CN113295426A - 一种汽车座椅振动舒适性评价的台架试验方法 - Google Patents

一种汽车座椅振动舒适性评价的台架试验方法 Download PDF

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CN113295426A CN202110323207.2A CN202110323207A CN113295426A CN 113295426 A CN113295426 A CN 113295426A CN 202110323207 A CN202110323207 A CN 202110323207A CN 113295426 A CN113295426 A CN 113295426A
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Abstract

本发明涉及一种汽车座椅振动舒适性评价的台架试验方法，属于汽车座椅振动性能测试领域。通过对汽车座椅导轨实车道路试验结果的回归计算，建立振动台的激振源数据；采集被测座椅的台架试验数据；计算座椅振动传递率及舒适性综合评价指数。本方法搭建起了一个完整的汽车座椅台架试验测试及评价过程。通过座椅总成台架振动激振试验，获取座椅在垂直和水平方向的振动传递率和振动加速度均方根值，进一步得到座椅舒适性综合评价指数GSS，用座椅振动传递率和座椅舒适性综合评价指数评价座椅振动舒适性。本发明在车辆开发前期或车身虚拟开发阶段，实现对供应商座椅振动舒适性的识别，缩短对汽车座椅选型的试验周期，提高工作效率。

Description

一种汽车座椅振动舒适性评价的台架试验方法
技术领域：
本发明属于汽车座椅振动性能测试技术领域，涉及到一种汽车座椅振动舒适性评价的台架试验方法。
背景技术：
汽车座椅振动舒适性是衡量乘员乘坐舒适度的重要指标之一，整车座椅的舒适性是座椅性能中涉及面最广、性能参数控制最困难的问题之一。本发明要解决的是汽车座椅总成产品台架振动舒适性试验和评价的问题。即如何判定座椅振动舒适性以及用什么方法和指标来评价的工程技术问题，目的是为了在汽车整车产品开发过程中，对车辆座椅的振动性能评价与选型提供依据与方法。
汽车座椅单体的振动性能试验研究目前在汽车整车厂开展的不多，能够对汽车座椅进行完整振动隔振性能测试的厂家或者供应商更是很少，评价指标也没有统一的标准，这主要是受限于设备硬件条件以及技术能力方面的限制，所以大多数的汽车主机厂往往是将座椅装到汽车整车上，通过道路试验测试，结合人员的主观评价，来判定座椅隔振性能的优劣。这种评价试验受到的外部影响因素较多，如场地、天气，供应商样件、测试条件等，评价周期长，效率不高，而且试验数据重复性、可对比性都不好。
发明内容：
本发明提供一种利用电磁振动台对汽车座椅进行振动舒适性评价的台架试验方法，包括如下步骤：
步骤a)：试验台架准备
所述试验台架包括：底座1、激振平台2、空气弹簧3、导向轮4、回位弹簧5、弹性支撑6、激振器7、推力杆8、耦合推力杆9、控制计算机10、振动加速度传感器11、假人12、被试座椅13、座椅夹具14、坐垫振动测试辅助垫板15、靠背振动测试辅助垫板16、内置振动加速度传感器17和数据采集系统18；
振动系统工作时，控制计算机10将两路随机信号送入激振器7的功率放大器中，然后两台激振器7通过推力杆8和耦合推力杆9推动振动台2产生X、Y、Z方向的振动，实现对座椅的激振；
步骤b)：准备激振平台激振加速度数据
首先获得相同级别的试验整车在道路行驶的座椅导轨的振动试验数据，然后对这些数据进行统计分析，按照公式(a)进行数据分析，用线性插值回归的方法，计算对应该级别车座椅导轨在40～100km/h车速时的振动台激振加速度，即振动台的振动幅值：
{r}＝[k]{v}+[b]-----(a)
其中，{r}是整车座椅导轨在X、Y、Z三轴向的振动加速度数据矩阵，{v}是对应的车速矩阵，通过{r}和{v}计算出回归系数矩阵[k]和[b]后，然后通过[k]和[b]计算对应车速40～100km/h时，(10km/h为一个间隔，包括7个车速工况)，振动台在垂直Z方向的振动加速度，该加速度作为7个试验工况下，振动台垂直方向的激振加速度数据；
步骤c)：台架安装及测试系统连接
