牛 福，孟令帥，蘇 琛，吳文娟，段德光，孟 光，孫景工

0 引言

在救護(hù)車運送傷病員時，多數(shù)工況是救護(hù)車在平穩(wěn)隨機的道路上行駛，有時也會遇到惡劣路況。路面不平是影響救護(hù)車乘臥舒適性的重要因素之一。由于路面不平而傳遞到救護(hù)車上的振動，會使救護(hù)車上的傷病員感到不適，嚴(yán)重時會影響傷病員的健康甚至二次傷害。

人體振動舒適性的研究正日益受到廣泛重視，并制定了相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。徐新喜等學(xué)者[3-9]就救護(hù)車臥姿傷病員乘臥舒適性試驗、評價進(jìn)行了大量研究，在實踐中優(yōu)化了試驗設(shè)計與評價方法。孫景工、高振海等研究人員[10-13]在試驗、分析的基礎(chǔ)上，通過二次隔振技術(shù)，有效改善了救護(hù)車臥姿傷病員的乘臥舒適性。

參照GB/T 4971—2009[14]的定義，救護(hù)車乘臥振動舒適性是指為救護(hù)車上傷病員提供舒適的乘臥振動環(huán)境的性能。我國在參照相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，也制定了適合中國國情的人體振動舒適性試驗、分析與評價標(biāo)準(zhǔn)。救護(hù)車傷病員乘臥振動舒適性試驗、分析與評價方法并無專門的國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，一般沿用普通車輛正常臥姿人體的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。通過對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對比分析，發(fā)現(xiàn)有些試驗、分析以及評價方法不盡相同，而這些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均為有效，并未廢止或取代。在實際工作中，可能存在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇上的問題，筆者通過分析、總結(jié)，探討了在實際救護(hù)車乘臥振動舒適性試驗、分析、評價上的一些方法。

1 救護(hù)車乘臥振動舒適性試驗方法

影響救護(hù)車乘臥振動舒適性試驗的因素既有主觀的、也有客觀的；既有理論方法上的、也有實踐經(jīng)驗上的?，F(xiàn)主要從以下幾個方面對救護(hù)車乘臥振動舒適性試驗方法進(jìn)行探討。

1.1 試驗道路

GB/T 4970—2009[15]指出，車輛隨機輸入行駛的振動試驗道路應(yīng)為瀝青路或水泥路，具體試驗路面等級可根據(jù)試驗具體需要而定。

QC/T 677—2001[16]規(guī)定，振動試驗道路一般應(yīng)符合GB/T 7031—2005[17]所規(guī)定的相應(yīng)等級路面，道路分級見表1。

表1 道路等級分級表

A級為最平坦路面，H級為最崎嶇路面。試驗道路應(yīng)主要包括3種：（1）瀝青路，相當(dāng)于B級路面；（2）水泥路，相當(dāng)于B級路面；（3）砂石路，相當(dāng)于C級路面。

試驗道路規(guī)定應(yīng)優(yōu)選瀝青路或水泥路，砂石路試驗可供參考。而在實際試驗工作中，救護(hù)車，特別是急救車，存在越野路、急造路或其他惡劣路況上行駛的工況，那么在試驗路面等級上，可根據(jù)需要選擇GB/T 7031—2005規(guī)定的D、E或F等級的路面進(jìn)行乘臥舒適性試驗。

另外，根據(jù)實踐經(jīng)驗，路面等級可參考：（1）路面壓實的鄉(xiāng)間土路，參考D、E級路面；（2）中等破損的鄉(xiāng)間土路，參考E、F級路面；（3）遭到破壞的鄉(xiāng)間土路，參考F級路面；（4）收割過的耕地或草地，參考F級路面；（5）履帶式車輛駛過的破損路，參考F、G級路面；（6）履帶式車輛駛過的已毀路，參考G、H級路面。

1.2 試驗車速

按GB/T 4970—2009的相關(guān)規(guī)定，試驗應(yīng)使用良好或一般路面。良好路面規(guī)定的試驗車速為40 km/h～最高設(shè)計車速（但不應(yīng)超過試驗路面限制的最高車速），可按每隔10或20 km/h選取試驗車速。

QC/T 677—2001較 GB/T 4970—2009更為具體，規(guī)定了試驗車速一般應(yīng)包括5種車速，并應(yīng)使用常用擋位進(jìn)行道路振動試驗。

（1）瀝青路和水泥路。車速一般為 50、60、70、80、90 km/h，常用車速選取70 km/h。

（2）砂石路。車速一般為 40、50、60、70、80 km/h，常用車速選取60 km/h。

車速偏差應(yīng)為試驗車速的±4%。

若救護(hù)車或急救車在越野路、急造路或其他惡劣路況上行駛，實際試驗中行駛車速可選擇為20、30、40、50、60 km/h，常用車速為 40 km/h。

1.3 試驗人體載荷

按GB/T 4970—2009的規(guī)定，臥姿人體振動試驗載荷應(yīng)為自然人，身高為（1.70±0.05）m、體質(zhì)量為（65±5）kg。該標(biāo)準(zhǔn)與 QC/T 474—2011[18]所述一致。

