基于振动台的汽车座椅振动传递率测试方法研究

李旭伟、田程、王纯

（中国汽车技术研究中心试验所零部件部 300300)

基于振动台的汽车座椅振动传递率测试方法研究

李旭伟、田程、王纯

（中国汽车技术研究中心试验所零部件部 300300)

本文是对汽车座椅的坐垫和靠背的振动传递率测试方法进行研究,以电磁振动台作为激励,配合不同重量的假人作为载荷,测量座椅在两个部位的振动传递率,得到频域下的传递率曲线,找出传递率较大的频率,为评价座椅的减振性能,改进座椅舒适性提供数据支撑。

汽车座椅,振动传递率,减振性能,舒适性

0 引言

随着人们生活水平的提高，汽车的舒适性越来越受到人们的重视，而座椅的舒适性无疑是乘车人员对汽车整体舒适性评判的重要标准。

本文通过搭建台架试验的方法，使用电磁振动台提供激励，测试座椅在不同载荷状态下，各个方向的振动传递率，通过此方法，找出座椅比较敏感的振动频率，为座椅的设计开发提供测试方法和数据支撑。

1 振动传递率测试试验台的搭建

目前，国内外针对座椅各项性能的测试都有比较成熟的试验台，如颠簸蠕动试验台等。针对座椅振动传递率的测试，国内已有使用液压伺服系统搭建试验台的先例，并以此为基础对不同材料坐垫的座椅垂向振动特性进行了测试，得到了非常有价值的传递率曲线[1]。还有学者针对普通座椅、机械减振座椅和空气悬浮座椅的垂向传递特性进行了台架测量研究，对比了三者的动态特性[2]。

本文使用苏试电磁振动台，具有垂直和水平两个台面，可以通过调节振动台的动圈驱动装置实现在垂向和水平方向的振动。最大推力4 t，垂直和水平台面均为1 m×1 m，完全适合汽车座椅的安装调试。座椅通过专用的T型槽导轨与振动台工作台面连接，借助于座椅与车身安装时的预留孔，使用螺栓将其与导轨T型槽中的滑块相连。

垂直台架和水平台架的切换完全依靠振动台自身的旋转机构实现，通过自带的电机传动装置，先将垂直台面卸下，安装过度工装，再将动圈旋转90°，使用螺栓将过度工装与水平台面连接，水平台面即搭建完成，图1是垂向试验台架，图2为水平方向的试验台架。

图1 垂直振动试验台架

图2 水平振动试验台架

2 座椅载荷的施加和传感器的粘贴

本文使用塑料假人来模拟座椅上的载荷，可以通过调整注入假人中水的重量，模拟不同乘客的体重。假人通过绑带与座椅固定，防止在试验过程中倾斜或滑落，如图1、图2所示。根据车辆一般使用者体重，选取重载101 kg，轻载49 kg作为座椅载荷输入，分别进行试验测试。

试验过程中使用美国PCB加速度传感器测试振动信号，由于假人的存在，传感器不能直接粘贴在坐垫和靠背上。根据GB/T 18707.1-2002《机械振动 评价车辆座椅振动的实验室方法》标准的规定，传感器需要使用专用工装[3]。该工装由两部分组成，主体为硬质塑料圆盘，经过数控机床加工成型，中部有放置传感器的空腔，辅件为薄金属盖，粘贴传感器并封堵塑料圆盘空腔。使用强力胶布将安装有传感器的工装粘贴到座椅坐垫和靠背上，如图3所示。

图3 传感器工装安装图

3 座椅垂向振动传递率测试

试验过程中，振动台输入正弦扫频信号，带宽为3～30 Hz，使用恒定位移法，振幅控制在±0.5 mm，线性扫频速度为0.1 Hz/min，每次扫频用时271 s。振动信号的采集使用Test.Lab软件和数采完成，再将采集到的时域信号变换成频域信号，用于振动传动率的计算。座椅振动传递率的计算公式如下。

