微型汽车座椅的振动试验分析

张 莉，王 鹏，2

(1.东北林业大学 交通学院，哈尔滨 150040；2.黑龙江省大庆市法制办公室，黑龙江 大庆 163311)

汽车行驶时，路面不平会引起汽车振动，振动严重的话乘客就会感到不舒适。如果驾驶员长期处于这种振动环境，就会引发各种疾病，甚至造成交通事故[1]。国内外学者对座椅减振环节进行了大量的试验研究，并取得了丰富的成果。从试验的方便性等因素综合考虑，本文选择对某微型汽车座椅的振动情况进行试验分析。

1 某微型汽车座椅模型仿真

相关资料文献表明，可以通过多种方法建立汽车座椅的仿真模型。本试验选取最常用的ADAMS软件建立某微型汽车座椅仿真模型。

1.1 ADAMS软件

ADAMS是美国开发的仿真软件，也是目前世界上最具权威的分析软件。该软件通过创建参数化的几何模型，建立动力学方程，对虚拟的系统进行各种分析，最后给出仿真结果和曲线[2]。ADAMS不仅是应用一种分析软件，还是系统参数优化的一种高效开发工具[3]。

ADAMS软件主要由一些模块组成，最基本和常用的是ADAMS/View模块、ADAMS/Solver和ADAMS/PostProcessor[4]。ADAMS/View模块指的是用户界面模块，以用户为中心，可以进行建模、设计和分析。ADAMS/Solver是求解器，是数值分析工具，可以进行各种力学分析的求解计算。ADAMS/PostProcessor是后处理模块，可以显示仿真结果，也可以回放结果和绘制曲线。

1.2 某微型汽车座椅模型仿真

根据某微型汽车座椅参数资料，利用ADAMS/View建立简易座椅模型，如图1所示。

图1 ADAMS View座椅模型

利用Step函数在质量块底部施加随机激励，使之完成随机振动。在随机激励下，模型完成仿真振动，Z轴加速度曲线、FFT变换后曲线如图2所示。

图2 ADAMS/View仿真曲线及FFT曲线

图2中，上方曲线为动力仿真时随机输入下座椅的加速度与时间关系曲线，即座椅振动加速度的时间历程曲线，时间长度为1 s，峰值大约出现在0.02 s附近，峰值为300 mm/s2。下方曲线为随机输入下座椅的加速度与频率的关系曲线，即座椅的幅频特性，峰值大约出现在6 Hz附近。

由于使用简易的仿真模型，分析时忽略了运动副间的内摩擦等，从仿真结果曲线可以看出，在频率2～10Hz，功率谱密度幅值出现峰值，且与其它频率下相差很大，已知人体Z轴敏感频率范围为4～8Hz，故座椅传递效果较差。

2 某微型汽车平顺性试验

2.1 试验方案

(1)参照标准。本次试验按照中华人民共和国GB/T4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》和GB/T5902-1986《汽车平顺性脉冲输入行驶试验方法》分别进行汽车在随机路面和脉冲路面时的仿真和实车试验。

(2)试验仪器：加速度传感器、笔记本电脑、频谱分析仪。

(3)试验路面：随机路面——凹凸较为均匀的沙石路面。脉冲路面——利用带有减速带的板油路面。

2.2 试验数据分析

将实验记录的数据转存至电子表格中，分别将不同车速、不同路面下的试验数据输入OriginPro软件，经处理后可得到“加速度-时间”曲线和FFT变换曲线。随机路面20 km/h车速下的数据曲线如图3～图5所示。

图3中，(a)为随机路面20 km/h车速下地板的振动加速度与时间关系曲线，即地板振动加速度的时间历程曲线，时间长度为6 s，峰值大约为2 m/s2。(b)为座椅的振动加速度与时间关系曲线，即座椅振动加速度的时间历程曲线，时间长度为6 s，峰值大约为1 m/s2。从图3可以看出，该座椅有一定的减振效果，即将地板振动的峰值2 m/s2，衰减为1 m/s2。

图4中，(a)为随机路面20 km/h车速下地板的幅频特性曲线，分析频率在0～100Hz之间，峰值大约为0.264 g，峰值出现在0～10Hz之间。(b)为座椅的幅频特性曲线，振动频率在0～50Hz之间，峰值大约为0.12 g，峰值出现在0～10Hz之间。从图4可以看出，座椅对地板传来的振动有一定的减振效果，但对振动峰值出现在人体敏感区域的现象则没有明显改善。

图5中，(a)为随机路面20 km/h车速下地板的功率谱，分析频率为0～100Hz之间。(b)座椅的功率谱，振动频率在0～50Hz之间。从图5可以看出，座椅对地板传来的振动能量有一定的衰减效果，但对振动峰值出现在人体敏感区域这一现象也没有明显改善。

根据相同的试验方法，在脉冲路面上以20 km/h的车速也进行了试验，同样得到了如图3～图5所示的三种曲线，分析结果与随机路面相似。

2.3 试验曲线与仿真曲线对比

试验“加速度-时间”曲线与仿真曲线的对比如图6所示。

图3 随机路面20 km/h车速下地板与座椅“加速度-时间”曲线

图4 随机路面20 km/h车速下地板与座椅幅频特性曲线

图5 随机路面20 km/h车速下地板与座椅功率均方值曲线

图6 试验“加速度-时间”曲线与仿真曲线对比

从图6可以看出，仿真结果曲线比较圆滑，是由于仿真模型由理论公式推导得到的，忽略了一些实际情况，并且仿真时间较短导致的。座椅振动特性试验曲线与分析模块仿真后的座椅振动特性仿真曲线基本上是吻合的。座椅的试验数据与仿真计算得出的数据之间的误差均小于15%，属于允许的范围。这进一步证明所建座椅仿真模型是准确的。

3 结束语

从仿真曲线结果分析可以看出，在频率2～10Hz，功率谱密度幅值出现峰值，且与其它频率下幅值相差很大，又已知人体的敏感频率范围为4～8Hz，所以该汽车座椅的振动特性偏差。从试验分析可以看出，该汽车座椅的振动峰值出现在人体的敏感频率范围，故振动特性偏差，因而需要对座椅进一步优化、完善，以提高汽车的乘坐舒适性。此外，由于学校实验设备条件的限制，可能会对试验精度有一些影响。

【参 考 文 献】

[1]郭立群.商用车汽车座椅振动传递特性研究[J].噪声与振动控制，2009(4)：94-98

[2]范成建，雄光明，周明飞.虚拟样机软件MSC.ADAMS应用与提高[M].北京：机械工业出版社，2006

[3]郑建荣.ADAMS——虚拟样机技术入门与提高[M].北京：机械工业出版社，2002

[4]石博强.ADAMS基础与工程范例教程[M].北京：中国铁道出版社，2007