58
被験者3
シートC，被験者3で加振実験を行ったときの実験結果を示す． Sum of FRFs として，人体‐シート（全測定点の44軸），シート（20軸）と人体（18軸）を 比較したものを図2.40に示す．
Figure 2.40 Comparisons of FRFs (Seat C)
図2.40より，被験者1と同様に，10Hz以下が人体主体の振動で，10~50Hzで は，人体－シート連成の振動，それより高周波域になると人体の振幅が小さく なり，シートが主体の振動になることがわかる．
1 10 20 30 40 50 60 70 80
10
-110
010
110
2Frequency[Hz]
Magnitude [(m/s2 )/(m/s2 )]
Human-Seat Seat
Human
次に，シートC，被験者3 で加振した時の結果を示す．表2.18に，その時の モード特性を示す．
Table 2.18 Modal Characteristics of Seat A (Human-Seat System)
fr: Damped Natural Frequency [Hz]
ζr: Modal Damping Ratio [%]
Order fr[Hz] ζr[%] Characteristics of mode 1st 3.75 14.0 Human fore and aft (1st)
2nd 4.77 15.1 Human up and down
3rd 7.79 12.9 Human fore and aft (2nd) 4th 9.49 21.6 Human fore and aft (3rd)
5th 12.9 14.4 Seat and human coupling fore and aft (1st) 6th 20.5 9.60 Seat and human coupling fore and aft (2nd) 7th 25.2 16.9 Seat and human coupling fore and aft (3rd) 8th 37.2 6.72 Seat and human coupling fore and aft (4t h) 9th 48.7 10.6 Seat and human coupling yaw 10t h 54.3 11.9
11t h 63.7 3.00 12t h 74.2 19.4
Seat local mode
被験者1，2の時と同様に，12個の固有モードを抽出した．抽出したモードに ついて，モード形状を確認したところ，被験者1，2で抽出したモードと類似し ていた．
対応モードについて，固有振動数を比較すると，ほぼ同じ固有振動数となっ ていることを確認した．
人体‐シート連成モードのうち，特徴的なモードについて示す．8次モードの 背面骨格部の前後方向共振のモードは，表2.7に示すように被験者2よりもさら に体格の大きい被験者3では，固有振動数が被験者2よりもさらに0.5Hz 上昇し ていた．
60
全被験者
全被験者について，シートCで抽出されたモード特性を比較したものを表2.19 に示す．
Table 2.19 Comparisons of Modal Characteristics of Seat A (Human-Seat System) fr: Damped Natural Frequency [Hz]
ζr: Modal Damping Ratio [%]
Sub.1 Sub.2 Sub.3
1st 4.32 (14.4) 4.17 (11.9) 3.75 (14.0) 2nd 5.59 (15.5) 5.15 (15.4) 4.77 (15.1) 3rd 8.45 (17.6) 6.75 (14.7) 7.79 (12.9) 4t h 10.9 (12.9) 8.97 (13.0) 9.49 (21.6) 5t h 13.5 (8.88) 12.1 (14.9) 12.9 (14.4) 6t h 19.5 (11.4) 19.6 (11.3) 20.5 (9.60) 7t h 22.6 (15.8) 22.9 (14.5) 25.2 (16.9) 8t h 35.6 (5.44) 36.7 (7.74) 37.2 (6.72) 9t h 41.4 (12.3) 48.1 (14.4) 48.7 (10.6) 10t h 48.5 (10.7) 53.5 (9.57) 54.3 (11.9) 11t h 64.3 (8.51) 62.9 (3.29) 63.7 (3.00) 12t h 69.8 (16.9) 72.9 (8.18) 74.2 (19.4)
fr[Hz] (ζr[%]) Order
体型の異なる3人の被験者について，シート Aでの加振実験から抽出したモ ード特性を比較すると，共通のモードを抽出する事が出来た．
シートB と同様に，モード形状によっては，体型の異なる 3 人の被験者間で 固有振動数が変化することをシートCでも確認した．
2-4-4 各シートのモード各シートのモード各シートのモード各シートのモード特性特性特性の比較特性の比較の比較の比較
被験者 1 について，シート 3 脚で抽出したモード特性の比較を行ったものを 表2.20に示す．
Table 2.20 Comparison of Modal Characteristics of Subject 1
1st 3.72 (16.2) 1st 4.02 (15.4) 1st 4.32 (14.4) Human fore and aft (1st) 2nd 4.78 (13.5) 2nd 5.18 (11.5) 2nd 5.59 (15.5) Human up and down 3rd 8.79 (19.7) 3rd 6.01 (15.2) 3rd 8.45 (17.6) Human fore and aft (2nd) 4th 10.4 (16.9) 4th 9.81 (9.80) 4th 10.9 (12.9) Human fore and aft (3rd)
5th 12.1 (13.9) 5th 12.2 (11.1) 5th 13.5 (8.88) Seat and human coupling fore and aft (1st) 6th 20.1 (9.37) 6th 21.0 (14.0) 6th 19.5 (11.4) Seat and human in lateral (1st) 7th 22.5 (9.00) 7th 22.6 (15.8) Seat and human in lateral (2nd) 8th 37.6 (6.17) 7th 25.8 (8.63) 8th 35.6 (5.44) Seat and human coupling fore and aft (2nd)
