【摘要】：车辆行驶中,路面激励经轮胎、悬架衰减后传至车身。由于悬架及轮胎的结构设计需综合考虑整车的行驶性能,特别是行驶稳定性要求,故参数和结构优化受限。主动悬架系统虽能在保证稳定性的前提下提升行驶平顺性,但因硬件要求高、能耗大且成本昂贵,除少数高端车型外并未得到广泛使用。研究表明,大多数乘用车在经一二级隔振后,司乘人员仍旧暴露在低频高强度振动下,长期如此会造成内脏器官及脊椎系统的损伤。座椅作为直接与司乘人员相连的最终隔振环节,对其进行优化设计既不影响整车行驶性能,又便于实现,是衰减人体垂向振动,提高平顺性的有效手段。近年来所出现的由弹簧、减振器组成的座椅悬架系统,虽能进一步衰减高频振动,但同时导致低频段隔振能力恶化。本文对坐姿人体的振动特性进行了分析,以降低人体垂向加速度为研究目的,以座椅悬架为研究对象,进行了主被动控制系统的设计以及仿真验证,具体内容如下:针对坐姿人体低频耐受性差的问题,仅考虑车身的垂向、俯仰运动与座椅的垂向运动,建立了六自由度“车轮-车身-座椅、人体”隔振系统模型,采用加速粒子群算法在保证在避开车身固有频率,同时使人体垂向最敏感频率范围位于减振区域内的条件下对座椅悬架中的刚度、阻尼系数进行了参数优化,提升了座椅悬架系统低频段隔振性能。为进一步衰减低频段“座椅、人体”垂向加速度,提升座椅隔振性能,建立了线性二次型最优控制座椅悬架系统。由于所设计的控制系统中车辆前后轮的路面输入无法直接测得,为保证最优控制系统的完全可测,引入了可用以保证系统完全可测的状态观测器。最优控制器的中控制性能的优劣受所设计的目标函数加权矩阵影响极大,然而在常规最优控制器中加权矩阵往往由设计者依据专家经验人为主观确定,易使控制结果陷入局部最优。本文通过加速粒子群算法寻优确定了所设计最优控制器目标函数的加权矩阵,克服了根据经验人为确定的弊端。将基于加速粒子群算法优化的座椅悬架最优控制系统的仿真结果同参数优化被动系统和目前研究中常采用的遗传算法确定加权矩阵的最优控制系统进行对比,验证了基于加速粒子群算法的最优控制系统在衰减人体垂向最敏感频率段“座椅、人体”垂向加速度方面的有效性,提升了座椅的隔振能力。由于最优控制中被控系统的完全可测常需依赖于状态观测器,且要求系统能提供精确数学模型,使其在实际工程中的应用受限。本文考虑利用结构简单且无需确定系统的精确模型的PID控制系统以及模糊控制系统来实现对座椅悬架系统的控制,以衰减“座椅、人体”的垂向加速度,将所设计的主动座椅悬架系统同被动系统进行的仿真对比可知:PID座椅悬架系统能够有效降低“座椅、人体”的垂向加速度,但是受制于常规PID控制器中三环节的参数为固定值,系统无法适应时变的工况,仅能在设定好的特定工况下达到最佳的控制性能;而所设计的模糊控制器由于被控量较小,自身控制精度差,无法有效的实现对座椅悬架隔振性能的提升。本文将上述两种控制策略结合构成复合控制系统,建立了基于模糊PID控制器的座椅悬架隔振系统,由模糊控制器所输出的参数修正值完成对PID控制器中三环节参数的整定。该控制器既解决了控制性能与鲁棒性、动态与静态性能之间的矛盾,又能够较好的适应实际工程中的时变工况。通过对系统仿真结果的分析,座椅悬架模糊PID控制系统相较于被动系统能够大幅降低人体敏感频率段的“座椅、人体”的垂向加速度,且对于座椅隔振能力的提升相较于仅由单一的PID控制器或模糊控制器进行控制的座椅悬架系统有大幅的提升。为进一步验证所设计复合模糊PID控制系统在提升座椅隔振性能方面的有效性,对所设计的主动座椅悬架系统进行ADAMS/Simulink联合仿真。在ADAMS中完成了对“车辆-剪式座椅-人体”耦合系统的建模,借助于ADAMS/Controls插件模块实现了 ADAMS中系统模型与MATLAB/Simulink中模糊PID控制器之间的通信联系。通过动力学模型与仿真软件之间的联合仿真,进一步验证了所设计模糊PID座椅悬架隔振系统的有效性。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.836
