【摘要】：車輛行駛中,路面激勵(lì)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(jì)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(dòng)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(jí)隔振后,司乘人員仍舊暴露在低頻高強(qiáng)度振動(dòng)下,長期如此會(huì)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)既不影響整車行駛性能,又便于實(shí)現(xiàn),是衰減人體垂向振動(dòng),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(jìn)一步衰減高頻振動(dòng),但同時(shí)導(dǎo)致低頻段隔振能力惡化。本文對坐姿人體的振動(dòng)特性進(jìn)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(jìn)行了主被動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及仿真驗(yàn)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(yùn)動(dòng)與座椅的垂向運(yùn)動(dòng),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(shí)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(jì)的目標(biāo)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(jì)者依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)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(jì)最優(yōu)控制器目標(biāo)函數(shù)的加權(quán)矩陣,克服了根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(dòng)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(jìn)行對比,驗(yàn)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(shí)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(shí)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(jì)的主動(dòng)座椅懸架系統(tǒng)同被動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)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(shí)變的工況,僅能在設(shè)定好的特定工況下達(dá)到最佳的控制性能;而所設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)態(tài)與靜態(tài)性能之間的矛盾,又能夠較好的適應(yīng)實(shí)際工程中的時(shí)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(dòng)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(jìn)行控制的座椅懸架系統(tǒng)有大幅的提升。為進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)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(jì)的主動(dòng)座椅懸架系統(tǒng)進(jìn)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(shí)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(dòng)力學(xué)模型與仿真軟件之間的聯(lián)合仿真,進(jìn)一步驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U463.836
【圖文】：

進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)一直存在較大爭議。逡逑通過進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)可以得出坐姿時(shí)人體垂直振動(dòng)的傳遞率隨振動(dòng)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(shí)振動(dòng)能量的傳遞率最大，會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)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(shí)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(dòng)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(jí)隔振環(huán)節(jié)能否有效衰減最終傳至人體的低頻段振動(dòng)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(shí)間因素的依賴過多、無角振動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)等。１９９７年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對ＩＳ０２６３１逡逑進(jìn)行了修訂，新標(biāo)準(zhǔn)將評(píng)價(jià)的頻率范圍拓展到０．５－８０ＨＺ，并給出了不同軸向振動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2724319