基于多自由度人体模型的商用车座椅悬架振动研究

发布时间：2020-06-15 22:03

【摘要】：商用车需要有较高的承载能力,悬架刚度较大;由于其经常处于恶劣的行驶环境中,路面状况的多变、不平坦使得驾驶室内的振动问题频发。研究表明,长时间处于振动的环境下,会使驾驶员极易产生疲劳,并且影响其对车辆的准确操控,同时会对驾驶员的身体健康产生严重危害,引发一系列的职业病。目前,国内外的专家学者将研究的焦点集中于如何降低商用车驾驶室内的振动,甚至完全隔离振动,起到提高汽车行驶舒适性的目的。配备良好的座椅悬架系统成为了提高商用车平顺性行之有效的办法。传统的被动座椅悬架采用调整座椅结构、优化座椅悬架的刚度阻尼等方法,对座椅的振动特性有一定程度的改善,但是并不能完全适应路面工况的要求;而主动座椅悬架存在结构复杂、成本过高等局限性,半主动座椅悬架越来越多的成为研究的焦点。同时,磁流变阻尼器以其易加工、结构简单及可控性好的优点,使得基于磁流变阻尼器的半主动座椅悬架成为了研究热点。本文将结合某商用车座椅悬架的开发项目,研究和探讨座椅悬架系统在工程应用中的关键技术。本文的主要研究工作按照以下四个方面展开:(1)被动座椅悬架系统的优化。考虑人体各部分对振动的敏感程度不同,建立基于多自由度人体模型的被动座椅悬架系统模型。根据国标GB 8419-87中规定的商用车驾驶室座椅的试验加速度功率谱函数,通过傅里叶逆变换法求得座椅底板振动的时域激励。对被动座椅悬架系统的刚度和阻尼进行基于带精英策略的非支配遗传算法(NSGA-II)的优化,一定程度改善人体振动。(2)基于半主动座椅悬架系统的磁流变阻尼器动力学特性试验与建模。参照相关标准进行了阻尼器的动态特性试验,选取双曲正切模型对其特性进行描述,利用得到的试验数据,借助MATLAB软件对力学模型的关键参数进行拟合,并验证模型的准确性。将试验值与模拟值进行对比,结果验证了建立的双曲正切模型具有可靠性。(3)半主动座椅悬架系统的模拟与仿真。制定半主动座椅悬架系统的控制策略,提出两种不同的控制方法,分别应用于基于磁流变阻尼器的半主动座椅悬架,对比分析这两种算法的特点。建立基于多自由度人体模型的半主动座椅悬架动力学模型,并通过MATLAB/SIMULINK搭建控制系统的仿真模型,采用两种不同的控制算法(即天棚阻尼控制与模糊自适应PID控制)对模型中的磁流变阻尼器进行控制,设计动态仿真试验,比较两种算法对应的仿真结果,并进行分析。(4)多自由度人体模型座椅悬架系统在商用车东风EQ1141上的应用。建立四分之一整车七自由度“人体-座椅-悬架-车”动力学模型,建立C级路面及D级路面的时域不平度模型,对七自由度半主动“人体-座椅-悬架-车”系统模型进行仿真,并分析半主动系统的减振效果。本课题所进行的研究是为了改善商用车驾驶室环境,提高驾驶员乘坐舒适性,座椅悬架具有一定的优越性,也较容易实现,应用在商用车上具有一定现实意义。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.836
【图文】：

商用车及驾驶室座椅示意图

座椅悬架,简化模型

布参数的复杂系统。传统座椅悬架模型都是把人体作为一个集中的质量块，建立的单自由人体模型，忽略了人体各部分对振动的不同反应，这显然是不科学的。因此，在座椅悬架中加入多自由度人体模型十分必要。传统被动座椅悬架以优化座椅、坐垫的方式提高驾驶舒适性；现有商用车座椅多配有减振器，对座椅的振动特性有一定程度的改善，但是并不能完全的适应路面工况的要求，如图 1.2（a）。因为商用车的行驶工况千变万化，在提高舒适性与降低悬架动行程这一矛盾中，减振器阻尼系数选取较为困难，通常情况下，阻尼系数的大小应该根据不同的路面行驶工况进行选取。举例来说，如果车辆处于道路条件良好、路面平坦的运行工况下，该系数的取值可以取小一些，即可满足座椅悬架系统的可靠运行；而当车辆处于道路条件较差、路面极不平坦的工况下时，不得不调高该系数的数值，防止座椅悬架系统出现不可靠运行工况[1]。半主动、主动悬架可以对其悬架刚度和阻尼进行无极调控，以满足不同工况的性能需求，如图 1.2（b）、（c）。

【参考文献】