知薦 | 汽車座椅顛簸蠕動試驗(yàn)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

tftmtgh 2020-06-26

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備注 | 孫金其、楊曉明：南京汽車集團(tuán)有限公司汽車工程研究院，江蘇南京，210028；汪宇：國家汽車零部件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（蕪湖），安徽蕪湖 241002

摘要：本文主要針對座椅顛簸蠕蠕動試驗(yàn)的需求，概述了國內(nèi)座椅顛簸和蠕動試驗(yàn)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，針對設(shè)備進(jìn)行了對比分析，最后提出座椅顛簸蠕動試驗(yàn)急需發(fā)展的重點(diǎn)以及今后的發(fā)展方向和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：汽車座椅顛簸蠕動試驗(yàn) 現(xiàn)狀發(fā)展趨勢

前言

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，我國的道路、汽車的發(fā)展，汽車座椅的安全性和舒適度也進(jìn)入大的發(fā)展，汽車的安全性和舒適性作為汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主題，一直受到高度重視。汽車座椅涉及到電子學(xué)、人體工程學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)等方面的領(lǐng)域，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，轎車座椅已從一個簡單的部件發(fā)展到一個比較復(fù)雜和精確程度要求比較高的部件。它直接關(guān)系到車上人員的乘坐舒適性和安全性。[1]

汽車座椅組成部分

汽車座椅主要由座墊、靠背，頭枕和調(diào)節(jié)裝置等組成，汽車座椅的各個組成部分對座椅的舒適性都能產(chǎn)生影響，座椅整體舒適性取決于對這些組成部分的局部舒適感覺以及座椅整體的散熱排濕、減震性能等。詳見圖 1。

圖 1 汽車座椅的組成

人體重心支撐式座椅設(shè)置了與臀部外形相適的坐骨支撐板，坐下時剛好與下半身重心所在的坐骨位置接觸。在上半身重心所在的胸椎部，設(shè)置了與后背外形相符的 S 型胸椎支撐彈簧。通過對需要部位分別加以重點(diǎn)支撐，減輕長距離駕駛造成的疲憊。

此外，支撐部的緩沖墊具有足夠的厚度和弧度，能有效地吸收振動和分散人體的壓力。

座椅的作用

汽車座椅的使用情況很復(fù)雜，汽車起步和緊急制動的狀態(tài)下，座椅產(chǎn)生很大的慣性力，乘員也會產(chǎn)生向后或向前的慣性運(yùn)動；汽車行駛還會存在碰撞的可能性；汽車行駛的過程中，通過地面產(chǎn)生的振動由座椅傳遞給人的身體，為了滿足座椅多種使用情況，汽車座椅要滿足以下要求：

汽車座椅重要的作用是支撐駕駛員和乘客的身體。為汽車減速時不使身體向獲后移，駕駛員在此中定位舒適H點(diǎn)域時, 通過腳跟的變化總可以找到舒適位置。靜態(tài)舒適性是指座椅在靜止?fàn)顟傧绿峁┙o人體的舒適特性，主要與座椅尺寸參數(shù)、材質(zhì)、調(diào)節(jié)特性等有關(guān)；動態(tài)舒適性是指汽車在行駛狀態(tài)下通過座椅骨架以及座墊將振動傳遞到人體后給人的舒適特性；操作舒適性主要是指在駕駛過程中駕駛員操作的舒適特性。汽車座椅舒適性研究主要集中在舒適性人機(jī)工程研究等領(lǐng)域[2]。

振動是影響舒適性的重要因素

振動對人體的影響與振動的頻率、振幅或加速度、受振動作用的時間以及人的體位等方面的因素有關(guān)[3]。

4.1 振動的頻率對人體的影響

人體是一個彈性體，骨骼接近一般固體，但比較脆；肌肉比較柔軟。人體有不少的空腔和彈性系統(tǒng)。振動的頻率對人體的主觀影響通常起主導(dǎo)作用。因?yàn)樯眢w各部分器官都有其固有頻率，當(dāng)外來的振動頻率與人體上某一部分器官固有頻率一致時，會引起那部分器官共振（見表1），因而對那部分器官影響也最大。

