第１１期 ２０１１年１ １月 机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ １９３
文章编号：１００１—３９９７（２０１１）１ｌ－０１９３—０２
摩托车典型道路载荷谱采集及分析 木
杨平石晓辉邹喜红张俊杰 （重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术省部共建教育部重点实验室，重庆４０００５０）
Ｓａｍｐｌｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｆｏｒ ｔｙｐｉｃａｌ ｒｏａｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ
ＹＡＮＧ Ｐｉｎｇ，ＳＨＩ Ｘｉａｏ—ｈｕｉ，ＺＯＵ Ｘｉ—ｈｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎ－ｊｉｅ
（Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｐａｒｔｓ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００５０，Ｃｈｉｎａ）
【摘 要】通过应变片的粘贴和测试系统的组建，在海南试验场耐久５号道上采集到了不同路面
的载荷谱，并通过对其时域和频域的处理，统计了ｌｘ～２００型摩托车某些测点在路面随机激励下的时域
特征值，分析了在不同路面上摩托车的振动情况，并通过不同测点特征值的对比分析，得出该车具有较
好的减震性；分析了响应能量随路面状况的变化规律、总结了各典型路面的激振频率。判断了各典型路
面对摩托车舒适性的影响，为摩托车的总成、零部件的模拟试验及平顺性分析提供了重要的基础数据。
关键词：摩托车；载荷谱；采集；分析
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ ｉｓ ｓａｍｐｌｅｄ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｏａｄｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ
ｒｕｎｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｎｏ．５ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｒｏａｄ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｇｒｏｕｎｄ ｉｎ Ｈａｉｎａｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｔｉｃｋｉｎｇｆｏｉｌ ｇａｕｇｅ ａｎｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｔｈｅ
ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｅ ｎｖａｌｕｅ ｏｆ ０ｍｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓ ｉｎ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｒｏａｄ ｅｘｃｉ—
ｔａｔｉｏｎｆｏ，ｌｘ一２００ ｍｏｄｅｌ ｏｆｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆｒｅｓｐｏｎｓｅ ｅｎｅｒｇｙ ｗｉｔｈ ｒｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．
Ａｆｔｅｒ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｏｓｅ ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ ｔｅｓｔｅｄ，ｂｅｔｔｅｒ ｄａｍｐｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｔ ｌａｓｔ，
ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｅａｃｈ ｔｙｐｉｃａｌ ｒｏａｄ，ｗｅ ｃａｎ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙｊｕｄｇｅ ｔｈｅ ｃｏｍｆｏｒｔ ｏｆ
ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ ｗｈｅｎ ｒｉｄｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅｓｅ ｒｏａｄｓ． ｅ ｍｏｓｔ 枷 ｃａｎｔ ｉｓ ｔｈａｔ ｗｅ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｂａｓｉｃ ｄａｔａｆｏｒ
ｃｏｍｆｏｒｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｉｎｄｏｏｒ’Ｓ ｐａｒｔｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ；Ｌｏａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ；Ｓａｍｐｌｉｎｇ；Ａｎａｌｙｓｉｓ
中图分类号：ＴＨ１６，Ｕ４８３文献标识码：Ａ １引言
汽车试验场内快速可靠性试验规范必须建立在实际使用数据
统计和试验场各种道路设施基本性能研究的基础上，才能确保规范 的科学『生和合理 １，而反映实际行驶工况的道路载荷信号及其统计
分析结果又是疲劳分析、平顺性研究以及轻量化设计等试验方案的
