与一致性。此方法的评价 过程如下： (1) 建立主观评价层次结构模型， 构造判断矩 阵; (2) 确定各层次评估指标权重， 经一致性检验得 到综合权重集矩阵 P ; (3) 建立模糊评价模型， 构造模糊评价矩阵 Q ; (4) 由模糊评价矩阵 Q 和综合权重集矩阵 P 得 到系统的综合评价结果：