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汽车半主动座椅悬架主要参数优化研究
罗潇逸;高琳琳;姚建红;陈黎光;吴正阳;王威
【期刊名称】《常熟理工学院学报》
【年(卷),期】2024(38)2
【摘要】半主动座椅悬架能有效改善驾驶平顺性,减少人体垂向振动,提升车内驾乘人员的乘坐体验.其中,半主动悬架的初始性能参数对悬架性能起到决定性作用.为此,本文针对半主动座椅悬架的初始性能参数(弹簧刚度和阻尼系数)的优化问题展开研究,在使用了随机路面模型、六自由度半车模型的基础上,以优化前后座椅垂向加速度之比作为适应度函数,利用遗传算法对半主动座椅悬架的刚度及阻尼系数进行优化.最后,利用MATLAB软件对优化结果进行仿真分析.结果表明,经算法优化后,座椅垂向加速度的均方根减少了16.4%,最大值下降了11.3%;座椅相对位移的均方根减少了36%,最大值下降了39.2%.
【总页数】6页(P101-106)
【作者】罗潇逸;高琳琳;姚建红;陈黎光;吴正阳;王威
【作者单位】常熟理工学院汽车工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U461.4
【相关文献】
1.汽车磁流变半主动座椅悬架动态特性的试验研究
2.一种纵向垂向二维振动集成半主动可控座椅悬架系统的试验研究
3.应用磁流变阻尼器的车辆半主动座椅悬架系统性能研究
4.基于磁流变阻尼器高速列车半主动座椅悬架控制方法对比研究
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车辆磁流变半主动座椅悬架的研制寇发荣【摘要】In order to improve the riding comfortability of vehicle driver,a kind of semi-active seat suspension with magneto-rheological damper was developed.The working principle and mechanical model of magneto-rheological damper were analyzed.As a result,the dynamic model of the vehicle semi-active seat suspension was established.The fuzzy control strategies with semi-active seat suspension were designed and the simulation analysis of fuzzy control seat suspension were carried out under the sinusoidal inputs.In addition,the physical prototypes of magneto-rheological damper and test bench system were made.The damping performance tests of the magneto-rheological damper were done.Then,the bench tests of the semi-active seat suspension with magneto-rheological damper were completed.The results show that the test results are closely consistent with the simulation results and the magneto-rheological damper has good controllability.The developed semi-active seat suspension based on magneto-rheological damper obviously reduces the vehicle seat vibration.%为了提高车辆驾驶员的乘坐舒适性，研制了一种基于磁流变减振器的半主动座椅悬架。
空气悬架座椅工作原理
空气悬架座椅是一种座椅系统，它采用空气悬架技术来提供更
舒适的乘坐体验。
空气悬架座椅的工作原理基本上是通过控制座椅
下方的空气囊来调节座椅的高度和硬度，从而实现对乘坐体验的调节。
首先，空气悬架座椅内部装有空气囊，这些空气囊通常由柔软
的橡胶或者聚氨酯材料制成。
当乘客坐在座椅上时，空气悬架系统
会根据乘客的重量和座椅的设计参数来调节空气囊内的气压，以提
供最佳的支撑和舒适度。
其次，空气悬架座椅的工作原理还涉及到座椅下方的控制系统。
这个控制系统可以根据车辆的行驶状态和乘客的需求来调节空气囊
的气压。
比如，在车辆行驶过颠簸路面时，空气悬架座椅可以通过
增加气囊的气压来减少震动传递到乘客身上，从而提高乘坐舒适度。
此外，空气悬架座椅还可以通过控制系统来调节座椅的高度。
这对于一些高端车型来说尤为重要，因为它可以提供更好的进出车
辆的便利性，并且可以根据乘客的身高来调节座椅的高度，从而提
供更加个性化的乘坐体验。
总的来说，空气悬架座椅的工作原理是通过调节座椅下方的空
