汽車副駕駛座椅的平順性測試與分析

夏小均，何大軍，陳德兵，賴詩洋

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汽車副駕駛座椅的平順性測試與分析

夏小均1，何大軍1，陳德兵1，賴詩洋2

（1.重慶車輛檢測研究院有限公司，重慶 401122；2.重慶工程職業技術學院機械工程學院，重慶 402260）

測試某轎車副駕駛位置在不同車速下的地板及座椅振動，分析試驗結果得到座椅各軸向及總的加權加速度均方根值，比較座椅各軸向振動水平和不同車速下的座椅振動水平，對該車副駕駛座椅的平順性程度進行評價。

平順性；副駕駛座椅；振動測試；評價

前言

汽車平順性能直接影響乘坐人員的舒適性感知[1]，汽車的乘坐舒適性與座椅特性緊密相關，對汽車座椅振動進行測試分析，了解座椅乘坐的舒適性狀況，對汽車平順性的研究具有十分重要的意義。

我國在平順性試驗研究方面目前主要集中于模型建立方法[2]、評價方法[3]、路面激勵研究[4]、懸架系統結構參數優化[5]等方面。平順性評價方法是平順性研究中的基礎，而用于平順性研究的整車模型和路面激勵也變得越來越復雜和全面，平順性研究已經趨于成熟與完善。

以往平順性評價主要針對汽車駕駛員座椅，副駕駛座椅易受到忽略，文章針對某款轎車副駕駛員座椅，進行了振動試驗測試，對試驗數據利用MATLAB軟件編程處理，分析了該車副駕駛員座椅的平順性，不同車速下座椅的舒適性水平也進行了評價和比較。

1 平順性評價方法

平順性的評價主要有主、客觀評價兩類方法。主觀評價為參與試驗人員的主觀舒適性感覺；客觀評價則進行隨機振動試驗和數據分析，與評價指標比較，作出客觀評價。工程實際應用一般采用客觀評價，參考法規GB/T 4970-2009，對汽車平順性進行定量評價[6]。

人體振動以加權加速度均方根值作為評價指標。首先根據試驗獲得的振動時域信號計算加速度自功率譜密度函數G()，再計算不同車速下座椅，，三個方向的1/3倍頻帶均方根值及各單軸向的加權加速度均方根值[6]。

其中w是第個1/3倍頻帶的加權系數。

獲得座椅的總加權加速度均方根值后，可通過公式(4)計算加權振級，加權振級與座椅舒適性程度相對應。

L為加權振級，dB；0為參考加速度均方根值，為10-6m/s2。

2 座椅平順性試驗

試驗基于GB/T4970-2009《汽車平順性試驗方法》，測試系統包括B&K公司的三向壓電式加速度傳感器、座墊式加速度傳感器、電荷電壓轉換器，德國IMC公司的數據采集設備CRONOS-PL-2-DIO-DCB8型，計算機和轎車。本次試驗測量了地板三個方向的線振動，座椅支撐面處三個方向的線振動。

地板加速度由三向壓電式加速度傳感器測量，傳感器被安裝在副駕駛座椅下方地板處；座墊處的加速度由座墊式加速度傳感器測量，傳感器裝在彈性墊盤中，墊盤被固定在副駕駛座椅上，置于人體與座椅之間，如圖1所示。該座墊式加速度傳感器為壓電式，產生電荷信號，需要經前置放大器轉換為電壓信號。試驗中采用了電荷電壓轉換器，轉換后連接數據采集儀。

圖1 座墊式加速度傳感器的安裝位置

采樣時長為1min，設置采樣頻率為500Hz，測試在平直水泥路面進行，路面狀況良好，副駕駛座椅處的載荷由身高為1.70m、體重72kg的測試人提供。試驗時分別以30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的車速在試驗路段進行往返試驗，汽車需要在穩速段內穩住車速，在穩定狀況下以規定車速勻速行駛，車速偏差不超過試驗車速的±4%。限于篇幅，此處僅給出了30km/h和50km/h時座椅處z向加速度時域信號，如圖2和圖3所示，圖中周期性的峰值為路面上的減速帶引起。

圖2 30km/h時座椅z向加速度時域圖

圖3 50km/h時座椅z 向加速度時域圖

3 座椅平順性分析與評價

根據第2節中的評價方法對獲得的不同車速座椅各軸振動時域信號進行處理，以評價該轎車副駕駛座椅的乘坐舒適性。

3.1 加速度功率譜密度

圖4 座椅加速度自功率譜曲線

功率譜密度是隨機信號的表征形式之一，反映了信號在頻域內不同頻率成分對應的功率分布情況，通過功率譜密度可計算加速度的均方根值。此處借鑒welch法中加窗、分段重疊、求平均的方法進行計算功率譜密度，將離散時間信號分為n個互相重疊的小段，重疊率取50%，對每小段進行功率譜估計，再對各段數據計算結果求平均值。同時為減小信號截斷過程中的能量泄漏，增加頻峰的寬度，采用漢寧窗。限于篇幅，此處僅列出部分速度及方向下的加速度自功率譜曲線，如圖4所示，表1為不同車速下，座椅固有頻率處座椅z向的加速度自功率譜比較。