而QC/T 677—2001規(guī)定，臥姿人體振動試驗載荷應(yīng)為自然人，身高為（1.70±0.05）m、體質(zhì)量為（60±5）kg。

上述標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于載荷出現(xiàn)差異，實際試驗時應(yīng)采用最新標(biāo)準(zhǔn)，即載荷應(yīng)為（65±5）kg的自然人。

1.4 試驗儀器與要求

1.4.1 試驗儀器

試驗儀器系統(tǒng)一般應(yīng)由加速度傳感器（坐墊式）、抗混濾波放大器、信號采集處理分析儀、數(shù)據(jù)自動采集和信號處理系統(tǒng)軟件、計算機等組成。ICP傳感器的普及，將傳統(tǒng)的壓電加速度傳感器與電荷放大器集于一體，可直接與記錄、顯示和采集設(shè)備等連接，簡化了測試系統(tǒng)，可大幅提高工作效率、測試精度和可靠性。

1.4.2 試驗位置

對于臥姿人體，GB/T 18368—2001[19]認(rèn)為，臥姿人體承受振動試驗載荷時，振動分別通過臀、頭的支撐接觸部位傳遞到人體。

在實際振動試驗中，我們應(yīng)遵循GB/T 13441.1—2007[20]的規(guī)定，臀部測試部位應(yīng)設(shè)在臀部支撐接觸區(qū)域中心，偏差一般應(yīng)不大于100mm。頭部測試部位應(yīng)設(shè)在頭部支撐接觸區(qū)域中心，偏差一般應(yīng)不大于30mm。

1.4.3 傳感器安裝

傳感器墊盤（或坐墊式傳感器）應(yīng)緊密接觸人體，人體軸間與傳感器靈敏軸的偏差應(yīng)符合GB/T 13441.1—2007中5.2的相關(guān)規(guī)定，其偏差一般應(yīng)不大于 15°。

1.4.4 試驗人員要求

支撐面上臥姿人體，其雙手應(yīng)自然地分別靠攏在臀部兩側(cè)，試驗過程中應(yīng)全身完全放松并保持規(guī)定的姿勢。一般地，試驗條件中應(yīng)說明是否放置枕頭或約束系統(tǒng)（如是否系安全帶）。

1.5 試驗數(shù)據(jù)采集與處理

試驗數(shù)據(jù)采集時應(yīng)采用抗混濾波器，并應(yīng)用窗函數(shù)。數(shù)據(jù)處理中涉及的采樣時間間隔、頻率分辨率和獨立樣本個數(shù)等需滿足采樣定理。

經(jīng)綜合分析，數(shù)據(jù)采集與處理建議采用的參數(shù)是：（1）采樣時間：t≥180 s；（2）截斷頻率：fc=100.00 Hz；（3）采樣時間間隔：Δt=0.005 s；（4）頻率分辨率：Δf=0.195 3 Hz；（5）試驗獨立樣本數(shù)：q≥25；（6）窗函數(shù)：Hanning窗函數(shù)（用于功率譜密度計算）。

2 救護(hù)車乘臥振動舒適性分析方法

臥姿人體、特別是救護(hù)車傷病員，在受到振動激勵時，其不同部位、不同頻率下的振動感知是不同的。在進(jìn)行救護(hù)車乘臥振動舒適性分析時，是根據(jù)臥姿人體在臀、頭等部位輸入的振動加速度綜合計權(quán)分析的。具體是通過部位計權(quán)與頻率計權(quán)的部位-頻率二次計權(quán)法獲得等效加速度均方根值[19]。

2.1 部位計權(quán)

一般使用加速度自功率譜密度函數(shù)Ga（f）來表征部位計權(quán)加速度。第一次計權(quán)可獲得臀-頭部位計權(quán)加速度，是臥姿人體的臀、頭部支撐接觸中心而得的等效加速度均方根值之和。通過部位計權(quán)處理而得的隨頻率而變的等效加速度，是進(jìn)行第二次計權(quán)的基礎(chǔ)。

可根據(jù)式（1）獲得1/3倍頻程加速度均方根值：

式中：aj為第j（j=1，2，…，23）個加速度均方根值（中心頻率為fj），單位為m/s2；fuj，f1j為1/3倍頻程中心頻率fj的上、下限頻率（0.5～80 Hz頻率范圍），單位為Hz；Ga（f）為加速度自譜，單位為m2/s3。

式（1）中的a是由支撐面?zhèn)鹘o臥姿人體臀、頭部的加速度axb、axh，Ga（f）就是與axb、axh的加速度自譜，對應(yīng)得到的aj是臀、頭部輸入的1/3倍頻程加速度均方根值 axbj、axhj。

可根據(jù)式（2）計算臥姿人體部位計權(quán)加速度：

式中：axbhj為第j（1，2，…，23）個1/3倍頻程臀-頭部位計權(quán)加速度均方根值（中心頻率為fj），單位為m/s2；Wxbj、Wxhj為臀、頭部輸入加速度的部位計權(quán)系數(shù)；axbj、axhj為1/3倍頻程臀、頭部輸入加速度均方根值，單位為m/s2。

