【摘要】：車輛行駛中,路面激勵經(jīng)輪胎、懸架衰減后傳至車身。由于懸架及輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計需綜合考慮整車的行駛性能,特別是行駛穩(wěn)定性要求,故參數(shù)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化受限。主動懸架系統(tǒng)雖能在保證穩(wěn)定性的前提下提升行駛平順性,但因硬件要求高、能耗大且成本昂貴,除少數(shù)高端車型外并未得到廣泛使用。研究表明,大多數(shù)乘用車在經(jīng)一二級隔振后,司乘人員仍舊暴露在低頻高強度振動下,長期如此會造成內(nèi)臟器官及脊椎系統(tǒng)的損傷。座椅作為直接與司乘人員相連的最終隔振環(huán)節(jié),對其進行優(yōu)化設(shè)計既不影響整車行駛性能,又便于實現(xiàn),是衰減人體垂向振動,提高平順性的有效手段。近年來所出現(xiàn)的由彈簧、減振器組成的座椅懸架系統(tǒng),雖能進一步衰減高頻振動,但同時導(dǎo)致低頻段隔振能力惡化。本文對坐姿人體的振動特性進行了分析,以降低人體垂向加速度為研究目的,以座椅懸架為研究對象,進行了主被動控制系統(tǒng)的設(shè)計以及仿真驗證,具體內(nèi)容如下:針對坐姿人體低頻耐受性差的問題,僅考慮車身的垂向、俯仰運動與座椅的垂向運動,建立了六自由度“車輪-車身-座椅、人體”隔振系統(tǒng)模型,采用加速粒子群算法在保證在避開車身固有頻率,同時使人體垂向最敏感頻率范圍位于減振區(qū)域內(nèi)的條件下對座椅懸架中的剛度、阻尼系數(shù)進行了參數(shù)優(yōu)化,提升了座椅懸架系統(tǒng)低頻段隔振性能。為進一步衰減低頻段“座椅、人體”垂向加速度,提升座椅隔振性能,建立了線性二次型最優(yōu)控制座椅懸架系統(tǒng)。由于所設(shè)計的控制系統(tǒng)中車輛前后輪的路面輸入無法直接測得,為保證最優(yōu)控制系統(tǒng)的完全可測,引入了可用以保證系統(tǒng)完全可測的狀態(tài)觀測器。最優(yōu)控制器的中控制性能的優(yōu)劣受所設(shè)計的目標函數(shù)加權(quán)矩陣影響極大,然而在常規(guī)最優(yōu)控制器中加權(quán)矩陣往往由設(shè)計者依據(jù)專家經(jīng)驗人為主觀確定,易使控制結(jié)果陷入局部最優(yōu)。本文通過加速粒子群算法尋優(yōu)確定了所設(shè)計最優(yōu)控制器目標函數(shù)的加權(quán)矩陣,克服了根據(jù)經(jīng)驗人為確定的弊端。將基于加速粒子群算法優(yōu)化的座椅懸架最優(yōu)控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果同參數(shù)優(yōu)化被動系統(tǒng)和目前研究中常采用的遺傳算法確定加權(quán)矩陣的最優(yōu)控制系統(tǒng)進行對比,驗證了基于加速粒子群算法的最優(yōu)控制系統(tǒng)在衰減人體垂向最敏感頻率段“座椅、人體”垂向加速度方面的有效性,提升了座椅的隔振能力。由于最優(yōu)控制中被控系統(tǒng)的完全可測常需依賴于狀態(tài)觀測器,且要求系統(tǒng)能提供精確數(shù)學(xué)模型,使其在實際工程中的應(yīng)用受限。本文考慮利用結(jié)構(gòu)簡單且無需確定系統(tǒng)的精確模型的PID控制系統(tǒng)以及模糊控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對座椅懸架系統(tǒng)的控制,以衰減“座椅、人體”的垂向加速度,將所設(shè)計的主動座椅懸架系統(tǒng)同被動系統(tǒng)進行的仿真對比可知:PID座椅懸架系統(tǒng)能夠有效降低“座椅、人體”的垂向加速度,但是受制于常規(guī)PID控制器中三環(huán)節(jié)的參數(shù)為固定值,系統(tǒng)無法適應(yīng)時變的工況,僅能在設(shè)定好的特定工況下達到最佳的控制性能;而所設(shè)計的模糊控制器由于被控量較小,自身控制精度差,無法有效的實現(xiàn)對座椅懸架隔振性能的提升。本文將上述兩種控制策略結(jié)合構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng),建立了基于模糊PID控制器的座椅懸架隔振系統(tǒng),由模糊控制器所輸出的參數(shù)修正值完成對PID控制器中三環(huán)節(jié)參數(shù)的整定。該控制器既解決了控制性能與魯棒性、動態(tài)與靜態(tài)性能之間的矛盾,又能夠較好的適應(yīng)實際工程中的時變工況。通過對系統(tǒng)仿真結(jié)果的分析,座椅懸架模糊PID控制系統(tǒng)相較于被動系統(tǒng)能夠大幅降低人體敏感頻率段的“座椅、人體”的垂向加速度,且對于座椅隔振能力的提升相較于僅由單一的PID控制器或模糊控制器進行控制的座椅懸架系統(tǒng)有大幅的提升。為進一步驗證所設(shè)計復(fù)合模糊PID控制系統(tǒng)在提升座椅隔振性能方面的有效性,對所設(shè)計的主動座椅懸架系統(tǒng)進行ADAMS/Simulink聯(lián)合仿真。在ADAMS中完成了對“車輛-剪式座椅-人體”耦合系統(tǒng)的建模,借助于ADAMS/Controls插件模塊實現(xiàn)了 ADAMS中系統(tǒng)模型與MATLAB/Simulink中模糊PID控制器之間的通信聯(lián)系。通過動力學(xué)模型與仿真軟件之間的聯(lián)合仿真,進一步驗證了所設(shè)計模糊PID座椅懸架隔振系統(tǒng)的有效性。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U463.836
【圖文】：

