Page 341 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 11 期 粟芷馨，等：大倾角靠背汽车座椅振动传递特性及舒适性研究 2799

性感受紧密相关。振动环境下的人体动力学特性常 等 [13] 研究发现，倾斜靠背在 20 和 40 Hz 的敏感程度
用人体表观质量来描述，表观质量定义为人体-座椅 比 在 垂 直 靠 背 的 敏 感 程 度高 1.4~1.5 倍 ， 使 用 ISO
交界面处的动态力与振动加速度之间的传递函数。 2631-1 [11] 评 价 倾 斜 靠 背 的 振 动 不 舒 适 性 会 产 生 误
研究表明，人体坐姿从直立到后仰，动态响应特征会 差 。BASRI 等 [14-15] 研 究 了 频 率 为 1~20 Hz、 幅 值 为
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发生显著变化。垂向振动下，直立靠背工况下坐姿 0.2~2.0 m/s r.m.s.的振动激励下，不同靠背倾角下的
人体表观质量在 5 Hz 附近出现共振峰值 [2-4] ，峰值频 等舒适性曲线；研究发现对于垂向振动，靠背倾角对
[5]
率略高于无靠背工况 ；随着靠背倾斜度的增加，垂 主观等舒适性曲线影响不大，可以使用现行标准中
[6]
向表观质量的共振频率随之提高 。 的 W d 频率加权函数，而对于前后轴方向振动，主观
TOWARD 等 [4] 分别使用刚性靠背和柔性泡沫靠 舒适性的频率依赖性更类似于频率加权函数 W b 。对
背，在 90°~120°靠背倾角下采集了坐姿人体垂向表 于汽车座椅下大倾角靠背与正常靠背倾角坐姿在主
观质量；对于刚性靠背，随着倾角的增加，人体共振 观舒适性上的区别尚不明确。
频率从 5 Hz 提高至 7 Hz；附加柔性泡沫结构的靠背 针对上述问题，本研究旨在通过人体主、客观试
则存在相反的作用规律，共振频率随着靠背倾角的 验，探明大倾角靠背对人-椅耦合系统的客观动力学
增加而减小，且靠背倾角为 120° 时，泡沫厚度的增加 响应与乘员的主观舒适性的定量影响。本研究招募
会导致共振频率的降低。对于大倾角靠背，人体表 了 12 名受试者，采用正常靠背和大倾角靠背进行试
观质量同样受激励幅值影响，随机振动（0.25~20 Hz） 验；在两种靠背倾角下，对座椅施加垂向和侧向单轴
下幅值从 0.125 m/s r.m.s.升高至 1.0 m/s r.m.s.，人体 振动，测量其振动传递率，并分析靠背倾角对共振频
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[7]
主共振频率从 10.35 Hz 降低至 7.32 Hz 。另外，靠背 率及共振峰峰值的影响规律；同时，基于受试者对振
倾斜的条件下，手臂和手的摆放位置也会对人体的 动不舒适性的主观评分，建立客观振动加速度与主
共振频率和共振峰值产生影响 。 观舒适性的关联性分析，用 ISO 加权拟合对两种靠
[8]
汽车座椅动态特性对驾乘舒适性也有直接影 背得到了不同的结果，对比分析两种靠背的区别。

响。现有研究常用振动传递率来定量描述座椅动态
特性，振动传递率通常指地板振动与座椅面振动之 1 振 动 传 递 特 性 及 主 观 舒 适 性 试 验
间的传递函数。靠背倾角的变化会显著影响座椅振

动传递率 [9-10] 。JALIL 等 [9] 使用汽车座椅在 90°、95°、 1.1 试验设备
100°和 105°四种靠背倾角下测取了靠背前后交叉轴
本试验研究的测试设备包括六自由度振动台、
传递率；两种座椅振动传递率均在 4 Hz 左右表现出
共振峰值，共振频率及共振峰值随着靠背倾角的增 坐垫加速度传感器 SIT-pad、三向加速度传感器 PCB
加而增加。ZHANG 等 [10] 量化研究了靠背的倾角（90°、 356A02 和 LMS SCADAS Mobil 数采系统。其中，六
自由度振动台（如图 1 所示）的工作频率范围为 0.5~
115°、120°）对座椅靠背传递率的影响，共振频率及
50 Hz，最大平动峰值位移为 315 mm，最大峰值加速
峰值均随着靠背倾斜度的增加而增加。上述研究主
要在靠背倾角小于 120°的坐姿下开展，目前尚不明 度为 1.5g，完全满足试验的激励要求。

确更大倾角的靠背如何影响座椅的振动传递率。
人体对不同方向、不同频率的振动在主观舒适
性方面会表现出不同的敏感程度，现有研究已经建
立振动频率加权函数来反映该敏感程度的频率依赖
性，例如现行国际标准 ISO 2631-1 [11] 中的 W d 、W k 等。
该标准基于大量试验获取的等舒适性曲线定义出频
率加权函数，通过轴加权因子计算各部位的加权加
速度均方根值，用所有位置加权加速度均方根值平
方和的平方根来描述整体的不舒适性。ISO 2631-1 [11]

所定义的频率加权一般基于无靠背坐姿，对于倾斜 图 1 六自由度振动台
靠背而言，其适用性还有待进一步验证。 Fig. 1 Six-degree-of-freedom shaking table

PADDAN 等 [12] 研究了垂向振动激励下不同靠背 试验采用某新能源汽车座椅作为测试对象，将
倾角（90°、112.5°、135°、157.5°和 180°）对舒适性的影 其固定于振动台表面，座椅坐标系的选取参考国际
响，并且提出了一种频率加权曲线用于评估大倾角 标准 ISO 2631-1 [11] ，规定乘坐人体正前方为 X 向，人

靠背条件下振动暴露对舒适性和健康的影响。KATO 体左侧为 Y 向，人体与座椅（或地板）接触面法向为