3T/CCTASXXXX—XXXX高速列車乘客座椅振動的實驗室測試方法本文件規定了高速列車乘客座椅振動的測試方法的實驗要求、測試設備、試驗座椅和乘坐者、試驗步驟和方法、數據處理、試驗報告等內容。本文件適用于高速列車商務座椅及客室一、二等座椅的實驗室測試。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T2298-2010機械振動、沖擊與狀態監測詞匯GB/T13823（所有部分）振動與沖擊傳感器的校準方法GB/T14412-2005機械振動與沖擊加速度計的機械安裝GB/T18707.1-2002機械振動評價車輛座椅振動的實驗室方法第1部分:基本要求GB/T20485（所有部分）振動與沖擊傳感器的校準方法GB/T23716-2009人體對振動的響應測量儀器ISO13090-1:1998機械振動和沖擊真人測試和試驗安全指南第1部分：全身機械振動與反復沖擊（Mechanicalvibrationandshock—Guidanceonsafetyaspectsoftestsandexperimentswithpeople—Part1:Exposuretowhole-bodymechanicalvibrationandrepeatedshock）3術語和定義GB/T2298-2010界定的術語和定義適用于本文件。4試驗目的座椅的實驗室測試中，應通過同時測量座椅底部、人體與座椅坐墊交界處和人體與座椅靠背交界處在x、y、z三個方向上的加速度，計算頻率響應函數、相干函數、振動傳遞率、計權振動傳遞率等相應的技術參數，以表征振動沿x、y、z方向從座椅底部到人體與座椅交界處的傳遞特性。5試驗座椅和乘坐者5.1試驗座椅5.1.1試驗座椅應采用與現車相同的座椅。5.1.2當座椅具有緊固裝置時，應采用與車輛上同樣的方式安裝在試驗平臺上；當座椅無緊固裝置時，應使用能夠將座椅牢固地固定在試驗平臺上的合適工裝，以保證實驗室測試結果包含緊固件剛度和阻尼特性的影響。5.1.3在正式試驗前，應在實驗室完成初始磨合。磨合方法是將（75±7.5）kg的質量塊置于座椅坐墊上，對座椅施加垂向正弦激勵，時長為2h，頻率為座椅系統的最低共振頻率，調整振動臺的振幅直至座椅上質量塊的振動加速度均方根值為3m/s2。5.2乘坐者4T/CCTASXXXX—XXXX測試由兩名乘坐者依次進行，兩名乘坐者整體質量應分別為（50～55）kg和（90～95）kg。如果整體質量不滿足要求，可將沙袋綁在乘坐者腰部以增加整體質量，沙袋質量不超過乘坐者質量的10％。6測試設備6.1一般要求測量設備應符合GB/T23716-2009關于Ⅰ型儀器的規定。6.2振動臺實驗室測試應使用可在待測座椅安裝點處連續施加縱向（x）、橫向（y）、垂向（z）方向激勵的振動臺，在振動臺開展測試應滿足ISO13090-1:1998中的安全防范要求。6.3測量器具6.3.1可使用一個半剛性材料的薄座板進行測量，其形狀和尺寸應分別如圖1、圖2所示。在S點處應放置一個角度調節裝置，以保證能夠調節加速度傳感器的角度測量x、y、z三個方向上的加速度。2222圖1座板外形示意圖A31A312T/CCTASXXXX—XXXX3lI45lI4540530550540505403535454圖2座板尺寸示意圖6.3.2或者使用由橡膠或塑料材料制成的硬度為80～90邵氏硬度單位（A級）的圓形安裝盤進行測量，其尺寸應如圖3所示。安裝盤的中心有一個空腔、腔內有一個薄金屬盤用以粘貼加速度傳感器。++IVI++IVIVV++ID250+50D75十5+I圖3圓形安裝盤尺寸示意圖6.3.3測試開始前，座板或圓形安裝盤應按照GB/T13823（所有部分）和GB/T20485（所有部分）中的規定進行校準，并應根據GB/T14412-2005中的建議進行安裝。