多模式座椅减振系统研究(附件)
汽车驾驶员座椅振动系统的动态参数对汽车平顺性和乘用舒适性有着重要的影响。本课题主要简要介绍了驾驶员座椅的结构和分类，并针对“车身-座椅-人体”的简化系统建立了三自由度的物理模型和数学模型，并使用MATLAB软件的Simulink模块模拟出了A、B、C级路面时域激励信号，对其驾驶员的振动特性仿真分析，通过主动控制调整刚度来得出模型在路面时域激励信号下驾驶员垂直方向的位移、加速度曲线和加权加速度均方根值。在此基础上对驾驶员座椅振动系统进行简单的优化，并将结果进行分析比较，结果表明：应对各级路面时，通过对座椅减震器刚度的调节，在保证一定的转向和操作稳定性的同时，在一定程度上减轻了路面对驾驶员的冲击，改善了乘用舒适性。
关键词 汽车座椅，振动系统，舒适性，建模仿真
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的内容与意义 1
1.2 汽车驾驶员座椅振动系统的简介 1
1.3 汽车驾驶员座椅振动系统的研究现状及发展趋势 4
2 人体—座椅系统模型 6
2.1 人体对振动的反应和振动的评价 6
2.2 “人体—座椅”系统模型的探讨 7
2.3 建立“车身-座椅-人体”系统动态模型 8
3 MATLAB建模仿真 10
3.1 MATLAB软件介绍 10
3.2 MATLAB/Simulink工具箱简介 11
3.3 随机路面仿真模型的建立 11
3.4 座椅系统模型的求解过程和模型的建立 16
4 仿真过程和结果分析 18
4.1 多模式下座椅刚度的调节 18
4.2 仿真过程 20
4.3 运行仿真及结果分析 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 绪论
1.1 课题研究的内容与意义
随着生活水平的逐渐提高，人们不再只是满足于汽车的代步功能，而对汽车乘坐舒适性的要求也越来越高，如何提高汽车的乘坐舒适性已经成为汽车设计与开发过程中的重要问题。
汽车乘坐舒适性包括静态舒适性与动态舒适性，静态舒适性主要与尺寸参数、调节特性、表面质量等相关，而动态特性与振动特性有关。在汽车三个减振环节中，座椅动态参数的变化对汽车实用性能不会有很大影响，并且制造容易实现，周期短，见效快。在常见的汽车事故之中，汽车座椅能够确保驾驶员处于自身的安全空间内，以防其他车载体进入到这个空间，对驾驶员安全造成威胁；同时，它又能减少二次碰撞，吸收驾驶员与汽车的内部物件相互碰撞的能量，从而将事故伤害降到最低。而在日常驾驶中，汽车座椅又是驾驶员最直观的感受汽车舒适性的组件，它可以保证驾驶员更方便更舒适的操作汽车，保证汽车长时间的安全行驶；同时，汽车座椅也保障了驾驶员始终处于良好的姿势和状态，长时间的舒适性可以有效缓解驾驶疲劳。所以从改善汽车乘坐舒适性来讲研究驾驶员座椅的振动系统是很有必要的。
本课题主要研究的是驾驶员座椅振动系统的结构和工作情况，并在此基础上运用MATLAB/simulink软件建立座椅悬架的仿真模型，通过模型仿真来进行驾驶员座椅系统的振动分析，最后对结果进行研究和分析。本课题的目的是：改善驾驶员座椅的舒适性、提高驾驶员的工作效率、延长驾驶员所能承受的疲劳时间界限、最大可能的衰减有害振动和降低对驾驶员造成身心伤害。同时也能为实际生产提供了理论依据与指导方法，缩短了开发周期，降低了开发成本，使设计师在产品开发阶段就能够预测产品的性能。
1.2 汽车驾驶员座椅振动系统的简介
