基于振動臺的汽車座椅振動傳遞率測試方法研究

李旭偉、田程、王純

（中國汽車技術研究中心試驗所零部件部 300300)

基于振動臺的汽車座椅振動傳遞率測試方法研究

李旭偉、田程、王純

（中國汽車技術研究中心試驗所零部件部 300300)

本文是對汽車座椅的坐墊和靠背的振動傳遞率測試方法進行研究,以電磁振動臺作為激勵,配合不同重量的假人作為載荷,測量座椅在兩個部位的振動傳遞率,得到頻域下的傳遞率曲線,找出傳遞率較大的頻率,為評價座椅的減振性能,改進座椅舒適性提供數據支撐。

汽車座椅,振動傳遞率,減振性能,舒適性

0 引言

隨著人們生活水平的提高，汽車的舒適性越來越受到人們的重視，而座椅的舒適性無疑是乘車人員對汽車整體舒適性評判的重要標準。

本文通過搭建臺架試驗的方法，使用電磁振動臺提供激勵，測試座椅在不同載荷狀態下，各個方向的振動傳遞率，通過此方法，找出座椅比較敏感的振動頻率，為座椅的設計開發提供測試方法和數據支撐。

1 振動傳遞率測試試驗臺的搭建

目前，國內外針對座椅各項性能的測試都有比較成熟的試驗臺，如顛簸蠕動試驗臺等。針對座椅振動傳遞率的測試，國內已有使用液壓伺服系統搭建試驗臺的先例，并以此為基礎對不同材料坐墊的座椅垂向振動特性進行了測試，得到了非常有價值的傳遞率曲線[1]。還有學者針對普通座椅、機械減振座椅和空氣懸浮座椅的垂向傳遞特性進行了臺架測量研究，對比了三者的動態特性[2]。

本文使用蘇試電磁振動臺，具有垂直和水平兩個臺面，可以通過調節振動臺的動圈驅動裝置實現在垂向和水平方向的振動。最大推力4 t，垂直和水平臺面均為1 m×1 m，完全適合汽車座椅的安裝調試。座椅通過專用的T型槽導軌與振動臺工作臺面連接，借助于座椅與車身安裝時的預留孔，使用螺栓將其與導軌T型槽中的滑塊相連。

垂直臺架和水平臺架的切換完全依靠振動臺自身的旋轉機構實現，通過自帶的電機傳動裝置，先將垂直臺面卸下，安裝過度工裝，再將動圈旋轉90°，使用螺栓將過度工裝與水平臺面連接，水平臺面即搭建完成，圖1是垂向試驗臺架，圖2為水平方向的試驗臺架。

圖1 垂直振動試驗臺架

圖2 水平振動試驗臺架

2 座椅載荷的施加和傳感器的粘貼

本文使用塑料假人來模擬座椅上的載荷，可以通過調整注入假人中水的重量，模擬不同乘客的體重。假人通過綁帶與座椅固定，防止在試驗過程中傾斜或滑落，如圖1、圖2所示。根據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，分別進行試驗測試。

試驗過程中使用美國PCB加速度傳感器測試振動信號，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GB/T 18707.1-2002《機械振動 評價車輛座椅振動的實驗室方法》標準的規定，傳感器需要使用專用工裝[3]。該工裝由兩部分組成，主體為硬質塑料圓盤，經過數控機床加工成型，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 座椅垂向振動傳遞率測試

試驗過程中，振動臺輸入正弦掃頻信號，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271 s。振動信號的采集使用Test.Lab軟件和數采完成，再將采集到的時域信號變換成頻域信號，用于振動傳動率的計算。座椅振動傳遞率的計算公式如下。

VS是座椅振動傳遞率，αC是座椅坐墊頻域信號的均方根值，αT是振動臺臺面頻域信號的均方根值，αB是座椅靠背頻域信號的均方根值。

以坐墊為例，采集到的時域信號如圖4所示，振動臺、坐墊和靠背在輕載垂向振動條件下的頻域信號如圖5所示，將數據帶入公式計算，得到坐墊和靠背在垂向的振動傳遞率如圖6所示。

圖4 坐墊垂向振動時域數據

圖5 振動臺、坐墊和靠背輕載垂向頻域信號

圖6 坐墊和靠背輕載垂向振動傳遞率

從上圖可以看出，座椅在輕載狀態下振動傳遞率最大值位于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下，坐墊和靠背的垂向振動傳遞率，在7.32 Hz振動傳遞率最大，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下的振動傳遞率。

表1 座椅垂向振動傳遞率

4 座椅水平方向振動傳遞率測試

在水平方向，從駕駛員的角度來看，座椅存在前后和左右兩個方向的振動，本文利用振動臺從這兩個方向分別進行試驗。以前后方向振動為例，輕載時的振動傳遞率曲線如圖7所示，在8.17 Hz坐墊和靠背的振動傳遞率最大，分別為3.04和5.78。綜合三個方向的試驗數據，座椅在兩種載荷兩個水平振動方向下的振動傳遞率如表2所示。

圖7 坐墊和靠背輕載前后向振動傳遞率

表2 座椅水平方向振動傳遞率

結合表1和表2的數據可以看出，由于座椅負載的增加，在三個方向上，座椅各部位重載工況下最大振動傳遞率對應的頻率要低于輕載工況，這是由于增加負載后，座椅系統的質量提高，但是座椅的骨架剛度幾乎沒有變化，導致系統頻率有所降低。另外，垂向振動時，無論輕載還是重載，坐墊的振動傳遞率均略高于靠背，相差不大，而在水平方向，靠背的振動傳遞率均高于坐墊，這是由于靠背支架對于整個座椅系統而言是懸臂梁結構，垂向振動時，振動方向與懸臂梁軸線平行，沒有放大振動的作用，而在水平的兩個方向上，振動方向正好垂直于懸臂梁軸向，導致結構對振動的放大作用要高于坐墊結構。

5 結束語

本文針對車輛座椅進行了試驗測試，分析了其減振性能，屬于座椅動態特性的一部分，得到如下結論。

(1)座椅的負載對其振動傳遞率存在影響，載荷越大，最大傳遞率對應的幅值越低。

(2)由于座椅本身的結構設計和功能需要，靠背的振動傳遞率在水平方向明顯高于垂直方向。

(3)每種測試工況下，坐墊和靠背在最大傳遞率處對應的頻率均一致，說明這是整個座椅系統的固有屬性。

(4)從測試數據來看，座椅的固有頻率會隨著座椅負載的大小而產生偏移，很難保證在整個激勵頻段內都不產生共振，因此針對座椅結構的改進優化，既要使其固有頻率盡量避開來自車身的激勵頻率，又要降低座椅的最大振動傳遞率幅值。

本文以機械式座椅為試驗對象，考慮了座椅負載對振動傳遞率的影響，并且在垂直和水平方向都做了相同工況的試驗，得到了三個方向的振動傳遞率幅值及其對應的頻率，為座椅的舒適性設計提供了數據支撐，而且可以使用最大傳遞率對應的頻率進行疲勞耐久試驗，考察座椅在最為嚴苛條件下的性能。后續還可以進一步開展座椅的模態測試、剛度和阻尼試驗以及仿真分析等，對座椅舒適性的指標進行系統性的研究與評價。

[1]郭立群等.商用車汽車座椅振動傳遞特性研究[J].噪聲與振動控制,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,2006年6月,18-23.

[3]GB/T 18707.1-2002,《機械振動評價車輛座椅振動的實驗室方法第一部分:基本要求》[S].北京:中國標準出版社,2002.

U463.83+6文獻標示碼：A

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