進行定量的評價一直存在較大爭議。逡逑通過進行的大量實驗可以得出坐姿時人體垂直振動的傳遞率隨振動頻率變逡逑化的曲線如圖１－２所示［１］。在常規(guī)的重力條件下，人體的第一階共振峰出現(xiàn)在逡逑４－６Ｈｚ頻率段處，此時振動能量的傳遞率最大，會出現(xiàn)較為嚴重的生理效應(yīng)；人逡逑體的第二階共振峰出現(xiàn)在８－１２Ｈｚ頻率段處，此時人體的生理效應(yīng)相對開始減弱，逡逑且隨著頻率的不斷升高，傳遞至人體的振動也得到了逐步衰減。逡逑人體各部分在垂直方向的固有頻率見表１－１，可見各部位的固有頻率均集中逡逑于低頻段，故各級隔振環(huán)節(jié)能否有效衰減最終傳至人體的低頻段振動是能否有效逡逑改善人體舒適性、提升行駛平順性的關(guān)鍵。逡逑６逡逑

時間因素的依賴過多、無角振動評價指標等。１９９７年國際標準化組織對ＩＳ０２６３１逡逑進行了修訂，新標準將評價的頻率范圍拓展到０．５－８０ＨＺ，并給出了不同軸向振動逡逑分量在指定頻率范圍內(nèi)的加權(quán)函數(shù)，如圖１－３所示。逡逑１０｜邐逡逑０．１邋ｈ邐Ｉ邋｜邋Ｉ邐＞ｖ邋＼邐＼邋Ｉ逡逑ｉ邋｜｜邋ｉＸＸ逡逑Ｉ邐ｗ逡逑」５邋Ｌ？逡逑０．１邋�。板澹保板澹保埃板义蟬率／／Ｈｚ逡逑圖１－３各軸向頻率加權(quán)函數(shù)示意圖逡逑垂向頻率加權(quán)函數(shù)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）逡逑新標準指出，４－１２．５ＨＺ頻率段為人體的在垂直方向最為敏感的頻率段范圍，逡逑８逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張麗萍;;車輛和座椅懸架的集成控制策略研究[J];機械設(shè)計與制造;2015年10期

2 李睿;郭立新;;車輛人-椅系統(tǒng)主要參數(shù)對舒適度敏感性分析[J];汽車工程;2015年01期

3 陳學(xué)文;張衍成;張玉蛟;楊威勇;邵鵬生;;車輛座椅懸架自適應(yīng)模糊PID控制及仿真[J];機械科學(xué)與技術(shù);2014年05期

4 陳學(xué)文;張衍成;楊威勇;邵鵬生;;車輛座椅懸架模糊控制與仿真[J];制造業(yè)自動化;2013年22期

5 孟杰;陳慶樟;張凱;;駕駛員座椅懸架模糊控制的聯(lián)合仿真研究[J];農(nóng)機化研究;2013年08期

6 王思卓;鄒浙湘;李明揚;;半主動車輛座椅懸架系統(tǒng)的控制與仿真[J];交通標準化;2012年18期

7 郝雪玲;潘公宇;聶秀偉;;駕駛員座椅懸架系統(tǒng)主動控制研究與仿真分析[J];機床與液壓;2011年23期

8 趙強;丁柏群;楊瑞;宋百玲;朱寶全;;車輛座椅懸架的研究進展[J];上海汽車;2011年04期

9 段虎明;石峰;謝飛;張開斌;;路面不平度研究綜述[J];振動與沖擊;2009年09期

10 曹君;劉少軍;朱浩;黃運明;;基于H_∞控制的車輛座椅主動懸架系統(tǒng)[J];機電工程;2007年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 張朋;車輛座椅主動懸架控制策略及Simulink仿真研究[D];遼寧工業(yè)大學(xué);2016年

2 楊楠;工程車輛空氣彈簧座椅模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動控制[D];太原科技大學(xué);2012年

3 陳云微;基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的車輛半主動座椅懸架研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2012年

4 鄧正萬;基于模糊PID空氣懸架電子控制系統(tǒng)的研究[D];江蘇大學(xué);2008年

5 劉文強;車輛主動懸架的模糊PID控制器研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2003年

本文編號：2724319