座椅電動(dòng)滑軌運(yùn)行振動(dòng)和平順性如何評(píng)價(jià)？

時(shí)間：2022-05-04

隨著我國汽車市場(chǎng)的持續(xù)發(fā)展，社會(huì)汽車保有量持續(xù)增長(zhǎng)。電動(dòng)調(diào)節(jié)座椅已經(jīng)不是汽車的“尊貴”配置，逐漸走入尋常百姓家！電動(dòng)滑軌是電動(dòng)調(diào)節(jié)座椅的**部件，具有調(diào)節(jié)方便、結(jié)構(gòu)緊湊和抗拉強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)滑軌運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生輕微振動(dòng)和噪音而影響乘客的駕乘體驗(yàn)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須制定合理的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

司乘人員一般會(huì)在汽車靜止時(shí)調(diào)整座椅姿態(tài)，此時(shí)車內(nèi)一點(diǎn)輕微的振動(dòng)和噪音都容易被人體感知。主機(jī)廠那些擁有“金屁股”的人，他們的臀部異常敏感，一點(diǎn)點(diǎn)不平順和振動(dòng)都難逃他們法眼。

1 現(xiàn)狀

目前《QCT 831-2010 乘用車座椅用電動(dòng)滑軌技術(shù)條件》僅采用振動(dòng)加速度峰值這一個(gè)指標(biāo)對(duì)滑軌總成運(yùn)行振動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，要求滑軌總成負(fù)載操作時(shí)振動(dòng)加速度＜5.88 m/s2。這種評(píng)價(jià)指標(biāo)較為單一，不能完全反映出滑軌運(yùn)行振動(dòng)的平順性。

如圖1所示，兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的電動(dòng)滑軌運(yùn)行振動(dòng)加速度波形圖，其中Demo1的振動(dòng)加速度峰值為0.567 m/s2，Demo2的振動(dòng)加速度峰值為0.580 m/s2。雖然兩者都＜5.88 m/s2，都滿足QCT831標(biāo)準(zhǔn)的要求，但我們直觀上會(huì)感覺Demo1運(yùn)行平順性要比Demo2好一些。如何用數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)驗(yàn)證我們的直覺和想法，就是本文接下來的內(nèi)容。

2 電動(dòng)滑軌的振動(dòng)機(jī)理

滑軌一般由上軌、下軌和滑動(dòng)調(diào)整裝置組成，常見的滑動(dòng)調(diào)整裝置有滑軌式、滑塊式、滑桿式、絲杠式和齒輪齒條式等。電動(dòng)滑軌總成主要由滑軌、電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。某電動(dòng)滑軌結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由滑軌、導(dǎo)軌、渦輪蝸桿和齒輪齒條等組成，工作時(shí)直流電機(jī)產(chǎn)生力矩經(jīng)蝸桿傳遞到渦輪上，經(jīng)齒輪齒條傳動(dòng)，帶動(dòng)滑軌前后系統(tǒng)。

電動(dòng)滑軌運(yùn)行振動(dòng)主要來自直流電機(jī)自身運(yùn)行振動(dòng)、上下滑道之間的滾珠和滑塊、齒輪齒條嚙合、渦輪蝸桿的傳動(dòng)等。渦輪蝸桿嚙合時(shí)的振動(dòng)沖擊主要原因有：①剛度突然變化產(chǎn)生的沖擊。齒輪齒條從齒根到齒**嚙合過程中綜合剛度會(huì)發(fā)生變化，從而引起動(dòng)態(tài)激勵(lì)；②載荷突然變化產(chǎn)生沖擊。嚙合過程中由于單、雙齒交替嚙合使原本兩對(duì)齒承擔(dān)的載荷突然由一對(duì)齒承擔(dān)，從而使作用在輪齒上的載荷發(fā)生突變產(chǎn)生動(dòng)態(tài)激勵(lì)；③齒輪加工誤差和安裝誤差。誤差的存在使齒輪嚙合齒廓偏離設(shè)計(jì)位置，破壞了漸開線齒輪的正確嚙合方式和瞬時(shí)傳動(dòng)比，導(dǎo)致齒與齒之間產(chǎn)生碰撞和沖擊。④左右滑軌安裝誤差。左右兩條滑軌安裝不同步或者安裝不到位導(dǎo)致齒輪嚙合受力不均勻等問題。

3 試驗(yàn)方法

參考標(biāo)準(zhǔn)《QCT 831-2010 乘用車座椅用電動(dòng)滑軌技術(shù)條件》試驗(yàn)方法，選擇包覆完整的座椅進(jìn)行試驗(yàn)。座椅安裝在固定工裝上，靠背、高調(diào)、頭枕和腰托均調(diào)整到設(shè)計(jì)位置，上面安放一個(gè)68kg配重。將一個(gè)加速度傳感器（量程0-3000Hz）固定到上部滑動(dòng)部件上，分別測(cè)量滑軌X、Y和Z三個(gè)方向的振動(dòng)，滑軌電機(jī)通電電壓設(shè)置為12.6V。試驗(yàn)?zāi)M真實(shí)調(diào)節(jié)滑軌工況，從滑軌最后位置調(diào)整到較前然后回到最后位置，試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次。