驾驶员座椅振动系统总的来讲就是座椅悬架，它是由座椅与车身一切传力装置所构成的，这个系统能够将路面作用在车轮上的垂直反力（支撑力）、纵向反力（制动力和牵引力）、侧向反力以及所有这些力产生的力矩，全部通过座椅悬架传递到座椅最终传递到人体。座椅悬架的主要功用就是既可以传递这些力和力矩，又能够降低行驶路面工况对驾驶人员的冲击，提高汽车驾驶员的乘坐舒适性，并且减少长期从事驾驶行业所受到的健康损害。
1.2.1 汽车驾驶员座椅振动系统的结构特点
汽车从最初的发明开始，座椅就伴随着它的诞生而出现，历经一百多年发展，随着车辆工程的发展和人们不断提高的各方面要求，汽车座椅不仅仅是单纯满足乘坐需要的重要车身部件，而且也密切关系到驾驶员的乘坐舒适性和安全性，它是集人机工程学、控制工程学、机械振动学等为一体的系统工程产品。
如图1-1所示，汽车座椅一般是由头枕、靠背、调节装置、座垫和座椅连接件等部件组成，汽车座椅的基础结构是汽车座椅骨架，它可以分为靠背骨架和座垫骨架两部分。
图1-1 座椅组成
早期的汽车驾驶员座椅并无我们现在看到的弹性悬架系统，座椅骨架同车辆的底板之间是刚性联接的。人们在设计中为增加座椅弹性，通常使用相互连接的勾簧来作为座垫支撑。众所周知此结构的座椅隔振效果是相对有限的，相反的是还会使振动强度放大。现在伴随着科学技术和经济的日益发展，人们对乘坐舒适性的要求越来越高，弹性悬架结构的驾驶员座椅如今基本替代了早期刚性连接的座椅。
传统的座椅悬架主要是由弹性元件、导向元件和阻尼元件所组成，这种组成形式是基于经典隔振理论和乘坐的舒适性要求，针对特定的路面状况和特定的汽车运行状况进行针对性设计的，它的振动系统的振动特性固定不变，即它的座椅悬架刚度和阻尼系数不会随着路面状况和汽车运行状况改变而改变；而随着现代汽车研究和科学技术的日益发展，更多的研究人员投入到了主动控制悬架的研究，主动控制悬架主要是由信号传感器、控制装置、驱动器和执行结构组成。其中，控制装置作为整个悬架系统的信息处理中心，它收集从传感器传来的信号，按照给定的处理方法与控制策略，它先计算控制输出量，然后发送给驱动器进行信号转换与功率放大，驱动执行机构来完成控制动作，从而实现控制目的，构成闭环控制系统。主动悬架可以根据悬架系统状况和当前路面输入主动作出反应，这样的话座椅悬架的刚度和阻尼都是可以调节的，从而削减座椅悬架传递到人体的振动冲击，提高驾驶员乘坐舒适性。
1.2.2 汽车驾驶员座椅振动系统的类型和特点
驾驶员座椅悬架通常可分为被动座椅悬架、半主动座椅悬架和主动座椅悬架。
图1-2 被动座椅悬架 图1-3 主动座椅悬架 图1-4 半主动座椅悬架
1）被动座椅悬架
被动座椅悬架如图1-2所示，它的内部没有能源供给装置，其弹性和阻尼系数是根据经验或优化设计的方法确定，参数确定之后就不随外部状态而变化。所以我们在对被动座椅悬架进行研究时，悬架参数的测定、分析、优化这些方面是主攻方向，尤其是悬架弹性特性的研究。被动座椅悬架系统即使是经过优化之后，它的系统减振性能也不会从根本上得到改善，减振性能还是具有较大的局限性，所以其研究价值相对来说不是很大。
2）主动座椅悬架
主动座椅悬架一般有两种形式，一种常见的是在被动悬架中安装一个能够产生可控制作用力的装置，参见图1-3，液压缸或者电动滚珠丝杠等力发生器通常作为此装置的执行机构，控制装置能根据路面状况，通过控制算法实时调节悬架的刚度与阻尼,使其处于最佳的减振状态。另一种形式的座椅悬架则不用弹簧和固定阻尼，只用可控力发生器连接。
图2-1人体坐姿受振模型
2.1.2 振动的评价
