GB/T 7031-2005 机械振动 道路路面谱测量数据报告

ICS17.160＿＿

’0‘伪旨

中华人民共和国国家标准

GB/T7031-2005/ISO8608：1995

代替GB/T7031-1986

机械振动道路路面谱测量数据报告

Mechanicalvibration-Roadsurfaceprofiles-Reportingofmeasureddata

（ISO8608：1995，IDT)

2005-07-11发布2006-01-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．＊

中国国家标准化管理委员会“-IIi

GB/T7031-2005/ISO8608：1995

月Ii青

本标准等同采用ISO8608;1995(E)((机械振动道路路面谱测量数据报告））（英文版）。

本标准等同翻译ISO8608;1995(E).

为便于使用，本标准做了下列编辑性修改：

a）用小数点“．”代替作为小数点的逗号“，”；

b）页码的变化；

c)删去了国际标准的前言。

本标准的附录A、附录B、附录C、附录D是资料性附录。

本标准代替GB/T7031-1986《车辆振动输人路面平度表示方法》。

本标准由中国机械工业联合会提出。

本标准由全国机械振动与冲击标准化技术委员会归口。

本标准起草单位：南京汽车研究所、郑州机械研究所。

本标准主要起草人：李守成、王珊燕、赵剑英。

cB/T7031-2005/1SO8608：1995

引言

本标准的目的是便于编辑和比较各种路面垂直路谱的测量数据。这里规定了测量垂直路谱数据报

告的统一方法。该方法适用于单轮辙或多轮辙路谱测量。

本标准规定如何编写测量报告而不是规定如何进行测量。测量仪器可能会影响测量结果，因此，应

该在报告中描述测量系统的特性。

附录A：提供一个满足本标准最低要求的报告样本。

附录B：为了方便地将路谱按常规分类，给出了典型道路的近似分类方法。同时给出了常规的道路

分类。建议描述谱数据时使用曲线拟合方法。

附录C：提供了利用统计参数描述路谱的一般规则。利用统计参数描述路谱的目的是为了进行道

路模拟研究或其他相关研究如车辆舒适性、悬架的评价以及路谱的评价。

附录D：讨论用快速傅立叶变换F（FT）技术处理功率谱密度P（SD）的方法。同时也讨论统计精度

问题。

GB/T7031-2005八SO8608：1995

士n去寸NEEE二石二苦垦红桑处-;;R"业如1月阵WrE++J口云七．

心微‘派划退始始圆省夏鳅循恨盲

1范围

本标准规定了测量垂直路谱数据报告的统一方法，该方法适用于单轮辙或多轮辙路谱测量。

本标准适用于公路、街道、高速公路和越野路的垂直路谱数据测量报告，不适用于铁路。

本标准不包括测量、数据处理设备及其方法。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有

的修改单不（包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究

是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

ISO2041:1994振动和冲击术语

IEC1260:1995电声学等百分比带宽滤波器

3术语和定义

ISO2041:1994确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1

空1(31频率spatialfrequency

波长的倒数，用m-’表示。

3.2

功率谱密度powerspectraldensity(PSD)

信号在单位频率范围内的有限均方值。对于单边谱，在X-Y线性坐标下功率谱密度函数的积分

值应该等于原信号在其频率分布范围内的方差a（2)。若仅统计0～二频率范围内的谱，由于谱的对称

性，则谱值乘20

3.3

位移PSDdisplacementPSD

路面垂直位移的功率谱密度。

3.4

速度PSDvelocityPSD

在单位距离内，路面垂直位移变化率路（面垂直位移的斜率）的功率谱密度。

3.5

加速度PSDaccelerationPSD

在单位距离内，路面垂直位移斜率变化率的功率谱密度。

3.6

褪色decolouring

消除测量系统传递函数对PSD的影响。在进一步处理PSD原始值之前，必须进行褪色处理。即，

用测量得到的PSD除以测量系统传递函数模的平方。

3.7

平滑smoothing

一个数据块中的移动和平均处理过程。

GB/T7031-2005八SO8608：1995

注：在本标准中“未经平滑处理的PSD'，是指直接从测量数据中计算得到的PSD，或者在计算中使用的频率带宽与

表2所示不同。“平滑处理的PSD'，是指经过5.1.2所示的平均处理而获得的PSDo

4符号

本标准符号见表to

表1符号

李

5报告型式

5.1单轮辙数据

5.1.1路谱的描述

路谱可用下列两种方法的一种或两种来描述。推荐使用第一种—位移功率谱密度。

报告中必须包括未经平滑处理的数据文件。

第一种方法—位移功率谱密度

用垂直位移的功率谱密度描述路谱。报告包括位移功率谱密度和对应的空间频率，两者都需用对

数坐标表示，量纲分别为m3和M-.I.

纵坐标有两个参数，分别是吼(n),氏(0)，相应的横坐标分别是n,d2。只需画出民(n)-n的关系

曲线。

第二种方法—加速度功率谱密度Ga(.)