气囊来实现对座椅高度和硬度的调节，从而提供更舒适的乘坐体验。
这种座椅系统在高端汽车或者豪华车型中比较常见，它能够提高乘
坐舒适度并且提供更加个性化的乘坐体验。
高速列车座椅主动悬架的模糊控制与PID控制系统郑玉强;高国生;张航星;郑玉文【摘要】建立了基于主动悬架的的高速列车悬架—座椅—人体的四自由度动力学模型,并对该列车模型平顺性的优化控制进行了研究.针对该座椅主动悬架模型设计了模糊控制器、传统PID控制器与自适应的模糊PID控制器,应用Matlab/Simulink软件在相同的工况下进行仿真实验,并将三种控制方法下的仿真结果与被动悬架车辆模型的仿真结果进行对比分析.结果表明,相较与被动悬架车辆模型,上述三种控制方法下的主动模型座椅处的振动特性都得到了改善,达到了预期的控制效果,且自适应模糊PID控制下的改善程度最佳,对高速列车乘坐舒适性的提高有着一定的理论参考意义.【期刊名称】《承德石油高等专科学校学报》【年(卷),期】2019(021)001【总页数】5页(P48-52)【关键词】座椅主动悬架;模糊控制;PID控制;仿真【作者】郑玉强;高国生;张航星;郑玉文【作者单位】石家庄铁道大学机械工程学院,河北石家庄 050043;石家庄铁道大学机械工程学院,河北石家庄 050043;石家庄铁道大学机械工程学院,河北石家庄050043;石家庄铁道大学机械工程学院,河北石家庄 050043【正文语种】中文【中图分类】U270.3目前对悬架的研究多分为半主动控制策略和主动控制策略。
刘永强等[1]提出了一种基于加速度阻尼原理的改进型半主动控制方法，发现其在提高车辆运行平稳性和抗时滞方面效果更佳；李西成等[2]在建立两种悬架的动力学模型和天棚控制系统的基础上，利用Adams与Matlab/Simulink联合仿真，天棚控制下的悬架系统在振幅上有了一定的改善，并增加了整个悬架系统的稳定性；郑竹安等[3]研究了天棚阻尼并附加变刚度的半主动悬架座椅，较天棚控制进一步降低了座椅的垂向加速度；寇发荣等[4]研发了一种用于座椅磁流变半主动悬架的减振器，座椅动态性能改善显著，平顺性有明显的提高；但半主动控制路面不确定因素适应度偏低，反应速率存在一定的迟滞时间，而主动悬架在行驶平顺性和操纵稳定性上可以较好的满足上述的不足。
驾驶员座椅悬架模糊控制的联合仿真研究孟杰;陈庆樟;张凯【摘要】根据某车型参数，运用Adams/View 建立了驾驶员座椅悬架系统的虚拟样机模型。
应用模糊逻辑控制理论，进行了针对该悬架模糊控制模型的设计，并在Matlab/Simulink 环境下控制系统实现了联合仿真。
同时，将该控制方式、被动控制以及 PID控制器控制的半主动座椅悬架系统做了性能对比分析。
仿真结果证明，相对于其它两种悬架来说，具有模糊控制器作用的主动悬架在降低座椅悬架振动加速度、速度和动行程等性能方面效果明显，有效改善了乘坐舒适性。
%According to the parameters of a vehicle , this paper builds a virtual prototyping for the driver ’ s seat suspen-sion system usingAdams/View.Based on the theory of the fuzzy logic control , this paper also provides such a control system design , and carries out a co-simulation under the environment of Matlab/Simulink .Meanwhile , this paper com-pares the fuzzy controller to the passive and PID one .The simulation results show that such a fuzzy controller can greatly better the performance of the acceleration , velocity and the dynamic travel of the seat suspension , and the sitting comfort .【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2013(000)008【总页数】5页(P212-216)【关键词】车辆;座椅;悬架;模糊控制器;联合仿真【作者】孟杰;陈庆樟;张凯【作者单位】常熟理工学院机械工程学院，江苏常熟 215500;常熟理工学院机械工程学院，江苏常熟 215500;常熟理工学院机械工程学院，江苏常熟 215500【正文语种】中文【中图分类】U4630 引言以农用车辆和工程车辆为代表的非道路车辆，其减振装置简陋、道路条件差及车辆的振动问题较为突出，对车辆的乘坐舒适性和驾驶员的健康造成影响[1]；而车辆座椅是车辆减振系统的最后环节，它可以减少司乘人员所受的振动。