表 1人體各個主要部位的共振頻率

身體部位	全身	頭部	眼睛	胸部	手臂	脊柱	胃部	腹腔
共振頻率（Hz）	5~6	20~30	20~25	4~6	10~20	3~5	4~5	2~12

4.2 振動的振幅或加速度對人體的影響

振動對人體的影響，常因振幅或加速度的不同而表現(xiàn)出不同的效應(yīng)。當(dāng)振動頻率較高時，振幅起主要作用，比如作用于全身的振動在頻率為40～102Hz時，一旦振幅達(dá)0.05～1.3mm，便對全身起有害作用。高頻振動主要對人體各組織的神經(jīng)末稍發(fā)生作用，引起末梢血管痙攣的最低頻率是35Hz。

4.3 振動時間對人體的影響

在振動作用下的時間越長，對人體的影響就越大。短期適量的振動，不但沒有害處，有時還起良好的作用，如電子按摩器等可用來消除身體疲勞，增加肌肉力量，恢復(fù)組織的營養(yǎng)，提高新陳代謝等。因此，評價一種振動對人體是否有危害，必須考慮人體暴露在振動下的時間長短才行。

4.4 振動對不同體位人體的影響

立位時對垂直振動比較敏感，而臥位時對水平振動比較敏感。人的神經(jīng)組織和骨胳都是振動的良好傳導(dǎo)體，頭部受振動能引起嗜眠。

國內(nèi)座椅顛簸和蠕動試驗(yàn)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

汽車安全越來越受到重視，顛簸和蠕動主要模擬汽車在行駛過程中的磨擦、振動等一些實(shí)際路況，實(shí)際路況對座椅產(chǎn)生的一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而可以考核座椅的設(shè)計(jì)要求及生產(chǎn)工藝。QC/T 740-2005 《乘用車座椅總成》中表述如下：

5.1 技術(shù)要求

顛簸和蠕動試驗(yàn)驗(yàn)證座椅的骨架、泡沫和面套的疲勞壽命，在 100 次/min 的頻率下，進(jìn)行座墊、靠背的振動試驗(yàn)，試驗(yàn)后的樣品應(yīng)無異常情況出現(xiàn)，座椅骨架無裂縫，泡沫無變形，面料和襯墊無破損，H 點(diǎn)最大變動在額定范圍之內(nèi)，見表 2。

5.2 試驗(yàn)方法

把試驗(yàn)樣品固定在顛簸蠕動試驗(yàn)機(jī)平臺上，調(diào)整樣品使樣品H點(diǎn)中心線與模擬假臀或假背中心線對齊，調(diào)整模擬假臀或假背的高低位置。模擬假臀和假背按照SAE J826-2002的50% 對假臀和假背要求。顛簸幅度(峰至峰)為30 mm。

表2 試驗(yàn)要求

試樣	循環(huán)次數(shù)	負(fù)載，kg	頻率，次/min	蠕動角度，（°）
前排座椅	100000	68	100	21
前排靠背	50000	29	100	0

汽車座椅顛簸蠕動試驗(yàn)是評價座椅舒適度及壽命值的重要試驗(yàn)，也是評價汽車性能主要指標(biāo)，為了客觀評價試驗(yàn)，需要采用專業(yè)的試驗(yàn)檢測設(shè)備，而汽車座椅顛簸蠕動試驗(yàn)?zāi)繃鴥?nèi)僅有QC/T 740-2005 《乘用車座椅總成》的汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其試驗(yàn)參數(shù)要求與國外標(biāo)準(zhǔn)偏低，此標(biāo)準(zhǔn)在對于蠕動角度的旋轉(zhuǎn)頻率和旋轉(zhuǎn)幅度沒有詳細(xì)的描述，而國內(nèi)的試驗(yàn)設(shè)備與國外相比，就很難有優(yōu)勢[4]。

