某型車載榴彈炮底盤平順性評價及試驗研究

兀光波，考希賓，楊巧麗，閆金海，孔 巍，王延琦，肖 盼

(1.兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所 中國兵器工業(yè)集團公司人-機-環(huán)境重點實驗室，陜西 西安 710065;2.陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，陜西 西安 710100)

某型車載榴彈炮底盤平順性評價及試驗研究

兀光波1，考希賓1，楊巧麗1，閆金海1，孔 巍1，王延琦1，肖 盼2

(1.兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所 中國兵器工業(yè)集團公司人-機-環(huán)境重點實驗室，陜西 西安 710065;2.陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，陜西 西安 710100)

測試與評價了某型車載榴彈炮底盤平順性，為其振動控制與設(shè)計改進提供技術(shù)參數(shù)。連續(xù)記錄車載榴彈炮在兩種路面條件以不同速度行駛時座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處的三軸向振動信號，并對試驗記錄到的數(shù)據(jù)進行頻譜分析，得到0.5～80 Hz頻率范圍內(nèi)各測點三個軸向的 1/3倍頻帶振動加速度均方根值，分別按照國軍標(biāo)的相關(guān)規(guī)定計算、查表得出駕駛員 “舒適性降低限-允許暴露時間”及駕駛員的主觀感覺。試驗結(jié)果表明，該車載榴彈炮以30～80 km/h行駛時駕駛員全身振動暴露的“舒適性降低限-允許暴露時間”為 0.25—1 h，駕駛員的主觀感覺為不舒服或很不舒服。該車載榴彈炮系統(tǒng)底盤平順性需進一步提高。

車載榴彈炮；底盤；平順性；評價；測試

平順性是指避免車輛在行駛過程中所產(chǎn)生的振動和沖擊使人感到不舒服、疲勞甚至損害健康，或使貨物損壞的性能[1]。車載榴彈炮作為同車輛底盤構(gòu)成一體自身可運動的火炮，其運動狀態(tài)下的底盤系統(tǒng)同樣存在平順性問題。車載榴彈炮在行駛過程中，特別是在較差的道路條件下高速行駛時，底盤系統(tǒng)振動和沖擊不僅會降低作業(yè)人員乘坐舒適性與作業(yè)工效，還會導(dǎo)致設(shè)備的損壞，影響火炮系統(tǒng)裝備的可靠性。同時，為了避免這種情況發(fā)生，駕駛員不得不降低行駛速度，從而間接影響了車載榴彈炮的機動性。因此，針對車載榴彈炮底盤開展平順性評價與試驗研究具有一定的現(xiàn)實意義。

車載榴彈炮行駛過程中，作業(yè)人員處于全身振動環(huán)境中，應(yīng)參照全身振動評價方法評價其底盤平順性[2]。目前，關(guān)于裝備行駛過程中作業(yè)人員全身振動的測試與評價研究多集中在坦克、裝甲車輛等裝備方面[3-8]，且主要針對座椅座墊上方進行振動測量評價，未綜合考慮座椅靠背及腳支撐面處的振動對作業(yè)人員舒適性的綜合影響。而關(guān)于車載榴彈炮作業(yè)人員全身振動的試驗研究較少。筆者首先確定了車載榴彈炮底盤平順性評價方法，并選擇某型車載榴彈炮作為研究對象，在該車載榴彈炮于兩種道路上以不同速度行駛的狀態(tài)下對駕駛員座椅座墊上方、座椅靠背及腳支撐面處3個測點的振動進行測量，開展平順性測試試驗，最后采用確定的評價方法對該車載榴彈炮進行了平順性評價。

1 評價方法的確定

1.1 單一頻帶均方根值評價

目前，評價軍事作業(yè)振動環(huán)境對人員舒適性的影響主要依據(jù)GJB 966—1990《人體全身振動暴露的舒適性降低限和評價準(zhǔn)則》進行，GJB 966—1990等效采用ISO 2631/1—1985《Evaluation of humanexposure to whole-body vibration Part 1：General requirements》，規(guī)定了人體全身振動暴露時，保持人體舒適的振動參數(shù)界限和評價準(zhǔn)則。

由于車載榴彈炮行駛時屬于多軸向?qū)拵д駝?，根?jù)GJB 966—1990，首先應(yīng)對測量得到的各測點x、y、z3個軸向振動加速度信號進行頻譜分析，得到1～80 Hz頻率范圍內(nèi)20個1/3倍頻帶中心頻率的加速度均方根值ax、ay、az。再對ax、ay、az按照各軸向、各頻帶中心頻率相應(yīng)的加速度界限分別進行評定，得到3個軸向的“舒適性降低限-允許暴露時間”，并以3個軸向中最短的允許暴露時間作為該測點允許暴露時間，作業(yè)人員暴露于振動環(huán)境中的時間如果超過允許暴露時間，振動將引起舒適性降低[9]。