8th 36.1 (14.6) 9th 41.4 (12.3) Seat and human coupling yaw 9th 44.8 (5.96) Seat and human coupling twist 9th 55.6 (4.52) 10t h 58.3 (9.05) 10th 48.5 (10.7)
10th 61.1 (4.94) 11t h 67.3 (6.47) 11th 64.3 (8.51) 12t h 77.3 (7.99) 12th 69.8 (16.9)
Seat local mode Characteristics of mode
A B C
fr[Hz] (ζr[%])
シート 3 脚について，それぞれの固有モードでの動きが類似するものを横に 並べて，対応させた表である．どのシートにおいても，周波数領域ごとに，人 体主体，人体‐シート連成，シート主体という3つに分類することが出来た．
1~4次の人体主体のモードについては，どのシートにおいても，類似したモー ドを抽出することが出来た．5次以降のモードについては，シートの骨格部の振 動特性がモードに影響を与えていると考えられる．例として，背面骨格部の前 後方向の共振モード，背面骨格部のねじれのモードがある．
なお，被験者2，3についても，シート違いのモード特性を比較すると被験者 1と同様の傾向であることを確認した．
62
2-5 まとめまとめまとめまとめ
第2章では，身体的特徴が異なる3人の被験者で行った，3脚の特性が異なる シートでの人体‐シート系の加振実験の結果として，実験モード解析結果を示 した．人体‐シート系の振動特性を以下にまとめる．
人体‐シート系の振動特性として，周波数領域によって以下の 3 つに分類す ることが出来る．
10Hz：人体主体の振動
10~50Hz：人体‐シート連成の振動
50Hz~：シート主体の振動
体型の異なる 3 人の被験者について行った加振実験から抽出したモード特性 について比較を行い，被験者間で対応するモードを確認した．背面骨格部の前 後方向共振のモードのように，モード形状によっては体型の異なる 3 人の被験 者間で固有振動数が変化することを確認した．
特性の異なる 3 脚のシートについて行った加振実験から抽出したモード特性 について比較を行い，シート骨格部の振動特性が人体‐シート系の振動特性に 影響を与えていることを確認した．特徴的なモードである，背面骨格部の前後 方向共振のモードについて固有振動数の比較を行うと，（シートB）<（シートC）
<（シートA）という結果であった．
第 3 章
シート単体の振動特性
63
3-1 はじめに はじめに はじめに はじめに
人体‐シート系の振動特性としてシートによって異なる振動特性を示すこと が分かった．本章では，シート骨格が持つ振動特性として，シート単体の振動 特性を把握するために行った，シート単体の垂直加振実験について記す．
3-2 実験概要 実験概要 実験概要 実験概要
3-2-1 実験について実験について実験について実験について
本章では，シート単体の振動特性を把握するために，2 脚のシートについて，
垂直加振実験を行った．第 2 章で行った人体‐シート加振実験と同条件で実験 を行った．シートに加速度計を設置し，計20軸の加速度を測定した．
3-2-2 実験装置実験装置実験装置実験装置
本実験で使用した実験装置の一覧を表3.1に示す．
加振台は，首都大学東京が保有する1軸加振台（Z軸）を使用した．フィルタ で80Hz以上の周波数域をカットしたランダム波をLabViewで作成し，加振台に 入力した．
Table 3.1 Experimental Instrument
Instrument Manufacturer Model
Vibration excitor EMIC F-200-BM/A
Function generator NI LabView
FFT analyzer NI PXI-1042
Analog filter NF 3624
accelerometer PCB M352 C65,C66
Tri-axial accelerometer PCB 356 A32/NC
3-2-3 シートシートシートシート
本実験では表3.2に示す2種類のシートを用いた．第2章の人体‐シート加振 実験で用いた3脚のシートのうち，シートBとCの2脚を用いた．シートBは 新しく設計されたシートであり，シートCはシートBの改良版である．
Table 3.2 Experimental Seat Seat Characteristic
B New type
C Improve type of B
3-2-4 実験条件実験条件実験条件実験条件 振動加速度測定位置
表 3.3 および図 3.1(a),(b),にシートの加速度測定点を示す．図 3.1 中には，表
3.3と対応する番号と軸の向きを矢印で示す．第2章と同じ座標軸とした．
Table 3.3 Arrangement of Accelerometers
No. Sensor Location Number of Accelerometers Direction Part
1 Center of Shaking Table 1 z Floor
2 Rail 4 z
3 Seat Cushion Frame 2 y, z
4 Backrest Frame 4 x, y, z
Seat
Figure 3.1(a) Rail and Seat Cushion Surface
Figure 3.1(b) Backrest
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加振波形
入力する加振波形についての条件を表3.4に示す．加振台中央部に設置した1 軸加速度計で，入力波形について計測を行った．
Table 3.4 Input Waveform Frequency 1~80Hz
Form Random Wave Magnitude 0.3m/s2(r.m.s.)
