《Applied Ergonomics》：Whole-body vibration exposure in long-nose 10-wheel dumper trucks and some influencing factors
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本研究针对北美广泛应用的长头十轮自卸卡车，在典型工况下评估驾驶员全身振动(WBV)暴露的健康风险，并探究了道路条件、车辆前悬架特性、车速、驾驶员体重及座椅等因素对WBV的影响。通过标准化测量发现，在66个典型暴露场景中，27个场景至少有一项每日WBV指数超过危险限值，揭示了显著的职业健康风险。研究结果表明，VDV指标比加速度指标能识别出更多高风险案例，强调了选择合适的WBV评估指标对于准确评估健康风险和制定针对性干预措施具有重要意义。
在现代都市建设和道路维护中，长头十轮自卸卡车是不可或缺的主力。然而，长期驾驶这类重型车辆的司机们常常抱怨背部疼痛、驾驶舱内剧烈震动，甚至控制台因反复震动而损坏。这类被称为全身振动(WBV)的机械振荡，被证实在长期暴露下与严重的下背部疼痛等肌肉骨骼疾病、心血管及消化系统问题密切相关。对于常年奔波在北美各地的市政车队驾驶员而言，他们每日面临着怎样的健康风险？除了车辆载重，还有哪些因素在“加剧”或“平息”这股看不见的振动冲击？尽管存在国际标准（ISO 2631-1），但针对这种特定且广泛使用的车型，在典型铺装公共道路工况下的系统性评估数据却十分匮乏。为了填补这一知识空白，并为制定有效的控制策略提供科学依据，一项跨越两个加拿大城市的深入研究应运而生，其成果发表在《Applied Ergonomics》期刊上。
研究团队主要应用了ISO 2631-1 (1997)国际标准规定的测量与评估方法。他们在两个加拿大城市的市政车队中，选取了十五辆长头十轮自卸卡车，通过116次测量试验收集了数据。技术方法的核心包括：1）使用专业生物测量设备（Biometrics Ltd.的数据记录仪和三轴加速度计）在驾驶员座椅下方精确采集振动信号；2）遵循ISO标准，计算频率加权均方根加速度(aw)和振动剂量值(VDV)等关键指标，并应用主控轴和矢量和两种方法进行评估；3）将单次测量结果外推至每日等效8小时暴露，并与ISO标准定义的健康指导警戒区(HGCZ)及危险限值进行对比，以评估健康风险；4）通过方差分析(ANOVA)等统计方法，系统评估道路类型、车辆悬架特性、车速、载重条件、座椅类型及驾驶员体重等多种因素对WBV暴露水平的影响。研究样本来源于加拿大魁北克省两个城市的市政服务车队，测量涵盖了不同季节和代表性的工作路线。
研究结果与讨论
1. 概述两个城市的WBV结果
总体而言，城市A的WBV指数平均值和变异性均高于城市B。例如，城市A的平均Az(8)和VDVz分别为0.69 m/s2和22.82 m/s1.75，而城市B分别为0.56 m/s2和13.21 m/s1.75。在66个评估场景中，有27个（41%）至少有一项每日WBV指数超过了危险限值，表明存在可能的健康风险。更值得注意的是，在城市A的26个场景中，有21个（81%）的VDVz/eVDVz比值大于1.25，意味着根据ISO标准，应使用VDV而非加速度来评估健康风险。VDV指标比基于加速度的指标识别出了更多的高风险案例，凸显了选择合适的WBV评估指标的重要性。接受危险限值前的允许暴露时间(AETDL)在城市A普遍更短，表明在道路条件更差或车辆性能不佳的情况下，加班工作会显著增加WBV相关的健康风险。
2. 道路类型和状况
道路条件对WBV暴露有重大影响。在城市A，当测量路线从包含高速公路、乡村和城市道路的组合路线（第一阶段）切换到故意包含粗糙路段的纯城市路线（第二、三阶段）时，同一辆卡车的WBV指数显著上升。例如，M1卡车在空载状态下，Az(8)从第一阶段到第二阶段增加了48%，而VDVz增加了79%。VDV对冲击更敏感，其增幅更大，证实了第二阶段路况更为恶劣，瞬态冲击更频繁。
3. 扫雪铲、载重条件和车速
统计分析表明，在卡车前端安装扫雪铲（抬起状态）能显著降低VDVz（降低38%），这得益于增加的车辆质量降低了系统固有频率。然而，令人意外的是，载重条件（空载 vs. 满载）对任何WBV指数均无统计学上的显著影响，这与之前一些研究的结论不同，提示其他因素如悬架和座椅特性可能占据主导地位。此外，驾驶员在损坏路段主动降低车速（自适应车速）被证明是极其有效的WBV缓解策略。在城市A的一项试验中，采用自适应车速使AETDL从18分钟大幅延长至6.8小时，VDVz和Az(8)分别降低了52%和35%。