1.2 總加權(quán)加速度均方根值評價

由于ISO 2631/1—1985在是否適于評價長時間的隨機振動以及沖擊較大的振動方面仍存在爭議[4]。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1997年對ISO 2631/1—1985進行了全面修訂，我國也對應(yīng)修訂公布了GB/T 4970—2009《汽車平順性試驗方法》。由于車載榴彈炮底盤系統(tǒng)一般采用專用卡車或越野汽車底盤，因此可參照GB/T 4970—2009《汽車平順性試驗方法》對其進行平順性評價。GB/T 4970—2009規(guī)定了振動對人體舒適性感覺的評價方法，并給出了主、客觀評價對應(yīng)表。

表1 總加權(quán)加速度均方根值v與人的主感覺之間的關(guān)系

對比以上兩種評價方法，單一頻帶均方根值評價僅考慮了橫向(x、y軸向)及縱向(z軸向)中各軸向最短“舒適性降低限-允許暴露時間”所對應(yīng)的頻率，而未綜合考慮不同頻率振動加速度均方根值的聯(lián)合作用及不同方向、測點振動的綜合影響。而總加權(quán)加速度均方根值評價不僅考慮了人體對各頻率振動敏感程度的不同，計算對人體產(chǎn)生影響的0.5～80 Hz范圍內(nèi)各頻率振動加速度均方根值，以不同的加權(quán)系數(shù)折算為最敏感頻率(縱向4～8 Hz，橫向1～4 Hz)內(nèi)的加速度均方根值，同時還給出了不同測點、軸向的頻率加權(quán)函數(shù)，分別計算各測點總加權(quán)加速度均方根值、綜合總加權(quán)加速度均方根值，彌補了采用單一頻帶均方根值評價過程中忽略不同頻率加速度均方根值的聯(lián)合作用及不同方向、測點振動綜合影響的不足。筆者采用以上兩種方法進行分析評價。

2 測試試驗

2.1 試驗條件

試驗的道路條件包括水泥路面、砂石路面、鵝卵石路面和硬土路面。試驗時現(xiàn)場氣象條件測試結(jié)果如表2所示。

表2 試驗現(xiàn)場氣象條件測試結(jié)果

2.2 試驗儀器設(shè)備

試驗儀器設(shè)備包括：自研AD數(shù)據(jù)采集記錄儀、5313A三向座墊振動傳感器、SDLT-S01三向壓電加速度傳感器、自研壓電模擬信號分析處理軟件。自研AD數(shù)據(jù)采集記錄儀分辨率為16位，帶寬為0～ 5 kHz，采樣率為10 Kib/s。傳感器經(jīng)檢定合格后使用，技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 傳感器技術(shù)參數(shù)表

2.3 試驗方案

試驗時，1#、2#三向座墊振動傳感器分別布置在駕駛員座椅座墊上方及座椅靠背處，以測量主要、輔助支撐面上的振動；三向壓電加速度傳感器安裝在距離車輛油門踏板9.6 cm處，以測量駕駛員腳支撐面處的振動。具體布放位置如圖1～2所示，車體前進方向為x軸(背至胸)，左右為y軸(右側(cè)至左側(cè))，上下為z軸(腳或臀至頭)。

試驗過程中，AD數(shù)據(jù)采集記錄儀連續(xù)采集、記錄車載榴彈炮在包括砂石路面、鵝卵石路面和硬土路面在內(nèi)的綜合路面上以30、40 km/h勻速行駛時,以及在水泥路面以50、60、70、80 km/h勻速行駛時，座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處的三軸向振動加速度信號。測試試驗流程如圖3所示。

3 試驗數(shù)據(jù)分析及結(jié)果評價

3.1 數(shù)據(jù)分析

利用壓電模擬信號分析處理軟件對試驗采集記錄到的振動加速度信號進行頻譜分析，得到0.5～ 80 Hz頻率范圍內(nèi)座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處3個測點x、y、z軸向的 1/3倍頻帶振動加速度均方根值。各測點z軸向的試驗結(jié)果如圖4～9所示。

從圖4～9中可以看出，車載榴彈炮以各試驗速度行駛時座椅座墊上方z軸向振動峰值，以及在60、70、80 km/h等中高速行駛時座椅座墊靠背處z軸向振動峰值均出現(xiàn)在8 Hz，處于人體承受縱向振動加速度時敏感頻率區(qū)域(4～8 Hz)，因此，車載榴彈炮在中高速行駛時的z軸向振動對駕駛員的舒適性影響最大。

3.2 結(jié)果評價

3.2.1 單一頻帶均方根值評價

按照GJB 966—1990規(guī)定的方法，得到車載榴彈炮以各試驗速度行駛時駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處各軸向振動的舒適性降低限-允許暴露時間，如表4所示。

