人体振动反应及汽车减振器设计与仿真

机械振动对人体的影响，既取决于振动频率与强度、振动作用方向和暴露时间，也取决于人的心理、生理状态，而且心理素质和身体素质不同的人，对振动的敏感程度也有很大差异。因此，人体对振动作用的反应是一个十分复杂的过程。

为了评价振动对人体的影响，在振动心理学试验中，一般是将人对振动的感受分为数个不同的感觉等级，如“无感觉”、“稍有感觉”、“感觉”、“强烈感觉”和“非常强烈感觉”等。

取某一频率的正弦振动作为基准，其振动加速度有效值和振动持续时间是一定的，并规定在此条件下的人体承受振动的感觉。然后，在相同持续时间下，改变振动频率和振动加速度有效值，与基准振动比较，当感觉相同时，记录振动频率与振动有效值。如果把产生同样感觉的各点连接起来，即可绘制出人体对振动反应的等感度曲线。

20世纪70年代，国际标准化组织（ISO）在综合大量有关人体全身振动的研究成果的基础上，制定了国际标准ISO2631《人体承受全身振动的评价指南》，从1985年开始进行全面修订，于1997年公布了ISO2631-1—1997（E）《人体承受全身振动评价 第一部分：一般要求》，许多国家都参照它进行汽车平顺性的评价。我国对相应标准进行了修订，公布了GB/T 4970—2009《汽车平顺性试验方法》。ISO2631标准用加速度均方根值（RMS）给出了在1～80Hz振动频率范围内人体对振动反应的三个不同界限。

1）暴露极限。当人体承受的振动强度在这个极限之内，将保持健康或安全。通常把此极限作为人体可以承受振动量的上限。

2）疲劳-工效降低界限。这个界限与保持工作效能有关。当驾驶人承受的振动强度在此界限之内时，能准确灵敏地反应，正常地进行驾驶。

3）舒适降低界限。此界限与保持舒适有关，在这个界限之内，人体对所暴露的振动环境主观感觉良好，能顺利完成吃、读、写等动作。

图3-14所示是ISO2631给出的用双对数坐标绘制的“疲劳-工效降低界限”。另外两个不同反应界限的振动允许值随频率变化趋势与图3-14曲线形状完全相同，只是振动的允许值不同。

“暴露极限”的值为“疲劳-工效降低界限”的2倍，“舒适降低界限”为“疲劳-工效降低界限”的1/3～1/5倍。从振动心理学角度来看，这三个反应界限相当于人体对振动的感觉的三个等级，三个界限曲线实际上就是三种等感度曲线。(www.xing528.com)

图3-14所示的纵坐标用振动加速度均方根值代表振动强度，横坐标为振动频率，用1/3倍频带中心频率表示。实线曲线和虚线曲线分别表示垂直方向和水平方向振动时的“疲劳-工效降低界限”。曲线上的任一点代表了“疲劳-工效降低”的一个时间限值，如4h曲线上的一点，表示对应于该振动频率时的振动加速度均方根值若等于或稍小于该限值时，将容许人体暴露在此振动下4h而不会出现疲劳和工效降低。

图3-14 疲劳、工效降低界限

由图3-14可以看出，“疲劳-工效降低界限”的振动加速度允许值的大小与振动频率、振动作用方向和暴露时间这三个因素有关，下面分别加以讨论。

1）振动频率。从图3-14可以看出，人体承受全身振动时有一个最敏感的频率范围。对于垂直振动，乘员敏感的频率范围为4～8Hz；对于水平振动，乘员敏感的频率范围为1～2Hz。

2）振动作用方向。从图3-14可以看出，垂直振动与水平振动的“疲劳-工效降低界限”是不一样的。在同一暴露时间下，频率在3.15Hz以下时容易感受到水平振动；高于此频率时，对垂直振动更敏感；达到8Hz以上的频率范围时，垂直振动允许值只是水平振动允许值的1/2.8。比较各自最敏感频率范围内同一暴露时间的振动允许值，垂直方向是水平方向的3.4倍。

3）暴露时间。人体达到一定反应的界限，如“疲劳”、“不舒适”等，都是由人体感觉到的振动强度大小和暴露时间长短二者综合的结果，它们之间的关系可由图3-14看出。在一定频率下，随暴露时间的加长，“疲劳-工效降低界限”曲线向下平移，振动加速度允许值减小。