【图文】：
进行定量的评价一直存在较大争议。逡逑通过进行的大量实验可以得出坐姿时人体垂直振动的传递率随振动频率变逡逑化的曲线如图１－２所示［１］。在常规的重力条件下，人体的第一阶共振峰出现在逡逑４－６Ｈｚ频率段处，此时振动能量的传递率最大，会出现较为严重的生理效应；人逡逑体的第二阶共振峰出现在８－１２Ｈｚ频率段处，此时人体的生理效应相对开始减弱，逡逑且随着频率的不断升高，传递至人体的振动也得到了逐步衰减。逡逑人体各部分在垂直方向的固有频率见表１－１，可见各部位的固有频率均集中逡逑于低频段，故各级隔振环节能否有效衰减最终传至人体的低频段振动是能否有效逡逑改善人体舒适性、提升行驶平顺性的关键。逡逑６逡逑
时间因素的依赖过多、无角振动评价指标等。１９９７年国际标准化组织对ＩＳ０２６３１逡逑进行了修订，新标准将评价的频率范围拓展到０．５－８０ＨＺ，并给出了不同轴向振动逡逑分量在指定频率范围内的加权函数，如图１－３所示。逡逑１０｜逦逡逑０．１邋ｈ逦Ｉ邋｜邋Ｉ逦＞ｖ邋＼逦＼邋Ｉ逡逑ｉ邋｜｜邋ｉＸＸ逡逑Ｉ逦ｗ逡逑」５邋Ｌ？逡逑０．１邋！．０邋１０邋１００逡逑s率／／Ｈｚ逡逑图１－３各轴向频率加权函数示意图逡逑垂向频率加权函数可由以下公式表示如下：逡逑＂０．５（０．５＜／＜２）逡逑／／４（２＜／＜４）逡逑１（４＜／＜１２．５）逡逑１２．５／／（１２．５＜／＜８０）逡逑新标准指出，４－１２．５ＨＺ频率段为人体的在垂直方向最为敏感的频率段范围，逡逑８逡逑
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 张丽萍;;车辆和座椅悬架的集成控制策略研究[J];机械设计与制造;2015年10期
2 李睿;郭立新;;车辆人-椅系统主要参数对舒适度敏感性分析[J];汽车工程;2015年01期
3 陈学文;张衍成;张玉蛟;杨威勇;邵鹏生;;车辆座椅悬架自适应模糊PID控制及仿真[J];机械科学与技术;2014年05期
4 陈学文;张衍成;杨威勇;邵鹏生;;车辆座椅悬架模糊控制与仿真[J];制造业自动化;2013年22期
5 孟杰;陈庆樟;张凯;;驾驶员座椅悬架模糊控制的联合仿真研究[J];农机化研究;2013年08期
6 王思卓;邹浙湘;李明扬;;半主动车辆座椅悬架系统的控制与仿真[J];交通标准化;2012年18期
7 郝雪玲;潘公宇;聂秀伟;;驾驶员座椅悬架系统主动控制研究与仿真分析[J];机床与液压;2011年23期
8 赵强;丁柏群;杨瑞;宋百玲;朱宝全;;车辆座椅悬架的研究进展[J];上海汽车;2011年04期
9 段虎明;石峰;谢飞;张开斌;;路面不平度研究综述[J];振动与冲击;2009年09期
10 曹君;刘少军;朱浩;黄运明;;基于H_∞控制的车辆座椅主动悬架系统[J];机电工程;2007年03期
相关硕士学位论文 前5条
1 张朋;车辆座椅主动悬架控制策略及Simulink仿真研究[D];辽宁工业大学;2016年
2 杨楠;工程车辆空气弹簧座椅模糊神经网络振动控制[D];太原科技大学;2012年
3 陈云微;基于滑模变结构控制的车辆半主动座椅悬架研究[D];东北林业大学;2012年
4 邓正万;基于模糊PID空气悬架电子控制系统的研究[D];江苏大学;2008年
5 刘文强;车辆主动悬架的模糊PID控制器研究[D];浙江工业大学;2003年
本文编号：
2724319
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/2724319.html
