汽车座椅振动舒适性评价研究综述

廉振超

摘要：汽车座椅作为汽车重要的组成部分，在安全、舒适和方便等各方面都应很好的适应不同人的需求。本文通过对汽车座椅国内外文献的研究分析，运用人机工程学原理，对座椅的振动舒适性评价方法进行了系统分析，并论述了车辆座椅振动舒适性评价方法存在的问题和发展方向。

关键词：汽车座椅；动态舒适性；发展方向

前言

随着人们生活水平的提高，汽车的普及率越来越高，同时对汽车的要求也随之提高。汽车座椅是汽车的重要组成部分，安全、舒适和方便是现代汽车座椅设计的最优目标。但是很多汽车座椅生产企业在进行座椅设计时，往往通过调查来获取使用者对座椅舒适度的判断[1]，但这种方法周期长，而且在座椅安全方面的调查不足。经研究发现，对乘员可能造成严重伤害的主要是振动形式，因此大量研究者利用客观评价的方法在预测使用者对座椅振动舒适度的感知方面进行了大量的研究。

一、振动舒适性

乘员所受的机械振动可分为局部振动和全身振动两大类。其中，局部振动一般不会给乘员造成伤害，只对操作的精度和准确度有影响。而全身振动是指通过人体支撑面传给人体的振动。乘员承受的乘坐振动属于全身振动，也是对乘员可能造成严重伤害的主要振动形式。人体承受全身振动而引起的舒适性问题，称为振动舒适性。

通过座椅及车辆等部件，可以隔离、缓和、吸收和衰减行驶及作业中所产生的各种冲击和振动，最终使传给乘员身体的振动强度处于人体所能承受振动的舒适性范围之内。根据实验结果[2]，4～8Hz是人体敏感区，此时身体部分区域产生共振；另一方面，振动频率下降，在2Hz以下有强烈的敏感度，频率再下降直到出现晕车症状。而且，人体在振动环境中会加速疲劳过程。

二、汽车座椅振动舒适性评价

汽车座椅作为与人体直接相接触的部位，研究汽车座椅的减振性将直接影响乘客的舒适性。同时座椅的结构相对汽车整体来说简单设计，改变座椅的动态参数能显著改变人体振动舒适性，对汽车的使用性能没有影响，而且制造成本低，周期短。

最早的评价汽车座椅振动舒适性的方法是1948年提出的乘坐舒适性系数法（RCL），此方法是建立在Janeway建议的基准容许临界曲线的基础上，主要应用于车辆及其它交通工具乘坐舒适性评价。另外还有Pradko等人提出的吸收功率法（AP），此方法采用人体振动系统内部所吸收能量的多少即平均功率，来评价乘坐舒适性。这种方法用瓦特来表示指标，而且可以进行时频分析，对建立非线性系统模型有很重要作用。但是这种方法的舒适性评价界限指标在不同情况下的不同值颇受争议。

在目前车辆动态舒适性评价过程中，很多新的方法已经被研究并在实际情况下得到应用。其中包括，美国宇航局（NASA）的莱利研究中心提出的单一不舒适性指数法（NASA），该方法的要点是把5个方向的振动加速度和车内噪声的物理测量值按照统计经验公式转换成同主观评价相关的不舒适性指数，然后把各个不舒适性指数按一定的关系式得出单一不舒适性指数，再根据单一不舒适性指数来评价舒适性。

总体乘坐值法（SEAT值），1976年由英国南安普敦大学声振研究所人体工程研究室的M.F.Griffin提出人体在振动环境中的持久时间与人体舒适水平相对应的方法。1986年Griffin教授在多年试验研究的基础上又提出了适用于各种实际场合的“总乘坐值法” [3]。此方法被国际标准化組织采纳，并以此为根据发表了ISO 263l/CD-1991委员会草案。可以认为，“总乘坐值法”是迄今为止较为全面、适用场合较广的振动不舒适评价方法。肌电图测量方法，它是由罗仕鉴等人提出，采用表面肌电（surface electromyography， sEMG）技术进行实验，将获取的肌电信号与被试者主观疲劳感进行比对，从而建立动态舒适性评价系统[4]。这种方法适用范围很广，在其它舒适性研究领域也可应用，例如道路的舒适性评价。

黄义通过研究国际标准ISO2631《关于全身振动评价指南》和GB/T4970-1996等国内现有标准，结合出租车实际行驶过程中有不同车速、不同路段的特点，采用分段分析的方法初步建立了国际国内以前没有的诸如出租车这类职业车辆实际工况下的振动舒适性评价方法，而且基于此评价方法，开发出了实际工况下的出租车振动舒适性评价系统[7]。蒋祖华等人依据此标准，对公交车驾驶员座椅系统的舒适性进行了分析。支开印等人利用相关国际标准中推荐的方法，将振动测试仪器测量出的装载机作业及空载行驶状态下座椅的振动加速度数据进行处理和分析，得出传递给驾驶员的振动的大小，以此来评价座椅振动舒适性的优劣和座椅减振效果的优劣[8]。

虽然国际标准ISO263l应用的范围广泛，但也存在一些不足。例如缺乏人体耐振实验数据；3个界限的定义不够明确；3个接线图的比例尺应该统一等。并对标准进行了改造[9]。利用ISO2631中的规定和1/3倍频带加权加速度均方根值分别评价法简化疲劳线图，应用对数坐标插值法解决加速度均方根找落点的问题。改造后的国际标准的应用极大方便了车辆动态性评价。

三、结论

相比而言，国际上，座椅振动舒适性评价方法的发展相对比较成熟，而我国在这方面的研究还不够，现有的舒适性评价标准都是基于国际标准建立的，所以基于我国人群特点的振动舒适性研究显得尤为迫切。同时结合先进设计技术，根据消费对象的变化和需求进行座椅舒适性的设计与评价是座椅今后发展的方向。

参考文献：

[1]Thakurt， K..Koester， D.， Bush ，N. et al.Evaluating short and long term seating Comfort[J].SAE.Paper 950144，1995.

[2]于跃荣.刚度-阻尼机械自动调节式拖拉机座椅悬架系统的研究工作[J].吉林工业大学学报，1990（3）：37-41.

[3] Griffin. Duration of Whole-body Vibration Exposure：Its Effect on Comfort[J]，Journal of Sound and Vibration， 1996（48）：333-339

[4]罗仕鉴. 基于生物学反应的驾驶舒适度研究[D].杭州：浙江大学，2006.

[5]ISO 2631/1-1997 Mechanical vibration and shock-Evaluation of human exposure to whole-body vibration-Part l：General requirements：456-460.

[6]GB4970一85编写组. 汽车平顺性随机输入试验方法.1985：449-457.

[7]黄义. 出租车驾驶员振动舒适性研究[D]. 重庆：重庆大学，2005.

[8]支开印，周军，李连刚，等. 装载机座椅振动舒适性分析与评价方法[J]. 工程机械，2010（8）：13-17.

[9]卢士富. 关于国际标准ISO2631的认识和修改[J]. 西安公路学院学报，1993，13（4）：58-63.