坐姿人体垂向振动模型研究及应用

发布时间：2017-07-13 10:22

  本文关键词：坐姿人体垂向振动模型研究及应用

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【摘要】：车辆的平顺性已成为评价汽车性能的一项重要指标。然而,在汽车前期开发中,一般没有考虑人体振动模型,或者只是把人体等效为刚体,这就导致汽车减振元件设计不合理,使得乘员的舒适性降低。在汽车平顺性试验中,当用真人作为汽车座椅载荷时,由于被试者的年龄、体型、职业等的差异,导致试验结果差异较大,对于同一名被试者,由于乘坐姿势和身体状态的不同,试验的重复误差也较大;当用沙袋或水人作为载荷时,由于其不能模拟人体的振动特性,故不能客观地测量汽车的平顺性评价指标。国外学者对欧美坐姿人体垂向振动特性进行了大量的研究,制定了ISO5982-2001标准,建立了完善的坐姿人体垂向振动模型。而国内只是单独研究了中国坐姿人体的视在质量(AM)、驱动点机械阻抗(DPM)或者座椅-头部传递函数(STH)特性,这并不能全面地反映坐姿人体的垂向振动特性。同时,国内外坐姿人体模型实物只是在早期有过少量研究,目前没有广泛地应用于汽车的平顺性试验。所以,应该全面研究中国坐姿人体垂向振动特性,应用于汽车平顺性的前期开发,能够更好地匹配减振元件;开发出中国坐姿人体模型实物,应用于汽车的平顺性试验,能够准确客观地测量平顺性评价指标。鉴于以上分析,本文开展了以下研究工作。首先,进行了标准试验条件下坐姿人体垂向振动特性研究。利用搭建的人体振动试验台,对30名志愿者进行了标准条件下的人体振动试验,获取了坐姿人体垂向振动特性的三个指标,分别为视在质量、驱动点机械阻抗和座椅-头部传递函数;通过对比发现,本次试验的中国坐姿人体垂向振动特性与ISO5982-2001标准差别较大。其次,进行了不同条件下坐姿人体垂向振动特性研究。进行了不同试验条件下的人体振动试验,获取了坐姿人体垂向振动特性数据。研究结果表明,相比于标准试验,振动强度增大、手放在扶手上和脚垫高度由低变高后,坐姿人体垂向振动特性呈一定的变化规律;坐姿人体垂向振动特性与体重、身高和身体质量指数有一定的线性关系。然后,进行坐姿人体垂向振动模型及实物研究。根据坐姿人体振动特性,建立两自由度、三自由度和四自由度坐姿人体模型,均可以近似表达中国坐姿人体的视在质量和驱动点机械阻抗特性,同时,四自由度坐姿人体模型还可以近似表达中国坐姿人体座椅-头部传递函数特性,能够更全面地表达坐姿人体的振动特性;根据两自由度坐姿人体模型参数,开发出了坐姿人体模型实物,能近似模拟中国坐姿人体的视在质量和驱动点机械阻抗特性,可以作为汽车平顺性试验时的座椅载荷。最后,将坐姿人体模型及实物应用于车辆的平顺性设计中。建立人-车-路系统动力学模型,仿真结果表明,中国两自由度坐姿人体模型座垫处加权加速度均方根值相对于沙袋模型小17%左右,相对于ISO5982-2001坐姿人体模型大9%左右。将坐姿人体模型实物和沙袋分别进行硬件在环试验,试验结果表明,坐姿人体模型实物座垫处的加权加速度均方根值比沙袋小10%左右。应用不同的坐姿人体模型对车辆减振器阻尼进行优化,结果表明,应用中国两自由度坐姿人体模型优化出的减振器阻尼相对于沙袋模型大27%左右,相对于ISO5982-2001坐姿人体模型小7%左右。而中国两自由坐姿人体模型和实物可以近似模拟中国坐姿人体的垂向振动特性,故能更好地应用于中国车辆的设计与开发。
【关键词】：坐姿人体模型 视在质量 驱动点机械阻抗 座椅-头部传递函数 优化设计
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U461.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 研究的背景和意义12-13
• 1.2 相关研究的发展历史和研究现状13-17
• 1.2.1 坐姿人体垂向振动模型13-15
• 1.2.2 不同条件下坐姿人体垂向振动特性15-17
• 1.3 论文技术路线及主要研究内容17-20
• 1.3.1 技术路线17
• 1.3.2 主要研究内容17-20
• 第2章 标准试验条件下坐姿人体垂向振动特性研究20-32
• 2.1 试验台架搭建20-24
• 2.1.1 试验台总体方案20-21
• 2.1.2 直线电机及伺服控制器21
• 2.1.3 测力座椅21-22
• 2.1.4 测试传感器22-23
• 2.1.5 数据采集卡23-24
• 2.2 标准条件下坐姿人体垂向振动试验24-29
• 2.2.1 试验对象24
• 2.2.2 试验过程24-26
• 2.2.3 试验数据处理与结果分析26-29
• 2.3 中国坐姿人体垂向振动特性与ISO5982-2001比较29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 不同条件下坐姿人体垂向振动特性研究32-46
• 3.1 PASW Statistics软件简介32
• 3.2 试验条件对坐姿人体垂向振动特性的影响32-40
• 3.2.1 大振动强度32-34
• 3.2.2 手放在扶手上34-37
• 3.2.3 不同脚垫高度37-40
• 3.3 人体身体特性对坐姿人体垂向振动特性的影响40-45
• 3.3.1 体重40-42
• 3.3.2 身高42-44
• 3.3.3 身体质量指数44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 坐姿人体垂向振动模型及实物研究46-60
• 4.1 坐姿人体垂向振动模型建立46-54
• 4.1.1 两自由度坐姿人体模型46-49
• 4.1.2 三自由度坐姿人体模型49-51
• 4.1.3 四自由度坐姿人体模型51-54
• 4.2 两自由度坐姿人体模型实物开发54-59
• 4.2.1 两自由度坐姿人体模型实物方案设计及试制54-57
• 4.2.2 两自由度坐姿人体模型实物调试57-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 坐姿人体模型及实物在车辆平顺性设计中的应用60-74
• 5.1 坐姿人体模型对车辆平顺性评价的影响60-66
• 5.1.1 路面输入模型60-62
• 5.1.2 人车路系统动力学模型62-64
• 5.1.3 平顺性评价方法64
• 5.1.4 仿真结果分析64-66
• 5.2 坐姿人体模型实物对车辆平顺性评价的影响66-69
• 5.2.1 硬件在环试验原理介绍66-67
• 5.2.2 硬件在环系统动力学模型67-68
• 5.2.3 硬件在环试验及结果分析68-69
• 5.3 坐姿人体模型对车辆减振器阻尼优化的影响69-71
• 5.3.1 约束条件70
• 5.3.2 目标函数70-71
• 5.3.3 优化结果71
• 5.4 本章小结71-74
• 第6章 全文总结与展望74-76
• 6.1 全文总结74-75
• 6.2 研究展望75-76
• 参考文献76-80
• 攻读学位期间取得的科研成果80-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 高江华;侯之超;何乐;夏群生;;坐姿人体垂向振动特性及其两自由度模型[J];中国科学:技术科学;2011年12期

