首頁(yè) 資訊汽車座椅舒適和健康性能測(cè)試

汽車座椅舒適和健康性能測(cè)試

來(lái)源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2025年08月18日 02:02

摘要

本文匯總了汽車座椅舒適和健康性能測(cè)試的四種客觀方法，并提供了客觀指標(biāo)及其計(jì)算公式，包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)體壓分布測(cè)試反映座椅人體工學(xué)符合性和支撐性的平均壓力和法向力變化率均方根值；反映座椅隔振特性的SEAT值；表征人-椅耦合狀態(tài)特性的傳遞率和固有頻率；評(píng)估人體乘坐座椅并長(zhǎng)期暴露在振動(dòng)工況下腰椎產(chǎn)生病變風(fēng)險(xiǎn)的脊柱健康危險(xiǎn)因子等。

關(guān)鍵詞：汽車座椅體壓分布隔振特性頻響特性脊柱健康

作者：謝杰高開(kāi)展曾佳源

中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司

汽車產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，是“中國(guó)制造”實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)型升級(jí)、由大變強(qiáng)的主戰(zhàn)場(chǎng)[1]，隨著汽車“新四化”的發(fā)展，各大廠商正致力于創(chuàng)造更加人性化的駕乘環(huán)境。汽車座椅作為車輛與乘員直接接觸的重要部件，其對(duì)舒適性和人體健康的影響已經(jīng)成為行業(yè)關(guān)注的技術(shù)熱點(diǎn)和消費(fèi)者選擇汽車的重要考量因素之一。然而，當(dāng)前行業(yè)內(nèi)多數(shù)企業(yè)主要通過(guò)主觀方式來(lái)評(píng)價(jià)座椅舒適性，對(duì)人體健康影響的評(píng)價(jià)更是鮮有涉及，試驗(yàn)方法的局限和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的缺失使得企業(yè)難以有效管控座椅舒適性的符合性和一致性，導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)座椅舒適性能和健康性能水平參差不齊，制約了“第三移動(dòng)空間”概念下汽車駕乘體驗(yàn)的發(fā)展。本文研究匯總了汽車座椅體壓分布、振動(dòng)特性、脊柱健康性能等客觀測(cè)試方法，對(duì)指導(dǎo)汽車座椅的設(shè)計(jì)和測(cè)評(píng)認(rèn)證具有重要意義。

體壓分布測(cè)試

被試人員

依據(jù)GB/T 10000-2023《中國(guó)成年人人體尺寸》中公布的數(shù)據(jù)選取被試人員[2]，各種身材人員比例按照1:3:1選取，且總體男女性別比例原則上為1:1，被試人員選擇參考表見(jiàn)附表。

試驗(yàn)設(shè)備

壓力分布測(cè)量系統(tǒng)，滿量程精度不小于10%，采樣頻率不低于30Hz；振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，應(yīng)能夠模擬實(shí)際路況，所復(fù)現(xiàn)的激勵(lì)最大誤差不大于1%。

試驗(yàn)方法

（1）將座椅固定至試驗(yàn)臺(tái)架，并正確放置體壓測(cè)試墊，保證表面平整、無(wú)褶皺。

（2）被試者以放松的姿態(tài)落座于座椅，雙腳置于地板，雙手自然彎曲置于大腿。

（3）根據(jù)體壓云圖結(jié)果進(jìn)行調(diào)試，待壓力數(shù)據(jù)穩(wěn)定后開(kāi)始記錄體壓數(shù)據(jù)，每次測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為180s；測(cè)量動(dòng)態(tài)體壓分布時(shí)，啟動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)播放激勵(lì)信號(hào)，每次測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為180s。

（4）兩次測(cè)試需間隔5min。

試驗(yàn)結(jié)果處理

平均壓力計(jì)算公式如下：

式中：I是接觸面間受壓點(diǎn)的總數(shù)；J是測(cè)量周期內(nèi)總的測(cè)量幀數(shù)；Pia,j是測(cè)量周期內(nèi)第j幀的平均壓力值，單位以kPa；Pi,j是第j幀第i個(gè)受壓點(diǎn)處的壓力值，單位為kPa。壓力分布指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：Pi是第i個(gè)單元的壓力值，單位為kPa；Pm是每個(gè)單元的平均壓力，單位為kPa；n是該區(qū)域壓力非零點(diǎn)的總數(shù)。

