汽车副驾驶座椅的平顺性测试与分析

夏小均，何大军，陈德兵，赖诗洋



汽车副驾驶座椅的平顺性测试与分析

夏小均1，何大军1，陈德兵1，赖诗洋2

（1.重庆车辆检测研究院有限公司，重庆 401122；2.重庆工程职业技术学院机械工程学院，重庆 402260）

测试某轿车副驾驶位置在不同车速下的地板及座椅振动，分析试验结果得到座椅各轴向及总的加权加速度均方根值，比较座椅各轴向振动水平和不同车速下的座椅振动水平，对该车副驾驶座椅的平顺性程度进行评价。

平顺性；副驾驶座椅；振动测试；评价

前言

汽车平顺性能直接影响乘坐人员的舒适性感知[1]，汽车的乘坐舒适性与座椅特性紧密相关，对汽车座椅振动进行测试分析，了解座椅乘坐的舒适性状况，对汽车平顺性的研究具有十分重要的意义。

我国在平顺性试验研究方面目前主要集中于模型建立方法[2]、评价方法[3]、路面激励研究[4]、悬架系统结构参数优化[5]等方面。平顺性评价方法是平顺性研究中的基础，而用于平顺性研究的整车模型和路面激励也变得越来越复杂和全面，平顺性研究已经趋于成熟与完善。

以往平顺性评价主要针对汽车驾驶员座椅，副驾驶座椅易受到忽略，文章针对某款轿车副驾驶员座椅，进行了振动试验测试，对试验数据利用MATLAB软件编程处理，分析了该车副驾驶员座椅的平顺性，不同车速下座椅的舒适性水平也进行了评价和比较。

1 平顺性评价方法

平顺性的评价主要有主、客观评价两类方法。主观评价为参与试验人员的主观舒适性感觉；客观评价则进行随机振动试验和数据分析，与评价指标比较，作出客观评价。工程实际应用一般采用客观评价，参考法规GB/T 4970-2009，对汽车平顺性进行定量评价[6]。

人体振动以加权加速度均方根值作为评价指标。首先根据试验获得的振动时域信号计算加速度自功率谱密度函数G()，再计算不同车速下座椅，，三个方向的1/3倍频带均方根值及各单轴向的加权加速度均方根值[6]。

其中w是第个1/3倍频带的加权系数。

获得座椅的总加权加速度均方根值后，可通过公式(4)计算加权振级，加权振级与座椅舒适性程度相对应。

L为加权振级，dB；0为参考加速度均方根值，为10-6m/s2。

2 座椅平顺性试验

试验基于GB/T4970-2009《汽车平顺性试验方法》，测试系统包括B&K公司的三向压电式加速度传感器、座垫式加速度传感器、电荷电压转换器，德国IMC公司的数据采集设备CRONOS-PL-2-DIO-DCB8型，计算机和轿车。本次试验测量了地板三个方向的线振动，座椅支撑面处三个方向的线振动。

地板加速度由三向压电式加速度传感器测量，传感器被安装在副驾驶座椅下方地板处；座垫处的加速度由座垫式加速度传感器测量，传感器装在弹性垫盘中，垫盘被固定在副驾驶座椅上，置于人体与座椅之间，如图1所示。该座垫式加速度传感器为压电式，产生电荷信号，需要经前置放大器转换为电压信号。试验中采用了电荷电压转换器，转换后连接数据采集仪。

图1 座垫式加速度传感器的安装位置

采样时长为1min，设置采样频率为500Hz，测试在平直水泥路面进行，路面状况良好，副驾驶座椅处的载荷由身高为1.70m、体重72kg的测试人提供。试验时分别以30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的车速在试验路段进行往返试验，汽车需要在稳速段内稳住车速，在稳定状况下以规定车速匀速行驶，车速偏差不超过试验车速的±4%。限于篇幅，此处仅给出了30km/h和50km/h时座椅处z向加速度时域信号，如图2和图3所示，图中周期性的峰值为路面上的减速带引起。

图2 30km/h时座椅z向加速度时域图

图3 50km/h时座椅z 向加速度时域图

3 座椅平顺性分析与评价

根据第2节中的评价方法对获得的不同车速座椅各轴振动时域信号进行处理，以评价该轿车副驾驶座椅的乘坐舒适性。

3.1 加速度功率谱密度

图4 座椅加速度自功率谱曲线

功率谱密度是随机信号的表征形式之一，反映了信号在频域内不同频率成分对应的功率分布情况，通过功率谱密度可计算加速度的均方根值。此处借鉴welch法中加窗、分段重叠、求平均的方法进行计算功率谱密度，将离散时间信号分为n个互相重叠的小段，重叠率取50%，对每小段进行功率谱估计，再对各段数据计算结果求平均值。同时为减小信号截断过程中的能量泄漏，增加频峰的宽度，采用汉宁窗。限于篇幅，此处仅列出部分速度及方向下的加速度自功率谱曲线，如图4所示，表1为不同车速下，座椅固有频率处座椅z向的加速度自功率谱比较。