2 侯之超;高江华;何乐;;坐姿人体垂向振动特性及其三自由度模型参数[J];哈尔滨工程大学学报;2011年09期

3 陈杰平;陈无畏;祝辉;朱茂飞;;基于Matlab/Simulink的随机路面建模与不平度仿真[J];农业机械学报;2010年03期

4 张鄂;刘明利;邵晓春;单军勇;王东生;;动态环境人-车系统的人体振动特性研究与仿真[J];工程设计学报;2009年03期

5 张鄂;许林安;刘中华;李晓玲;;多自由度坐姿人体上体系统动力学建模与振动特性研究[J];工程设计学报;2008年04期

6 潘双夏;陈助碧;冯培恩;;M-File S-函数在时域路面不平度建模中的应用[J];中国工程机械学报;2006年04期

7 董尔珠,黄恩丽,王亚夫,施光涛,林茂成;汽车试验用人体振动模拟仪[J];汽车技术;1993年02期

8 冯焕玉;;两自由度人体振动模型及其在汽车平顺性试验中的应用[J];汽车技术;1986年05期

9 郭孔辉;汽车振动与载荷的统计分析及悬挂系统参数的选择[J];汽车技术;1976年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 高江华;乘员—坐垫系统垂向动力学建模与分析[D];清华大学;2014年

2 郭耀华;减振器实物在环系统开发及其应用技术研究[D];吉林大学;2013年

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本文编号：536487