试验前，先将被试座椅13用座椅夹具14连接固定到振动台的激振平台2上。座椅的前后X方向，沿着激振平台的X方向，在坐垫振动测试辅助垫板15和靠背振动测试辅助垫板16内安装有三轴向测量的内置振动加速度传感器17；然后将坐垫振动测试辅助垫板15和靠背振动测试辅助垫板16，以及标准质量75kg的假人12放置在座椅上并固定好；在激振平台2上布置一个三轴向测量的振动加速度传感器11用于测量振动台X、Y、Z方向的振动加速度；所有测试传感器都是X、Y、Z三轴向测量，将振动传感器的输出线接到数据采集系统18即完成试验测试的准备；
步骤d)：参数设置和数据采集
激振台架和座椅系统安装完毕后，打开振动台控制计算机，设置驱动信号为双路白噪声信号，信号初始电压10mv，打开功率放大器，启动信号源，驱动激振器7通过推力杆8和耦合推力杆9，推动激振平台2产生X、Y、Z方向的振动，对被试座椅13进行激振。
打开振动测试数据采集系统18，设置9个采集通道，分别对应坐垫、靠背和振动台的振动加速度传感器输出的X、Y、Z方向振动信号，分析频率带宽40Hz，采集座椅和振动台的振动加速度信号；
步骤d)：数据处理，计算座椅振动评价指标
a)计算座椅在垂直和水平方向的座椅振动的传递率Ts
按照公式(b)分别计算坐垫和靠背在X、Y、Z方向的振动传递Ts(i,f)：
分别取振动台测点和座椅测点在X、Y、Z方向的振动响应加速度，进行频谱分析，取频率分辨率为0.1Hz，得到0.5Hz～40Hz的频谱(线性谱或功率谱密度)曲线，然后按公式(b)，分别计算出振动台在X、Y、Z方向，传递到坐垫和靠背X、Y、Z方向的振动传递率曲线，单位dB；
TS(i，f)＝20lg{at(i，f)/as(i，f)}----------------------(b)
其中：Ts(i,f)代表坐垫或者靠背的振动传递率，是频率f的函数。
at(i,f)代表振动台的振动加速度。
as(i,f)代表坐垫或者靠背的振动加速度。i分别代表X、Y、Z测量方向。
计算振动传递率时，要分别计算振动台在X、Y、Z方向到坐垫和靠背对应方向的振动传递率。每个试验工况，得到6个振动传递率计算曲线；
计算Ts值时，坐垫和靠背的Ts值要分别计算。
b)定义计算座椅水平方向和垂直方向的加权系数
按公式(c)和公式(d)，计算座椅水平方向(X表示前后，Y表示左右)和垂直方向Z的加权系数；
座椅水平方向X、Y的加权系数为：
Figure BDA0002993598610000041
座椅垂直方向(Z)的加权系数为：
Figure BDA0002993598610000042
其中：f为频率，w(f)为频率加权系数。
c)计算加权后的座椅各方向的振动加速度均方根值G(i)rms
按公式(e)，计算加权后的座椅各方向的振动均方根值G(i)rms；
Figure BDA0002993598610000043
式中：f—频率，
w(f)--频率加权系数，
d(f)--频率积分变量，
i＝x、y、z，分别代表X、Y、Z三个测量方向；
A(f)为座椅振动加速度响应的功率谱密度函数；
其中，通过对试验测点的座椅振动加速度数据进行频谱分析获得，对座椅(坐垫和靠背)的测试数据进行40Hz低通滤波，数据去均值，然后进行频谱分析，取频率分辨率为0.1Hz，加汉宁窗，得到各激振工况下，座椅每个测点的各方向在0.5Hz～40Hz的功率谱密度A(f)。
d)计算座椅振动舒适性综合评价指数GSS
将得到的坐垫及靠背在X、Y、Z方向的加权振动加速度均方根值G(i)按照公式(f)计算，分别得到每个试验工况下，坐垫和靠背的振动舒适性指数GSS，共两个评价参数，作为座椅振动舒适性综合评价指数：
Figure BDA0002993598610000051
计算GSS值时，坐垫和靠背的GSS值要分别计算。
本发明技术方案的有益效果：
在试验技术方面，建立了座椅台架振动舒适性试验方法和评价指标，通过对试验数据后处理，获取座椅振动评价指标“振动传递率”和“舒适性评价指数”，实现了对座椅单体进行台架振动舒适性性能的试验评价能力。试验系统由于采用电磁激振，其特点是频率分辨率更高，激励的线性度比液压激励系统更好，能够获得座椅更高精度的频率响应数据，尤其是通过推力转换装置，同时得到对座椅在X、Y、Z三个方向的激振试验数据，试验中采用标准质量的水人及辅助测量垫板作为测试辅助，得到的同一座椅舒适性试验数据具有良好的重复性，不同座椅的振动对标试验数据具有良好的可比性。