半主动悬架座椅的设计及振动特性实验研究柳伟;朱思洪;李晓艳【摘要】In order to improve non-road driver's seat ride comfort, a semi-active suspension seat based on air spring attached with auxiliary chamber and MR damper was designed and manufactured. The seat suspension stiffness and damping were controlled by proportional valve input voltage and MR damper input current. The experimental system of seat suspension was established. The effects of actuating frequency, proportional valve input voltage and MR damper input current on the vibration characteristics of seat were experimentally studied. The results show that, the natural frequency, dynamic amplification factor and acceleration root of mean square of seat suspension will decrease with the increase of proportional valve input voltage. The influence of MR damper input current on the acceleration root of mean square is greater at high excitation frequency.%为改善非公路驾驶员座椅的乘坐舒适性,设计制造了一种基于带附加气室空气弹簧和磁流变减振器的半主动悬架座椅.通过控制比例阀输入电压和磁流变减振器输入电流调节座椅悬架系统的刚度和阻尼,构建了座椅的振动特性实验系统.试验研究了激励频率、比例阀输入电压及磁流变减振器输入电流对座椅振动特性的影响规律.研究结果表明,座椅悬架的固有频率、位移传递率及加速度均方根值均随比例阀输入电压的增大而减小；在高频振动区,磁流变减振器的输入电流对加速度均方根值影响较大.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)031【总页数】6页(P7721-7725,7730)【关键词】驾驶员座椅;空气弹簧;磁流变减振器;振动特性;实验【作者】柳伟;朱思洪;李晓艳【作者单位】南京农业大学工学院,南京210031;南京农业大学工学院,南京210031;南京农业大学工学院,南京210031【正文语种】中文【中图分类】U463.836车辆座椅是车辆减振系统的一个重要隔震装置，其性能的好坏对乘客的舒适性及驾驶员的健康状况具有重要影响。
拖拉机座椅悬架对动态舒适性影响的研究徐锐良;李三妞;郭志军;刘美洲;倪倩;罗跃辉【摘要】为探讨基于磁流变阻尼器（ MRD ）的拖拉机半主动座椅悬架在动态舒适性方面的优越性，在正弦激励和白噪声激励环境下，构建了拖拉机动力学模型和磁流变阻尼器（ MRD ）力学模型，并给出了模糊控制器的设计方法。
在MatLab ／Simulink仿真环境中分别对被动和半主动座椅悬架进行时域和频域仿真，得出两种悬架的加速度动态特性曲线及相应的频谱特性曲线。
仿真结果表明：所构建的阻尼器模型及控制策略可以有效衰减座椅悬架在低频区段的垂直振动，改善了拖拉机的动态舒适性。
%The dynamics model of tractors,the magnetorheological dampers ( MRD) model and the fuzzy controller all be established to research the advantages in terms of comfort with the tractor seat semi-active suspension system based on magnetorheological damper.With the Matlab /Simulink software, the dissertation have a completed simulating analysis both of the time-domain and frequency-domain between passive seat suspension semi-active seat suspension.The results of the simulation show that the damper model can restrain the vertical vibration in the low zone and enhance the dynamic comfort.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】5页(P240-243,248)【关键词】拖拉机;座椅悬架;磁流变液;仿真【作者】徐锐良;李三妞;郭志军;刘美洲;倪倩;罗跃辉【作者单位】河南科技大学车辆与交通工程学院,河南洛阳,471003;河南科技大学车辆与交通工程学院,河南洛阳,471003;河南科技大学车辆与交通工程学院,河南洛阳,471003;河南科技大学车辆与交通工程学院,河南洛阳,471003;河南科技大学车辆与交通工程学院,河南洛阳,471003;中国一拖集团有限公司第三装配厂,河南洛阳,471004【正文语种】中文【中图分类】S219.032.9目前，很多研究结果表明，驾驶员座椅是否舒适对驾驶安全、驾驶员身体健康以及工作效率都具有至关重要的作用[1]。
