李旭偉、田程、王純

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心試驗(yàn)所零部件部 300300)

基于振動(dòng)臺(tái)的汽車座椅振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法研究

李旭偉、田程、王純

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心試驗(yàn)所零部件部 300300)

本文是對(duì)汽車座椅的坐墊和靠背的振動(dòng)傳遞率測(cè)試方法進(jìn)行研究,以電磁振動(dòng)臺(tái)作為激勵(lì),配合不同重量的假人作為載荷,測(cè)量座椅在兩個(gè)部位的振動(dòng)傳遞率,得到頻域下的傳遞率曲線,找出傳遞率較大的頻率,為評(píng)價(jià)座椅的減振性能,改進(jìn)座椅舒適性提供數(shù)據(jù)支撐。

汽車座椅,振動(dòng)傳遞率,減振性能,舒適性

0 引言

隨著人們生活水平的提高，汽車的舒適性越來(lái)越受到人們的重視，而座椅的舒適性無(wú)疑是乘車人員對(duì)汽車整體舒適性評(píng)判的重要標(biāo)準(zhǔn)。

本文通過(guò)搭建臺(tái)架試驗(yàn)的方法，使用電磁振動(dòng)臺(tái)提供激勵(lì)，測(cè)試座椅在不同載荷狀態(tài)下，各個(gè)方向的振動(dòng)傳遞率，通過(guò)此方法，找出座椅比較敏感的振動(dòng)頻率，為座椅的設(shè)計(jì)開發(fā)提供測(cè)試方法和數(shù)據(jù)支撐。

1 振動(dòng)傳遞率測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的搭建

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)座椅各項(xiàng)性能的測(cè)試都有比較成熟的試驗(yàn)臺(tái)，如顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)等。針對(duì)座椅振動(dòng)傳遞率的測(cè)試，國(guó)內(nèi)已有使用液壓伺服系統(tǒng)搭建試驗(yàn)臺(tái)的先例，并以此為基礎(chǔ)對(duì)不同材料坐墊的座椅垂向振動(dòng)特性進(jìn)行了測(cè)試，得到了非常有價(jià)值的傳遞率曲線[1]。還有學(xué)者針對(duì)普通座椅、機(jī)械減振座椅和空氣懸浮座椅的垂向傳遞特性進(jìn)行了臺(tái)架測(cè)量研究，對(duì)比了三者的動(dòng)態(tài)特性[2]。

本文使用蘇試電磁振動(dòng)臺(tái)，具有垂直和水平兩個(gè)臺(tái)面，可以通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)臺(tái)的動(dòng)圈驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)在垂向和水平方向的振動(dòng)。最大推力4 t，垂直和水平臺(tái)面均為1 m×1 m，完全適合汽車座椅的安裝調(diào)試。座椅通過(guò)專用的T型槽導(dǎo)軌與振動(dòng)臺(tái)工作臺(tái)面連接，借助于座椅與車身安裝時(shí)的預(yù)留孔，使用螺栓將其與導(dǎo)軌T型槽中的滑塊相連。

垂直臺(tái)架和水平臺(tái)架的切換完全依靠振動(dòng)臺(tái)自身的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)自帶的電機(jī)傳動(dòng)裝置，先將垂直臺(tái)面卸下，安裝過(guò)度工裝，再將動(dòng)圈旋轉(zhuǎn)90°，使用螺栓將過(guò)度工裝與水平臺(tái)面連接，水平臺(tái)面即搭建完成，圖1是垂向試驗(yàn)臺(tái)架，圖2為水平方向的試驗(yàn)臺(tái)架。

圖1 垂直振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架

圖2 水平振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架

2 座椅載荷的施加和傳感器的粘貼

本文使用塑料假人來(lái)模擬座椅上的載荷，可以通過(guò)調(diào)整注入假人中水的重量，模擬不同乘客的體重。假人通過(guò)綁帶與座椅固定，防止在試驗(yàn)過(guò)程中傾斜或滑落，如圖1、圖2所示。根據(jù)車輛一般使用者體重，選取重載101 kg，輕載49 kg作為座椅載荷輸入，分別進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。

試驗(yàn)過(guò)程中使用美國(guó)PCB加速度傳感器測(cè)試振動(dòng)信號(hào)，由于假人的存在，傳感器不能直接粘貼在坐墊和靠背上。根據(jù)GB/T 18707.1-2002《機(jī)械振動(dòng) 評(píng)價(jià)車輛座椅振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室方法》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，傳感器需要使用專用工裝[3]。該工裝由兩部分組成，主體為硬質(zhì)塑料圓盤，經(jīng)過(guò)數(shù)控機(jī)床加工成型，中部有放置傳感器的空腔，輔件為薄金屬蓋，粘貼傳感器并封堵塑料圓盤空腔。使用強(qiáng)力膠布將安裝有傳感器的工裝粘貼到座椅坐墊和靠背上，如圖3所示。

圖3 傳感器工裝安裝圖

3 座椅垂向振動(dòng)傳遞率測(cè)試

試驗(yàn)過(guò)程中，振動(dòng)臺(tái)輸入正弦掃頻信號(hào)，帶寬為3～30 Hz，使用恒定位移法，振幅控制在±0.5 mm，線性掃頻速度為0.1 Hz/min，每次掃頻用時(shí)271 s。振動(dòng)信號(hào)的采集使用Test.Lab軟件和數(shù)采完成，再將采集到的時(shí)域信號(hào)變換成頻域信號(hào)，用于振動(dòng)傳動(dòng)率的計(jì)算。座椅振動(dòng)傳遞率的計(jì)算公式如下。