臥姿人體臀-頭部振動部位計權(quán)系數(shù)見表2。

在實際計算分析時，可將式（2）轉(zhuǎn)為矩陣的形式，若以 diag（a1，a2，…，an）表示一個對角線元素依序為 a1，a2，…，an的對角陣，則有矩陣形式見式（3）：

式中：diag（axbh）為1/3倍頻程臀-頭部位計權(quán)加速度均方根值對角陣；diag（Wxb）、diag（Wxh）為臀、頭部輸入加速度的部位計權(quán)系數(shù)對角陣；diag（axb）、diag（axb）為1/3倍頻程臀、頭部輸入加速度均方根值對角陣。

2.2 頻率計權(quán)

頻率計權(quán)是用部位計權(quán)加速度后再對頻率計權(quán)而得的臥姿臀-頭計權(quán)加速度，第二次計權(quán)處理得到臀-頭頻率計權(quán)加速度。

表2 臥姿人體臀-頭部振動加速度頻率計權(quán)系數(shù)

由式（2）獲得部位計權(quán)加速度后，可由式（4）計算臥姿人體臀-頭部頻率計權(quán)加速度：

式中：axbhw為臥姿人體臀-頭部頻率計權(quán)加速度均方根值，單位為m/s2；axbhj為第j個1/3倍頻程中心頻率下的臥姿人體臀-頭部計權(quán)加速度均方根值，單位為m/s2；Waxbhj為第 j個 1/3倍頻程中心頻率下的臥姿人體臀-頭部加速度的頻率計權(quán)系數(shù)。

臥姿人體臀-頭部加速度頻率計權(quán)系數(shù)見表3。

在實際計算分析時，可將式（4）轉(zhuǎn)為矩陣的形式，若以tr（A）表示矩陣A的跡，即矩陣A主對角線上元素a1，a2，…，an的代數(shù)和，則有矩陣形式見式（5）：

表3 臥姿人體臀-頭部加速度頻率計權(quán)系數(shù)

式中：axbhw為臥姿人體臀-頭部頻率計權(quán)加速度均方根值；diag（Wxbh）為臥姿人體臀-頭部加速度的頻率計權(quán)系數(shù)對角陣；diag（axbh）為1/3倍頻程臀-頭部位計權(quán)加速度均方根值對角陣。

3 救護(hù)車乘臥振動舒適性評價方法

救護(hù)車乘臥振動舒適性評價方法有主觀評價與客觀評價之分。QC/T 677—2001、GB/T 18368—2001、GB/T 13441.1—2007均綜合應(yīng)用了主觀感知評價與客觀數(shù)據(jù)分析評價方法，規(guī)定了臥姿人體全身振動舒適性評價標(biāo)準(zhǔn)，但不完全一致。比如在加速度均方根值范圍方面有一定差別，在舒適性評價上用語也有顯著不同。GB/T 18368—2001與GB/T 13441.1—2007的評價基本一致。而QC/T 677—2001專門用于臥鋪客車平順性分析評價，其規(guī)定較上述2個標(biāo)準(zhǔn)稍微嚴(yán)格一些，更適合用于救護(hù)車乘臥振動舒適性評價，其舒適性評價用語更為合理。因此，筆者建議救護(hù)車乘臥振動舒適性評價采用QC/T 677—2001規(guī)定的評價標(biāo)準(zhǔn)，見表4。

表4 臥姿人體振動舒適性評價分級區(qū)間（評價指標(biāo)為臀-頭部頻率計權(quán)加速度）

4 結(jié)語

本文通過分析現(xiàn)行相關(guān)國際、國家標(biāo)準(zhǔn)，對救護(hù)車乘臥振動舒適性試驗、分析與評價方法進(jìn)行了探討，有助于在試驗、分析與評價方法等方面提供相關(guān)具體依據(jù)。

然而，相關(guān)國際、國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定臥姿人體均是針對正常健康人，即可以從事正常生活起居、旅行、能承受正常工作負(fù)荷的人。救護(hù)車主要用于運送傷病員，不同程度的傷病員對振動的感知、不同的振動激勵對傷病員的影響或傷害以及傷病員的乘臥舒適性評價等，在相關(guān)國際、國家標(biāo)準(zhǔn)中均未確定計權(quán)因子。另一方面，傷病員在運送過程中一般要系安全帶，ISO 2631-1:1997、ISO 8041—2005 均提及安全帶對振動測量、乘臥舒適性的影響，并規(guī)定了相關(guān)計權(quán)因子，而相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)還未作出相關(guān)規(guī)定，這或許是將來研究救護(hù)車乘臥振動舒適性試驗、分析與評價方法的重要內(nèi)容。此外，本文討論僅為臥姿人體承受垂直振動的乘臥舒適性試驗、分析與評價，但實際情況是臥姿人體在救護(hù)車運送過程中始終承受垂直振動、水平振動以及縱向角振動等多方向振動激勵。因此，多向復(fù)合振動激勵下的救護(hù)車傷病員乘臥舒適性試驗、分析與評價，仍需要進(jìn)一步研究。

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[2] ISO 8041：2005 Human response to vibration—Measuring instrumentation[S].

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