1. 引言

汽車座椅作為駕乘體驗的重要組成部分，其設(shè)計會直接影響駕駛員與乘客的舒適度和安全性。座椅振動特性是評估座椅舒適性和安全性的關(guān)鍵因素之一，座椅的振動不僅能夠影響乘客的短期舒適度，還可能對長期健康產(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特性對于提升乘坐體驗和保障乘客健康具有重要意義。

圖1實驗座椅

2. 實驗?zāi)康?/span>

實驗探究雙軸（縱向和垂向）振動激勵下，振動激勵幅值和靠背傾角如何影響座椅?人體系統(tǒng)的動態(tài)特性，分析雙軸振動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. 實驗臺架

上海工程技術(shù)大學(xué)新能源汽車零部件多自由度振動實驗室，擁有Moog六自由度MAST TABLE振動平臺如圖2所示。多自由度振動平臺為汽車零部件設(shè)計研發(fā)過程中挑戰(zhàn)產(chǎn)品設(shè)計極限時不可或缺的測試工具。振動平臺通過進行豎向、橫向和縱向的平移，俯仰、偏擺和側(cè)傾的旋轉(zhuǎn)運動進行耐久、噪聲與振動、振動傳遞性、模型評估等測試。振動平臺可以完成車輛簧載部件（如油箱，儀表板、座椅、保險杠、內(nèi)飾件以及空調(diào)散熱器等）的測試任務(wù)：疲勞耐久性測試，時間歷程回放和路譜疊代；隨機振動測試；采用標(biāo)準(zhǔn)周期波形（正弦，方波，斜坡，三角，循環(huán)塊等）對試件進行標(biāo)準(zhǔn)振動測試；正弦掃頻及共振駐留測試。

圖2 六自由度振動平臺

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 六自由度振動平臺性能參數(shù)

圖4 六自由度振動平臺頻響曲線

實驗中使用的 Moog 六自由度振動平臺，頻率覆蓋 0–50Hz，激勵方式包括隨機振動和掃頻，滿足 ISO 10326-1 要求。

5. 數(shù)據(jù)處理

除了正常的主觀評價，也可以從以下幾個客觀指標(biāo)中分析振動的舒適性。

（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)加速度均方根值對應(yīng)的舒適性

（3）振動劑量值：通過對加速度信號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，公式為：

振動劑量值對應(yīng)的舒適性影響如圖6所示。

圖6 振動劑量值對應(yīng)的舒適性影響

6. 實驗工況

汽車座椅通過工裝固定在六自由度振動臺平臺上，如圖7所示。座椅振動激勵如圖8所示。振動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 汽車座椅振動激勵設(shè)置

圖9 振動輸入輸出曲線

7. 實驗數(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356A16振動傳感器采集不同激勵工況下不同位置的振動響應(yīng)。座椅上振動測點布置如圖10所示，人體上振動測點布置如圖11所示。人體上的測點分別在頭頸、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接觸面，符合 ISO 2631-1 中對測點位置和方向的規(guī)范。

圖10 座椅上振動傳感器位置

圖11 人體上振動傳感器位置

8. 實驗結(jié)果分析

對不同激勵下座椅振動響應(yīng)數(shù)據(jù)進行分析，研究不同工況下的人體振動動態(tài)特性。例如圖12 為汽車在平坦路面40Km/h時座椅懸架振動傳遞給人體各部位的振動傳遞率?？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 座椅振動傳遞率