路桥过渡段人体舒适性测量方法研究

摘要：本文介绍了加速度传感器的测量原理，通过在车内安装加速度传感器测得车辆通过路桥过渡段时由于振动而产生的竖向加速度，对数据通过matlab软件处理，得出车辆通过路桥过渡段时的加速度最大值和加权加速度均方根值，从而作为判断乘客通过路桥过渡段时的舒适性依据。

关键词：路桥过渡段 人体舒适性 加速度传感器

近年来，各地高速公路在长期环境荷载和交通荷载的综合作用下，部分路桥过渡段出现了差异沉降，有的沉降量甚至达到5cm以上，当车辆经过该路桥过渡段时，车和人都会因为竖向振动而产生向上的加速度，从而使人体产生不舒适感觉。

1 加速度传感器的安装应用

1.1 量测原理 加速度传感器是利用石英晶体等一些物质的压电效应，当加速度计受到振动时，压电元件上所承受的质量块的力也随之变化，因此又称压电式加速度计。当被测物体的振动频率远远低于该加速度计的固有频率时，则加速度与力成正比。

1.2 安装应用 在安装应用过程中，将加速度传感器安装在指定测试位置，从而接收到车辆经过路桥过渡段时此处所产生的加速度信号，经过电荷放大器将该信号转变为电压信号，再通过采集卡进行A/D转换，最后通过PC中的软件存储该数据。由于加速度传感器对振动具有很高的灵敏性，因此本文在测试中，将加速度传感器的磁铁底座固定在一块专门供测试用的铁板上，避免其由于车辆振动发生移动而脱离测试位置，然后用300W的逆变器与电瓶相连接，把12V直流电转换为220V交流电，另一端与电荷放大器连接。一个电荷放大器可与两个加速度传感器连接，本次测试中一个传感器放置在前排座椅，另一个放置在测试车的底盘，电脑与电荷放大器连接，在终端输出数据。

1.3 信号转换 在测试过程中，电脑终端所输出的是时域信号形式的数据（如图1）。加速度传感器在安装使用前要在室内进行定标标注，将时域信号转换成加速度随时间变化的曲线。定标标注是在激振器上利用球振法，输入不同频率的信号，得到加速度为1g时测定系统输出的信号大小，最后得出该测定系统的加速度标定曲线。

在MATLAB中编写程序，对该数据进行计算和图形可视化，得到车辆经过路桥过渡段时竖向振动的加速度最大值和加权加速度均方根值，并画出a(t)-t曲线图（如图2）。

2 人体舒适性评价方法

本文在测试中，考虑到车辆通过路桥过渡段时所产生振动是“瞬时性”的，因此，要计算出车辆以不同速度经过路桥过渡段时人体“瞬间内”的加权加速度均方根值，然后结合ISO 2631-1-1997中加权加速度均方根值与行驶舒适性的关系，从而判断出人体通过路桥过渡段时的舒适程度。

由于乘客在乘车过程中是坐在座椅上的，所以本文根据加速度传感器所测得的车辆通过路桥过渡段处座椅处的加权加速度均方根值与ISO 2631-1：1997中的人体舒适性对应，从而可以测得乘客通过路桥过渡段时的舒适性。

表1 加权加速度均方根值与行驶舒适性的关系（ISO 2631-1：1997，Annex C.）

3 结论

3.1 利用加速度传感器测得车辆通过路桥过渡段时振动的时域信号，通过MATLAB软件处理，得到振动时的最大加速度值和加权加速度均方根值。

3.2 车辆经过路桥过渡段时，将车座椅由于振动而产生的竖向加速度的加权加速度均方根值与ISO 2631-1：1997相比较，判定了乘客通过路桥过渡段时的舒适性。

参考文献：

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