在车辆产品振动舒适性开发与控制方面，应用本发明的试验方法能够在车辆开发前期或车身虚拟开发阶段，实现对汽车座椅供应商的座椅产品振动性能好坏进行识别，缩短在车辆开发过程中对汽车座椅选型的试验周期，提高效率。
该方法在目前汽车座椅台架振动舒适性试验的实现、评价指标计算、建立方法等方面，具有国内独创和领先地位。
附图说明：
图1为座椅振动舒适性试验台架示意图；
图2为座椅振动测试传感器布置示意图；
图3a为坐垫振动测试辅助垫板结构示意图；
图3b为图3a的侧视图；
图4a为靠背振动测试辅助垫板结构示意图；
图4b为图4a的侧视图；
图5为电磁振动台组成示意图；
其中：1.底座、2.激振平台、3.空气弹簧、4.导向轮、5.回位弹簧、6.弹性支撑、7.激振器、8.推力杆、9.耦合推力杆、10.控制计算机、11.振动加速度传感器、12.假人、13.被试座椅、14.座椅夹具、15.坐垫振动测试辅助垫板、16.靠背振动测试辅助垫板、17.内置振动加速度传感器、18.数据采集系统。
具体实施方式：
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面列举的实施例仅为对本发明技术方案的进一步理解和实施，并不构成对本发明权利要求的进一步限定，因此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，若所涉及的术语，如：“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部(元)件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，可以是柔性连接、刚性连接或活动链接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示座椅振动舒适性试验台架示意图，在电磁振动台的基础上，通过座椅安装，振动测试加速度传感器布置，数据采集系统的连接，建立座椅振动性试验测试系统，试验台架包括底座1、激振平台2、空气弹簧3、导向轮4、回位弹簧5、弹性支撑6、激振器7、推力杆8、耦合推力杆9、控制计算机10、振动加速度传感器11、假人12、被试座椅13、座椅夹具14、坐垫振动测试辅助垫板15、靠背振动测试辅助垫板16和内置振动加速度传感器17和数据采集系统18。
试验前，先将被试座椅13用座椅夹具14连接固定到激振平台2上，并使座椅的前后X方向沿着激振平台的X方向。在激振平台2上布置一个三轴向测试的振动加速度传感器11，用于测量振动台在X、Y、Z方向的振动加速度；将标准质量75kg的假人12压靠在坐垫振动测试辅助垫板15和靠背振动测试辅助垫板16上并固定好；所有振动测试传感器的信号输出接入到数据采集系统18。
如图2、3a、3b、4a、4b所示座椅振动测试传感器布置和结构示意图，坐垫振动测试辅助垫板15和靠背振动测试辅助垫板16内部，沿X、Y、Z轴向布置三向的内置振动加速度传感器17，辅助垫板放置在坐垫和靠背上，试验过程中测试坐垫和靠背的振动参数。
如图5所示电磁振动台组成示意图，利用该电磁振动台进行座椅振动舒适性试验，激励信号采用两路随机白噪声信号，信号的频率范围为0.5Hz～40Hz。
试验工况以激振平台2在垂直方向的激振加速度来定义，其具体数值按表1进行，共7个试验工况：
表1振动台振动加速度单位：m/s^2
工况 激振平台垂直(Z)方向的激振加速度
1 0.05
2 0.10
3 0.15
4 0.20
5 0.25
6 0.30
7 0.35
一种汽车座椅振动舒适性评价的台架试验方法实施过程，激振台架和座椅系统安装完毕后，打开振动台控制计算机，设置驱动信号为双路白噪声信号，信号初始电压10mv；打开功率放大器，启动信号源，驱动激振器7通过推力杆8和耦合推力杆9，推动激振平台2产生X、Y、Z方向的振动，对被试座椅13进行激振。
打开振动测试数据采集系统18，设置9个采集通道，分别对应坐垫、靠背和激振平台2的振动加速度传感器输出的X、Y、Z方向振动信号，分析频率带宽40Hz,频率分辨率0.2Hz。