在对驾驶员进行振动影响评价时，尤其是对驾驶员进行某个单方向振动评价时，比如横向振动、纵向振动或者垂直方向振动，国际标准ISO2631中优先选择总加权加速度均方根值来进行评价。鉴于本文主要研究的是座椅悬架垂直方向的振动对驾驶员的影响情况，所以可以采用加权加速度均方根值或者加权振级来评价振动对人体舒适和健康的影响，评价标准见表2-1。
1 绪论 1
1.1 课题研究的内容与意义 1
1.2 汽车驾驶员座椅振动系统的简介 1
1.3 汽车驾驶员座椅振动系统的研究现状及发展趋势 4
2 人体—座椅系统模型 6
2.1 人体对振动的反应和振动的评价 6
2.2 “人体—座椅”系统模型的探讨 7
2.3 建立“车身-座椅-人体”系统动态模型 8
3 MATLAB建模仿真 10
3.1 MATLAB软件介绍 10
3.2 MATLAB/Simulink工具箱简介 11
3.3 随机路面仿真模型的建立 11
3.4 座椅系统模型的求解过程和模型的建立 16
4 仿真过程和结果分析 18
4.1 多模式下座椅刚度的调节 18
4.2 仿真过程 20
4.3 运行仿真及结果分析 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 绪论
1.1 课题研究的内容与意义
随着生活水平的逐渐提高，人们不再只是满足于汽车的代步功能，而对汽车乘坐舒适性的要求也越来越高，如何提高汽车的乘坐舒适性已经成为汽车设计与开发过程中的重要问题。
汽车乘坐舒适性包括静态舒适性与动态舒适性，静态舒适性主要与尺寸参数、调节特性、表面质量等相关，而动态特性与振动特性有关。在汽车三个减振环节中，座椅动态参数的变化对汽车实用性能不会有很大影响，并且制造容易实现，周期短，见效快。在常见的汽车事故之中，汽车座椅能够确保驾驶员处于自身的安全空间内，以防其他车载体进入到这个空间，对驾驶员安全造成威胁；同时，它又能减少二次碰撞，吸收驾驶员与汽车的内部物件相互碰撞的能量，从而将事故伤害降到最低。而在日常驾驶中，汽车座椅又是驾驶员最直观的感受汽车舒适性的组件，它可以保证驾驶员更方便更舒适的操作汽车，保证汽车长时间的安全行驶；同时，汽车座椅也保障了驾驶员始终处于良好的姿势和状态，长时间的舒适性可以有效缓解驾驶疲劳。所以从改善汽车乘坐舒适性来讲研究驾驶员座椅的振动系统是很有必要的。
本课题主要研究的是驾驶员座椅振动系统的结构和工作情况，并在此基础上运用MATLAB/simulink软件建立座椅悬架的仿真模型，通过模型仿真来进行驾驶员座椅系统的振动分析，最后对结果进行研究和分析。本课题的目的是：改善驾驶员座椅的舒适性、提高驾驶员的工作效率、延长驾驶员所能承受的疲劳时间界限、最大可能的衰减有害振动和降低对驾驶员造成身心伤害。同时也能为实际生产提供了理论依据与指导方法，缩短了开发周期，降低了开发成本，使设计师在产品开发阶段就能够预测产品的性能。
1.2 汽车驾驶员座椅振动系统的简介
驾驶员座椅振动系统总的来讲就是座椅悬架，它是由座椅与车身一切传力装置所构成的，这个系统能够将路面作用在车轮上的垂直反力（支撑力）、纵向反力（制动力和牵引力）、侧向反力以及所有这些力产生的力矩，全部通过座椅悬架传递到座椅最终传递到人体。座椅悬架的主要功用就是既可以传递这些力和力矩，又能够降低行驶路面工况对驾驶人员的冲击，提高汽车驾驶员的乘坐舒适性，并且减少长期从事驾驶行业所受到的健康损害。
1.2.1 汽车驾驶员座椅振动系统的结构特点