本実験で入力した波形のパワースペクトルを図3.2に示す．
Figure 3.2 Input Power Spectrum
第 2 章の人体‐シート系の加振実験時と同じ入力波形を用いているが，被験 者が着座をしていないことから，加振台の低周波のパワースペクトルが大きく なっている．
シートポジション
シートには，様々な位置調節機構が備わっているが，条件を同一にするため に，シートについてポジションを設定した．A,B,Cの3種類のシートについて同 様に以下の条件で実験を行った．
スライド（前後位置）について，加振台の中央部と被験者が乗った時の重心 位置を合わせるために，最後部より4ノッチ前方に出したところとした．
リクライニング（後傾）について，背もたれ（バックレスト）は，最も前傾 したところを基準点として，基準点から4ノッチ（基準点から＋8°）倒したとこ ろで固定した．垂直軸に対して，背もたれは21°後傾している．
リフター（座面部の高さ）については，最上段の位置で固定した．
1 10 20 30 40 50 60 70 80
10-6 10-5 10-4 10-3
Frequency [Hz]
Power Spectrum [(m/s2 )2 ]
3-2-5 測定条件測定条件測定条件測定条件
本実験についての測定条件を表3.5に示す．
Table 3.5 Measurement Condition Samping Frequency 1kHz
Number of Data 4096 Window Function Hanning
本実験では，約 100 秒の振動入力で暴露された時の，加速度計で計測された 20軸の加速度について，時系列データを計測した．
また，本実験では，1脚のシートにつき，3回の測定を行った．
3-2-6 解析条件解析条件解析条件解析条件
本実験での解析条件を表3.6に示す．
Table 3.6 Analysis Condition Analysis Frequency 1~80Hz Number of Averages 52 times Overlap Ratio 66.6%
1回の測定につき 52回のスペクトル平均を行うことにより加速度伝達率を算 出する．この測定を 3 回行い，その平均値を伝達率とする．この処理を 2 脚の シートについて解析を行った．
67
3-3 実験結果 実験結果 実験結果 実験結果
3-3-1 実験結果（シート実験結果（シート実験結果（シート実験結果（シートB））））
これより，シートB単体で加振実験を行った時の実験結果を示す．
計測した加速度の時系列データを周波数領域に変換を行った．10 個の加速度 センサーで計測した20個のFRFの二乗和の平方根（Sum of FRFs）と，モード 指示関数（MIF）を図3.3に示す．図3.3の上部のグラフ(a) Sum of FRFsは，各 周波数における振幅の大きさを示し，下のグラフ(b) MIFは0≦MIF≦1の値をと り，固有振動数において位相が±π/2で極小値となることから固有モードの存在 する周波数を指し示す関数である．MIFより，非線形項の初期値を決定した．
(a) Sum of FRFs
(b) MIF
Figure 3.3 Seat B (Seat System)
1 10 20 30 40 50 60 70 80
10-1 100 101 102
Frequency [Hz]
Magnitude [(m/s2 )/(m/s2 )]
1 10 20 30 40 50 60 70 80
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Frequency [Hz]
Mode Indicator Function
図3.3(a)のSum of FRFsより，10Hz以下でシート単体での共振がみられない．
20Hz以降は鋭いピークが数カ所に見られ，ピークの値が 10Hz 以下の 3 倍程度 の値となっている．Sum of FRFsのピークの位置と同じ周波数で図3.3(b)のMIF の値も極小値となっていて， MIFも同様に鋭いピークを示している．
計測した並進20軸の伝達率に対してカーブフィットを行うことにより，モー ド特性を抽出する．モード特性同定には多点偏分法を用い，得られた44軸の伝 達率を同時に参照してモード特性を抽出した．表3.7はカーブフィットによって 求められた固有振動数，モード減衰比を示す．
Table 3.7 Modal Characteristics of Seat B (Seat System)
fr: Damped Natural Frequency [Hz]
ζr: Modal Damping Ratio [%]
Order fr[Hz] ζr[%]
1st 12.7 3.30 2nd 19.1 5.88 3rd 22.5 3.25 4th 26.1 2.40 5th 35.9 3.16 6th 38.5 3.26 7th 42.8 3.56 8th 50.3 1.98 9th 55.4 3.68 10th 65.7 5.61
10個の固有モードを抽出した．シートB単体（被験者無し）での加振実験で は10Hz以下の領域でのモードは抽出されなかった．