6T/CCTASXXXX—XXXX7試驗方法和步驟7.1坐標系的確定圖4為正交生物動力學坐標系示意圖。應以乘坐者坐骨結節連線中點與座椅坐墊交界處S點為原點，以及以乘坐者背部T1和T12胸椎連線中點與座椅靠背交界處B點為原點的兩個坐標系評估座椅傳遞至人體的振動，其坐標軸x、y、z方向如圖4所示。應在振動臺上以與S點在該臺上的垂直投影之間的距離小于100mm的P點為原點定義座椅輸入振動的坐標系，其x軸平行于車輛坐標系的縱軸，y軸平行于車輛坐標系的橫軸，z軸向上垂直于x、y軸平面。圖4正交生物動力學坐標系7.2測量位置7.2.1加速度測量位置根據圖4布置圖測量九個加速度：——座椅底部P點處在x、y、z三個方向上的輸入加速度；——座椅坐墊S點處在x、y、z三個方向上的輸出加速度；——座椅靠背B點處在x、y、z三個方向上的輸出加速度。7.2.2測試位置布置7.2.2.1薄座板位置布置使用半剛性材料的薄座板放置在乘坐者與座椅坐墊之間測量S點處的振動加速度時，底板應在S7T/CCTASXXXX—XXXX點處包含一個角度可調節的裝置，用于安裝加速度傳感器以測量圖4所示的三個正交軸xs、ys和zs的加速度。在S點處安裝加速度傳感器。如果該安裝位置引起乘坐者不舒適，可以將其布置在更靠前的位置。7.2.2.2安裝盤位置布置使用安裝盤放置在乘坐者與座椅坐墊之間測量S點處的振動加速度時，將安裝盤放置在座椅坐墊表面，調整其位置使加速度傳感器位于S點，并用膠帶粘貼到坐墊上。7.3振動激勵計算和生成方法7.3.1一般要求應使用特定幅值的寬帶偽隨機振動或真實振動激勵的復現作為人-椅系統的振動激勵，振動激勵應為三個分別包含x、y、z三個方向的單軸振動或一個同時包含x、y、z三個方向的三軸振動。使用特定幅值的寬帶偽隨機振動時，為監測人-椅系統可能存在的非線性特征，還應附加正弦振動激勵；使用真實振動激勵的復現時，振動激勵應反映試驗座椅未來安裝環境真實激勵的頻譜、幅值和相位特征。7.3.2偽隨機激勵7.3.2.1激勵信號的生成7.3.2.1.1振動臺提供的激勵信號為偽隨機振動激勵時，應使用隨機數生成器的簡化方法或者按照附錄A的方法生成偽隨機激勵的控制信號。7.3.2.1.2激勵信號應由18個連續的等長序列構成，每個序列時長應等于需求的最小頻率間隔的倒數且至少為5s。7.3.2.1.3激勵信號中每個序列的時間歷程應由正弦分量作和構成。每個分量的幅值應遵循公式（2）和（3）給出的功率譜密度。每個分量的相位應是一個隨機變量，在0和2π之間，且具有均勻密度概率。7.3.2.2功率譜密度7.3.2.2.1加速度功率譜密度Ga(f)由公式（1）計算得出：dt........................式中：a(f)——時間歷程a(t)的加速度功率譜密度函數，以加速度單位的平方每單位頻率帶寬來表示，單位為米每平方秒的平方每赫茲（(m/s2)2/Hz）；Be——頻率分析的分辨率，單位為赫茲（Hz）；T——信號測量與分析的持續時間，單位為秒（s）;f——頻率，單位為赫茲（Hz）；a(t,Be,f)——頻率在(f—Be/2)~(f+Be/2)范圍內被濾波的加速度時間歷程a(t)的瞬時值，單位為米每平方秒（m/s2）。d——單一頻率下的振幅，單位為米（mt——時間，單位為秒（s）;7.3.2.2.2公式（2）與公式（3）中定義了在0.5Hz至50Hz的頻率范圍（稱為“測試頻率范圍”）內，x、y和z方向上產生激勵的加速度功率譜密度。G(f)=0.0125f4（f<1Hz） G(f)——產生激勵的加速度功率譜密度函數，單位為米每平方秒的平方每赫茲（(m/s2)2/Hz頻率分辨率應小于或等于0.2Hz。8T/CCTASXXXX—XXXX7.3.2.3均方根加速度7.3.2.3.1加速度均方根值arms由公式（4）計算得出：2(t)dt),.............................