VS是座椅振动传递率，αC是座椅坐垫频域信号的均方根值，αT是振动台台面频域信号的均方根值，αB是座椅靠背频域信号的均方根值。

以坐垫为例，采集到的时域信号如图4所示，振动台、坐垫和靠背在轻载垂向振动条件下的频域信号如图5所示，将数据带入公式计算，得到坐垫和靠背在垂向的振动传递率如图6所示。

图4 坐垫垂向振动时域数据

图5 振动台、坐垫和靠背轻载垂向频域信号

图6 坐垫和靠背轻载垂向振动传递率

从上图可以看出，座椅在轻载状态下振动传递率最大值位于10.40 Hz，坐垫和靠背的传递率分别为3.27和2.95。使用相同的方法得到重载状态下，坐垫和靠背的垂向振动传递率，在7.32 Hz振动传递率最大，分别为3.20和2.93。如表1所示为展示了座椅在不同载荷状态下的振动传递率。

表1 座椅垂向振动传递率

4 座椅水平方向振动传递率测试

在水平方向，从驾驶员的角度来看，座椅存在前后和左右两个方向的振动，本文利用振动台从这两个方向分别进行试验。以前后方向振动为例，轻载时的振动传递率曲线如图7所示，在8.17 Hz坐垫和靠背的振动传递率最大，分别为3.04和5.78。综合三个方向的试验数据，座椅在两种载荷两个水平振动方向下的振动传递率如表2所示。

图7 坐垫和靠背轻载前后向振动传递率

表2 座椅水平方向振动传递率

结合表1和表2的数据可以看出，由于座椅负载的增加，在三个方向上，座椅各部位重载工况下最大振动传递率对应的频率要低于轻载工况，这是由于增加负载后，座椅系统的质量提高，但是座椅的骨架刚度几乎没有变化，导致系统频率有所降低。另外，垂向振动时，无论轻载还是重载，坐垫的振动传递率均略高于靠背，相差不大，而在水平方向，靠背的振动传递率均高于坐垫，这是由于靠背支架对于整个座椅系统而言是悬臂梁结构，垂向振动时，振动方向与悬臂梁轴线平行，没有放大振动的作用，而在水平的两个方向上，振动方向正好垂直于悬臂梁轴向，导致结构对振动的放大作用要高于坐垫结构。

5 结束语

本文针对车辆座椅进行了试验测试，分析了其减振性能，属于座椅动态特性的一部分，得到如下结论。

(1)座椅的负载对其振动传递率存在影响，载荷越大，最大传递率对应的幅值越低。

(2)由于座椅本身的结构设计和功能需要，靠背的振动传递率在水平方向明显高于垂直方向。

(3)每种测试工况下，坐垫和靠背在最大传递率处对应的频率均一致，说明这是整个座椅系统的固有属性。

(4)从测试数据来看，座椅的固有频率会随着座椅负载的大小而产生偏移，很难保证在整个激励频段内都不产生共振，因此针对座椅结构的改进优化，既要使其固有频率尽量避开来自车身的激励频率，又要降低座椅的最大振动传递率幅值。

本文以机械式座椅为试验对象，考虑了座椅负载对振动传递率的影响，并且在垂直和水平方向都做了相同工况的试验，得到了三个方向的振动传递率幅值及其对应的频率，为座椅的舒适性设计提供了数据支撑，而且可以使用最大传递率对应的频率进行疲劳耐久试验，考察座椅在最为严苛条件下的性能。后续还可以进一步开展座椅的模态测试、刚度和阻尼试验以及仿真分析等，对座椅舒适性的指标进行系统性的研究与评价。

[1]郭立群等.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):95-96.

[2]丁晓东.商用车座椅舒适性研究[D].吉林:吉林大学,2006年6月,18-23.

[3]GB/T 18707.1-2002,《机械振动评价车辆座椅振动的实验室方法第一部分:基本要求》[S].北京:中国标准出版社,2002.

U463.83+6文献标示码：A

李旭伟（1982—），男，工程师，硕士，研究方向问为车辆NVH/CAE研究工作。