加速度功率谱密度是数据报告的一种选用方法。

用加速度功率谱密度来表示路谱，该加速度也就是单位距离内路面斜率的变化率。该功率谱密度

的量纲是m-'o

坐标轴使用对数形式。纵坐标分别是G,,(n),G,(0)，相应的横坐标分别是n,,C。只需画出G.(n)

-n的关系曲线。

GB/T7031-2005/ISO8608：1995

两种报告形式的关系如下：

G.(n)＝(2nn)4。Gdn（)

G}(0)＝24·Gd(n)

空间频率的范围

如果报告中的功率谱密度受测量设备允许限度的限制，用户可针对其特定路面、问题和产品选择适

当的空间频率范围。

注1：图C.1给出了车辆速度、空间频率与时间频率之间的关系。了解车辆的频率及速度特性后，就可以为这类车

如（越野车辆或一般车辆）选择适当的测量范围。

注2：对于一般车辆，测量空间频率的下限一般不需低于。.01m-'，对于越野车，一般不需低于0.05m-10

注3：当路面振动激励车辆时，轮胎包络特性的作用类似于一个低通滤波器。这种作用决定于轮胎的尺寸与结构。

对于一般路面测量，其频率上限一般推荐为10m-1。当然，就悬架振动而言，其关注的频率上限决定于特定

路面的最大允许速度。对于噪声问题，所关注的频率上限会高得多，可高达1000m-',

注4：由于轮胎宽度因素，存在着侧向包络特性。这就意味着对于振动问题，通常需要测量轮胎印迹的均值。轮胎

宽度测量取决于要解决的问题如（：振动、噪声）和具体的产品如（：摩托车轮胎、货车轮胎）。对于一般路面测

量，不需要特别关注轮胎的类型。如果是振动问题，通常采用大约100mm宽的轨迹，如果是噪声问题，通常

简化为单点测量。

路面测量数据的准确性决定于测量设备，该设备应具有一定的数据平滑功能。设备特性应在报告中体现（见

.1)。

注5：在越野路测量中，描述高频段应非常慎重。刘f软路面如（：沙地），小的起伏会被轮荷压平而被滤去。然而，

对于硬路面如（：石块路），仅仅是轮胎的包络特性起着滤波器的作用。在这种情况下，应在数据表中准确描述

路面状况见（.2)0

注6：附录B给出了推荐的描述路谱特性的方法和测量数据的拟合方法。

5.1.2平滑功率谱密度描述

如果用定带宽分析的方法来计算功率谱密度，在对数坐标图的高频区就会出现丰富的频率分量，容

易给人产生错觉。这是由于过分强调由所谓真实功率谱分布或者是统计噪声引起的功率谱密度的起伏

变化。

由于这个原因，功率谱密度应该用平滑形式来描述。例如，在以下频带运用平均功率谱密度表示：

—倍频程分析从最低计算频率(0（除外）到中心频率为0.0312m-1(0.1963rad/m）的频率带宽；

—1/3倍频程分析从中心频率为0.0496m-到‘0.25m-'(1.5708rad/m）的频率带宽；

-1/12倍频程分析从中心频率为0.2806m-’直到最高计算频率。

表2给出了用来计算平滑功率谱密度的各频带的中心频率。

在给定频带内，平均功率谱密度按下式计算：

”封_1

又G(;)·Br

。，、L(nL+0.5)·B。一n,(i)JG(nL)．，=n,+1｝nh(i）一（n、一0.5)｝·G(nH)

G：(z)＝兰立竺上一二一兰立兰二一一二二生一一二竺立二立已兰全二士一＋一口气袄一二丁十兰竺立立二二一一兰‘止竺一一一兰

ne(i）一n,(1)’nh(z）一nt(i)‘nn(z）一nr(i)

其中：G(i)为平滑带宽i上的平滑功率谱密度；

一NT‘宁+0.5)一（见表2)

一NT‘宁+0.5)一（见表2)

其他符号见表1所示。

在进行平滑计算的频率带宽i内，等式右边的第一和第三项分别计算初始带宽nH和n：部分。

如果这种方案由于计算的原因而不能进行，应在报告中注明其差别。

在角空间频率域进行平滑计算时，遵行同样规则。

模拟计算时，也遵循上述规则。

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还需在平滑过程之后进行一种简单的补充计算导出路谱特性。附录B介绍了该计算方法。

5.2多轮辙数据

多轮辙路谱数据是用5.1所述的每一个单轮辙功率谱密度曲线的方式来描述，用它们之间的相干

函数表示关系曲线。

Gig（．)2

y＝丁共－丁一，丁一，苏～下，又

G,（。）·GZ（．）

当测量两个以上轮辙时，最接近道路边缘的轮辙应该作为相干函数的参考轮辙。

曲线同样需要平滑处理如（5.1.2所述）。

5.3报告

报告应包含一个或更多的曲线图表和通用信息。

5.3.1单轮辙数据曲线图表

单轮辙数据的曲线图应包含未平滑和平滑后的功率谱密度。当众多数据用一张图表表示时，几条

不同的曲线应明确地给予区分。

功率谱密度曲线图还应包括.3,.4,.5,.1,.2中规定的

内容。

同时，建议在数据表中对路谱进行描述如（附录B所述）。如，所测道路总的功率谱密度和它的拟

合曲线；各倍频程带宽的功率谱密度以及它的拟合曲线如（图A.2，图A.4).

