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【实验技术服务】汽车座椅振动舒适性实验
1. 引言
汽车座椅作为驾乘体验的重要组成部分，其设计会直接影响驾驶员与乘客的舒适度和安全性。座椅振动特性是评估座椅舒适性和安全性的关键因素之一，座椅的振动不仅能够影响乘客的短期舒适度，还可能对长期健康产生影响，如肌肉骨骼疾病和疲劳累积。因此，深入研究座椅的振动特性对于提升乘坐体验和保障乘客健康具有重要意义。
图1实验座椅
2. 实验目的
实验探究双轴（纵向和垂向）振动激励下，振动激励幅值和靠背倾角如何影响座椅−人体系统的动态特性，分析双轴振动幅值大小与座椅非线性响应特性之间的关系以及靠背倾角对座椅共振频率的影响规律。
3. 参考标准
[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. 实验台架
上海工程技术大学新能源汽车零部件多自由度振动实验室，拥有Moog六自由度MAST TABLE振动平台如图2所示。多自由度振动平台为汽车零部件设计研发过程中挑战产品设计极限时不可或缺的测试工具。振动平台通过进行竖向、横向和纵向的平移，俯仰、偏摆和侧倾的旋转运动进行耐久、噪声与振动、振动传递性、模型评估等测试。振动平台可以完成车辆簧载部件（如油箱，仪表板、座椅、保险杠、内饰件以及空调散热器等）的测试任务：疲劳耐久性测试，时间历程回放和路谱叠代；随机振动测试；采用标准周期波形（正弦，方波，斜坡，三角，循环块等）对试件进行标准振动测试；正弦扫频及共振驻留测试。
图2 六自由度振动平台
性能参数，额定载荷：300kg；最大载荷：600kg；工作频率：0-50Hz；最大频率：100Hz；迭代RMS误差：≤5％；台面尺寸：1.0米*1.0米。详细性能参数如图3所示，在500kg下的频率响应曲线如图4所示。
图3 六自由度振动平台性能参数
图4 六自由度振动平台频响曲线
实验中使用的 Moog 六自由度振动平台，频率覆盖 0–50Hz，激励方式包括随机振动和扫频，满足 ISO 10326-1 要求。
5. 数据处理
除了正常的主观评价，也可以从以下几个客观指标中分析振动的舒适性。
（1）传递率：通过输入与输出加速度的互功率谱密度计算：
常用于分析共振峰、系统响应频率特性。
（2）加权加速度均方根值：
加权加速度均方根值对应的舒适性判断如图5所示。
图5 加权加速度均方根值对应的舒适性
（3）振动剂量值：通过对加速度信号的四次方积分来加权突发冲击的影响，更敏感于高峰值振动，公式为：
振动剂量值对应的舒适性影响如图6所示。
图6 振动剂量值对应的舒适性影响
6. 实验工况
汽车座椅通过工装固定在六自由度振动台平台上，如图7所示。座椅振动激励如图8所示。振动输入及输出曲线如图9所示。
图7 汽车座椅固定设置
图8 汽车座椅振动激励设置
图9 振动输入输出曲线
7. 实验数据采集
使用西门子TestLab数据采集分析系统和PCB型号356A16振动传感器采集不同激励工况下不同位置的振动响应。座椅上振动测点布置如图10所示，人体上振动测点布置如图11所示。人体上的测点分别在头颈、上躯干、下躯干、大腿的质心位置。
数据采集系统和传感器布置覆盖了座椅与人体多个接触面，符合 ISO 2631-1 中对测点位置和方向的规范。
图10 座椅上振动传感器位置
图11 人体上振动传感器位置
8. 实验结果分析
对不同激励下座椅振动响应数据进行分析，研究不同工况下的人体振动动态特性。例如图12 为汽车在平坦路面40Km/h时座椅悬架振动传递给人体各部位的振动传递率。可以看出，在该路况下，座椅悬架传递给座椅底座以及人体背部在4Hz处存在明显的共振峰。
图12 座椅振动传递率
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