表1 不同车速座椅固有频率处z向加速度自谱比较

3.2 加权加速度均方根值

根据加速度功率谱密度计算不同车速下座椅各轴向1/3倍频带均方根值及其单轴向加权加速度均方根值，最后计算座椅测试点的总加权加速度均方根值。

图5为30、50km/h下的1/3倍频带加速度均方根值直方图。

图5 1/3倍频带加速度均方根值直方图

根据1/3倍频带加速度均方根值，计算不同车速下各轴向的加权加速度均方根值及座椅总加权加速度均方根值，结果如表2所示，可以看出，座椅垂直方向的振动明显大于纵向、横向，三个方向中横向振动相对最小。

表2 不同车速下座椅的加权加速度均方根值

3.3 座椅平顺性评价

采用加权振级衡量座椅舒适性，由公式(4)计算得到各轴加权振级如表3所示，图6以曲线的形式体现。

表3 不同车速下座椅加权振级

表4 不同车速下座椅平顺性

计算座椅的总加权振级，基于标准GB/T4970-2009中的总加权加速度均方根值与人的主观感受关系表，该车副驾驶座椅的舒适性如表4所示。

图6 座椅各向在不同车速下的加权振级比较

图7为不同车速下座椅加权振级对比，由表4和图7可以看出，30、40、50km/h车速下副驾驶座椅总加权振级均小于110dB，舒适性很好，然而在60km/h时总加权振级大于110dB，给人的感觉为有一些不舒适。说明随着车速的提高，加权加速度均方根值总体呈上升趋势，加权振级升高，导致了座椅舒适性的降低。

图7 不同车速下座椅加权振级对比

4 小结

依据国家标准GB/T4970-2009《汽车平顺性试验方法》，进行了汽车副驾驶座椅振动实车试验。对测试得到的轿车副驾驶座椅振动加速度利用MATLAB软件编程进行了频域分析，计算座椅总的加权加速度均方根值。以加权振级的形式反映座椅的舒适性，结果表明，该车在不同车速下舒适性感受有一定差异。30、40、50km/h时副驾驶座椅乘坐感受为没有不舒适，而60km/h时乘坐感受为有一些不舒适。该车副驾驶座椅总体舒适性较好，车速会影响座椅的舒适性感受。

[1] 余志生.汽车理论[M].第4版.北京:机械工业出版社,2009,203-251.

[2] 李杰,高雄,王维等.基于UniTire模型的平顺性和操纵稳定性协同研究[J].汽车工程,2018,40(2):127-132.

[3] 徐中明,张志飞,贺岩松.对汽车平顺性评价方法的探讨与建议[J].汽车工程,2010,32(1):73-76.

[4] 朱一帆,谷正气,张沙.基于辨识路面的矿用自卸车平顺性优化[J].振动与冲击,2015,34(13):24-30.

[5] 陈双,宗长富,张立军等.主动悬架平顺性和侧倾姿态综合控制策略[J].吉林大学学报(工学版),2011,41(A2):59-64.

[6] GB/T 4970-2009汽车平顺性试验方法[S].北京:中国标准出版社. 2009.

Test and analysis about ride comfort of automotive co-pilot seat

Xia Xiaojun1, He Dajun1, Chen Debing1, Lai Shiyang2

( 1.Chongqing Vehicle Test & Research Institute Co. Ltd, Chongqing 401122; 2. College of Mechanical Engineering, Chongqing Vocational Institute of Engineering, Chongqing 402260 )

The vibrations of floor and seat under different speeds at co-pilot position are tested. The result is analyzed and respective and total root-mean-square valuesof weighted acceleration are calculated. The vibration levels of each direction are compared, so do the vibration levels under different speed. Ride comfort of the co-pilot seat is evaluated.

Ride comfort; co-pilot seat; vibration test; evaluation

B

1671-7988(2018)20-55-03

U467.1

B

1671-7988(2018)20-55-03

U467.1

夏小均（1988-），男，博士，现工作于重庆车辆检测研究院有限公司。

重庆车辆检测研究院科技发展基金项目 (17AKC21)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.019