Taşıt Koltuklarının Düşey Titreşim Konforu Açısından Değerlendirilmesi

Abstract

Bu yüksek lisans tezinde farklı taşıt koltuklarının mevcut taşıtlarda oluşturacakları düşey titreşim konforunun hesaplanması ve mevcut taşıt için en uygun düşey titreşim konforunu sağlayan koltuğun seçilebilmesi için bir bilgisayar programı oluşturulmuştur. Bu tarz çalışmalar otomotiv üreticilerinin konfor optimizasyonu yapan bilgisayar programlarına ihtiyaç duymalarından dolayı taşıt teknolijisinde giderek artan bir önem kazanmaktadır. Titreşimle konfor arasındaki ilişkiyi daha iyi anlayabilmek için sistematik olarak yapılan deneysel çalışmalar, kişilerin rahatsızlığı tanımlama yargılarının hangi çeşitteki titreşimlere göre değiştiğini belirlemeye yönelmiştir. Taşıtların hareketleri sırasında, taşıtlarda yolculuk yapan sürücü ve yolcular taşıt koltuklarında oluşan titreşimlere maruz kalmaktadırlar. Taşıt hareketleri sırasında kişilere etki eden vücut titreşimlerini etkileyen en önemli etken kişilerin oturdukları taşıt koltuklarının dinamik yapısıdır. Bazı durumlarda, taşıtların dinamik koltuk tepkileri, tüm vücut titreşimlerine maruz kalmayı kontrol edebilecek en kolay faktör olmasına rağmen; taşıt koltuklarının titreşimleri azalttığı gibi arttırdığıda bilinmektedir. Konvansiyonel taşıt koltukları (metal veya kauçuk yaylı ve köpüklü) 4 Hz bölgesinde rezonansa sahiptirler. Dikey titreşimler bu frekans değeri ve bu frekans değerinin altındaki değerlerin etrafında güçlenmekte ve rezonanstaki güçlenme, iki veya daha fazla faktörden meydana gelebilmektedir. 6 Hz’ ten yüksek olan frekanslarda konvansiyonel taşıt koltukları dikey titreşimi sönümlemekte fakat bu sönümleme koltuklar arasında çok farklılaşmaktadır. Taşıt koltuklarında rastlanan titreşim geçirgenliğinin çeşitliliği, taşıt koltuk seçiminin, taşıt koltuk titreşimlerine maruz kalmayı kontrol edebilecek faktörlerin başında gelmesini sağlayabilir. Günümüzde, taşıt koltuklarının dinamik performanslarını ve taşıt konforunu değerlendirmek için bir standart mevcut değildir. Taşıt koltuk konforunu titreşimler açısından değerlendirmek için yaygın olarak ISO 2631-1 ve BS 6841 standartları kullanılmaktadır. Bu çalışma ISO 2631-1 standartı baz alınarak gerçekleştirilmiştir. ISO 2631-1 Standartı, titreşimi değerlendirmek için ölçülmüş ivme değerlerinin kullanılmasını öngörmüştür. İnsanların tüm vücut titreşimlerine hassasiyeti frekansa bağlı olarak değişmektedir. Frekansların insanlar üzerine etkileri; Wk, Wd, Wf, Wc, We ve Wj olarak tanımlanan frekans ağırlıklandırmaları ile yansıtılmaktadır.Vücudun farklı eksenleri için farklı frekans ağırlıklandırmaları gerekmektedir. Frekans ağırlıklandırılmış ivme seyirinin, 1-80 Hz arasındaki frekanslarından hesaplanmış RMS değeri, standartta belirtilen değerlerle karşılaştırılarak konfor değerlendirilmesi yapılır. ISO 2631-1 standartında verilen değerler ile karşılaştırılarak konfor değerlendirilmesi Çalışma iki temel aşamadan oluşmaktadır: 1. Taşıt ve koltuk titreşim ölçümleri, 2. Bilgisayar programanının oluşturulması ve bilgisayar hesapları. Ölçümler düşey sarsıcı (four poster) bankoda gerçekleştirilmiş ve sarsıcı, koltuk rayı, koltuk üzeri ivme değerleri ölçülmüştür. Uyarı sinyalleri için sinus, random ve gerçek yol sinyali “pave” kullanılmıştır. Ölçümler sırasında taşıt tek tekerlekten uyarılırken diğer tekerlekler hareketsiz tutulmuş ve 4 farklı ölçüm sonucu elde edilmiştir. Bilgisayar programında sanal yollar, koltuk ve taşıt ölçümleri sonucunda programda elde edilen transfer fonksiyonları kullanılarak koltuk üzeri z ekseninde ivme değerleri bulunmuştur. Bilgisayar programında ISO 8608’de tanımlanmış yol koşulları dört tekerlek için ayrı ayrı yaratılmış ve bu yol koşulları ile dört tekerleğin ayrı ayrı uyarılması ile elde edilen sarsıcı – koltuk rayı transfer fonksiyonları tek tek çarpılıp toplanarak koltuk rayı toplam titreşim ivme değerleri hesaplanmıştır. Bu koltuk rayı titreşim ivme değerleri bilgisayar programında hesaplanan koltuk transfer fonksiyonları ile çarpılmış ve koltuk üzeri düşey titreşim ivme değerleri hesaplanmışır. Hesaplanan düşey koltuk ivme değerleri Wk frekans ağırlıklandırılması ile ağırlıklandırılmış ve 1 – 20 Hz arasındaki değerler için RMS değeri hesaplanmıştır. Bu hesaplanan RMS değeri konfor değerlendirmelerinde kullanılmıştır. Bu çalışmada mevcut taşıt için kullanılan taşıt koltuğundan farklı bir koltuk olmadığı için mevcut taşıtta farklı koltuğun oluşturacağı düşey titreşim konforu hesaplanamamıştır. Çalışmanın bundan sonraki aşamasında farklı taşıt koltuklarının ölçümü yapılıp mevcut taşıt ile olan düşey titreşim konforları değerlendirilecek ve farklı taşıt ölçümlerinin sürdürülmesi ile farklı taşıt ve koltuk eşleşmelerinin oluşturacağı koltuk konforları saptanacaktır.