VS是座椅振動(dòng)傳遞率，αC是座椅坐墊頻域信號(hào)的均方根值，αT是振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面頻域信號(hào)的均方根值，αB是座椅靠背頻域信號(hào)的均方根值。

以坐墊為例，采集到的時(shí)域信號(hào)如圖4所示，振動(dòng)臺(tái)、坐墊和靠背在輕載垂向振動(dòng)條件下的頻域信號(hào)如圖5所示，將數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算，得到坐墊和靠背在垂向的振動(dòng)傳遞率如圖6所示。

圖4 坐墊垂向振動(dòng)時(shí)域數(shù)據(jù)

圖5 振動(dòng)臺(tái)、坐墊和靠背輕載垂向頻域信號(hào)

圖6 坐墊和靠背輕載垂向振動(dòng)傳遞率

從上圖可以看出，座椅在輕載狀態(tài)下振動(dòng)傳遞率最大值位于10.40 Hz，坐墊和靠背的傳遞率分別為3.27和2.95。使用相同的方法得到重載狀態(tài)下，坐墊和靠背的垂向振動(dòng)傳遞率，在7.32 Hz振動(dòng)傳遞率最大，分別為3.20和2.93。如表1所示為展示了座椅在不同載荷狀態(tài)下的振動(dòng)傳遞率。

表1 座椅垂向振動(dòng)傳遞率

4 座椅水平方向振動(dòng)傳遞率測(cè)試

在水平方向，從駕駛員的角度來(lái)看，座椅存在前后和左右兩個(gè)方向的振動(dòng)，本文利用振動(dòng)臺(tái)從這兩個(gè)方向分別進(jìn)行試驗(yàn)。以前后方向振動(dòng)為例，輕載時(shí)的振動(dòng)傳遞率曲線如圖7所示，在8.17 Hz坐墊和靠背的振動(dòng)傳遞率最大，分別為3.04和5.78。綜合三個(gè)方向的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，座椅在兩種載荷兩個(gè)水平振動(dòng)方向下的振動(dòng)傳遞率如表2所示。

圖7 坐墊和靠背輕載前后向振動(dòng)傳遞率

表2 座椅水平方向振動(dòng)傳遞率

結(jié)合表1和表2的數(shù)據(jù)可以看出，由于座椅負(fù)載的增加，在三個(gè)方向上，座椅各部位重載工況下最大振動(dòng)傳遞率對(duì)應(yīng)的頻率要低于輕載工況，這是由于增加負(fù)載后，座椅系統(tǒng)的質(zhì)量提高，但是座椅的骨架剛度幾乎沒有變化，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率有所降低。另外，垂向振動(dòng)時(shí)，無(wú)論輕載還是重載，坐墊的振動(dòng)傳遞率均略高于靠背，相差不大，而在水平方向，靠背的振動(dòng)傳遞率均高于坐墊，這是由于靠背支架對(duì)于整個(gè)座椅系統(tǒng)而言是懸臂梁結(jié)構(gòu)，垂向振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)方向與懸臂梁軸線平行，沒有放大振動(dòng)的作用，而在水平的兩個(gè)方向上，振動(dòng)方向正好垂直于懸臂梁軸向，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)的放大作用要高于坐墊結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)車輛座椅進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，分析了其減振性能，屬于座椅動(dòng)態(tài)特性的一部分，得到如下結(jié)論。

(1)座椅的負(fù)載對(duì)其振動(dòng)傳遞率存在影響，載荷越大，最大傳遞率對(duì)應(yīng)的幅值越低。

(2)由于座椅本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能需要，靠背的振動(dòng)傳遞率在水平方向明顯高于垂直方向。

(3)每種測(cè)試工況下，坐墊和靠背在最大傳遞率處對(duì)應(yīng)的頻率均一致，說(shuō)明這是整個(gè)座椅系統(tǒng)的固有屬性。

(4)從測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，座椅的固有頻率會(huì)隨著座椅負(fù)載的大小而產(chǎn)生偏移，很難保證在整個(gè)激勵(lì)頻段內(nèi)都不產(chǎn)生共振，因此針對(duì)座椅結(jié)構(gòu)的改進(jìn)優(yōu)化，既要使其固有頻率盡量避開來(lái)自車身的激勵(lì)頻率，又要降低座椅的最大振動(dòng)傳遞率幅值。

本文以機(jī)械式座椅為試驗(yàn)對(duì)象，考慮了座椅負(fù)載對(duì)振動(dòng)傳遞率的影響，并且在垂直和水平方向都做了相同工況的試驗(yàn)，得到了三個(gè)方向的振動(dòng)傳遞率幅值及其對(duì)應(yīng)的頻率，為座椅的舒適性設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支撐，而且可以使用最大傳遞率對(duì)應(yīng)的頻率進(jìn)行疲勞耐久試驗(yàn)，考察座椅在最為嚴(yán)苛條件下的性能。后續(xù)還可以進(jìn)一步開展座椅的模態(tài)測(cè)試、剛度和阻尼試驗(yàn)以及仿真分析等，對(duì)座椅舒適性的指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)性的研究與評(píng)價(jià)。

[1]郭立群等.商用車汽車座椅振動(dòng)傳遞特性研究[J].噪聲與振動(dòng)控制,2009,(4):95-96.

[2]丁曉東.商用車座椅舒適性研究[D].吉林:吉林大學(xué),2006年6月,18-23.

[3]GB/T 18707.1-2002,《機(jī)械振動(dòng)評(píng)價(jià)車輛座椅振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室方法第一部分:基本要求》[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.

U463.83+6文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

李旭偉（1982—），男，工程師，碩士，研究方向問(wèn)為車輛NVH/CAE研究工作。