在每一种试验工况时，正式采集试验数据前，用数据采集系统18对激振平台2的加速度值进行实时监测，如果激振平台2的振动加速度不满足表1中规定的值，要缓慢调节驱动信号的电压量，使激振平台2在垂直方向的振动加速度分别达到表1中7个工况的要求，当激振平台2的加速度满足试验工况要求后，保持信号的电压值不变，采集被试座椅13和激振平台2测点的振动加速度信号，采样时间约30秒。按此操作，即可获得被测座椅13在7个试验工况下，激振平台2激振加速度和被测座椅13振动响应加速度信号的采集，试验完毕后，关闭振动系统。
一种汽车座椅振动舒适性评价的台架试验方法数据处理方法：
a)计算座椅在垂直和水平方向的座椅振动的传递率Ts
按照公式(b)分别计算坐垫和靠背在X、Y、Z方向的振动传递Ts(i,f)：
分别取振动台测点和座椅测点在X、Y、Z方向的振动响应加速度，经过FFT计算后得到0.5Hz～40Hz的频谱(线性谱或功率谱密度)曲线，然后按公式(b)，分别计算出振动台在X、Y、Z方向，传递到坐垫和靠背X、Y、Z方向的振动传递率曲线，单位dB。
Ts(i，f)＝20lg{at(i,f)/as(i,f)}-----(b)
其中：Ts(i,f)代表坐垫或者靠背的振动传递率，是频率f的函数；
at(i,f)代表振动台的振动加速度；
as(i,f)代表坐垫或者靠背的振动加速度。i分别代表X、Y、Z测量方向；
计算振动传递率时，要分别计算振动台在X、Y、Z方向到坐垫和靠背对应方向的振动传递率。每个试验工况，得到6个振动传递率计算曲线；
计算Ts值时，坐垫和靠背的Ts值要分别计算。
b)定义计算座椅水平方向和垂直方向的加权系数
按公式(c)和公式(d)，计算座椅水平方向(X表示前后，Y表示左右)和垂直方向(Z)的加权系数；
座椅水平方向(X、Y)的加权系数为：
Figure BDA0002993598610000101
座椅垂直方向(Z)的加权系数为：
Figure BDA0002993598610000102
其中：f为频率，w(f)为频率加权系数。
c)计算加权后的座椅各方向的振动加速度均方根值G(i)rms
按公式(e)，计算加权后的座椅各方向的振动均方根值G(i)rms；
Figure BDA0002993598610000103
式中：f—频率，
w(f)--频率加权系数，
d(f)--频率积分变量，
i＝x、y、z，分别代表X、Y、Z三个测量方向；
A(f)为座椅振动加速度响应的功率谱密度函数；
其中，通过对试验测点的座椅振动加速度数据预处理，进行频谱分析获得，对座椅(坐垫和靠背)的测试数据进行40Hz低通滤波，数据去均值，然后进行频谱分析，取频率分辨率为0.1Hz，加汉宁窗，得到各激振工况下，座椅每个测点的各方向在0.5Hz～40Hz的功率谱密度A(f)。
d)计算座椅振动舒适性综合评价指数GSS
将得到的坐垫及靠背在X、Y、Z方向的加权振动加速度均方根值G(i)按照公式(f)计算，分别得到每个试验工况下，坐垫和靠背的振动舒适性指数GSS，共两个评价参数。作为座椅振动舒适性综合评价指数：
Figure BDA0002993598610000111
计算GSS值时，坐垫和靠背的GSS值要分别计算。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种汽车座椅振动舒适性评价的台架试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a)：试验台架准备
试验台架包括底座(1)、激振平台(2)、空气弹簧(3)、导向轮(4)、回位弹簧(5)、弹性支撑(6)、激振器(7)、推力杆(8)、耦合推力杆(9)、控制计算机(10)、振动加速度传感器(11)、假人(12)、被试座椅(13)、座椅夹具(14)、坐垫振动测试辅助垫板(15)、靠背振动测试辅助垫板(16)、内置振动加速度传感器(17)和数据采集系统(18)；
步骤b)：准备激振平台激振加速度数据
首先获得相同级别的试验整车在道路行驶的座椅导轨的振动试验数据，然后对这些数据按照公式(a)进行线性插值回归，计算对应该级别车辆座椅导轨在40～100km/h车速时的振动加速度的振动台的激振加速度幅值：
{r}＝[k]{v}+[b]-----(a)
其中，{r}是整车座椅导轨在X、Y、Z三轴向的振动数据矩阵，{v}是对应的车速矩阵，通过{r}和{v}计算出回归系数矩阵[k]和[b]，然后通过[k]和[b]多次回归，计算出对应车速40～100km/h时(10km/h为一个间隔，包括7个车速工况)振动台在垂直Z方向及水平XY方向的振动加速度，其中垂直方向的振动加速度作为7个试验工况下，振动台的激振加速度触发数据；
