汽車座椅顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)綜述

李巖　許繼藝　李劼

摘 要：本文分析了不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車座椅顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)提出的需求，對(duì)比了國(guó)內(nèi)相關(guān)儀器設(shè)備的功能和參數(shù)，提出了汽車座椅顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)對(duì)座椅生產(chǎn)廠、整車廠和消費(fèi)者的重要意義和該項(xiàng)試驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：汽車座椅;顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn);舒適性

1 前言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人們對(duì)駕乘要求的不斷提高，汽車座椅已不再是簡(jiǎn)單的滿足乘坐要求的部件，而是集人機(jī)工程學(xué)、機(jī)械振動(dòng)、控制工程為一體的系統(tǒng)工程產(chǎn)品[1]，關(guān)系到汽車的舒適性和安全性，因此汽車座椅相關(guān)性能的研究成為產(chǎn)品工程師在設(shè)計(jì)、研發(fā)過程中越來(lái)越關(guān)注和需要著重解決的問題。

2 汽車座椅的組成和作用

汽車座椅一般主要由坐墊骨架和泡沫、靠背骨架和泡沫、滑軌、調(diào)角器、高度調(diào)節(jié)器、頭枕、座椅護(hù)面等組成，如圖1所示。汽車座椅是汽車內(nèi)飾的一個(gè)重要組成部分，是將人體和車身聯(lián)系在一起的重要部件，是汽車安全性和舒適性的主要載體。其主要作用是：在車輛行駛過程中，座椅通過坐墊和靠背側(cè)翼為駕乘人員提供有力的支撐和合理的體壓分布，充分保證駕乘人員的平衡性和穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)良好的座椅不僅能為駕乘人員提供舒適的坐姿、良好的視野、便捷的操控，減少路面對(duì)駕乘人員的影響，減輕駕乘疲勞，還能在汽車發(fā)生碰撞時(shí)配合安全帶的使用有效防止駕乘人員頭頸部受到傷害，最大程度保護(hù)駕乘人員的安全[2]。

3 座椅顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)現(xiàn)狀

3.1 振動(dòng)對(duì)人體的影響

人體是一個(gè)復(fù)雜的共振系統(tǒng)，人體及其各種組織與器官都有其自身的共振頻率。生物力學(xué)研究表明，人體承受全身振動(dòng)時(shí)的主管感覺隨振動(dòng)參數(shù)的不同而不同。低頻時(shí)為搖擺或顛簸感，而高頻時(shí)則為刺痛或灼痛感。車輛行駛過程中，人體的振動(dòng)傳遞與人體骨骼、姿勢(shì)（站姿或坐姿）以及座椅結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)。坐姿人體對(duì)1～2Hz的輕度振動(dòng)感覺輕松和舒適;對(duì)4～8Hz的中度振動(dòng)感覺十分不適[3]。而汽車座椅的固有頻率太高（大于8Hz）的話，坐墊太硬，影響乘坐舒適性;而頻率太低（小于1Hz）則不僅會(huì)因?yàn)樽鴫|太軟、撓度太大而使布置不便，還會(huì)造成在不良路面行駛時(shí)對(duì)人體產(chǎn)生較大沖擊。同時(shí)，過低的固有頻率也會(huì)更容易讓人產(chǎn)生暈車的感覺。因此，設(shè)計(jì)車輛和汽車座椅時(shí)必須考慮人體共振頻率，采取減振措施，盡量避開人體共振效應(yīng)。

3.2 顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

汽車座椅的一個(gè)重要功能就是緩和及衰減由車身傳來(lái)的沖擊和振動(dòng)。而顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)正是為了驗(yàn)證車輛在行駛過程中路面顛簸造成的駕乘人員對(duì)汽車座椅骨架、發(fā)泡、面料及其他輔助功能系統(tǒng)的影響情況，如座椅零部件的失效（包括座椅骨架焊點(diǎn)開裂、緊固件松動(dòng)、面料破損、調(diào)角器失效等）及座椅整體功能喪失（包括座椅承重部位疲勞塌陷、座椅整體嚴(yán)重變形等）?？梢?，汽車座椅顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)可以有效評(píng)價(jià)座椅舒適度及疲勞壽命值，也是考核汽車座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝是否合適的重要方法。

目前，國(guó)內(nèi)外座椅顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，國(guó)內(nèi)主要采用QC/T740-2017中第5.5條，試驗(yàn)方法為將座椅固定在顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上，調(diào)整樣品使其H點(diǎn)中心線與假臀或假背中心線對(duì)齊，調(diào)整假臀（68kg）或假背（29kg）的高低位置。坐墊和靠背顛簸幅值30mm，頻率100次/分，坐墊蠕動(dòng)角度±21°，頻率4次/分。進(jìn)行坐墊10萬(wàn)次、靠背5萬(wàn)次的耐久試驗(yàn)后樣品應(yīng)無(wú)異常情況出現(xiàn)，座椅骨架無(wú)裂縫，泡沫無(wú)變形，面料和襯墊無(wú)破損，H點(diǎn)最大變動(dòng)在設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)[4]。華晨標(biāo)準(zhǔn)與QC/T740一致。

福特標(biāo)準(zhǔn)ST-0036區(qū)別在于坐墊負(fù)載900N，顛簸幅值±19mm（乘用車）或±23.75mm（貨車、出租車等），靠背負(fù)載267N，顛簸幅值±19mm（乘用車）或±20.5mm（貨車、出租車等），頻率90±10次/分，無(wú)蠕動(dòng)。試驗(yàn)中和試驗(yàn)后測(cè)量凹陷量是否在要求范圍內(nèi)。