表1 不同車速座椅固有頻率處z向加速度自譜比較

3.2 加權加速度均方根值

根據加速度功率譜密度計算不同車速下座椅各軸向1/3倍頻帶均方根值及其單軸向加權加速度均方根值，最后計算座椅測試點的總加權加速度均方根值。

圖5為30、50km/h下的1/3倍頻帶加速度均方根值直方圖。

圖5 1/3倍頻帶加速度均方根值直方圖

根據1/3倍頻帶加速度均方根值，計算不同車速下各軸向的加權加速度均方根值及座椅總加權加速度均方根值，結果如表2所示，可以看出，座椅垂直方向的振動明顯大于縱向、橫向，三個方向中橫向振動相對最小。

表2 不同車速下座椅的加權加速度均方根值

3.3 座椅平順性評價

采用加權振級衡量座椅舒適性，由公式(4)計算得到各軸加權振級如表3所示，圖6以曲線的形式體現。

表3 不同車速下座椅加權振級

表4 不同車速下座椅平順性

計算座椅的總加權振級，基于標準GB/T4970-2009中的總加權加速度均方根值與人的主觀感受關系表，該車副駕駛座椅的舒適性如表4所示。

圖6 座椅各向在不同車速下的加權振級比較

圖7為不同車速下座椅加權振級對比，由表4和圖7可以看出，30、40、50km/h車速下副駕駛座椅總加權振級均小于110dB，舒適性很好，然而在60km/h時總加權振級大于110dB，給人的感覺為有一些不舒適。說明隨著車速的提高，加權加速度均方根值總體呈上升趨勢，加權振級升高，導致了座椅舒適性的降低。

圖7 不同車速下座椅加權振級對比

4 小結

依據國家標準GB/T4970-2009《汽車平順性試驗方法》，進行了汽車副駕駛座椅振動實車試驗。對測試得到的轎車副駕駛座椅振動加速度利用MATLAB軟件編程進行了頻域分析，計算座椅總的加權加速度均方根值。以加權振級的形式反映座椅的舒適性，結果表明，該車在不同車速下舒適性感受有一定差異。30、40、50km/h時副駕駛座椅乘坐感受為沒有不舒適，而60km/h時乘坐感受為有一些不舒適。該車副駕駛座椅總體舒適性較好，車速會影響座椅的舒適性感受。

[1] 余志生.汽車理論[M].第4版.北京:機械工業出版社,2009,203-251.

[2] 李杰,高雄,王維等.基于UniTire模型的平順性和操縱穩定性協同研究[J].汽車工程,2018,40(2):127-132.

[3] 徐中明,張志飛,賀巖松.對汽車平順性評價方法的探討與建議[J].汽車工程,2010,32(1):73-76.

[4] 朱一帆,谷正氣,張沙.基于辨識路面的礦用自卸車平順性優化[J].振動與沖擊,2015,34(13):24-30.

[5] 陳雙,宗長富,張立軍等.主動懸架平順性和側傾姿態綜合控制策略[J].吉林大學學報(工學版),2011,41(A2):59-64.

[6] GB/T 4970-2009汽車平順性試驗方法[S].北京:中國標準出版社. 2009.

Test and analysis about ride comfort of automotive co-pilot seat

Xia Xiaojun1, He Dajun1, Chen Debing1, Lai Shiyang2

( 1.Chongqing Vehicle Test & Research Institute Co. Ltd, Chongqing 401122; 2. College of Mechanical Engineering, Chongqing Vocational Institute of Engineering, Chongqing 402260 )

The vibrations of floor and seat under different speeds at co-pilot position are tested. The result is analyzed and respective and total root-mean-square valuesof weighted acceleration are calculated. The vibration levels of each direction are compared, so do the vibration levels under different speed. Ride comfort of the co-pilot seat is evaluated.

Ride comfort; co-pilot seat; vibration test; evaluation

B

1671-7988(2018)20-55-03

U467.1

B

1671-7988(2018)20-55-03

U467.1

夏小均（1988-），男，博士，現工作于重慶車輛檢測研究院有限公司。

重慶車輛檢測研究院科技發展基金項目 (17AKC21)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.019