（4）式中：arms——加速度均方根值，單位為米每平方秒（m/s2a(t)——加速度時間歷程的瞬時值，單位為米每平方秒（m/s2T——信號測量與分析的持續時間，單位為秒（s）;t——時間，單位為秒（s）;7.3.2.3.2測試頻率范圍內的均方根加速度值應為0.8m/s2。7.3.2.4振動臺上的響應的濾波和均衡要求為了獲得7.3.2.2中描述的功率譜密度，應按照下列要求對振動臺上的響應進行高、低通濾波和均衡：（1）低通和高通濾波器的截止頻率分別為0.5Hz和50Hz；（2）均衡后在測試頻率范圍內各軸均方根加速度均為0.8m/s2；（3）在振動臺P點上測量的激勵的均方根加速度的容許誤差應為±0.16m/s2；（4）功率譜密度各頻率的容許誤差應為規定值的±20％。7.3.2.5容許誤差進行試驗時，上述測試頻率范圍內，振動臺P點測得加速度功率譜密度誤差在每個頻率點均小于規定值的±20均方根值誤差在±0.16m/s2范圍內。7.3.3正弦激勵7.3.3.1正弦激勵的要求7.3.3.1.1使用特定幅值的偽隨機激勵進行座椅測試后，應在正弦激勵條件下進一步測試。7.3.3.1.2正弦激勵使用的頻率由偽隨機激勵試驗中獲得頻響函數的峰值頻率確定。如果未能確定座椅頻響函數峰值頻率，應以1.5Hz和10Hz的正弦信號對座椅進行激勵。7.3.3.1.3使用加速度幅值為（0.5±0.1）m/s2和（1±0.1）m/s2(峰-峰值)的正弦激勵進行傳遞率測試。7.3.3.2正弦激勵的產生流程正弦激勵振動控制信號產生的流程見附錄A。7.3.4復現激勵7.3.4.1復現激勵的要求7.3.4.1.1如需獲得更接近實際工況的座椅系統響應，應使用復現激勵。7.3.4.1.2應把在真實車輛地板上測得的或通過仿真獲得的x、y、z三向振動加速度作為振動臺輸入，并采用截止頻率分別為0.5Hz、50Hz的低、高通濾波器進行濾波。7.3.4.2復現激勵信號的生成為使座椅傳遞率測試結果具有更好的相干性，可以通過以下步驟生成復現激勵信號：（1）使用隨機數生成器獨立生成三軸隨機振動信號，持續時間90s；（2）根據實際振動加速度信號設計濾波器，對所生成的隨機信號進行濾波，方法見附錄B；（3）針對振動臺頻響特性對激勵信號進行均衡，以達到期望的加速度均方根值。9T/CCTASXXXX—XXXX7.4試驗步驟7.4.1初始程序每次測試只由一名乘坐者坐于一個座位上。對于多座位型座椅，乘坐者應坐在垂向激勵作用下座椅坐墊垂向加速度均方根值最大的座位，該位置應由初始測試確定。試驗開始前，乘坐者應坐在座椅上十幾分鐘，以保證座椅坐墊材料變形基本穩定、座椅坐墊和靠背加速度傳感器的溫度基本穩定。乘坐者雙腳應平放在試驗平臺上或與平臺相連的剛性裝置上。當座椅有靠背和扶手時，乘坐者背部應自然靠在座椅靠背上，肘部置于座椅扶手上，雙手平放在大腿上。乘坐者應能夠在測試過程中始終保持該坐姿。選擇測試設備，將其安裝到位并固定。調整座椅及傳感器傾斜角度使其與圖4中給出的方向一致。7.4.2偽隨機激勵和復現激勵試驗7.4.2.1激勵信號的要求激勵應符合7.3.2中的規定。7.4.2.2激勵試驗流程7.4.2.2.1第一名乘坐者坐于測試座椅上，依次施加x、y和z方向上單軸振動的激勵，每個激勵持續時間至少90s；或者施加同時包含x、y和z方向三軸振動的激勵，持續時間至少90s（若振動臺條件允許）。7.4.2.2.2應重復進行上述測試，直到連續三次測得的測試頻率范圍內的頻響函數幅值的算術平均值與每次測量值的差別在±5％以內。7.4.2.2.3后續乘坐者坐于座椅上，并根據上述規范進行新的測試。7.4.2.3應計算的試驗結果試驗以三次測試的頻響函數、相干函數和振動傳遞率的算術平均值為最終結果，以Hs(f)αik、Y2s(f)αik和TRsαik表示。