The purpose of this master thesis is to develop a computer program, which can evaluate the vertical vibration comfort of an existing vehicle with different vehicle seats. Such investigations are becoming of increasing importance in vehicle technology due to the need of car manufacturers for computer-aided tools of comfort optimization. In order to better understand the relation between vibration and comfort, systematic experimental studies of the extent to which variations in vibration stimuli produce changes in a subject s judgements of discomfort have been carried out. During the trip, drivers and passengers are exposured to seat vibration of vehicles. Exposures of seated persons to whole-body vibration are influenced mostly by seating dynamics. In some environments the dynamic response of the seat can be a factor most easily used to control human exposure to whole-body vibration. However, seats can increase, as well as decrease, vibration. Conventional seats (seats with metal or rubber springing and foam) have resonances in the region of 4 Hz. Vertical vibration is amplified around this frequency and at all lower frequencies. The amplification at resonance can be a factor of two, or more. Only at frequencies greater than about 6 Hz will conventional seats attenuate vertical vibration, with the attenuation varying greatly between seats. With a large variation in transmissibility between seats, it seems likely that the selection of a seat may be a prime factor in controlling occupational exposures to whole-body vibration. At present, there are no standards for the evaluation of the dynamic performance of such seats and vehicle comfort. To evalute the vehicle seats vibration comfort, the most used and known standarts are ISO 2631 –1 and BS 6841. This study is based on ISO 2631 –1 (1997). ISO 2631 uses the measured vibration values to evaluate the vibration comfort. Sensitivity of humans to whole body vibration varies with frequency. The effects of frequency to humans influenced by the frequency weighting which are defined as Wk, Wd, Wf, Wc, We and Wj. For differents parts of the human body different frequency weightings should be used. Standart uses the RMS accelaration of the measured and weighted frequency between 1-80 Hz to evaulate the comfort. This study has two main parts: 1. Vibration measurements of vehicle and the vehicle seat, 2. Developing the computer program and the computer calculations. Measurements have been done with four-poster instead of road and the vibration acceleration of the exciter; vehicle floor and seat are measured. To excite the four-poster sinus, random and a “pave” named road signals are used. During the measurements, four posters’ hydrolic cylinders excited one by one and for each wheel vibration measurements were recorded. Computer program has been developed to create the ISO 8608 road profiles, calculate the transfer functions of the vehicle, seat and also the seat vibration history. Road spectrum profiles specified in ISO 8608 are developed in program for each wheel and these road spectrum profilles are multiplied by the transfer functions of each wheel and these 4 results are summed. These calculations have been done to find the vehicle floor vibration history. To find the seat vibration time history, floor vibration history is multiplied by seat transfer functions, which is calculated in the previous step of the program. Calculated vibration history frequency is weighted with Wk and RMS acceleration, which is calculated between 1 – 20 Hz. RMS acceleration is used to evalute the comfort of the vehicle. During the measurements and calculations seat manufacturer company has got only one type of seat for the vehicle used in measurements. Due to the above-mentioned reason, comfort calculations for different seats could not been done. This study will continue with comfort measurements and calculations of different seats for the measurement vehicle and also combination of different vehicles and seats to obtain the best vertical vibration comfort for the requested vehicles.