5.3.2多轮辙数据曲线图表

对于多轮辙数据，每个功率谱密度的图表都应在报告中给出如（5.3.1所述），同时还应包括它们的

相干函数的类似图表。图表应包含平滑后的相干曲线。图表中也需给出轮辙宽度。

当众多数据用一张图表表示时，几条不同的曲线应明确地给予区分。

5.3.3分析参数

对于空间频率分析的所有形式，应报告以下内容：

.1所采用的分析方法，模拟分析或数字分析。

.2要说明预处理滤波器的截止空间频率、斜率d（B/oct)和滤波器类型。在采用数字分析方法

时，应说明所使用的抗混滤波器类型例（如，贝特沃斯滤波器）。

.3频率分辨率：在比例带宽分析中，给出其比例倍频程带宽即可。

.4分析和报告数据的实际行程距离，单位为m。

在空间频率分辨率为0.01m-’的条件下，以统计精度为0.6测定100m波长，所测距离至少为1000mo

在某些情况下，无法达到或者不需要达到这个距离要求，例如，路段较短或为了研究路面的某种特

殊形式。这时，须在报告中写明。关于统计精度的讨论，见附录Do

.5谱估计的统计精度：对于比例带宽分析，给出最窄带宽的统计精度。统计精度用士％值表

示，它是基于样本偏离正态分布的随机误差，以95％的置信水平（即统计精度是正则化标准误差的1.96

倍）计算。

对模拟谱分析，除的规定外，还应包括下列内容：

.1带通滤波器的类别，应符合IEC,1260;1995倍频程和分数倍频程滤波器的规定。

.2等带宽滤波器的斜率(d（B/oct)和类型。

对数字谱分析，除规定外，还应包括下列内容：

.1具体使用的方法例（如快速傅里叶变换法，平均滞后相乘法，连续数字滤波法等）。

.2采样空间频率。

.3所使用的采样窗函数和它的修正系数。

.4若频率分辨率与分析带宽不同如（采用频率一平滑），则应予说明。

5.3.4试验条件

测量日期。

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所使用的仪器按下述条款说明：

.1测量系统的简要描述

a)机械设计；

b)装置简介

—接触式装置如（，车轮）：描述其设计如（：软车轮）、质量、轮胎压力、轮胎尺寸、有效直径、名义试

验载荷及名义试验载荷下的接触面积大小；

—非接触式装置如（，雷达系统）：描述其分辨率、有效测量面积大小等；

c）在长距离和长坡测量时设备计及斜坡偏差和横向坡道影响的能力。

.2标明传感器、遥测装置、磁带记录仪、滤波器等仪器设备的流程图。

.3仔细说明测量系统所使用的仪器以及系统标定环节。在报告或原始记录中，表述其详细的

设计内容、经过检定的系统传递函数以及测量精度。

.4记录数据所使用的所有滤波器的截止频率。

道路或地形按如下描述：

.1道路描述：国家、道路编号、位置、村庄、方向，如有可能，还可提供一张小地图。同时还应给

出车流密度有（可能的话，年度日平均车流量）、典型车速及其他相关描述性内容。

.2路面描述至少应包括下列内容：路面类型混（凝土、夯实土、卵石等）、路面状况新（公路、压

出车辙的路、缺少养护的路等）、路面坡度纵（坡）、横坡及曲率半径若（有的话）。对于越野路测量，应在

报告中给出土壤的贯人阻力及其测量方法的描述或见参考文献实（例见参考文献［1300

.3测量轮辙的定义：被测轮辙到近侧路边的距离。推荐用草图标明自行车道、停车道及行车

道。所有非常规因素应在报告中说明。

.4应给出道路的照片，拍摄高度为1.4m（大约是轿车驾驶员眼睛的高度），照片应从两个方

向显示被测轮辙的情况和位置。

.5如果给出两轮辙或多轮辙数据，应按.3的描述，并给出轮辙间的距离。

表2平滑计算功率谱密度的中心频率与截止频率用（空间频率表述）

a)倍频程带宽

六卜一寸才

b)1/3倍频程带宽

一布州

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c)1/12倍频程带宽

注l:n,＝下限截止频率；n,＝中心频率；nn＝上限截止频率；n,=2e'0o

注2：在1/12倍频程的最低频率带宽与1/3倍频程的最高频率带宽之间存在着少许重叠，目的是使在1/12倍频程

的各中心频率出现0.5,1,2,4的值，这样就能立即从1/12倍频程的平滑计算中得到道路特性（见B.3).

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附录A

（资料性附录）

报告示例

该附录的数据是虚构的。仅作为一个二轮辙报告的示例，以说明本标准所需满足的最低限度要求。

其中，照片省略。

注1：括号