绪论
1.1本文研究的主要内容和研究意义
由于货车、拖拉机、工程机械等车辆的地面激励输入大、悬架性能相对较差，驾驶员长时间承受震动和冲击，易引发职业病、产生疲劳感、诱发操纵失误，进而造成道路交通或施工事故。
虽然改进提盘悬架可以提高减震性能，但是车辆的行驶平顺性、操纵稳定性、乘坐舒适性对地盘悬架参数的要求是相互矛盾的，参数改动余地较小。
尤其是货车等自重和载荷较大，矛盾变得尤为突出。
而通过提高座椅悬架的震动性能提高乘坐舒适性，成本低、易于实现、效果好，而座椅动态参数的改变对车辆其他使用性能影响较小。
因此研究座椅悬架减震对于改善驾驶员工作条件、提高工作效率、保障人员健康和车辆安全具有重要的意义。
车辆座椅的动态舒适性与座椅级人体的振动频率一般在2—4 Hz左右，人体的振动响应分布在低频30Hz以下，4—8Hz是人体对垂直方向振动的最敏感区域，此时的身体各部分容易产生共振。
因此，提高座椅动态舒适性的原则就是合理地选择弹性和阻尼参数，避开人体对敏感频段，同时尽量吸收振动能量。
无论是被动、主动、半主动型座椅悬架都按照上述原则设计和控制。
本文利用机械原理、理论力学和MATLAB运动学仿真的相关知识，对座椅悬架进行结构分析，拆分基本组件，运用MATLAB的Simulink软件包编写各基本构件的函数模块，并在Simulink中建立座椅仿真模型，对座椅悬架进行多体动力学仿真求解。
1.2 Matlab仿真软件的简介
在实际工程应用中，控制系统的结构一般比较复杂，对其进行直接分析非常困难。
随着计算机技术和系统建模仿真软件的发展。
通过软件在计算机上建立控制系统模型并对其进行仿真分析已经成为解决此类问题的新途径，Simulink就是在这种情况下应运而生。
Simulink是The Mathworks公司于1990年推出的产品，
是用于Matlab下建立系统框图和仿真的环境。
从名字上我们可以看出该程序的两层意思：“simu”表示它用于计算机仿真，而“Link”表示它能进行系统连接，即把一系列的功能模块连接起来，构成复杂的系统模型[15]。
Simulink的出现大大提高了控制系统分析和设计的效率，该软件具有仿真和连接两大功能，即首先利用鼠标在模块窗口绘制出所研究的控制系统的模型，然后借助Simulink所提供的功能对系统进一步仿真和分析。
由于Simulink具有一系列优点，使它迅速成为仿真领域的首选计算机环境：
Simulink可以方便地创建和维护一个完整的模块，评估各种算法和结构和验证系统的功能。
（1）用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机仿真模型，尤其是对复杂的不确定性的非线性系统，这主要是因为Simulink是使用模块组合的方式建模的。
（2）Simulink模型可以对连续和离散，线性和非线性的动态系统进行模拟，换句话说Simulink几乎可以适用于所有可能遇到的各种形式的动态系统。
（3）Simulink还包含一套处理图形动画的方法，用户可以使用这种方法观察仿真的全过程。
（4）Simulink没有单独应用的语言，可以应用S函数规则。
S函数一般指M 函数文件、Fortran程序、C语言或C++程序，通过特殊的语法使之能够被Simulink 模块和模型调用。
S函数的使用使Simulink的处理能力更强，更加充实与完善。
（5）Simulink允许用户基于方便的原则设定自己特有的模块和模块库，与Matlab一样不是封闭的。
（6）Simulink有比较完整的帮助系统，用户可以随时找到所需的模块说明，使用方便[16]。
综上所述，Simulink是一种开放的，能够模拟各种动态系统的强有力的系统仿真软件。
因此，近年来，无论是在学术界还是在工业应用领域，Simulink都已经成为动态系统建模和仿真领域应用最为广泛的软件。
使用Simulink对控制系统进行仿真分析的一般步骤为：
1）提出所研究的控制系统问题；
2）忽略次要因素，建立系统的动力学模型和动力学方程；
3）确定系统的输入和输出，使用Simulink建立控制系统的仿真模型；
4）在给定的系统参数和输入下对模型进行仿真；
5）运用控制理论对仿真结果进行分析。
目录
第1章绪论
1.1 本文研究的主要内容和研究意义
1.2Matlab仿真软件的简介
第2章路面激励模型
2.1 路面不平度
2.1.1 路面不平度的定义
2.1.2 路面不平度的评价指标
2.2 路面模型
第3章三质量车辆动力学模型
3.1 车辆振动系统的简化
3.2 三质量车辆动力学模型建立
3.3 三质量车辆动力学方程建立
第4章座椅悬架LQR控制
4.1 LQR控制方法介绍
4.2 LQR控制的理论基础
4.3 系统的能控性和能观性
4.4 LQR控制状态方程
4.5 最优控制器设计
4.6 Matlab仿真结果与分析
4.6.1 频域仿真分析
4.6.2 时域仿真分析
第5章结论
参考文献
致谢
附录
附录一外文翻译
附录二Matlab程序。