表4 不同速度下駕駛員三軸向振動暴露的舒適性

由表4可以看出車載榴彈炮在綜合路面上以30 km/h行駛時，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動允許暴露時間均為1 h，超過1 h后振動均將引起駕駛員舒適性降低；車載榴彈炮在綜合路面上以40 km/h行駛時，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動振動允許暴露時間分別為0.25、0.25、1 h，超過0.25 h振動將引起駕駛員舒適性降低；車載榴彈炮在水泥路面上以50、60 km/h行駛時，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動振動允許暴露時間分別為1、1、2.5 h，超過1 h后振動將引起駕駛員舒適性降低；車載榴彈炮在水泥路面上以70 km/h行駛時，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動振動允許暴露時間均為1 h，超過1 h后振動均將引起駕駛員舒適性降低；車載榴彈炮在水泥路面上以80 km/h行駛時，駕駛員承受座椅座墊上方、座椅靠背處、腳支撐面處振動振動允許暴露時間分別為0.25、1、0.25 h，超過0.25 h后振動均將引起駕駛員舒適性降低。

3.2.2 總加權(quán)加速度均方根值評價

表5 不同速度下各測點總加權(quán)加速度均方根值vj m·s-2

表6 不同速度下v以及其與人的主觀感覺之間的關(guān)系

3 結(jié)束語

對比兩種評價方法，單一頻帶均方根值評價未綜合考慮不同頻率振動加速度均方根值的聯(lián)合作用及不同方向、測點振動的綜合影響。而總加權(quán)加速度均方根值評價不僅考慮了人體對各頻率振動敏感程度的不同，還以不同測點、軸向振動加速度均方根值為基礎(chǔ)通過計算綜合總加權(quán)加速度均方根值，以人體的舒適性感覺進行評價。且GB/T 4970—2009也對應(yīng)于ISO2631-1—1997修訂公布，因此，綜合比較，筆者認(rèn)為GB/T 4970—2009更加全面、準(zhǔn)確。

試驗結(jié)果顯示，車載榴彈炮以各種速度行駛時的座椅座墊上方z軸向振動峰值，以及在中高速行駛時的座椅靠背處z軸向振動峰值均出現(xiàn)在8 Hz，處于人體承受縱向振動加速度時敏感頻率區(qū)域(4～ 8 Hz)，因此，低頻縱向振動是引起駕駛員不舒適的主要原因。車載榴彈炮以各種行駛速度行駛時，各測點的振動強度隨著行駛速度的提高有不同程度的增加，這與實際情況是相一致的。

按照GJB 966—1990規(guī)定的評價方法，該車載榴彈炮以30～80 km/h行駛時，駕駛員全身振動暴露的“舒適性降低限允許暴露時間”為 0.25—1 h，超過此時間范圍振動將引起駕駛員舒適性降低，而車載榴彈炮乘員的一般作業(yè)時間要求為4 h，因此，不能在4 h作業(yè)時間內(nèi)均保持駕駛員良好的舒適性。同時，按照GB/T 4970—2009規(guī)定的評價方法，該車載榴彈炮以30～80 km/h行駛時，駕駛員的主觀感覺為不舒服或很不舒服，說明該車載榴彈炮行駛過程中的振動對駕駛員乘坐舒適性影響較大，需從車載榴彈炮系統(tǒng)的振動控制以及座椅減振設(shè)計方面進行振動控制改進，以進一步提高底盤平順性。

References)

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Evaluation and Experiment Study on the Ride Comfort of a Truck-mounted Howitzer’s Chassis

WU Guangbo1, KAO Xibin1, YANG Qiaoli1, YAN Jinhai1, KONG Wei1, WANG Yanqi1, XIAO Pan2

(1.Institute for Hygiene of Ordnance Industry Key Laboratory of Man-machine Environment of China North Idustrries Group Corporation, Xi’an 710065，Shaanxi, China；2.College of Automobile Engineering of Shannxi Vocational and Technical College, Xi’an 710100, Shaanxi, China)

The ride comfort of a truck-mounted howitzer’s chassis was tested and evaluated, which provided technical parameters for the vibration control and the design modification of the chassis. The vibration signals ofx,yandzaxes on the seat cushion, seat back and foot support surface were conti-nuously recorded when the truck-mounted howitzer was running on two different road surfaces at diffe-rent velocities with the processed data analyzed in frequency domain. One-third-octave band vibration acceleration RMS (Root Mean Square) was calculated within the frequency range of 0.5～80 Hz alongx,yandzaxes representing the seat cushion, seat back and foot support surface. According to national military stanclard, calculations were made to get the reduced comfort boundary-allowable exposure time and the subjective sensation of the driver by conferring to the standard chart. The experimental results showed that “the reduced comfort boundary and allowable exposure time limit”was 1/4—1 h, and the subjective sensation of the driver was uncomfortable or dreadfully uncomfortable when the truck-mounted howitzer was running at a speed of 30～80 km/h. Improvement should be made in the ride comfort of truck-mounted howitzer’s chassis.

truck-mounted howitzer; chassis; ride comfort; evaluation; test

10.19323/j.issn.1673-6524.2017.01.017

2016-01-26

兀光波(1983—)，男，工程師，碩士研究生，主要從事裝備人機工程技術(shù)研究。E-mail：boborov@163.com

U467.1

A

1673-6524(2016)04-0084-06