座椅電動滑軌運行振動和平順性如何評價？

時間：2022-05-04作者：上海霖智自動化科技有限公司瀏覽：652

隨著我國汽車市場的持續(xù)發(fā)展，社會汽車保有量持續(xù)增長。電動調(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！電動滑軌是電動調(diào)節(jié)座椅的**部件，具有調(diào)節(jié)方便、結(jié)構(gòu)緊湊和抗拉強度高等優(yōu)點。電動滑軌運行時會產(chǎn)生輕微振動和噪音而影響乘客的駕乘體驗，因此在設(shè)計時必須制定合理的指標進行評價。


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

1 現(xiàn)狀

目前《QCT 831-2010 乘用車座椅用電動滑軌技術(shù)條件》僅采用振動加速度峰值這一個指標對滑軌總成運行振動進行評價，要求滑軌總成負載操作時振動加速度＜5.88 m/s2。這種評價指標較為單一，不能完全反映出滑軌運行振動的平順性。




如圖1所示，兩個不同廠家生產(chǎn)的電動滑軌運行振動加速度波形圖，其中Demo1的振動加速度峰值為0.567 m/s2，Demo2的振動加速度峰值為0.580 m/s2。雖然兩者都＜5.88 m/s2，都滿足QCT831標準的要求，但我們直觀上會感覺Demo1運行平順性要比Demo2好一些。如何用數(shù)據(jù)評價指標驗證我們的直覺和想法，就是本文接下來的內(nèi)容。

2 電動滑軌的振動機理

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




電動滑軌運行振動主要來自直流電機自身運行振動、上下滑道之間的滾珠和滑塊、齒輪齒條嚙合、渦輪蝸桿的傳動等。渦輪蝸桿嚙合時的振動沖擊主要原因有：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發(fā)生變化，從而引起動態(tài)激勵；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齒承擔的載荷突然由一對齒承擔，從而使作用在輪齒上的載荷發(fā)生突變產(chǎn)生動態(tài)激勵；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)計位置，破壞了漸開線齒輪的正確嚙合方式和瞬時傳動比，導致齒與齒之間產(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致齒輪嚙合受力不均勻等問題。





3 試驗方法

參考標準《QCT 831-2010 乘用車座椅用電動滑軌技術(shù)條件》試驗方法，選擇包覆完整的座椅進行試驗。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)計位置，上面安放一個68kg配重。將一個加速度傳感器（量程0-3000Hz）固定到上部滑動部件上，分別測量滑軌X、Y和Z三個方向的振動，滑軌電機通電電壓設(shè)置為12.6V。試驗模擬真實調(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，試驗重復進行3次。

4 評價指標

為了科學地衡量和評價滑軌運行平順性，本文采用頻譜分析和時域統(tǒng)計分析兩種分析方法。頻譜分析主要是確定加速度信號中頻率成分及其分布情況，其結(jié)果可以為信號的時域統(tǒng)計分析提供參考。

4.1 頻譜分析

頻譜分析就是把信號經(jīng)過傅里葉變換成頻譜表達式，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，是信號處理中的重要工具，信號的頻譜反映了信號的頻率成分以及分布情況。Demo1加速度信號的幅頻特性曲線如下所示，從圖中可以看出信號振動主要集中在低頻500Hz范圍以內(nèi)，500Hz以上的高頻段振動幅度很小，其中在143.7Hz和493.7Hz處振動幅度較大。




4.2 時域統(tǒng)計分析

時域統(tǒng)計分析主要是對加速度時域信號進行各種統(tǒng)計分析，常見的指標有平均值、有效值（RMS值）、峰值、較小值、方差和標準差、歪度指標、峭度指標等。信號的時域特征可以反映設(shè)備的運行狀態(tài)，常用于故障檢測和趨勢預報等。加速度信號進行時域統(tǒng)計分析之前可以根據(jù)頻譜分析結(jié)果進行合適的預處理（濾波等），以消除信號中的異常數(shù)據(jù)并提高信號的信噪比。

4.2.1 平均值av




平均值是機械振動的平衡點位置，其描述信號的穩(wěn)定分量，又稱為直流分量，是信號的一階矩統(tǒng)計平均。

4.2.2 有效值（RMS值）aRMS




均方值常用于描述振動信號的能量，是信號的二階矩統(tǒng)計平均。

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

4.2.3 峰值ap

ap=max（abs（ai））

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

4.2.4 峰值指標Ip

Ip=ap/aRMS

峰值指標是一個無量綱的量，常用于檢測信號中是否存在振動沖擊。

4.2.5 脈沖指標Cf

Cf=ap/av

脈沖指標Cf是一個無量綱相對值，常用于檢測信號中是否存在振動沖擊。由于峰值ap穩(wěn)定性不好，對沖擊的敏感度不高，現(xiàn)在脈沖指標的應(yīng)用在逐步減小，逐漸被峭度指標所取代。

4.2.6 歪度/偏度指標Cw




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




4.2.7 峭度指標Cq




峭度指標也是一個無量綱的相對值，是信號的四階矩統(tǒng)計平均，是信號概率密度函數(shù)分布陡峭程度的量度，反映了信號的沖擊程度。通常平穩(wěn)且無明顯沖擊信號的概率密度分布近似正態(tài)分布，正態(tài)分布的峭度指標為3；當信號出現(xiàn)異?；蛘邲_擊時其概率密度偏離正態(tài)分布，同時Cq值迅速增加。峭度指標越大，沖擊程度越嚴重，Cq>=4表示信號中存在一定沖擊，Cq>8表示信號沖擊現(xiàn)象非常嚴重，設(shè)備可能已經(jīng)損壞。




上述各指標不能單獨孤立的看，要相互結(jié)合相互驗證，同時還要注意和歷史數(shù)據(jù)進行比較，根據(jù)趨勢線做出判斷。










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