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(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)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(dòng)，分析試驗(yàn)結(jié)果得到座椅各軸向及總的加權(quán)加速度均方根值，比較座椅各軸向振動(dòng)水平和不同車速下的座椅振動(dòng)水平，對(duì)該車副駕駛座椅的平順性程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

平順性；副駕駛座椅；振動(dòng)測試；評(píng)價(jià)

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(guān)，對(duì)汽車座椅振動(dòng)進(jìn)行測試分析，了解座椅乘坐的舒適性狀況，對(duì)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(yàn)研究方面目前主要集中于模型建立方法[2]、評(píng)價(jià)方法[3]、路面激勵(lì)研究[4]、懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[5]等方面。平順性評(píng)價(jià)方法是平順性研究中的基礎(chǔ)，而用于平順性研究的整車模型和路面激勵(lì)也變得越來越復(fù)雜和全面，平順性研究已經(jīng)趨于成熟與完善。

以往平順性評(píng)價(jià)主要針對(duì)汽車駕駛員座椅，副駕駛座椅易受到忽略，文章針對(duì)某款轎車副駕駛員座椅，進(jìn)行了振動(dòng)試驗(yàn)測試，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(jìn)行了評(píng)價(jià)和比較。

1 平順性評(píng)價(jià)方法

平順性的評(píng)價(jià)主要有主、客觀評(píng)價(jià)兩類方法。主觀評(píng)價(jià)為參與試驗(yàn)人員的主觀舒適性感覺；客觀評(píng)價(jià)則進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，與評(píng)價(jià)指標(biāo)比較，作出客觀評(píng)價(jià)。工程實(shí)際應(yīng)用一般采用客觀評(píng)價(jià)，參考法規(guī)GB/T 4970-2009，對(duì)汽車平順性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)[6]。

人體振動(dòng)以加權(quán)加速度均方根值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。首先根據(jù)試驗(yàn)獲得的振動(dòng)時(shí)域信號(hào)計(jì)算加速度自功率譜密度函數(shù)G()，再計(jì)算不同車速下座椅，，三個(gè)方向的1/3倍頻帶均方根值及各單軸向的加權(quán)加速度均方根值[6]。

其中w是第個(gè)1/3倍頻帶的加權(quán)系數(shù)。

獲得座椅的總加權(quán)加速度均方根值后，可通過公式(4)計(jì)算加權(quán)振級(jí)，加權(quán)振級(jí)與座椅舒適性程度相對(duì)應(yīng)。

L為加權(quán)振級(jí)，dB；0為參考加速度均方根值，為10-6m/s2。

2 座椅平順性試驗(yàn)

試驗(yàn)基于GB/T4970-2009《汽車平順性試驗(yàn)方法》，測試系統(tǒng)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(zhuǎn)換器，德國IMC公司的數(shù)據(jù)采集設(shè)備CRONOS-PL-2-DIO-DCB8型，計(jì)算機(jī)和轎車。本次試驗(yàn)測量了地板三個(gè)方向的線振動(dòng)，座椅支撐面處三個(gè)方向的線振動(dòng)。

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(chǎn)生電荷信號(hào)，需要經(jīng)前置放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。試驗(yàn)中采用了電荷電壓轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后連接數(shù)據(jù)采集儀。

圖1 座墊式加速度傳感器的安裝位置

采樣時(shí)長為1min，設(shè)置采樣頻率為500Hz，測試在平直水泥路面進(jìn)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(yàn)時(shí)分別以30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的車速在試驗(yàn)路段進(jìn)行往返試驗(yàn)，汽車需要在穩(wěn)速段內(nèi)穩(wěn)住車速，在穩(wěn)定狀況下以規(guī)定車速勻速行駛，車速偏差不超過試驗(yàn)車速的±4%。限于篇幅，此處僅給出了30km/h和50km/h時(shí)座椅處z向加速度時(shí)域信號(hào)，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(shí)座椅z向加速度時(shí)域圖

圖3 50km/h時(shí)座椅z 向加速度時(shí)域圖

3 座椅平順性分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)第2節(jié)中的評(píng)價(jià)方法對(duì)獲得的不同車速座椅各軸振動(dòng)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行處理，以評(píng)價(jià)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(jī)信號(hào)的表征形式之一，反映了信號(hào)在頻域內(nèi)不同頻率成分對(duì)應(yīng)的功率分布情況，通過功率譜密度可計(jì)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(jìn)行計(jì)算功率譜密度，將離散時(shí)間信號(hào)分為n個(gè)互相重疊的小段，重疊率取50%，對(duì)每小段進(jìn)行功率譜估計(jì)，再對(duì)各段數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果求平均值。同時(shí)為減小信號(hào)截?cái)噙^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(quán)加速度均方根值

根據(jù)加速度功率譜密度計(jì)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(quán)加速度均方根值，最后計(jì)算座椅測試點(diǎn)的總加權(quán)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(jù)1/3倍頻帶加速度均方根值，計(jì)算不同車速下各軸向的加權(quán)加速度均方根值及座椅總加權(quán)加速度均方根值，結(jié)果如表2所示，可以看出，座椅垂直方向的振動(dòng)明顯大于縱向、橫向，三個(gè)方向中橫向振動(dòng)相對(duì)最小。

表2 不同車速下座椅的加權(quán)加速度均方根值

3.3 座椅平順性評(píng)價(jià)

采用加權(quán)振級(jí)衡量座椅舒適性，由公式(4)計(jì)算得到各軸加權(quán)振級(jí)如表3所示，圖6以曲線的形式體現(xiàn)。

表3 不同車速下座椅加權(quán)振級(jí)

表4 不同車速下座椅平順性

計(jì)算座椅的總加權(quán)振級(jí)，基于標(biāo)準(zhǔn)GB/T4970-2009中的總加權(quán)加速度均方根值與人的主觀感受關(guān)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(quán)振級(jí)比較

圖7為不同車速下座椅加權(quán)振級(jí)對(duì)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(quán)振級(jí)均小于110dB，舒適性很好，然而在60km/h時(shí)總加權(quán)振級(jí)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(quán)加速度均方根值總體呈上升趨勢，加權(quán)振級(jí)升高，導(dǎo)致了座椅舒適性的降低。

圖7 不同車速下座椅加權(quán)振級(jí)對(duì)比

4 小結(jié)

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4970-2009《汽車平順性試驗(yàn)方法》，進(jìn)行了汽車副駕駛座椅振動(dòng)實(shí)車試驗(yàn)。對(duì)測試得到的轎車副駕駛座椅振動(dòng)加速度利用MATLAB軟件編程進(jìn)行了頻域分析，計(jì)算座椅總的加權(quán)加速度均方根值。以加權(quán)振級(jí)的形式反映座椅的舒適性，結(jié)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(shí)副駕駛座椅乘坐感受為沒有不舒適，而60km/h時(shí)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(huì)影響座椅的舒適性感受。

[1] 余志生.汽車?yán)碚揫M].第4版.北京:機(jī)械工業(yè)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(wěn)定性協(xié)同研究[J].汽車工程,2018,40(2):127-132.

[3] 徐中明,張志飛,賀巖松.對(duì)汽車平順性評(píng)價(jià)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(shí)路面的礦用自卸車平順性優(yōu)化[J].振動(dòng)與沖擊,2015,34(13):24-30.

[5] 陳雙,宗長富,張立軍等.主動(dòng)懸架平順性和側(cè)傾姿態(tài)綜合控制策略[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2011,41(A2):59-64.

[6] GB/T 4970-2009汽車平順性試驗(yàn)方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)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(fā)展基金項(xiàng)目 (17AKC21)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.019