基础口。所以需要通过试验场选择适当的路段，确定各个路段的先后 顺序并组成一定的循环路线，使车辆在试验中能够受到在实际使用 中所碰到的各种工况，并以一定的车速累计行驶至某一规定里程来
获取摩托车整车及零部件设计、制造水平的可靠性数据，目的是在
尽可能短的时间内使被试车辆最大程度地暴露出结构或零部件设 计上的缺陷，而这一工作的关键在于选择试验场内的特定路面 。这
就需要研究摩托车在试验场特定路面行驶时的振动响应，找出各种 路面信号响应的变化规律日。针对海南试验场耐久五号道，采集了一
定车速下各典型路面的载荷谱。分析了不种路面对摩托车驾驶的舒 适性影响，得到了路面状况对摩托车不同部位响应的变化规律，从
而为摩托车舒适陛和室内台架试验及ＣＡＥ分析提供了基础数据。
２道路载荷谱采集
试车道路载荷谱的采集试验就是为了得到汽车在实际道路
行驶中的载荷信息，在该车实际运用地区的公共道路或者试验场
进行试车道路试验，以获取道路载荷谱１４１。对于实车道路载荷谱采
集试验是获得车辆在特定路面上真实路谱的关键，也是后续室内
★来稿日期：２０１１－０ｌ一３Ｏ★基金项目：重庆市科技攻关项目（２００７ＡＡ６００６） 台架试验、仿真分析的可靠依据。
２．１测点选择及布置
进行道路载荷谱采集之前，首先需要确定采谱的测点，由于 车架结构及受载的复杂性，给测点的选择带来了一定的难度。布
置测点时，应以车架为主，兼顾其它总成和零部件，从而有效的获
得我们所需要的各种信息。加速度信号能够描述摩托车的振动特
性和舒适性，同时也是为相关分析、模拟迭代以及为今后摩托车
各种总成、零部件的室内模拟实验提供基础数据，凶此加速度信
号是道路载荷谱必须采集的信号。为了准确地确定车身上的测 点，使用最少的测点数获得尽可能多的车身信息，我们对影响乘
坐舒适性较大的手把、坐垫、脚踏和能直接反应道路谱状态的前
后轴布置了加速度传感器。
２．２路面选择
试验路段的选择需要综合考虑摩托车的使用范围及相应的试
验标准。选取了海南汽车试验场耐久．陛５号道，该路段集中、浓缩、
强化了实际使用条件下的各种使用工况，并且试验条件比较稳定，
可比性强日。其路面包括水泥路、条石路、石板路、丙种乱石路、柏油
路、鱼鳞坑路、沙土路、波形路、比利时路、搓板路、石块路和水泥路。
２．３测试系统组建
被测对象为某摩托车公司新开发的ｌｘ一２００跨骑式摩托车。
试验仪器包括某公司的１６通道低电平输入、１
６通道高电平输人 １９４ 杨平等：摩托车典型道路载荷谱采集及分析 第１１期
０ １００ ２００ ３００ ４００ ５００ ６００ ７００ ８００ ９００ １０００ ｌ１ＯＯ １２００ １３００ ｒｉｍｅ（ｓｅ（ ｓ） （ａ）各典型路面的加速度时域信号
－ ０ ． ・ １
２
—３ ５．９ ６．０ ６ １ ６ ２ ６．３ ６．４ ６ ５ ６ ６ ６． ７ ６．８ ６．９ Ｔｉｍｅ（ｓｅｅｓｊ （ｂ）各路面加速度时域信号的比较 图２ ＡＣ３测点的加速度时域信号 ３道路载荷谱分析
３．１加速度响应信号分析
３．１．１加速度统计特征分析
为讨论摩托车在各路面激励下的响应特征，计算出了其振动
加速度的统计值，部分路段的统计情况，如表１所示。道路载荷谱的
统计特征值是描述其强度特性的重要指标，其中标准差代表了振动
的强弱程度，均方根值代表了统计强度的指标 。综合各种路面下 摩托车响应的特征值，能初步判断不同固定路面对摩托车各部位运
动状态的影响以及不同部位在一定路面上的敏感程度。
从初步的统计结果可看 ，鱼鳞坑路的振动最剧烈，比利时路
次之，柏油路和水泥路运行最平稳，即标准差越小的路面摩托车运
行越平稳，标准差越大的路面越陡峭，振动越大，舒适ｆ生越差。
摩托车的振动主要由坐垫、脚踏及手把部位传至人体，决定 乘员的舒适性 。首先路面的不平激励通过轮胎及减震器的衰减
后传递给车架，再由车架传递至座位、手把、脚踏处，最后直接作
用在人体，而前后轴的振动直接来于路面的激励，能直接反映路
面的实际振动情况，由表１可以看出前后轴的加速度明显大于坐 垫、手把、脚踏处的加速度，即能量得到了较好的衰减，说明该车
具有较好的减震性。
表１各段路面加速度时间历程统计结果（单位：ｇ）
３．１．２振动能量的分布规律
自功率谱反映了振动能量在各个频率上的分布情况。研究了
若干测点数据处理后的功率谱密度及峰值频率分布。从不同路面 上各个测点的功率谱图可以得出以下结论：车辆在柏油路和水泥
路上以１２ｋｍ／ｈ速度行驶时，其坐垫和脚踏处的垂直振动加速度能
量分布类似，坐垫处加速度振动能量主要集中在７７Ｈｚ和１０２Ｈｚ 附近；脚踏处加速度振动能量主要集中在１０２Ｈｚ；手把处加速度振
动能量较分散：水泥路主要集中在１０Ｈｚ、９３Ｈｚ、１７０Ｈｚ附近，柏油 路主要集中在１０Ｈｚ、８３Ｈｚ、９０Ｈｚ、１７０Ｈｚ附近，但是１７０Ｈｚ处的能
量明显较大。可见柏油路和水泥路面对车架的舒适性影响较小，行
驶较平顺，其激振能量可能主要是由发动机引起。在搓板路和鱼鳞 坑路上，激振的能量都比较分散。鱼鳞坑路上，坐垫和脚踏的频率
成分都主要集中在１２Ｈｚ，２２Ｈｚ，９８Ｈｚ，１０２Ｈｚ其中９８Ｈｚ和１０２Ｈｚ 的能量最大，手把处的能量主要集中在１２Ｈｚ、２２Ｈｚ，其中２２Ｈｚ处
能量较大。搓板路上坐垫和脚踏处的频率成分主要集中在９７Ｈｚ、
１０７Ｈｚ，手把处的能量主要集中在１２１Ｈｚ、２２Ｈｚ、３０Ｈｚ、８８Ｈｚ、９７Ｈｚ、 １０７Ｈｚ，其中，９７Ｈｚ、１０７Ｈｚ处较为突出。可见鱼鳞坑路和搓板路面 对摩托车的振动影响较大，平Ｊ恻生较差，且路面的激励频率可引起
共振，影响寿命和舒适性，因此可争对这几处频率点进行改进。坐
垫处的加速度功率谱图，如图３所示。
０ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ｌ００Ｉ１０１２０１３０１４０１５０１６０Ｉ７０１８０ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ［０．０，２０８ ９１］Ｈｚ （ａ）水泥路和柏油路 ８ ６ ４ ２ ０ ２ ４ ６ ８ ． ． ∞ 一 一 一 一