鈴木標(biāo)準(zhǔn)S7203針對(duì)坐墊，負(fù)載68±1kg（AM），54±1kg（JM），顛簸加速度0.8g;蠕動(dòng)角度±15°，15次/分;水平運(yùn)動(dòng)±30mm，16次/分。S7204針對(duì)靠背，負(fù)載29±1kg（AM/JM），顛簸加速度0.6g，頻率為共振頻率+1.5Hz;試驗(yàn)后主觀檢查。

韓國(guó)大宇標(biāo)準(zhǔn)EDS-T-4546只針對(duì)坐墊，負(fù)載68kg，臀模1.62g時(shí)確定振動(dòng)臺(tái)加速度，頻率3～4Hz，試驗(yàn)后檢查H點(diǎn)變動(dòng)量是否在要求范圍內(nèi)。

東風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)EQC-3267只針對(duì)坐墊，負(fù)載70kg，顛簸幅值±20mm，頻率1.33Hz;水平運(yùn)動(dòng)±25mm，0.44Hz;試驗(yàn)后測(cè)量動(dòng)態(tài)松弛量是否在要求范圍內(nèi)。

4 國(guó)內(nèi)座椅顛簸蠕動(dòng)設(shè)備現(xiàn)狀

為了客觀評(píng)價(jià)汽車座椅顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)，提高汽車座椅設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)水平，需要專業(yè)的試驗(yàn)設(shè)備，目前行業(yè)內(nèi)座椅顛簸蠕動(dòng)設(shè)備主要的實(shí)現(xiàn)方式有機(jī)械式和電液伺服式。機(jī)械式主要采用變頻電機(jī)加偏心輪的結(jié)構(gòu)[5]（如圖2），這種結(jié)構(gòu)構(gòu)件少、運(yùn)動(dòng)鏈短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、成本低，但振動(dòng)幅值只能設(shè)定幾個(gè)定值，設(shè)備通用性差，且點(diǎn)線接觸易磨損，傳遞動(dòng)力不足;電液伺服式主要由液壓缸驅(qū)動(dòng)（如圖3），這種結(jié)構(gòu)具有控制精度高、響應(yīng)速度快、輸出功率大、信號(hào)處理靈活、易于實(shí)現(xiàn)各種參量的反饋等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)將市場(chǎng)上主要幾種檢測(cè)設(shè)備對(duì)比分析（見表3）：

可見，國(guó)內(nèi)顛簸蠕動(dòng)設(shè)備現(xiàn)狀參差不齊。設(shè)備C為機(jī)械式，缺點(diǎn)在于幅值為定值，無(wú)法完成掃頻功能，具有一定的局限性。設(shè)備D最具代表性，為電液伺服結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)顛簸、蠕動(dòng)、水平運(yùn)動(dòng)中任意一個(gè)、兩個(gè)以及三個(gè)方式的同時(shí)運(yùn)動(dòng)，且能夠完成座椅掃頻、座椅動(dòng)態(tài)松弛量以及凹陷量的測(cè)量，能夠滿足不同標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)需求。

5 座椅顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)發(fā)展趨勢(shì)

目前的顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)的信號(hào)輸入是某固定幅值或頻率的振動(dòng)，如果可以將整車路譜數(shù)據(jù)采集、隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)和顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)相結(jié)合，那么既可考查到振動(dòng)輸入人體后引起的人體各部位的振動(dòng)響應(yīng)，也可考查到人體的振動(dòng)響應(yīng)引起的生理反應(yīng)，還可以考查人體的振動(dòng)響應(yīng)對(duì)座椅結(jié)構(gòu)和使用壽命的影響，更加貼近實(shí)際使用狀況，且試驗(yàn)效果非常直觀，隨著行業(yè)內(nèi)路譜數(shù)據(jù)采集工作的推進(jìn)以及后期試驗(yàn)設(shè)備軟硬件的升級(jí)改造，座椅顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)必將朝著更加完善的方向發(fā)展，為座椅生產(chǎn)廠和整車廠提供更加直觀、有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，汽車座椅顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)是在座椅已經(jīng)裝配完成的情況下，模擬座椅的實(shí)際使用情況，為座椅質(zhì)量提供直觀、可靠的測(cè)試評(píng)判，這對(duì)座椅生產(chǎn)廠而言可與前期材料、零部件測(cè)試數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)鏈供溯源分析，為后期材料改進(jìn)和產(chǎn)品生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供一定依據(jù);對(duì)整車廠而言可為后期新型座椅設(shè)計(jì)開發(fā)提供技術(shù)依據(jù)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力;對(duì)消費(fèi)者而言為新車購(gòu)買提供一定的選擇依據(jù)，提高消費(fèi)者滿意度。但是，目前汽車座椅顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)還是存在一些差異，而國(guó)內(nèi)目前在產(chǎn)的儀器設(shè)備很多并不能很好的適應(yīng)國(guó)內(nèi)外這些標(biāo)準(zhǔn)的要求，硬件的完善和軟件上的兼容和處理都顯得尤為重要，汽車顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：李巖（1981-），女，湖北宜都人，碩士研究生，工程師，研究方向：汽車座椅系統(tǒng)測(cè)試評(píng)價(jià)。