5.3 測試目的

該試驗(yàn)項(xiàng)目一般用于考核汽車座椅座墊及靠背的耐久，要求設(shè)備能夠真實(shí)地模擬汽車實(shí)際的行駛狀態(tài)，車身與路面顛簸與標(biāo)準(zhǔn)假人配重的狀態(tài)下，對面料、發(fā)泡、骨架以及其他輔助系統(tǒng)等有效的模擬試驗(yàn)。

為了檢驗(yàn)座椅的舒適度是否滿足使用要求，一些國外主機(jī)廠分別制定了座椅顛簸蠕動的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法，聯(lián)合國和歐洲共同體也制定了相應(yīng)的座椅法規(guī)，這些標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的制定和執(zhí)行，對座椅的舒適度的改進(jìn)和質(zhì)量提高發(fā)揮了重要作用。

現(xiàn)有的座椅顛簸蠕動試驗(yàn)設(shè)備對比

為了提高汽車座椅設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)水平，將有關(guān)座椅顛簸蠕動試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行綜述，對現(xiàn)有座椅顛簸蠕動檢測設(shè)備的對比分析如下：

6.1 相同之處

硬件構(gòu)造上基本相同，包括主控制部分；傳感器部分；顯示部分和電源部分；軟件部分基本也是類似的。按照 QC/T 740-2005 《乘用車座椅總成》標(biāo)準(zhǔn)中要求完成上下振動的試驗(yàn)，試驗(yàn)中要求的負(fù)載、顛簸頻率和顛簸幅度都可以滿足。

6.2 不同之處

部分檢測設(shè)備不能完成座椅顛簸蠕動中的帶角度的蠕動動作及水平蠕動動作。在座椅顛簸蠕動檢測方面，通過對設(shè)備的研究理解，發(fā)現(xiàn)檢測方法與其他的檢測設(shè)備是類似的，只是在座椅顛簸蠕動試驗(yàn)的適應(yīng)性要更高。比較有代表性的是設(shè)備 A 和 D，見表 2。設(shè)備 A 和 D 可以更好地模擬實(shí)際車輛的顛簸蠕動，在顛簸的同時，可進(jìn)行帶角度的蠕動動作或零度的蠕動動作(即水平蠕動動作)，具體的要求負(fù)載、顛簸頻率、顛簸幅度、蠕動角度、蠕動頻率、蠕動幅度可根據(jù)具體的試驗(yàn)要求設(shè)定。

表 2座椅顛簸蠕動試驗(yàn)設(shè)備對比

國標(biāo)	要求負(fù)載	顛簸頻率	顛簸幅度	蠕動角度	蠕動頻率	蠕動幅度
QC/T740-2005	68 kg	1.6Hz	±15mm	21°	---	---

設(shè)備 A	---	1.5 Hz	±20mm	0°	0.5 Hz	±50mm
設(shè)備 A	---	7.5 Hz	±5mm	---	0.25Hz	±15°
設(shè)備 B	49 kg	1.6 Hz	25～40mm	21°	0.064Hz	---
設(shè)備C	---	1.21～1.42 Hz	±25mm	0°	0.38 ～0.49Hz	±50mm
設(shè)備D	---	1～5Hz	±10mm	0°	0.26 Hz	±30mm
設(shè)備D	---	1～5Hz	±10mm	---	0.25Hz	±15°
設(shè)備E	---	1～3Hz	---	---	0.05～0.08 Hz	15 ~ 25 °