汽车从最初的发明开始，座椅就伴随着它的诞生而出现，历经一百多年发展，随着车辆工程的发展和人们不断提高的各方面要求，汽车座椅不仅仅是单纯满足乘坐需要的重要车身部件，而且也密切关系到驾驶员的乘坐舒适性和安全性，它是集人机工程学、控制工程学、机械振动学等为一体的系统工程产品。
如图1-1所示，汽车座椅一般是由头枕、靠背、调节装置、座垫和座椅连接件等部件组成，汽车座椅的基础结构是汽车座椅骨架，它可以分为靠背骨架和座垫骨架两部分。
图1-1 座椅组成
早期的汽车驾驶员座椅并无我们现在看到的弹性悬架系统，座椅骨架同车辆的底板之间是刚性联接的。人们在设计中为增加座椅弹性，通常使用相互连接的勾簧来作为座垫支撑。众所周知此结构的座椅隔振效果是相对有限的，相反的是还会使振动强度放大。现在伴随着科学技术和经济的日益发展，人们对乘坐舒适性的要求越来越高，弹性悬架结构的驾驶员座椅如今基本替代了早期刚性连接的座椅。
传统的座椅悬架主要是由弹性元件、导向元件和阻尼元件所组成，这种组成形式是基于经典隔振理论和乘坐的舒适性要求，针对特定的路面状况和特定的汽车运行状况进行针对性设计的，它的振动系统的振动特性固定不变，即它的座椅悬架刚度和阻尼系数不会随着路面状况和汽车运行状况改变而改变；而随着现代汽车研究和科学技术的日益发展，更多的研究人员投入到了主动控制悬架的研究，主动控制悬架主要是由信号传感器、控制装置、驱动器和执行结构组成。其中，控制装置作为整个悬架系统的信息处理中心，它收集从传感器传来的信号，按照给定的处理方法与控制策略，它先计算控制输出量，然后发送给驱动器进行信号转换与功率放大，驱动执行机构来完成控制动作，从而实现控制目的，构成闭环控制系统。主动悬架可以根据悬架系统状况和当前路面输入主动作出反应，这样的话座椅悬架的刚度和阻尼都是可以调节的，从而削减座椅悬架传递到人体的振动冲击，提高驾驶员乘坐舒适性。
1.2.2 汽车驾驶员座椅振动系统的类型和特点
驾驶员座椅悬架通常可分为被动座椅悬架、半主动座椅悬架和主动座椅悬架。
图1-2 被动座椅悬架 图1-3 主动座椅悬架 图1-4 半主动座椅悬架
1）被动座椅悬架
被动座椅悬架如图1-2所示，它的内部没有能源供给装置，其弹性和阻尼系数是根据经验或优化设计的方法确定，参数确定之后就不随外部状态而变化。所以我们在对被动座椅悬架进行研究时，悬架参数的测定、分析、优化这些方面是主攻方向，尤其是悬架弹性特性的研究。被动座椅悬架系统即使是经过优化之后，它的系统减振性能也不会从根本上得到改善，减振性能还是具有较大的局限性，所以其研究价值相对来说不是很大。
2）主动座椅悬架
主动座椅悬架一般有两种形式，一种常见的是在被动悬架中安装一个能够产生可控制作用力的装置，参见图1-3，液压缸或者电动滚珠丝杠等力发生器通常作为此装置的执行机构，控制装置能根据路面状况，通过控制算法实时调节悬架的刚度与阻尼,使其处于最佳的减振状态。另一种形式的座椅悬架则不用弹簧和固定阻尼，只用可控力发生器连接。
图2-1人体坐姿受振模型
2.1.2 振动的评价
在对驾驶员进行振动影响评价时，尤其是对驾驶员进行某个单方向振动评价时，比如横向振动、纵向振动或者垂直方向振动，国际标准ISO2631中优先选择总加权加速度均方根值来进行评价。鉴于本文主要研究的是座椅悬架垂直方向的振动对驾驶员的影响情况，所以可以采用加权加速度均方根值或者加权振级来评价振动对人体舒适和健康的影响，评价标准见表2-1。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/1696.html