7.4.3正弦激勵試驗7.4.3.1激勵信號的要求激勵應符合7.3.3中規定。7.4.3.2激勵試驗流程第一名乘坐者坐于測試座椅上，依次施加x、y和z方向上單軸激勵或同時施加x、y和z方向三軸激勵，測試持續時間至少90s。每個測試應重復進行，直到連續三次測得的測試頻率范圍內的峰值頻率處頻響函數幅值的算術平均值與每次測量值的差別在±5％以內。后續乘坐者坐于座椅上，并根據上述規范進行新的測試。7.4.3.3應計算的試驗結果試驗以三次測試的頻響函數幅值的算術平均值為最終結果，以Hs(fr)αik表示。8數據處理8.1偽隨機激勵和復現激勵8.1.1概述如果使用偽隨機激勵或接近實際振動環境的復現振動激勵（包含單軸和多軸振動應使用點S和B處測得的座椅頻響函數、相干函數、振動傳遞率和計權振動傳遞率和座椅有效幅值傳遞率SEAT值等表征量來描述測試座椅的振動傳遞特性。T/CCTASXXXX—XXXX8.1.2系統振動傳遞特性表征量的計算方法8.1.2.1座椅頻響函數8.1.2.1.1加速度互譜密度Gab(f)用于連接兩個加速度信號，一個是激勵座椅的輸入加速度a(t)，另一個是人體-座椅系統在坐墊或靠背接觸點的輸出加速度響應b(t)。通過公式（5）計算得出：ab(f)=Cab(f)jQab(f)=Gab(f)ejθab(f) 其中:dt.....................dt.............................................=arctan............................式中：ab(f)——兩個加速度時間歷程a(t)和b(t)的互功率譜密度函數，是一個復函數，也成為加速度互譜密度，單位為米每平方秒的平方每赫茲（(m/s2)2/Hz）；Cab(f)——Gab(f)的實部，單位為米每平方秒的平方每赫茲（(m/s2)2/HzQab(f)——Gab(f)的虛部，單位為米每平方秒的平方每赫茲（(m/s2)2/Hzθab(f)——Gab(f)的相位，單位為弧度（rad）。Be——頻率分析的分辨率，單位為赫茲（Hz）；T——信號測量與分析的持續時間，單位為秒（s）;f——頻率，單位為赫茲（Hzt——時間，單位為秒（s）;a(t,Be,f)——頻率在(f—Be/2)~(f+Be/2)范圍內被濾波的加速度時間歷程a(t)的瞬時值，單位為米每平方秒（m/s2）。b(t,Be,f)——頻率在(f—Be/2)~(f+Be/2)范圍內被濾波的加速度時間歷程b(t)的瞬時值，單位為米每平方秒（m/s2）。b'(t,Be,f)——頻率在(f—Be/2)~(f+Be/2)范圍內被濾波的加速度時間歷程b(t)的瞬時值，相移8.1.2.1.2頻率響應函數H(f)是頻率f的無量綱復函數。由公式（10）計算得出：H(f)=Gab(f)/Ga(f)............................（10）式中：H(f)——頻率響應函數，是無量綱量，是頻率的復函數；ab(f)——兩個加速度時間歷程a(t)和b(t)的互功率譜密度函數，是一個復函數，也成為加速度互譜密度，單位為米每平方秒的平方每赫茲（(m/s2)2/Hz）；a(f)——時間歷程a(t)的加速度功率譜密度函數，以加速度單位的平方每單位頻率帶寬來表示，單位為米每平方秒的平方每赫茲（(m/s2)2/Hz）；8.1.2.1.3三次測試的頻響函數平均值H(f)αik以幅值和相位的形式給出，頻率范圍0.5Hz～50Hz，分辨率不大于0.2Hz。8.1.2.2相干函數T/CCTASXXXX—XXXX8.1.2.2.1相干函數Y2ab(f)是頻率f的無量綱實函數。由公式（11）計算得出：Y2ab(f)=式中：Y2ab(f)——是頻率f的無量綱實函數；22ab(f)Ga(f).Gb(f)..........................