微型汽車座椅的振動試驗分析

張 莉，王 鵬，2

(1.東北林業大學 交通學院，哈爾濱 150040；2.黑龍江省大慶市法制辦公室，黑龍江 大慶 163311)

汽車行駛時，路面不平會引起汽車振動，振動嚴重的話乘客就會感到不舒適。如果駕駛員長期處于這種振動環境，就會引發各種疾病，甚至造成交通事故[1]。國內外學者對座椅減振環節進行了大量的試驗研究，并取得了豐富的成果。從試驗的方便性等因素綜合考慮，本文選擇對某微型汽車座椅的振動情況進行試驗分析。

1 某微型汽車座椅模型仿真

相關資料文獻表明，可以通過多種方法建立汽車座椅的仿真模型。本試驗選取最常用的ADAMS軟件建立某微型汽車座椅仿真模型。

1.1 ADAMS軟件

ADAMS是美國開發的仿真軟件，也是目前世界上最具權威的分析軟件。該軟件通過創建參數化的幾何模型，建立動力學方程，對虛擬的系統進行各種分析，最后給出仿真結果和曲線[2]。ADAMS不僅是應用一種分析軟件，還是系統參數優化的一種高效開發工具[3]。

ADAMS軟件主要由一些模塊組成，最基本和常用的是ADAMS/View模塊、ADAMS/Solver和ADAMS/PostProcessor[4]。ADAMS/View模塊指的是用戶界面模塊，以用戶為中心，可以進行建模、設計和分析。ADAMS/Solver是求解器，是數值分析工具，可以進行各種力學分析的求解計算。ADAMS/PostProcessor是后處理模塊，可以顯示仿真結果，也可以回放結果和繪制曲線。

1.2 某微型汽車座椅模型仿真

根據某微型汽車座椅參數資料，利用ADAMS/View建立簡易座椅模型，如圖1所示。

圖1 ADAMS View座椅模型

利用Step函數在質量塊底部施加隨機激勵，使之完成隨機振動。在隨機激勵下，模型完成仿真振動，Z軸加速度曲線、FFT變換后曲線如圖2所示。

圖2 ADAMS/View仿真曲線及FFT曲線

圖2中，上方曲線為動力仿真時隨機輸入下座椅的加速度與時間關系曲線，即座椅振動加速度的時間歷程曲線，時間長度為1 s，峰值大約出現在0.02 s附近，峰值為300 mm/s2。下方曲線為隨機輸入下座椅的加速度與頻率的關系曲線，即座椅的幅頻特性，峰值大約出現在6 Hz附近。

由于使用簡易的仿真模型，分析時忽略了運動副間的內摩擦等，從仿真結果曲線可以看出，在頻率2～10Hz，功率譜密度幅值出現峰值，且與其它頻率下相差很大，已知人體Z軸敏感頻率范圍為4～8Hz，故座椅傳遞效果較差。

2 某微型汽車平順性試驗

2.1 試驗方案

(1)參照標準。本次試驗按照中華人民共和國GB/T4970-1996《汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法》和GB/T5902-1986《汽車平順性脈沖輸入行駛試驗方法》分別進行汽車在隨機路面和脈沖路面時的仿真和實車試驗。

(2)試驗儀器：加速度傳感器、筆記本電腦、頻譜分析儀。

(3)試驗路面：隨機路面——凹凸較為均勻的沙石路面。脈沖路面——利用帶有減速帶的板油路面。

2.2 試驗數據分析

將實驗記錄的數據轉存至電子表格中，分別將不同車速、不同路面下的試驗數據輸入OriginPro軟件，經處理后可得到“加速度-時間”曲線和FFT變換曲線。隨機路面20 km/h車速下的數據曲線如圖3～圖5所示。

圖3中，(a)為隨機路面20 km/h車速下地板的振動加速度與時間關系曲線，即地板振動加速度的時間歷程曲線，時間長度為6 s，峰值大約為2 m/s2。(b)為座椅的振動加速度與時間關系曲線，即座椅振動加速度的時間歷程曲線，時間長度為6 s，峰值大約為1 m/s2。從圖3可以看出，該座椅有一定的減振效果，即將地板振動的峰值2 m/s2，衰減為1 m/s2。

圖4中，(a)為隨機路面20 km/h車速下地板的幅頻特性曲線，分析頻率在0～100Hz之間，峰值大約為0.264 g，峰值出現在0～10Hz之間。(b)為座椅的幅頻特性曲線，振動頻率在0～50Hz之間，峰值大約為0.12 g，峰值出現在0～10Hz之間。從圖4可以看出，座椅對地板傳來的振動有一定的減振效果，但對振動峰值出現在人體敏感區域的現象則沒有明顯改善。

圖5中，(a)為隨機路面20 km/h車速下地板的功率譜，分析頻率為0～100Hz之間。(b)座椅的功率譜，振動頻率在0～50Hz之間。從圖5可以看出，座椅對地板傳來的振動能量有一定的衰減效果，但對振動峰值出現在人體敏感區域這一現象也沒有明顯改善。

根據相同的試驗方法，在脈沖路面上以20 km/h的車速也進行了試驗，同樣得到了如圖3～圖5所示的三種曲線，分析結果與隨機路面相似。

2.3 試驗曲線與仿真曲線對比

試驗“加速度-時間”曲線與仿真曲線的對比如圖6所示。

圖3 隨機路面20 km/h車速下地板與座椅“加速度-時間”曲線

圖4 隨機路面20 km/h車速下地板與座椅幅頻特性曲線

圖5 隨機路面20 km/h車速下地板與座椅功率均方值曲線

圖6 試驗“加速度-時間”曲線與仿真曲線對比

從圖6可以看出，仿真結果曲線比較圓滑，是由于仿真模型由理論公式推導得到的，忽略了一些實際情況，并且仿真時間較短導致的。座椅振動特性試驗曲線與分析模塊仿真后的座椅振動特性仿真曲線基本上是吻合的。座椅的試驗數據與仿真計算得出的數據之間的誤差均小于15%，屬于允許的范圍。這進一步證明所建座椅仿真模型是準確的。

3 結束語

從仿真曲線結果分析可以看出，在頻率2～10Hz，功率譜密度幅值出現峰值，且與其它頻率下幅值相差很大，又已知人體的敏感頻率范圍為4～8Hz，所以該汽車座椅的振動特性偏差。從試驗分析可以看出，該汽車座椅的振動峰值出現在人體的敏感頻率范圍，故振動特性偏差，因而需要對座椅進一步優化、完善，以提高汽車的乘坐舒適性。此外，由于學校實驗設備條件的限制，可能會對試驗精度有一些影響。

【參 考 文 獻】

[1]郭立群.商用車汽車座椅振動傳遞特性研究[J].噪聲與振動控制，2009(4)：94-98

[2]范成建，雄光明，周明飛.虛擬樣機軟件MSC.ADAMS應用與提高[M].北京：機械工業出版社，2006

[3]鄭建榮.ADAMS——虛擬樣機技術入門與提高[M].北京：機械工業出版社，2002

[4]石博強.ADAMS基礎與工程范例教程[M].北京：中國鐵道出版社，2007