1. 引言

汽車座椅作為駕乘體驗(yàn)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)會(huì)直接影響駕駛員與乘客的舒適度和安全性。座椅振動(dòng)特性是評(píng)估座椅舒適性和安全性的關(guān)鍵因素之一，座椅的振動(dòng)不僅能夠影響乘客的短期舒適度，還可能對(duì)長(zhǎng)期健康產(chǎn)生影響，如肌肉骨骼疾病和疲勞累積。因此，深入研究座椅的振動(dòng)特性對(duì)于提升乘坐體驗(yàn)和保障乘客健康具有重要意義。

圖1實(shí)驗(yàn)座椅

2. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

實(shí)驗(yàn)探究雙軸（縱向和垂向）振動(dòng)激勵(lì)下，振動(dòng)激勵(lì)幅值和靠背傾角如何影響座椅?人體系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，分析雙軸振動(dòng)幅值大小與座椅非線性響應(yīng)特性之間的關(guān)系以及靠背傾角對(duì)座椅共振頻率的影響規(guī)律。

3. 參考標(biāo)準(zhǔn)

[1] Mechanical vibration and shock — evaluation of human exposure to whole-body vibration — Part 1: General requirements: ISO 2631-1-2015[S]. 2015-12-21.

[2] Mechanical vibration — Laboratory method for evaluating vehicle seat vibration Part 1: Basic requirements: ISO 10326-1[S].

4. 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架

上海工程技術(shù)大學(xué)新能源汽車零部件多自由度振動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，擁有Moog六自由度MAST TABLE振動(dòng)平臺(tái)如圖2所示。多自由度振動(dòng)平臺(tái)為汽車零部件設(shè)計(jì)研發(fā)過程中挑戰(zhàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)極限時(shí)不可或缺的測(cè)試工具。振動(dòng)平臺(tái)通過進(jìn)行豎向、橫向和縱向的平移，俯仰、偏擺和側(cè)傾的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行耐久、噪聲與振動(dòng)、振動(dòng)傳遞性、模型評(píng)估等測(cè)試。振動(dòng)平臺(tái)可以完成車輛簧載部件（如油箱，儀表板、座椅、保險(xiǎn)杠、內(nèi)飾件以及空調(diào)散熱器等）的測(cè)試任務(wù)：疲勞耐久性測(cè)試，時(shí)間歷程回放和路譜疊代；隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試；采用標(biāo)準(zhǔn)周期波形（正弦，方波，斜坡，三角，循環(huán)塊等）對(duì)試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)測(cè)試；正弦掃頻及共振駐留測(cè)試。

圖2 六自由度振動(dòng)平臺(tái)

性能參數(shù)，額定載荷：300kg；最大載荷：600kg；工作頻率：0-50Hz；最大頻率：100Hz；迭代RMS誤差：≤5％；臺(tái)面尺寸：1.0米*1.0米。詳細(xì)性能參數(shù)如圖3所示，在500kg下的頻率響應(yīng)曲線如圖4所示。

圖3 六自由度振動(dòng)平臺(tái)性能參數(shù)

圖4 六自由度振動(dòng)平臺(tái)頻響曲線

實(shí)驗(yàn)中使用的 Moog 六自由度振動(dòng)平臺(tái)，頻率覆蓋 0–50Hz，激勵(lì)方式包括隨機(jī)振動(dòng)和掃頻，滿足 ISO 10326-1 要求。

5. 數(shù)據(jù)處理

除了正常的主觀評(píng)價(jià)，也可以從以下幾個(gè)客觀指標(biāo)中分析振動(dòng)的舒適性。

（1）傳遞率：通過輸入與輸出加速度的互功率譜密度計(jì)算：

常用于分析共振峰、系統(tǒng)響應(yīng)頻率特性。

（2）加權(quán)加速度均方根值：

加權(quán)加速度均方根值對(duì)應(yīng)的舒適性判斷如圖5所示。

圖5 加權(quán)加速度均方根值對(duì)應(yīng)的舒適性

（3）振動(dòng)劑量值：通過對(duì)加速度信號(hào)的四次方積分來加權(quán)突發(fā)沖擊的影響，更敏感于高峰值振動(dòng)，公式為：

振動(dòng)劑量值對(duì)應(yīng)的舒適性影響如圖6所示。

圖6 振動(dòng)劑量值對(duì)應(yīng)的舒適性影響

6. 實(shí)驗(yàn)工況

汽車座椅通過工裝固定在六自由度振動(dòng)臺(tái)平臺(tái)上，如圖7所示。座椅振動(dòng)激勵(lì)如圖8所示。振動(dòng)輸入及輸出曲線如圖9所示。

圖7 汽車座椅固定設(shè)置

圖8 汽車座椅振動(dòng)激勵(lì)設(shè)置

圖9 振動(dòng)輸入輸出曲線

7. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

使用西門子TestLab數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和PCB型號(hào)356A16振動(dòng)傳感器采集不同激勵(lì)工況下不同位置的振動(dòng)響應(yīng)。座椅上振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置如圖10所示，人體上振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置如圖11所示。人體上的測(cè)點(diǎn)分別在頭頸、上軀干、下軀干、大腿的質(zhì)心位置。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和傳感器布置覆蓋了座椅與人體多個(gè)接觸面，符合 ISO 2631-1 中對(duì)測(cè)點(diǎn)位置和方向的規(guī)范。

圖10 座椅上振動(dòng)傳感器位置

圖11 人體上振動(dòng)傳感器位置

8. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)不同激勵(lì)下座椅振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究不同工況下的人體振動(dòng)動(dòng)態(tài)特性。例如圖12 為汽車在平坦路面40Km/h時(shí)座椅懸架振動(dòng)傳遞給人體各部位的振動(dòng)傳遞率?？梢钥闯?，在該路況下，座椅懸架傳遞給座椅底座以及人體背部在4Hz處存在明顯的共振峰。

圖12 座椅振動(dòng)傳遞率