從試驗(yàn)角度來看，如果為了更真實(shí)地模擬實(shí)車狀態(tài)下的試驗(yàn)情況，優(yōu)先選擇設(shè)備 A 或 D，但現(xiàn)在的國家標(biāo)準(zhǔn)與國外的標(biāo)準(zhǔn)還是存在一定的差異，國外的標(biāo)準(zhǔn)并不合乎中國的國情，所以急需盡早地制定出符合我國國情的汽車座椅顛簸蠕動試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。

汽車座椅及顛簸蠕動試驗(yàn)的發(fā)展趨勢

7.1 汽車座椅的發(fā)展趨勢

隨著國內(nèi)汽車的發(fā)展，汽車座椅也在不斷完善。人們除了對汽車座椅的簡易要求外，更加渴望對汽車座椅人性化的追求。

7.1.1 安全性

近年來，隨著汽車保有量的不斷增長，汽車道路交通事故呈逐年上升的趨勢，這不僅導(dǎo)致了乘員死亡和受傷人數(shù)的激增，而且所造成的經(jīng)濟(jì)損失也十分巨大。其中大部分汽車交通事故都是正面碰撞和尾部碰撞。在這些事故中，座椅作為減少損傷的安全部件起到了決定性保護(hù)作用，使其成為汽車安全性研究中的重要部件。汽車座椅是汽車中將乘員與車身聯(lián)系在一起的重要內(nèi)飾部件!它直接影響到整車的舒適性和安全性。所以安全的座椅永遠(yuǎn)受到人們的青睞。

7.1.2 外觀性

隨著家庭轎車越來越多地走進(jìn)人們的生活，汽車舒適性、安全性、便利性、外觀造型及包裝效果開始得到越來越多的關(guān)注。因此座椅設(shè)計(jì)研究也開始受到生產(chǎn)制造廠商的重視。許多年輕人追求時尚個性的汽車座椅，富人追求豪華座椅，這一切給汽車座椅從外觀上帶來了新的競爭力。

7.1.3 舒適性

汽車乘坐舒適性除了涉及座椅的柔軟程度、包覆性能等因素外，還與汽車的懸掛系統(tǒng)、減振性能密切相關(guān)，其中汽車座椅對舒適性的影響最直接?，F(xiàn)在很多人在選擇汽車時視舒適度為比較關(guān)心的問題，這也是選擇汽車的關(guān)鍵要素之一。

7.2座椅顛簸蠕動試驗(yàn)的發(fā)展趨勢

整車路譜采集的數(shù)據(jù)可以應(yīng)用在顛簸蠕動試驗(yàn)中，而整車的路譜采集工作是一項(xiàng)耗力的重要條件。對于汽車生產(chǎn)企業(yè)而言，搞好路譜工作對后期整車各方面性能的提高起到不可替代的作用，如應(yīng)用路譜得出的路面不平度生成路面文件結(jié)合動力學(xué)仿真軟件及有限元軟件，能完成檢查干涉（靜態(tài)及動態(tài)變形干涉）、隨機(jī)振動分析、車輛平順性分析、駕駛室的舒適性分析、懸掛系統(tǒng)參數(shù)匹配及優(yōu)化和整車部件的隨機(jī)疲勞分析等工作?？梢?，路譜工作的完成意義非常重大。然而，不同路面狀況差別較大，要大規(guī)模測試獲得足夠的路譜信息將有一定難度，借用國標(biāo)路面等級功率譜密度再現(xiàn)虛擬路面不平度是一種很好的方法?，F(xiàn)階段，使用最為廣泛的是加速度傳感器測試法，該方法用法簡單，安裝方便，價格低廉，適用于各種復(fù)雜環(huán)境。

