乗り心地
航空機において乗り心地に影響する因子は、縦揺れの角度、加速度、気温、騒音、二酸化炭素濃度、振動、熱量、換気、湿度、圧力変化率、室内気圧などが挙げられている。また明暗や臭気、座席の位置と間隔などの条件も指摘されている。航空機においても第二次世界大戦期の航空酔い対策から研究が促進され、さらにベトナム戦争時にミサイル攻撃を避けるために低空飛行を余儀なくされたアメリカ空軍搭乗員の航空酔いの問題が本格的に取り上げられるようになり、乗り心地の良い航空機の設計の研究へと発展した。
航空機においても、振動の周波数に応じて振動加速度がどの程度乗り心地に影響するかの感度に違いがあるとされ、その基本的な特性の形状は自動車や鉄道車両、船舶など他の乗り物のものと類似している。アメリカ合衆国で、軍や民間のパイロットを被験者として実験した結果では、4 - 10ヘルツ前後に不快感の激しいところがあり、これは他の乗り物と同じである。
実際の航空機の乗り心地として、ソビエト連邦における報告において、商用輸送機における日常運航で、航空酔いにかかった乗客の比率がピストンエンジン機では12 - 13パーセント、タービンエンジン機では2.5 - 3パーセント程度であったというものがある。
ISO 2631-1では、周波数補正特性として主要補正特性のWk、Wd、Wfの3種類、さらに付加補正特性としてWc、We、Wjの3種類を用意しており、以下のような用途が定められている。
たとえば、座った状態の人間の快適性を評価する際には、Z軸方向はWkで、X軸とY軸方向はWdで補正する。主要補正特性(基本特性)に関しては外部リンクのように補正特性が与えられており、たとえば座った状態のZ軸に関する補正特性であるWkに関していえば、4ヘルツから12.5ヘルツの範囲が感覚的にもっとも敏感であるとされる。
こうした周波数補正特性をかけて計算した時刻tにおける振動加速度の瞬時値を a w ( t ) {\displaystyle a_{w}(t)} (単位は並進振動に対してメートル毎秒毎秒 m/s、回転振動に対してラジアン毎秒毎秒 rad/s)とし、測定時間をT秒間としたとき、
a w = ( 1 T ∫ 0 T a w 2 ( t ) d t ) 1 2 {\displaystyle a_{w}=\left({\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}a_{w}^{2}(t)dt\right)^{\frac {1}{2}}} ...(1)
の式で振動加速度の実効値 a w {\displaystyle a_{w}} を求める。ただしこれは波高比(英語版)(クレストファクター)が9未満の場合に適用される。
波高比が9以上となる、時折発生する衝撃の不快さを評価するためには、別に2つの測定方法が定義されている。1つは移動実効値法で、短い積分時定数を使用して時折の衝撃と過渡振動を考慮に入れる。
ハンドル、サドル、ペダルの3か所の振動の程度と乗り心地の評価の相関では、サドル振動の影響が最も高いと評価され、またサドル振動については、上下方向の振動に比べ前後方向の振動は乗り心地への影響が3分の1程度になると評価された。こうした評価に基づき、サドルの構造を改変して乗り心地の改良を試みたところ、構造の改変から推定されるとおりの乗り心地の評価改善量を得たという。
自転車の前輪と後輪のどちらがサドル振動に大きな影響を与えているのか、伝達経路解析手法を適用して分析した研究によると、実験対象とした一般的なシティーサイクルにおいては、後輪からの寄与が前輪より15デシベル程度大きいと評価され、乗り心地改善のためには後輪からサドルへ伝達される振動を積極的に低減するべきであるとされている。そのために、サドルへのスプリング追加によるばね定数の低下、フレーム後方部の構造変更による剛性向上といった方法が低減され、実験の結果では実際に乗り心地の改善が得られている。
もっとも狭義の乗り心地は、振動に関するものである。人体の振動に対する感覚は、振動の向きと周波数に依存しており、どの程度の振動を人体が等しく感じるのかを実験により測定し、等感覚曲線を描くことで振動の影響を評価する仕組みを用意している。
国際標準化機構 (ISO) では、西ドイツの基準を参考に1974年にISO 2631として「全身振動の評価法」という国際基準を定め、その後1985年にpart 1からpart 4の評価対象振動ごとの規格にまとめられた。この際に1974年の規格はISO 2631-1となったが、内容はほとんど変更されなかった。1997年の改定によってISO 2631-1は大きく改変されている。
ISO 2631-1において振動を評価する際には、人体を基準に振動の向きを定めている。立っているとき、座っているときのいずれも、身体の前後方向がX軸、左右方向がY軸、上下方向(頭と尻または足を結ぶ方向)がZ軸となる。寝ているときも同様の向きであるが、床面に対する人体の向きが変化したため、床面方向がZ軸、床面と鉛直方向がX軸となる。同一の振動であっても、座っているあるいは立っているときと寝ているときで、異なる向きとして評価されることになるので、人が寝ることがある建屋内などでの振動測定において問題となる。ISO 2631-2においてはこの問題に対応するために、Z軸とX/Y軸の複合特性で評価する方法を規定している。
振動が人間の健康、快適性、知覚、動揺病に影響を与える程度は、振動の周波数に依存する。また振動の向きに応じても異なるため、振動の軸ごとに周波数に応じて補正をかける係数が用意されている。
そこで評価にあたっては、設定した各路面に対して低速から高速までの走行条件を設定して評価する必要がある。
実車の走行試験を行って乗り心地の評価を行う際には、シートやカーペットに振動加速度を計測するセンサーを取り付けて実施する。これによって得られるデータは、人体の振動特性を反映したものとなるため、被験者の個体差が大きなものとなり、同一被験者でも姿勢や緊張状態によって結果が変化することから、複数の被験者に実験を繰り返して平均値をとる必要がある。英国規格のBS6841においては、フロア並進3軸、シートクッション並進3軸および回転3軸、バックレスト並進3軸の合計12軸の振動を計測して、周波数の重みづけを行うウェイティングカーブと軸間の重みづけをおこなう軸間係数を定義している。測定した各軸振動に周波数ウェイティングを行って実効値を計算し、軸間係数を乗じてから各軸の値を2乗和平方根によって総合的な乗り心地指数を計算する。BS6841の評価においては、シートクッションの上下振動に関しては、5 - 16ヘルツにおいてもっとも敏感であるとされている。