坐姿人体四自由度集中参数动力学模型研究

发布时间：2017-09-04 11:24

  本文关键词：坐姿人体四自由度集中参数动力学模型研究

  更多相关文章： 人体动力学 集中参数模型 参数辨识 NSGA-Ⅱ算法 多目标优化

【摘要】：汽车在行进过程中会产生振动,当垂向的振动的频率在1-2 Hz时会使乘员感到不适,在严重情况下甚至会引发交通事故或者致人受伤。为了对载运工具乘坐舒适性进行评估和改进,同时为了研究和改善对乘员的安全防护,实现一种“舒适乘坐和健康驾驶”的愿景,建立一种简单而有效的坐姿人体动力学模型具有重要意义。在研究载运工具的垂向振动对坐姿人体的影响的过程中,建立一种高效的集中参数模型被认为是深入研究载运工具的垂向振动对坐姿人体的影响的重要方法。本文主要进行了坐姿人体四自由度集中参数动力学模型的建模、辨识、仿真工作。首先,以18参数四自由度的坐姿人体动力学模型为例进行了椅-头传递函数、驱动点机械阻抗、视在质量的公式推导,并穷举出23种不同结构的四自由度模型。然后,使用基于Pareto优化的带有精英策略的非支配排序遗传算法进行模型的参数辨识,并利用拟合优度对模型的辨识结果进行了评价。同时使用相同的方法对不同结构的四自由度模型进行了同样的参数辨识与结果评价。通过相互对比,得出最能够描述坐姿人体动力学响应的模型。最后,使用新提出的模型建立了人-椅-车集中参数模型并使用Simulink进行整车仿真,并用动力学响应和垂向均方根加速度对仿真结果进行了分析评价。仿真结果表明了新的模型可以应用于整车仿真的工作。本文所提出的四自由度模型为带有乘员的整车仿真工作提供了方便。
【关键词】：人体动力学 集中参数模型 参数辨识 NSGA-Ⅱ算法 多目标优化
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U461.4;U467.1
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 研究意义16
• 1.2 国内外研究现状16-21
• 1.2.1 集中参数模型的国内外研究进展16-20
• 1.2.2 有限元模型的研究进展20-21
• 1.2.3 多体动力学模型的研究进展21
• 1.2.4 其他特殊模型21
• 1.3 主要研究内容21-24
• 1.3.1 研究思路21
• 1.3.2 主要工作21-24
• 第二章 人体集中参数模型的建立24-34
• 2.1 本章引言24
• 2.2 人体动力学模型的介绍24-25
• 2.2.1 集中参数模型24
• 2.2.2 有限元模型24-25
• 2.2.3 多体模型25
• 2.3 集中参数模型的建模思路25-26
• 2.3.1 选择集中参数模型的原因25
• 2.3.2 集中参数模型的自由度数量选择25-26
• 2.3.3 集中参数模型的线性与非线性的选择26
• 2.3.4 集中参数模型的结构选择26
• 2.4 集中参数模型的结构26-27
• 2.5 集中参数模型的评价指标27-30
• 2.5.1 三种评价指标的介绍27-28
• 2.5.2 三种评价指标的公式推导28-30
• 2.6 四自由度集中参数模型的列举与对比30-32
• 2.7 本章小结32-34
• 第三章 多目标优化问题的理论34-46
• 3.1 本章引言34
• 3.2 多目标优化问题发展34-35
• 3.3 多目标优化问题的理论35-41
• 3.3.1 多目标优化问题的基本概念35-38
• 3.3.2 Pareto最优的基本定义与理论38-41
• 3.4 多目标优化问题的求解方法41-44
• 3.4.1 经典的多目标优化问题的求解方法41-42
• 3.4.2 使用进化算法的多目标优化问题的求解方法42-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 人体集中参数模型的参数辨识46-60
• 4.1 本章引言46
• 4.2 参数辨识的基本理论46-47
• 4.3 试验数据47-48
• 4.4 模型的参数辨识48-52
• 4.4.1 算法的选择48-49
• 4.4.2 优化目标函数49-50
• 4.4.3 优化参数50
• 4.4.4 参数辨识结果与评估50-52
• 4.5 各个模型的参数辨识52-53
• 4.6 与已有模型对比53-57
• 4.6.1 前人的四自由度模型的选取53-55
• 4.6.2 六种模型的对比55-57
• 4.7 本章小结57-60
• 第五章 人-椅-车集中参数模型的建模与仿真60-78
• 5.1 本章引言60
• 5.2 人-椅-车集中参数模型背景意义60
• 5.3 整车集中参数模型简介60-62
• 5.3.1 考虑垂直、俯仰、侧倾的整车模型60-61
• 5.3.2 考虑垂直、俯仰的整车模型61
• 5.3.3 考虑垂直的整车模型61-62
• 5.4 人-椅-车集中参数模型的建立62-65
• 5.4.1 人-椅-车集中参数模型的结构63-64
• 5.4.2 人-椅-车集中参数模型的系统运动微分方程64-65
• 5.5 人-椅-车模型的Simulink实现65-69
• 5.5.1 路面输入的外部激励的Simulink实现65-67
• 5.5.2 人-椅-车模型的Simulink实现67-69
• 5.6 人-椅-车模型的人体动力学响应Simulink仿真69-75
• 5.6.1 人-椅-车模型的人体动力学响应分析69-72
• 5.6.2 人-椅-车模型的人体垂向均方根加速度分析72-75
• 5.7 本章小结75-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 总结78-79
• 6.2 不足与展望79-80
• 参考文献80-86
• 附录86-88
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况88

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本文编号：791250