毕业设计(论文)——汽车座椅舒适度研究(7)

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（b）座椅在y轴方向上的振动加速度

（c）座椅在z轴方向上的振动加速度

图2-11 座椅振动加速度（a）x轴振动（b）y轴振动（c）z轴振动

乘员的腰椎在X轴、Y轴和Z轴的加速度响应用Matlab计算所得到的图像如图2-12所示。

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图2-13 人体腰椎加速度响应

图2-13表示人体在测量时间75～80s时腰椎在X轴、Y轴和Z轴的加速度响应，为了评价该座椅振动对人体健康的影响，首先得求出等效天加速度剂量[8]。以汽车驾驶员为被测对象，假设以每个工作日承受60分钟的相当于的被测试时的加速度剂量，于是每天的等效加速度剂量可得：

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Dxd = 4.3338×(60/3)1/6=7.1401m/s2 Dyd = 2.5087×(60/3)1/6=4.1332m/s2 Dzd = 2.8883×(60/3)1/6=4.7586m/s2

该结果表明该座椅有较好的舒适性，对人体的健康影响比较少，通常人们都能承受而不会因此产生身体上的损害。

以上计算都基于比较平坦的公路进行的，如果汽车行驶的道路比较崎岖，或乡村路面，其输入给汽车（座椅）的加速度将会显著增加，因此带来的后果是相应的计算结果会接近或者超过人体所能忍受的界限，从而使人体产生严重的不舒服感觉，甚至头昏、眼花、呕吐等症状而严重影响人体的正常机能，因此，对于这样的驾驶条件会使人极不舒服。

2.4 本章小结

研究表明通过安装腰托装置可明显提高人体在腰部区域的支撑力度，使人体腰部压力增大，减轻了腰椎所承受的负荷，避免腰曲的变形，保持腰部肌肉处于松弛休息状态，从而明显提高人体的乘坐舒适度。结合主观与客观评价的研究方法是对汽车乘坐舒适性评价的有效方法之一，文中评价方法同样适用于其它复杂的腰托结构设计。

本章将人和座椅作为一个整体进行研究，考虑了人体的阻尼和不同个体的不同质量特性，同时考虑了座椅质量的影响，建立了人椅系统三自由度模型并进行计算机仿真。发现座椅的阻尼系数在c1=490N/ms-1左右，刚度系数在k1=20000N/m左右的某一特定值时，对于不同质量的乘员，座椅都能很好的衰减传给人体的振动能量。应用Matlab进行仿真，我们获取了振动舒适性的定量评价结果：汽画在平坦公路上行驶时，人体脊柱感受的等效静压力S=0.1688MPa，小于对于健康产生影响的0.5MPa的脊柱等效静压力，因此该座椅对于乘员来说是舒适的。

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第三章 正负刚度并联隔振研究

刚度是衡量隔振系统的重要指标，系统的总刚度高，系统就具有良好的承载能力，而系统的总刚度低则可以降低固有频率，减小振动传递率，从而获得很好的隔振效果。因此，如何调节系统的刚度，使其在具有良好的承载能力的同时获得较好的隔振效果成为了减振机构设计的难题。正负刚度弹簧并联机构则可以很好的解决上述问题。由于增加了负刚度弹簧使机构的总刚度减小，而并联了正刚度弹簧则保持了机构的承载能力，因此使系统在具有很高的支撑刚度的同时具有极低的运动刚度。

3.1 正负刚度概念及其载荷变形关系

刚度是指零件在载荷作用下抵抗变形的能力。即载荷增量dF与变形增量dx之比。定义式为

K?dF/dx 3-1

式中dF—弹性元件所承受的载荷增量； dx—弹性元件的变形量。

图3-1为载荷与变形量关系曲线图。当K为正值时为正刚度，即随着载荷的增加变形量增加，正刚度值为Kp。如图3-1a所示。K为负值时为负刚度，即随着载荷的增加变形量反而减少，负刚度值为Kn。如图3-1b所示。单独的负刚度机构具有静力不稳定特性，因此在工程上很少应用，通常与正刚度弹簧并联使用[9]。由并联弹簧的总刚度公式K?Kn?Kp（Kn<0，Kp>0）可知，并联后的总刚度K

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（a）正刚度 （b）负刚度 （c）正负刚度并联

图3-1 正负刚度载荷变形图

3.2 正负刚度并联机构隔振原理

正负刚度并联机构是通过减小机构的总刚度，来降低固有频率，减小振动隔振传递率，从而获得良好的隔振效果的。以下是正负刚度并联机构的隔振原理。图3-2是由正刚度弹簧和负刚度弹簧并联组成的组合弹簧。

FMABX

图3-2 正负簧并联组合弹簧

图中A、B分别为正刚度弹簧和负刚度弹簧，其刚度分别为Kp和Kn，M为被隔振物体，在力F的激励下产生了微小的振幅X。并联后系统的总刚度K?Kp?Kn?Kp（Kn<0），故两簧并联后的总刚度K在负簧的负刚度区比正簧的刚度要小，其减少的部分是由负簧造成的，这就是正负刚度并联相消原理。

由牛顿第二定律，并联弹簧在平衡位置处的微幅运动方程为

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