座椅是车身附件中重要的部件。人身体直接与座椅接触，汽车的振动都会通过座椅传递到人的身体。因此，座椅的动态性能设计非常重要。座椅外部是由头枕、座垫泡沫、靠背泡沫、旁侧板组成。座椅内部是由靠背骨架、靠背拉网、座垫骨架、座垫拉网、调角器和座椅导轨组成，如图3-97所示。
座椅的振动分析主要有两部分：一是座椅靠背的振动分析；二是座椅的乘坐舒适性分析。
图3-97 座椅结构
1.座椅靠背的振动控制
座椅靠背可以视为一根悬臂梁，梁的根部是靠背与座垫的接合处。决定靠背刚度的因素有靠背自身的刚度和接合处的刚度。
座椅靠背的模态频率与发动机、路面和风扇的激励频率比较接近，因此被引起共振的可能性比较大。座椅的结构模态频率主要由靠背骨架和靠背拉网的结构决定。模态振型可以用骨架来显示。测量模态时，剥开靠垫泡沫材料一小块区域，露出骨架，然后在骨架上布置加速度传感器，如图3-98a所示；或者直接在金属骨架上布置传感器，如图3-98b所示。
图3-98 座椅的模态测试布点图（见彩插）
座椅靠背的模态主要有第一阶纵向弯曲模态和第一阶横向弯曲模态，如图3-99所示。它们是造成靠背振动大的两个主要模态。通过改变靠背的刚度来改变模态频率。由于座椅靠背是个悬臂梁结构，因此上端会将下端的振动放大。也就是说，如果靠背的刚度低，当座椅导轨上的小的振动传递到靠背上时，振动可能非常大。因此，靠背的刚度一定要大。
图3-99 座椅的模态
靠背的刚度控制包括靠背自身刚度和接合处的刚度控制。图3-100给出两个座椅靠背骨架结构：图a的骨架单薄，拉网稀疏，因此它的刚度低；图b的骨架两边有很强的支撑，拉网密实，因此它的刚度高。设计靠背时，一定要使骨架刚度高，而且拉网分布合理。
图3-100 座椅靠背骨架结构
靠背骨架和座垫骨架连接处的刚度决定了“梁”的边界，只有当连接处非常结实时，它才能算是“悬臂梁”，否则边界可以自由运动，靠背就不是“悬臂梁”。决定连接处刚度的主要部件是调角器，只有调角器牢固地连接这两个骨架，才能使“边界”的刚度高。图3-101给出了两种调角器连接，图b中双调角器比图a中单调角器的刚度高。(www.xing528.com)
图3-101 靠背骨架和座垫骨架连接处的结构
2.座椅舒适性分析
舒适性是指在没有共振的情况下，人体乘坐的舒适感受。舒适感来自垂直方向的臀部和水平方向的靠背。坐在座椅上，人主要承受着垂向载荷。人在垂向最敏感的频率是4～8Hz，如图3-102所示。控制舒适性的结构主要是座垫、靠垫和拉网。
图3-102 人体垂向振动敏感曲线
分析与评价乘坐舒适性最基础的指标是座垫与导轨之间的振动传递函数。座垫上的响应代表人体，导轨的响应代表了车身对座椅的输入。传递函数可以在车内测试，也可以在专门的振动台架上测试。图3-103显示了安装有座椅的振动平台。分别给平台输入从0.05g0.45g的加速度白噪声激励，测量平台上和座椅上的振动信号。图3-104给出了这组激励下，座垫和平台之间的振动传递函数。随着激励加大，这组传递函数呈现两种变化趋势：一是共振频率降低；二是共振的幅值降低。从传递函数随着输入变化的特征来看，座椅是一个典型的非线性系统。
图3-103 座椅振动测试平台
设计座椅动态特征时，一般要使座垫衰减来自平台或者车身的振动，即在4～8Hz频率范围内的传递函数幅值小于1。对于常用的小振动激励（0.05g～0.1g），在敏感频率范围内，图3-104中的座椅传递函数值小于1，这是典型豪华车座椅的特征，达到了舒适性目的。但是对于跑车，在人体敏感频段，座垫不仅不衰减振动，反而要使振动增加。图3-105是一款典型跑车座椅的传递函数图，在4～8Hz频率范围内，传递函数幅值大于1，即在敏感频率范围内，振动被放大，由此，驾驶人会体验到驾驶的运动感和兴奋感。
除了垂向振动外，靠背的横向振动也很重要。人在横向敏感的振动频率是8～12Hz。靠背分析方法与垂向分析方法一样，通过测试或模态分析，可以得到结构的频率。通过改变靠垫参数来设计舒适型的靠垫结构。
图3-104 舒适型汽车座椅的传递函数
图3-105 跑车座椅的传递函数
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