4. 卡车的WBV性能
研究明确区分了驾驶员“偏好”和“不偏好”的卡车。在两大城市，所有涉及“不偏好”卡车（城市A的M系列，城市B的D1、D2、DA）的原始配置场景中，绝大多数（15/17）的WBV指数都超过了危险限值（红色区域）。相比之下，“偏好”的卡车（城市A的R系列，城市B的F系列）在所有测试场景中均未达到高风险水平。统计分析（Welch's ANOVA）证实，在城市A的第一阶段，“不偏好”的M卡车产生的平均Az(8)和VDVz分别是“偏好”的R卡车的1.5倍和2.4倍。
4.1 卡车前悬架
前悬架特性是造成性能差异的关键。在城市A，将M1卡车原始的3片钢板弹簧前悬架更换为成本更高的空气悬架（M1pn），使VDVz降低了近2.5倍，AETDL从15分钟增至9.8小时。在城市B，配备8片或9片渐进式钢板弹簧悬架的卡车（DX, F系列）性能远优于仅配备2片钢板弹簧的“不偏好”D卡车，后者被认为非常僵硬。将M4卡车的前悬架移除一片以图软化，也显示出WBV暴露降低至接近“偏好”卡车水平的潜力。
4.2 售后橡胶悬架配件
安装廉价的售后橡胶悬架配件(RSA)并未显示出明确或可靠的WBV改善效果，在某些案例中甚至略有负面作用。
4.3 轮胎
使用更硬的轮胎进行的一项测试表明，这会显著增加WBV暴露，使AETDL减半，Az(8)和VDVz分别增加38%和50%。
5. 气动悬架座椅
5.1 座椅底座减震器数量
在城市A更恶劣的路况下，统计分析显示单减震器(1D)座椅比双减震器(2D)座椅表现更好，平均Az(8)和VDVz低约25-28%。而在城市B，二者无显著差异。这可能意味着在剧烈振动下，双减震器座椅可能“过度阻尼”，反而不利于减震。
5.2 替换座椅
在城市B，为“不偏好”的D卡车测试多种替换座椅（Rep1, Rep2, Rep3）取得了显著成效。例如，Rep2座椅使DA卡车的AETDL比原装座椅提高了2.7至3.0倍，使暴露水平接近性能最好的F卡车。然而，同一款座椅（Rep3）在不同卡车（DA vs. D1）或不同测试阶段的表现可能存在差异，强调了在目标车辆和真实工况下实地测试座椅性能的重要性。
5.3 驾驶员体重
一项三因素方差分析（在城市B第五阶段）揭示了驾驶员体重的显著影响。体重较轻（75公斤）的驾驶员T比体重较重（100公斤）的驾驶员S承受的Az(8)和VDVz平均高出17%。这表明较重的驾驶员可能能更好地使座椅悬架产生形变，从而获得更佳的减震效果。这一发现对于设计能适应不同体重驾驶员（包括越来越多的女性驾驶员）的座椅系统具有重要意义。
6. 使用哪个指标评估WBV健康风险
本研究的一个关键发现是评估指标选择的重要性。超过一半（52%）的场景需要使用VDV而非均方根加速度(aw)来进行风险评估。更重要的是，如果仅依赖Az(8)指标，只能识别出4个高风险场景；而使用VDVz指标，则识别出了全部21个高风险场景。这强有力地说明，对于在典型铺装道路上运行的十轮自卸卡车，VDV是一个不可或缺的、有时甚至是更敏感的WBV相关健康风险评估工具。
结论与重要意义
这项研究系统地揭示了在典型市政工作条件下，长头十轮自卸卡车驾驶员面临不容忽视的全身振动健康风险。研究不仅量化了风险水平，更重要的是，通过精细化的实验设计，厘清了多种因素对WBV暴露的影响权重。研究发现，道路状况、车辆前悬架特性、车速、座椅本身以及驾驶员体重，对WBV暴露的影响要大于货箱载重或座椅气动悬架的减震器数量。这一结论挑战了“重载能减震”的常规认知，将干预重点指向了车辆设计（尤其是悬架）、座椅选配及驾驶行为管理。
研究结果具有重要的实践指导意义：首先，为市政车队管理者提供了科学的采购和改装依据，应优先选择配备多片渐进式或空气悬架的卡车，并为现有“问题车辆”寻找经过实地验证的有效替换座椅。其次，强调了驾驶员培训的重要性，特别是在恶劣路况下主动降速是简单而有效的个人防护措施。再者，研究指出，单纯更换座椅虽能保护驾驶员，但无法降低驾驶室底板的振动输入，长远来看可能加速包括座椅本身在内的舱内设备磨损。因此，需要采取降低车速、优化悬架、选用合适轮胎和座椅的综合策略，以实现对WBV的全方位控制。
最后，本研究突出强调了在WBV健康风险评估中同时并正确使用VDV和加速度指标的至关重要性。依赖单一指标可能导致风险误判，进而影响防护措施的有效性。这项工作填补了特定车型在典型工况下WBV暴露数据的空白，为行业制定更精准的职业健康安全标准、为制造商改进车辆设计、以及为最终保护广大重型车辆驾驶员的健康与福祉，提供了坚实的数据支持和科学洞见。