步骤c)：台架安装及测试系统连接
试验前，先将被试座椅(13)用座椅夹具(14)连接固定到振动台的激振平台(2)上，座椅的前后X方向，沿着激振平台的X方向，在坐垫振动测试辅助垫板(15)和靠背振动测试辅助垫板(16)内安装有三轴向测量的内置振动加速度传感器(17)；然后将坐垫振动测试辅助垫板(15)和靠背振动测试辅助垫板(16)，以及标准质量75kg的假人(12)放置在座椅上并固定好；在激振平台(2)上布置一个三轴向测量的振动加速度传感器(11)用于测量振动台X、Y、Z方向的振动加速度；所有测试传感器都是X、Y、Z三轴向测量，将振动传感器的输出线接到数据采集系统(18)即完成试验测试的准备；
步骤d)：参数设置和数据采集
激振台架和座椅系统安装完毕后，打开振动台控制计算机，设置驱动信号为双路白噪声信号，信号初始电压10my，打开功率放大器，启动信号源，驱动激振器(7)通过推力杆(8)和耦合推力杆(9)，推动激振平台(2)产生X、Y、Z方向的振动，对被试座椅(13)进行激振；
打开振动测试数据采集系统(18)，设置9个采集通道，分别对应坐垫、靠背和振动台的振动加速度传感器输出的X、Y、Z方向振动信号，分析频率带宽40Hz，采集振动台和座椅的振动加速度信号；
步骤e)：数据处理，计算座椅振动评价指标
通过计算座椅在垂直和水平方向的振动传递率Ts和振动加速度均方根值G，进一步得到座椅舒适性综合评价指数GSS，用座椅振动传递率Ts和座椅舒适性综合评价指数GSS评价座椅的振动舒适性。
2.如权利要求1所述的一种汽车座椅振动舒适性评价的台架试验方法，其特征在于，步骤a)中，按照公式(b)分别计算坐垫和靠背在(X、Y、Z)方向的振动传递Ts(i，f)：
分别取振动台测点和座椅测点在(X、Y、Z)方向的振动响应加速度，设定频率分辨率0.1Hz，经过FFT计算后得到0.5Hz～40Hz的频谱：即线性谱或功率谱密度曲线，然后按公式(b)，分别计算出振动台在(X、Y、Z)方向，传递到坐垫和靠背(X、Y、Z)方向的振动传递率曲线，单位dB；
TS(i，f)＝20lg{at(i，f)/as(i，f)}----------(b)
其中：Ts(i，f)代表坐垫或者靠背的振动传递率，是频率f的函数，
at(i，f)代表振动台的振动加速度，
as(i，f)代表坐垫或者靠背的振动加速度，i分别代表(X、Y、Z)测量方向；
计算振动传递率时，要分别计算振动台在(X、Y、Z)方向到坐垫和靠背对应方向的振动传递率，每个试验工况，得到6个振动传递率计算曲线；
计算Ts值时，坐垫和靠背的Ts值要分别计算。
3.如权利要求1所述的一种汽车座椅振动舒适性评价的台架试验方法，其特征在于，振动舒适性指数的加权系数算法，步骤b)中，按公式(c)和公式(d)，计算座椅水平方向：(X)表示前后，(Y)表示左右和垂直方向(Z)的加权系数；
座椅水平方向：(X、Y)的加权系数为：
Figure FDA0002993598600000031
座椅垂直方向(Z)的加权系数为：
Figure FDA0002993598600000032
其中：f为频率，w(f)为频率加权系数。
4.如权利要求1所述的一种汽车座椅振动舒适性评价的台架试验方法，其特征在于，振动舒适性指数的加权、积分和开方算法，步骤c)中，按公式(e)，计算加权后的座椅各方向的振动均方根值G(i)rms；
Figure FDA0002993598600000041
式中：f-频率，
A(f)为座椅振动加速度响应的功率谱密度，
w(f)--频率加权系数，
d(f)--频率积分变量，
i＝x、y、z，分别代表(X、Y、Z)三个测量方向。
5.如权利要求1所述的一种汽车座椅振动舒适性评价的台架试验方法，其特征在于，步骤d)中，将得到的坐垫及靠背在X、Y、Z方向的加权振动加速度均方根值G(i)按照公式(f)计算，分别得到每个试验工况下，坐垫和靠背的振动舒适性指数GSS，共两个评价参数，作为座椅振动舒适性综合评价指数：
Figure FDA0002993598600000042
计算GSS值时，坐垫和靠背的GSS值要分别计算。
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