將整車路譜采集的數(shù)據(jù)與顛簸蠕動試驗(yàn)相結(jié)合需要多方的支持和配合，整車廠家將汽車的路譜信息收集成功后，進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理，并與相關(guān)配套的汽車座椅生廠家進(jìn)行溝通和交流。而對于相關(guān)的檢測設(shè)備制造廠家則應(yīng)該：（1）實(shí)現(xiàn)不同負(fù)載條件的單垂直方向的三狀態(tài)隨機(jī)振動；（2）實(shí)現(xiàn)試件的模態(tài)控制試驗(yàn)；（3）故障條件下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和試件的安全保護(hù)；（4）實(shí)現(xiàn)試件響應(yīng)特性的數(shù)據(jù)采集與處理；（5）數(shù)據(jù)的采集和兼容性的考慮；（6）保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時性和數(shù)據(jù)的精確程度。伺服控制系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)包括振動臺驅(qū)動信號和液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的響應(yīng)數(shù)據(jù)，如液壓缸的加速度、壓差和位移、伺服閥閥芯的位移等。軟件上的兼容和處理也是尤為重要的環(huán)節(jié)，只有這樣方可將整車路譜采集的數(shù)據(jù)應(yīng)用在顛簸蠕動試驗(yàn)中來。

7.3 國外試驗(yàn)設(shè)備優(yōu)點(diǎn)

從現(xiàn)有的顛簸蠕動試驗(yàn)設(shè)備中，總結(jié)了國外試驗(yàn)設(shè)備的一些優(yōu)點(diǎn)。

控制器: 控制器系列提供了一個完整范圍的強(qiáng)大而且可升級的數(shù)字式控制器，設(shè)計(jì)以多通道，多位點(diǎn)配置，柔性控制器發(fā)布高速，實(shí)時的閉環(huán)控制。

伺服控制器: 提供了易用的，單伺服液壓控制通道的成本效益控制。它帶有易于讀取的面板顯示器，所有的讀出器使用工程元件，并且有清晰的標(biāo)簽，字母順序的鍵盤可使您鍵入您所有的測試參數(shù)。

液壓油源和分配器: 經(jīng)證實(shí)的，靈活的國外試驗(yàn)設(shè)備液壓油源和分配器系統(tǒng)確保了峰值性能和平穩(wěn)變換。

傳感器 : 國外試驗(yàn)設(shè)備測力傳感器保證了精確性，可重現(xiàn)和可信賴的控制。

小結(jié)

隨著汽車消費(fèi)的不斷增加，消費(fèi)者對舒適性的要求越來越高，汽車座椅的舒適性研究成為目前汽車設(shè)計(jì)中值得深入探討的問題。在今后的研究中，應(yīng)對以下幾個面進(jìn)行重點(diǎn)探討：

（1）由于中國人群與其他國家的人群存在著差異，因此建立適合中國人的人體模型非常重要。目前，我們使用的假人模型大多為 SAE 標(biāo)準(zhǔn)反映歐美人群特性的模型，在實(shí)際設(shè)計(jì)往往需要對他進(jìn)行修正，否則做出來的產(chǎn)品可能對于歐美人群來說是舒適的，對于我們國家的人來說反而不太舒適。

（2）座椅的設(shè)計(jì)應(yīng)該與整車設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。由于座椅與總布置關(guān)系非常密切，其舒適性與車內(nèi)空間、汽車底盤懸架等系統(tǒng)密切相關(guān)，因此座椅的設(shè)計(jì)是整車設(shè)計(jì)中密不可分的一部分，需要與整車同步進(jìn)行開發(fā)。

（3）目前對于座椅舒適性的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。各大汽車廠和專業(yè)座椅公司在研發(fā)座椅時，對舒適性考慮得不多，大多數(shù)座椅的標(biāo)準(zhǔn)也沒有針對座椅的舒適性進(jìn)行明確的、可操作性的規(guī)定并提供試驗(yàn)方法。因此，建立一個可操作的、客觀的、具體的座椅舒適性分析方法顯得非常急迫和重要。從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，進(jìn)行汽車駕駛座椅的設(shè)計(jì)，是使駕駛座椅具有良好坐姿舒適性、振動舒適性、操作舒適性和安全性的必要手段。

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來自： tftmtgh > 《座椅》

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