4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

為了科學(xué)地衡量和評(píng)價(jià)滑軌運(yùn)行平順性，本文采用頻譜分析和時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析兩種分析方法。頻譜分析主要是確定加速度信號(hào)中頻率成分及其分布情況，其結(jié)果可以為信號(hào)的時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析提供參考。

4.1 頻譜分析

頻譜分析就是把信號(hào)經(jīng)過傅里葉變換成頻譜表達(dá)式，并加以分析各種頻率成分的幅度和相位即幅度譜分析和相位譜分析，是信號(hào)處理中的重要工具，信號(hào)的頻譜反映了信號(hào)的頻率成分以及分布情況。Demo1加速度信號(hào)的幅頻特性曲線如下所示，從圖中可以看出信號(hào)振動(dòng)主要集中在低頻500Hz范圍以內(nèi)，500Hz以上的高頻段振動(dòng)幅度很小，其中在143.7Hz和493.7Hz處振動(dòng)幅度較大。

4.2 時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析

時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析主要是對(duì)加速度時(shí)域信號(hào)進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)分析，常見的指標(biāo)有平均值、有效值（RMS值）、峰值、較小值、方差和標(biāo)準(zhǔn)差、歪度指標(biāo)、峭度指標(biāo)等。信號(hào)的時(shí)域特征可以反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，常用于故障檢測(cè)和趨勢(shì)預(yù)報(bào)等。加速度信號(hào)進(jìn)行時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析之前可以根據(jù)頻譜分析結(jié)果進(jìn)行合適的預(yù)處理（濾波等），以消除信號(hào)中的異常數(shù)據(jù)并提高信號(hào)的信噪比。

4.2.1 平均值av

平均值是機(jī)械振動(dòng)的平衡點(diǎn)位置，其描述信號(hào)的穩(wěn)定分量，又稱為直流分量，是信號(hào)的一階矩統(tǒng)計(jì)平均。

4.2.2 有效值（RMS值）aRMS

均方值常用于描述振動(dòng)信號(hào)的能量，是信號(hào)的二階矩統(tǒng)計(jì)平均。

有效值（RMS值）又稱為均方根值，是判斷機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否正常的重要指標(biāo)之一，其可以作為電動(dòng)滑軌振動(dòng)劇烈程度的一個(gè)參考值，其值越大表面滑軌振動(dòng)越劇烈。速度有效值VRMS（mm/s）稱為振動(dòng)烈度。

4.2.3 峰值ap

ap=max（abs（ai））

峰值ap即振動(dòng)波形中單峰較大值，其反映電動(dòng)滑軌運(yùn)行過程中較大的沖擊，ap越大越容易被人體感知。標(biāo)準(zhǔn)《QCT 831-2010 乘用車座椅用電動(dòng)滑軌技術(shù)條件》要求滑軌總成負(fù)載操作時(shí)ap＜5.88m/s2。

4.2.4 峰值指標(biāo)Ip

Ip=ap/aRMS

峰值指標(biāo)是一個(gè)無量綱的量，常用于檢測(cè)信號(hào)中是否存在振動(dòng)沖擊。

4.2.5 脈沖指標(biāo)Cf

Cf=ap/av

脈沖指標(biāo)Cf是一個(gè)無量綱相對(duì)值，常用于檢測(cè)信號(hào)中是否存在振動(dòng)沖擊。由于峰值ap穩(wěn)定性不好，對(duì)沖擊的敏感度不高，現(xiàn)在脈沖指標(biāo)的應(yīng)用在逐步減小，逐漸被峭度指標(biāo)所取代。

4.2.6 歪度/偏度指標(biāo)Cw

歪度指標(biāo)又稱為偏度指標(biāo)、斜度指標(biāo)等，其也是一個(gè)無量綱的相對(duì)值，是信號(hào)的三階矩統(tǒng)計(jì)平均，反映振動(dòng)信號(hào)的非對(duì)稱性。正態(tài)分布曲線關(guān)于x=0線呈對(duì)稱分布，如果某一方向存在碰撞或者摩擦造成加速度波形不對(duì)稱，歪度指標(biāo)將明顯變化！歪度指標(biāo)>0表示分布曲線向左偏，歪度指標(biāo)<0表示分布曲線向右偏。

4.2.7 峭度指標(biāo)Cq

峭度指標(biāo)也是一個(gè)無量綱的相對(duì)值，是信號(hào)的四階矩統(tǒng)計(jì)平均，是信號(hào)概率密度函數(shù)分布陡峭程度的量度，反映了信號(hào)的沖擊程度。通常平穩(wěn)且無明顯沖擊信號(hào)的概率密度分布近似正態(tài)分布，正態(tài)分布的峭度指標(biāo)為3；當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)異常或者沖擊時(shí)其概率密度偏離正態(tài)分布，同時(shí)Cq值迅速增加。峭度指標(biāo)越大，沖擊程度越嚴(yán)重，Cq>=4表示信號(hào)中存在一定沖擊，Cq>8表示信號(hào)沖擊現(xiàn)象非常嚴(yán)重，設(shè)備可能已經(jīng)損壞。

上述各指標(biāo)不能單獨(dú)孤立的看，要相互結(jié)合相互驗(yàn)證，同時(shí)還要注意和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)趨勢(shì)線做出判斷。

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