法向力變化率均方根值計(jì)算公式[3]如下：

式中：p（t）是平均壓力的時(shí)間歷程，單位為kPa；A（t）是接觸面積的時(shí)間歷程，單位為cm2。

隔振特性測(cè)試

被試人員

被試人員為一名身高1.70m±0.05m、體重65 kg±5kg的真人[4]。

試驗(yàn)設(shè)備

振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，應(yīng)能夠模擬實(shí)際路況，所復(fù)現(xiàn)的激勵(lì)最大誤差不大于1%；傳感器應(yīng)符合GB/T 18707.1-2002《機(jī)械振動(dòng) 評(píng)價(jià)車輛座椅振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室方法第1部分：基本要求》中相關(guān)規(guī)定。

試驗(yàn)方法

（1）將座椅固定于振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上；將座墊加速度計(jì)固定在座墊表面，位于座椅乘員的兩個(gè)坐骨結(jié)節(jié)之間的中間部位；靠背處加速度傳感器安裝在通過(guò)座椅中心線的垂直縱向平面內(nèi)，并保證乘員落座之后背部可以緊貼傳感器；振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上的加速度計(jì)安裝在座椅減震元件下方，保證位于座墊上的加速度傳感器投影到平臺(tái)上的點(diǎn)為圓心，半徑在100mm內(nèi)；測(cè)量方向應(yīng)與平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向平行。（2）駕駛位置的被試人員應(yīng)手握方向盤，保持駕駛姿勢(shì)；非駕駛位置的被試人員應(yīng)自然落座于座椅，背靠靠背，腳自然放置，同時(shí)雙手搭在膝蓋上。（3）振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)生一個(gè)與汽車以50km/h勻速駛過(guò)試驗(yàn)路段等效的隨機(jī)振動(dòng)輸入。

（4）測(cè)量各部位的加速度時(shí)間，每次試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間不低于5min，重復(fù)三次進(jìn)行。

試驗(yàn)結(jié)果處理

SEAT值（座椅有效振幅傳遞率）計(jì)算公式如下：

式中：Goo（f）是座椅座墊位置輸出加速度的自功率譜密度，單位為m2/s3；Gii（f）是座椅下方振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)輸入加速度的自功率譜密度，單位為m2/s3；Wi是振動(dòng)加速度頻率加權(quán)函數(shù)。

頻響特性測(cè)試

試驗(yàn)設(shè)備

振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，應(yīng)能夠模擬實(shí)際路況，所復(fù)現(xiàn)的激勵(lì)最大誤差不大于1%；振動(dòng)假人，質(zhì)量為51kg±1kg；加速度計(jì)，固有頻率應(yīng)大于300Hz，且能夠經(jīng)受100m/s2的瞬態(tài)沖擊后不損壞；最大允許誤差不大于1%FS。

試驗(yàn)方法

（1）將座椅固定于振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，將振動(dòng)假人穩(wěn)定地置于座椅上。

（2）將座墊加速度計(jì)平放于座墊表面，座墊加速度計(jì)中心位于振動(dòng)假人臀部下表面位置處。

（3）振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上面的加速度計(jì)安裝在座椅減震元件下方，位于座墊上的加速度傳感器投影到平臺(tái)上的點(diǎn)為圓心，半徑為100mm內(nèi)，測(cè)量方向應(yīng)與平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向平行。

（4）懸掛式座椅試驗(yàn)前要預(yù)振動(dòng)；激勵(lì)信號(hào)的幅值要保證座椅有充分的運(yùn)動(dòng)；減振器不應(yīng)過(guò)熱，預(yù)熱振動(dòng)時(shí)間為2h。

