摩托车实车道路振动对比测试与分析*

来 飞，黄超群，颜长征，周政平

(1.重庆车辆检测研究院国家摩托车质量监督检验中心，重庆 401122;2.重庆广播电视大学汽车工程学院，重庆 401520;3.重庆工商职业学院汽车工程学院，重庆 401520)

1 引言

摩托车作为人们日常生活的重要交通工具之一，对其振动舒适性的要求在不断提高，长时间的较大振动会严重损害乘骑者的身心健康，瞬间的剧烈振动也会影响驾驶员的感知和判断，从而引发安全事故。因此，对其振动舒适性研究有较大的现实意义［1－3］。

引起摩托车振动的激励源主要有不平路面激励和发动机激励两种，其振动又主要通过以下三种途径进行传递［3］:①从手把传递给手臂和人体;②从坐垫传递给臀部、腰和人体;③从脚踏传递给脚、腿和人体。目前，对摩托车振动舒适性的研究主要集中在不平路面激励下的计算机仿真分析和发动机不同转速激励下的实验室试验测试两种手段［4－7］，而对于摩托车实车道路振动试验方面的研究报道较少，其原因在于与四轮车辆相比，对于同时有路面激励和发动机激励的两轮摩托车的道路实车测试工作显得更为困难和复杂。

为采集摩托车实际运行工况下的振动数据，同时更好地为企业提供技术服务，本文进行了路面激励和发动机激励两种激励源同时存在的摩托车实车道路振动测试。针对同一款摩托车，采用三套不同型号的前后减振器，进行了三种不同路面下的振动对比测试，根据国际标准ISO2631和ISO5439分别对脚踏、坐垫和手把位置进行了1/3倍频程分析和对比，同时对振动较大的立管中部和左右后减位置的响应也进行了测试分析和比较。

2 数据采集仪和加速度传感器的安装

为方便进行数据采集和保证试验测试的安全性，本文采用带有硬件触发开关的便携式数据采集仪进行数据采集。对安装有三套不同型号减振器的同一摩托车进行了三种不同路面下的实车振动对比测试。数据采集仪及加速度传感器的安装如图1所示，其中，驾驶员坐垫位置处采用BK公司的4515－B－002型坐垫传感器，并采用相应的4447型手持式分析仪进行实时测试，如图1(b)所示。立管中部及脚踏位置的加速度传感器的安装情况分别如图11(c)、(d)所示。

图1 数据采集仪及加速度传感器的安装

选取的三种测试路面情况分别为典型的差路面、铺装路面及沥青路面。进行道路测试时，除驾驶员外，摩托车上还将搭载一名乘客，为保证驾驶员及乘客的安全性，同时考虑结合实际情况，在典型差路面上的车速选为30 km/h，在铺装路面上的车速选为40 km/h，在沥青路面上的车速选为50 km/h。

3 不同样车下的道路振动对比测试及结果分析

将三套不同型号的减振器依次安装在同一摩托车上进行道路试验，以下简称#1、#2、#3号样车。图2显示了三种样车分别在不同路面上行驶时，左脚踏Z向(垂直方向)1/3倍频程振动加速度的响应情况。由图可知，当摩托车在典型差路面上以30 km/h的速度行驶时，#1样车的加速度峰值频率在5 Hz、10 Hz和80 Hz附近，#2样车的加速度峰值频率与#1相同，#3样车的加速度峰值频率在6.3 Hz和80 Hz附近。当摩托车以40 km/h的速度在铺装路面上行驶时，#1样车的加速度峰值频率在8 Hz和100 Hz附近，#2样车的加速度峰值频率在8 Hz和80 Hz左右，#3样车的加速度峰值频率与#2相同。当摩托车以50 km/h的速度行驶在沥青路面上时，#1样车的加速度峰值频率在6.3 Hz和125 Hz附近，#2样车的加速度峰值频率在6.3 Hz和100 Hz左右，#3样车的加速度峰值频率在8 Hz和125 Hz左右。由此可知，脚踏的振动与路面、车速及前后悬的特性都有密切关系。对同一摩托车而言，路面越平整，振动越小。

图2 左脚踏Z向1/3倍频程振动加速度对比图

同时对左右手把、驾驶员坐垫、左右脚踏、立管中部及左右后减位置的加速度振动响应进行了不同路面下的实车对比测试。

图3为三种路面下摩托车左右手把、左右脚踏及驾驶员坐垫处的加速度均方根响应，其中对左右手把处的振动响应按照国际标准ISO5439进行了加权，对左右脚踏和驾驶员坐垫的振动响应按照国际标准ISO2631进行了加权。由图3可知，摩托车手把、脚踏及驾驶员坐垫在沥青路面上的振动最小，在铺装路面上的振动次之，在差路面上的振动最大。

图4为摩托车在三种路面下立管中部及左右后减位置的加速度均方根响应。由图4可知，摩托车立管中部及左右后减位置的振动在差路面上的最小，在铺装路面上的振动次之，在沥青路面上的振动最大。这说明摩托车手把、脚踏及驾驶员坐垫位置的振动与路面激励有较大关系，而立管中部和左右后减位置的振动则与路面激励和发动机的激励都有关系。总体来看，#2样车的振动比#1和#3的振动要小。