（11）a(f)——時間歷程a(t)的加速度功率譜密度函數，以加速度單位的平方每單位頻率帶寬來表示，單位為米每平方秒的平方每赫茲（(m/s2)2/Hz）；Gb(f)——時間歷程b(t)的加速度功率譜密度函數，單位為米每平方秒的平方每赫茲（(m/s2)2/Hzab(f)——兩個加速度時間歷程a(t)和b(t)的互功率譜密度函數，是一個復函數，也成為加速度互譜密度，單位為米每平方秒的平方每赫茲（(m/s2)2/Hz）；8.1.2.2.2三次測試的相干函數Y2(f)αik平均值頻率范圍0.5Hz～50Hz，分辨率不大于0.2Hz。當座椅響應方向不同于振動激勵方向時，座椅響應幅值可能很小，出現某些頻率下相干性較低的情況。當相干函數低于0.6時，該頻率處的頻響函數的幅值應當計0，但計算得到的幅值、相位仍需在測試報告中提供。8.1.2.3振動傳遞率振動傳遞率TRαik是一個無量綱實數，等于在人體-座椅接觸面處測量的加速度均方根值與在座椅安裝點處測量的加速度均方根值的比。注：對于座椅在單一（共振）頻率下的傳遞率，本文件使用符號T。8.1.2.4計權振動傳遞率計權振動傳遞率TRW定義為在人體-座椅接觸面處測量的加速度計權后的均方根值與在座椅安裝點處測量的加速度計權后的均方根值的比，頻率計權函數及計權方法應符合GB/T23716-2009的規定。8.2正弦激勵計算在兩種幅值的正弦激勵下獲得的兩頻響函數幅值H(fr)αik之差與其中較高值的比值，以百分數形式表示。該百分數大于30％時，可認為座椅響應在測試涉及的頻率與方向上存在明顯的非線性行為。9試驗報告9.1座椅9.1.1應準確描述記錄安裝座椅的裝置和將其固定在試驗平臺上的裝置，并詳細說明座椅坐墊和座椅靠背上的測點。9.1.2當使用多座位座椅時，應報告每次測試所使用的座位，以免混淆。9.2乘坐者應注明每名乘坐者的體重、身高、性別和年齡。9.3測量鏈測量鏈應符合GB/T18707.1-2002中的要求。9.4測試結果偽隨機激勵下的測試結果應以數字和圖表的形式表示出來，每個頻率響應函數幅值、相位和相干函數應以一組值描述，以每0.2Hz或更小的步長在0.5Hz～50Hz范圍內記錄，同時記錄用于計算的傳遞率值和加速度均方根值。正弦激勵下的測試結果示例見附錄C。T/CCTASXXXX—XXXX激勵產生過程示例A.1概述激勵產生過程示例使用以下兩種激勵：——偽隨機激勵；——正弦激勵，僅偽隨機激勵測試中出現的共振頻率。A.2偽隨機激勵該激勵應是相位隨機的純正弦激勵的和。如果頻率分辨率Be為0.2Hz，則激勵的頻率范圍為0.4Hz~50Hz。因此，激勵譜由（50Hz～0.4Hz）/0.2Hz+1=249條譜線構成。激勵信號通過加速度功率譜密度Ga(f)定義，位移信號通常用于控制振動臺。如果該位移的振幅譜（頻率分辨率Be）中，頻率f處的位移振幅為d，則相應的加速度功率譜密度Ga(f)如式（12）所示：Ga(f)=d2×8π4f4/Be..........................（12）式中：a(f)——時間歷程a(t)的加速度功率譜密度函數，以加速度單位的平方每單位頻率帶寬來表示，單位為米每平方秒的平方每赫茲（(m/s2)2/Hz）；d——單一頻率下的振幅，單位為米（mf——頻率，單位為赫茲（Hz）；Be——頻率分析的分辨率，單位為赫茲（Hz..............................式中：d——單一頻率下的振幅，單位為米（m）；Be——頻率分析的分辨率，單位為赫茲（Hzf——頻率，單位為赫茲（Hz）；a(f)——時間歷程a(t)的加速度功率譜密度函數，以加速度單位的平方每單位頻率帶寬來表示，單位為米每平方秒的平方每赫茲（(m/s2)2/Hz）；其中Ga(f)是由方程（2）和（3）定義。可根據圖5所示的流程圖進行試驗。T/CCTASXXXX—XXXX圖5偽隨機激勵試