（5）以正弦掃頻或白噪聲激勵(lì)要求進(jìn)行試驗(yàn)，以不低于200Hz的采樣頻率采集對(duì)應(yīng)的激勵(lì)信號(hào)、響應(yīng)信號(hào)，每次試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間不低于5min，重復(fù)三次進(jìn)行。激勵(lì)信號(hào)為0.5Hz ~40Hz的正弦掃頻信號(hào)，振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的加速度峰—峰值取2m/s2、4m/s2、6m/s2的任一數(shù)值，或者0.5Hz~40 Hz寬帶白噪聲信號(hào)激勵(lì)，臺(tái)面加速度均方根值取1m/s2、2m/s2、3m/s2任一數(shù)值。

試驗(yàn)結(jié)果處理

座椅傳遞率用來(lái)表示振動(dòng)從座椅到人體的傳遞效率，其計(jì)算公式如下：

式中：Gio（f）是振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)輸入加速度和座椅座墊位置輸出加速度的互功率譜密度，單位為m2/s3；Gii（f）是振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)輸入加速度的自功率譜密度，單位為m2/s3。根據(jù)公式（7）計(jì)算得到座椅的頻率響應(yīng)特性圖（見(jiàn)附圖），從圖中分析可以得到固有頻率f0，以及最大傳遞率A。

脊柱健康性能測(cè)試

被試人員、試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法分別同2.1、2.2、2.3。參考ISO 2631-5∶2018《關(guān)于全身振動(dòng)評(píng)價(jià)指南》，計(jì)算對(duì)應(yīng)汽車座椅的危險(xiǎn)因子[5]。

每日壓縮量常數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：S1,j是暴露于j條件下腰椎的動(dòng)態(tài)壓縮力；tdj是每天暴露于j條件下的時(shí)間，（建議td=8h）；tmj是在S1,j測(cè)量段的時(shí)間周期。危險(xiǎn)因子計(jì)算公式如下：

式中：R是危險(xiǎn)因子；S1,ed是每日壓縮量常數(shù)；N是每年暴露的天數(shù)；n是暴露的年數(shù)；S1,u i是年齡（b+i）歲的人腰椎的極限強(qiáng)度，其中b是暴露開(kāi)始的年齡；C1,stat是重力引起的靜態(tài)壓應(yīng)力，是姿勢(shì)、體重和體重指數(shù)的函數(shù)。

其中，S1,ui可參考以下公式計(jì)算：

最后，綜合評(píng)估R的大小以判斷特定振動(dòng)下汽車座椅對(duì)人體脊柱健康的影響程度。

結(jié)語(yǔ)

本文研究探討了針對(duì)汽車座椅體壓分布、隔振特性、頻響特性和脊柱健康影響的客觀測(cè)試方法。其中，體壓分布可以反映座椅人體工學(xué)符合性和對(duì)人體的支撐性能；隔振特性可以反映座椅對(duì)振動(dòng)的隔絕性能；頻響特性可以反映人-座椅耦合狀態(tài)的固有頻率以及傳遞率；脊柱健康危險(xiǎn)因子可以反映人體乘坐座椅并長(zhǎng)期暴露在振動(dòng)工況下，其腰椎產(chǎn)生病變的風(fēng)險(xiǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]燃擎新起步，聚勢(shì)新高度[J]. 中國(guó)汽車，2024（01）: 1-2.

[2]全國(guó)人類工效學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).中國(guó)成年人人體尺寸第5部分∶人體尺寸數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值∶GB/T 10000-2023 [S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2023∶3-23.

[3]高開(kāi)展，羅巧，張志飛，等. 基于體壓分布的汽車座椅振動(dòng)舒適性評(píng)價(jià)[J]. 汽車工程，2022，44（12）:1936-1943+1963.

[4]全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車平順性試驗(yàn)方法第3部分：試驗(yàn)條件：GB/T 4970-2009 [S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010∶1.

[5] Technical Committee ISO/TC 108，Mechanical vibration，shock and condition monitoring， Subcommittee SC 4，Human exposure to mechanical vibration and shock. Method for evaluation of vibration containing multiple shocks：ISO 2631-5∶2018 [S]. ISO copyright office，2018∶10-20.

網(wǎng)址: 汽車座椅舒適和健康性能測(cè)試 http://www.u1s5d6.cn/newsview1693841.html