汽車座椅振動舒適性評價研究綜述

廉振超

摘要：汽車座椅作為汽車重要的組成部分，在安全、舒適和方便等各方面都應(yīng)很好的適應(yīng)不同人的需求。本文通過對汽車座椅國內(nèi)外文獻(xiàn)的研究分析，運用人機(jī)工程學(xué)原理，對座椅的振動舒適性評價方法進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并論述了車輛座椅振動舒適性評價方法存在的問題和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：汽車座椅；動態(tài)舒適性；發(fā)展方向

前言

隨著人們生活水平的提高，汽車的普及率越來越高，同時對汽車的要求也隨之提高。汽車座椅是汽車的重要組成部分，安全、舒適和方便是現(xiàn)代汽車座椅設(shè)計的最優(yōu)目標(biāo)。但是很多汽車座椅生產(chǎn)企業(yè)在進(jìn)行座椅設(shè)計時，往往通過調(diào)查來獲取使用者對座椅舒適度的判斷[1]，但這種方法周期長，而且在座椅安全方面的調(diào)查不足。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對乘員可能造成嚴(yán)重傷害的主要是振動形式，因此大量研究者利用客觀評價的方法在預(yù)測使用者對座椅振動舒適度的感知方面進(jìn)行了大量的研究。

一、振動舒適性

乘員所受的機(jī)械振動可分為局部振動和全身振動兩大類。其中，局部振動一般不會給乘員造成傷害，只對操作的精度和準(zhǔn)確度有影響。而全身振動是指通過人體支撐面?zhèn)鹘o人體的振動。乘員承受的乘坐振動屬于全身振動，也是對乘員可能造成嚴(yán)重傷害的主要振動形式。人體承受全身振動而引起的舒適性問題，稱為振動舒適性。

通過座椅及車輛等部件，可以隔離、緩和、吸收和衰減行駛及作業(yè)中所產(chǎn)生的各種沖擊和振動，最終使傳給乘員身體的振動強度處于人體所能承受振動的舒適性范圍之內(nèi)。根據(jù)實驗結(jié)果[2]，4～8Hz是人體敏感區(qū)，此時身體部分區(qū)域產(chǎn)生共振；另一方面，振動頻率下降，在2Hz以下有強烈的敏感度，頻率再下降直到出現(xiàn)暈車癥狀。而且，人體在振動環(huán)境中會加速疲勞過程。

二、汽車座椅振動舒適性評價

汽車座椅作為與人體直接相接觸的部位，研究汽車座椅的減振性將直接影響乘客的舒適性。同時座椅的結(jié)構(gòu)相對汽車整體來說簡單設(shè)計，改變座椅的動態(tài)參數(shù)能顯著改變?nèi)梭w振動舒適性，對汽車的使用性能沒有影響，而且制造成本低，周期短。

最早的評價汽車座椅振動舒適性的方法是1948年提出的乘坐舒適性系數(shù)法（RCL），此方法是建立在Janeway建議的基準(zhǔn)容許臨界曲線的基礎(chǔ)上，主要應(yīng)用于車輛及其它交通工具乘坐舒適性評價。另外還有Pradko等人提出的吸收功率法（AP），此方法采用人體振動系統(tǒng)內(nèi)部所吸收能量的多少即平均功率，來評價乘坐舒適性。這種方法用瓦特來表示指標(biāo)，而且可以進(jìn)行時頻分析，對建立非線性系統(tǒng)模型有很重要作用。但是這種方法的舒適性評價界限指標(biāo)在不同情況下的不同值頗受爭議。

在目前車輛動態(tài)舒適性評價過程中，很多新的方法已經(jīng)被研究并在實際情況下得到應(yīng)用。其中包括，美國宇航局（NASA）的萊利研究中心提出的單一不舒適性指數(shù)法（NASA），該方法的要點是把5個方向的振動加速度和車內(nèi)噪聲的物理測量值按照統(tǒng)計經(jīng)驗公式轉(zhuǎn)換成同主觀評價相關(guān)的不舒適性指數(shù)，然后把各個不舒適性指數(shù)按一定的關(guān)系式得出單一不舒適性指數(shù)，再根據(jù)單一不舒適性指數(shù)來評價舒適性。

總體乘坐值法（SEAT值），1976年由英國南安普敦大學(xué)聲振研究所人體工程研究室的M.F.Griffin提出人體在振動環(huán)境中的持久時間與人體舒適水平相對應(yīng)的方法。1986年Griffin教授在多年試驗研究的基礎(chǔ)上又提出了適用于各種實際場合的“總乘坐值法” [3]。此方法被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納，并以此為根據(jù)發(fā)表了ISO 263l/CD-1991委員會草案?？梢哉J(rèn)為，“總乘坐值法”是迄今為止較為全面、適用場合較廣的振動不舒適評價方法。肌電圖測量方法，它是由羅仕鑒等人提出，采用表面肌電（surface electromyography， sEMG）技術(shù)進(jìn)行實驗，將獲取的肌電信號與被試者主觀疲勞感進(jìn)行比對，從而建立動態(tài)舒適性評價系統(tǒng)[4]。這種方法適用范圍很廣，在其它舒適性研究領(lǐng)域也可應(yīng)用，例如道路的舒適性評價。

黃義通過研究國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2631《關(guān)于全身振動評價指南》和GB/T4970-1996等國內(nèi)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合出租車實際行駛過程中有不同車速、不同路段的特點，采用分段分析的方法初步建立了國際國內(nèi)以前沒有的諸如出租車這類職業(yè)車輛實際工況下的振動舒適性評價方法，而且基于此評價方法，開發(fā)出了實際工況下的出租車振動舒適性評價系統(tǒng)[7]。蔣祖華等人依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，對公交車駕駛員座椅系統(tǒng)的舒適性進(jìn)行了分析。支開印等人利用相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)中推薦的方法，將振動測試儀器測量出的裝載機(jī)作業(yè)及空載行駛狀態(tài)下座椅的振動加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得出傳遞給駕駛員的振動的大小，以此來評價座椅振動舒適性的優(yōu)劣和座椅減振效果的優(yōu)劣[8]。

雖然國際標(biāo)準(zhǔn)ISO263l應(yīng)用的范圍廣泛，但也存在一些不足。例如缺乏人體耐振實驗數(shù)據(jù)；3個界限的定義不夠明確；3個接線圖的比例尺應(yīng)該統(tǒng)一等。并對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了改造[9]。利用ISO2631中的規(guī)定和1/3倍頻帶加權(quán)加速度均方根值分別評價法簡化疲勞線圖，應(yīng)用對數(shù)坐標(biāo)插值法解決加速度均方根找落點的問題。改造后的國際標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用極大方便了車輛動態(tài)性評價。

三、結(jié)論

相比而言，國際上，座椅振動舒適性評價方法的發(fā)展相對比較成熟，而我國在這方面的研究還不夠，現(xiàn)有的舒適性評價標(biāo)準(zhǔn)都是基于國際標(biāo)準(zhǔn)建立的，所以基于我國人群特點的振動舒適性研究顯得尤為迫切。同時結(jié)合先進(jìn)設(shè)計技術(shù)，根據(jù)消費對象的變化和需求進(jìn)行座椅舒適性的設(shè)計與評價是座椅今后發(fā)展的方向。

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