图3 左右手把、左右脚踏及驾驶员坐垫位置的振动响应

图4 立管中部及左右后减位置的振动响应

4 同一样车下不同发动机转速和车速下的振动测试

4.1 摩托车固定不动、发动机不同转速下的振动测试

选取#3摩托车样车为研究对象，研究了摩托车固定不动时，发动机不同转速下左右脚踏和立管中部位置的振动响应情况。图5为摩托车固定不动时，发动机转速在 1000 r/min、2000 r/min、3000 r/min、4000 r/min和5000 r/min时的左右脚踏和立管中部的振动响应情况。其中，图5(a)为左右脚踏未计权时的响应，图5(b)为左右脚踏计权后的响应。由图可知，左右脚踏及立管中部的振动加速度均随着发动机转速的升高而增加，未计权时的左右脚踏位置的振动加速度均方根值要高于立管中部位置，发动机转速越高，脚踏位置的振动越明显。可见发动机激励对脚踏位置的振动有重要影响，同时右脚踏位置的振动要略高于左脚踏位置的，其主要与发动机在车架上的布置有关。

图6为左右脚踏和立管中部位置前进方向(x向)和垂直方向(z向)的振动加速度功率谱密度，为节省篇幅，仅给出了发动机转速在1000 r/min、2000 r/min和4000 r/min时的响应情况。

图5 发动机不同转速下立管中部及左右脚踏振动加速度均方根

不同方向下振动加速度功率谱密度的峰值频率分别在16.7 Hz、33.4 Hz和 66.7 Hz附近，这与发动机在不同转速下的基频相一致。随着发动机转速的升高，各测点位置的振动加速度的峰值频率及功率谱密度也不断增加，发动机转速越高，增加的趋势也明显。

图6 发动机不同转速下左右脚踏和立管中部的功率谱密度

4.2 铺装路面下、不同车速下的振动测试

图7为#3摩托样车在铺装路面上分别以10 km/h、20 km/h、30 km/h、40 km/h 和 50 km/h 的车速行驶时，左右脚踏和驾驶员坐垫位置计权后的振动加速度均方根响应情况。随着车速的提高，各测点的振动加速度随之增加，其中40 km/h时各测点的振动加速度响应要略低于30 km/h，其主要原因在于前者行驶时变速器为3档，后者为2档，前者的发动机转速要略低于后者，同时也正好说明路面激励和发动机激励对各测点的振动均有较大的影响。同时可发现，各种车速下右脚踏的振动响应要大于左脚踏。

图7 铺装路面不同车速下左右脚踏和坐垫的振动响应

图8 铺装路面50 km/h下各测点的振动加速度功率谱密度

图8为摩托车以50 km/h车速行驶时各测点振动加速度的功率谱密度。由图可知，各测点的功率谱密度的峰值频率在110 Hz附近，而摩托车车速以50 km/h行驶时对应的发动机转速约为6600 r/min，这也正好与发动机转速的基频相一致。

5 结论

通过对路面不平激励和发动机激励同时作用下的摩托车进行了道路振动试验，将三种不同型号的减振器依次安装上同一摩托车上，进行了三种不同路面下的振动对比测试，得到以下结论:

(1)路面不平激励和发动机激励对于脚踏、立管中部和左右后减位置的振动均有重要影响。对于试验所采用的样车而言，右脚踏的振动要略高于左脚踏的，这主要与发动机在车架上的布置有关。

(2)路面不平激励对于手把和驾驶员坐垫位置有重要影响。对于本文所选择的测试工况，手把和坐垫处的振动在沥青路面上行驶时最小，铺装路面次之，差路面上最大。

(3)综合来看，2#样车各测点的振动要小于1#和3#样车。

(4)本文所得到的实车道路振动测试数据及分析结果对于摩托车平顺性建模和仿真分析及其在此基础上进行的相关优化设计工作均有较大的参考价值。

［1］ISO2631－1:1997.Mechanical vibration and shock—Evaluation of human exposure to whole－body Vibration—Part 1:General Requirement［S］.

［2］ISO5349 －1:2001.Mechanical vibration— Measurement and evaluation of human exposure to hand－transmitted vibration—Part 1:General requirements［S］.

［3］高国生，张祖翰.摩托车车架动态性能的试验研究［J］.振动与冲击，1994，3(44):66－69

［4］Cossalter V.，Doria A.Garbin S.Frequency－domain method for evaluating the ride comfort of a motorcycle［J］.Vehicle System Dynamics，2006，44(4):339 －355.

［5］Donida F.，Ferretti G.Savaresi S.Object－ oriented modeling and simulation of a motorcycle［J］.Mathematical＆ Computer Modeling of Dynamical Systems，2008，14(2):79 －100.

［6］Cossalter V.，Lot R.A motorcycle multi－body model for real time simulations based on the natural coordinates approach［J］.Vehicle System Dynamics，2002，37(6):423 －447.

［7］Sun，L.On human perception and evaluation to road surfaces［J］.Journal of Sound and Vibration，2001，247(3):409－415.