影响乘坐舒适性的座椅隔振特性测试研究

2022-08-31李之恒张伦维鄢红超

汽车零部件 2022年8期

李之恒，张伦维，鄢红超

吉利汽车研究(宁波)有限公司，浙江宁波 315000

0 引言

汽车轮胎、悬架和座椅3个部分共同构成了汽车的减振系统，用来减少外部激励传递给驾乘人员的振动，提高乘坐舒适性。降低轮胎和悬架的刚度,虽可改变舒适性,但会影响汽车的承载能力和操纵稳定性，因此通过座椅的设计来提高乘坐舒适性也十分必要。

汽车座椅作为直接与驾乘人员接触的重要部件，随着汽车的不断发展，用户对其需求越来越高，除了用户普遍关注的材质、触感、包裹性、清洁、散热等，动态驾乘舒适性也尤为重要。优秀的座椅，在车辆动态行驶中，不仅能够提供足够的支撑和包裹，还能为驾乘人员提供更为舒适的乘车环境。衰减路面激励带给驾乘人员的振动，称为座椅隔振能力，隔振能力越好的座椅，可以消除更多外部激励带来的振动，使驾乘人员感受更少的振动，从而获得更好的舒适性体验。

目前，通常使用振动传递率来反映座椅的隔振能力，而人体最容易感知垂直方向的振动，人体的共振振动数在6 Hz左右，通常20 Hz以下的振动能明显感知，振动传递率的优化不仅仅局限于将共振频率处的振幅最小化，还必须关注座椅对振动的衰减性能。但目前针对座椅隔振的试验方法和指标在国内还是较少，且尚未和整车关注的平顺性相关联。本文基于振动传递理论，通过一种座椅隔振测试方法，提取座椅隔振量的频域曲线来表征座椅垂向隔振性能，并可为汽车座椅振动舒适性的设计提供理论依据及优化方向。

1 理论原理

将振源与减振体隔开，降低振源的影响，称为被动隔振，图1为被动隔振的简化模型。

振源：

=sin()

(1)

弹簧力：

=-(-)

(2)

阻尼力：

(3)

被隔振对象的运动微分方程为：

(4)

图1 被动隔振的简化模型

传递率：

(5)

隔振率：

=100-

(6)

隔振量：

(7)

在整车中除去轮胎和悬挂的影响，可以将“人-座椅”视为一个输入到输出的振动传递模型系统，将座椅看成输入端与输出端的隔振系统，输入端模拟车辆动态行动时所受的激励，输出端模拟人体最直接感受的反馈。

2 台架测试

2.1 试验布置

使用6自由度振动试验台架，满足测试20 Hz的需求，将座椅固定在试验台上，传感器1布置在座椅导轨位置，传感器2布置在坐垫上，由于使用假人在受到振动后无法保证与坐垫贴合，故用75 kg左右的真实乘员，获得更贴近实际的数据，也可以采用模拟乘坐的座椅工装进行压力模拟。本文采用真实乘员的方式，以便获得与实车更好的对比性，如图2所示。

图2 真实乘员模拟及试验台架示意

传感器布置示意如图3所示。座椅导轨处和坐垫处均布置加速度传感器，测试方向为整车向，测量范围为±10。

图3 传感器布置示意

2.2 测试及数据处理

选取某款乘用车的主驾座椅，依照第2.1节布置好的试验工况。试验开展前先进行安全检查并校正传感器精度。在试验进行中，75 kg左右的乘员保证正常乘坐，测试部位为座椅导轨和坐垫。台架输入定幅值1 mm的正弦扫频，步长0.01 s，频率从0开始，20 Hz停止，全程进行数据采集并传输到控制软件，为确保试验一致性，每次测量进行两次。

图4为座椅导轨处(输入端)和坐垫处(输出端)垂向加速度的频域曲线。通过图4对比，两次测试数据一致性较好，可以明显看到，从输入端到输出端，加速度有明显的减小。20 Hz左右处出现拐点，是由于频率较高，保持1 mm的幅值时超出试验台振动范围，试验停止。

图4 座椅导轨处和坐垫处垂向加速度的频域曲线

由于人体的垂向共振振动数在6 Hz左右，座椅共振时的频率离6 Hz越远，幅值越小，感觉舒适性越好;6 Hz以后隔振量(负值)越大，代表振动衰减得越多，同样感觉舒适性越好。图5是基于公式(7)计算的座椅坐垫处垂向隔振量的频域曲线。由图可以看出，垂向传递率的共振频率小于6 Hz，在6 Hz以后隔振量为负值，代表振动进行衰减，频率为10 Hz时的隔振量大约在7 dB。