空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數及曲線的反求法
2023-12-02 06:21:11
空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數及曲線的反求法
【專利摘要】本發明涉及空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數及曲線的反求法，屬於車輛座椅【技術領域】，其特徵在於：利用測量得到的駕駛室地板和座椅面的垂直振動信號，根據所建立的「非線性剛度特性-分段線性函數Fk」的「座椅-人體」振動模型及反求參數θ1～θ5的目標函數，和「非線性剛度特性-奇次冪多項式Fs」的振動模型及反求參數Ks1和Ks3的優化目標函數，聯合對空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數及曲線進行反求。利用本發明可準確地獲取空氣彈簧座椅懸置系統非線性剛度特性參數及曲線，提高座椅人體振動建模和分析的精度，提高座椅懸置系統的設計水平和質量；同時，還可降低試驗費用，加快產品的設計和開發速度。
【專利說明】空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數及曲線的反求法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及車輛座椅，特別是空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數及曲線的反 求法。
【背景技術】
[0002] 空氣彈簧具有理想的非線性剛度特性，近年來在座椅懸置系統中得到了廣泛應 用。座椅系統舒適性是評價汽車性能的重要指標之一。為了提高汽車座椅系統的舒適性，必 須建立車輛座椅人體振動模型，從而對座椅懸置系統進行分析和優化設計。車輛座椅人體 振動模型的空氣彈簧座椅懸置的剛度特性曲線的精確性，直接決定車輛座椅人體振動模型 的精確性，從而決定座椅懸置系統的優化設計結果和舒適性提高程度。目前，在汽車座椅系 統舒適性研究中，對空氣彈簧座椅懸置系統非線性剛度曲線的獲取，主要有兩種方法：第一 種方法是根據大量空氣彈簧測試的試驗數據，通過曲線擬合折算成空氣彈簧座椅懸置系統 非線性剛度曲線，該方法試驗費用高、周期長；第二種方法是根據空氣彈簧座椅懸置系統， 建立剛度曲線的多項奇次冪數學模型，通過系統辨識技術直接獲取空氣彈簧座椅懸置系統 非線性剛度特性曲線。採用第二種方法式，雖然多項奇次冪表達式，在單純進行座椅懸置剛 度特性設計的時候，能夠較好的擬合試驗曲線，然而，該方法在進行複雜的座椅懸置模型系 統辨識時，各個剛度係數的範圍較難給出，如果給的範圍小，導致目標搜索值在給定範圍之 夕卜，如果給的範圍過大，導致辨識算法計算耗用大量時間，且有可能不能搜索到理想值。因 此，目前對空氣彈簧座椅懸置系統非線性剛度特性曲線，尚無費用低、快速且準確的獲取方 法，必須建立空氣彈簧座椅懸置系統非線性剛度特性參數及曲線的反求法。
【發明內容】
[0003] 針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所解決的技術問題是提供空氣彈簧座椅 懸置非線性剛度特性參數及曲線的反求法。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發明所提供的空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數 及曲線的反求法，其流程框圖如圖1所示，其技術方案實施的具體步驟如下：
[0005] (1)利用振動測試設備，測量並採集得到在某行駛工況下的座椅在駕駛室地板安 裝位置中心處的垂直振動信號和座椅面的垂向振動信號，採集振動信號的時間長度為{0， 1'} = {[041] + [〖1，!']}，其中，前一時間段[031]的振動信號用於空氣彈簧座椅懸置系統非 線性剛度特性參數的反求，後一時間段[ti，T]的振動信號用於對空氣彈簧座椅懸置系統非 線性剛度特性參數的反求結果進行仿真驗證；
[0006] (2)構建懸置"非線性剛度特性_分段線性函數Fk"的座椅人體垂向振動仿真模 型，其步驟如下：
[0007]A步驟：根據座椅系統舒適性分析的要求，及座椅與駕駛室地板之間的垂向相對 最大位移&5和垂向相對線性位移量&1，利用等比數列，得空氣彈簧懸置"非線性剛度特 性-分段線性函數F k"的其它分段點依次為a2、a3、a4，從而建立空氣彈簧懸置"非線性剛度 特性-分段線性函數Fk"，即：
[0008]
【權利要求】
1.空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數及曲線的反求法，其具體步驟如下： (1) 利用振動測試設備，測量並採集得到在某行駛工況下的座椅在駕駛室地板安裝位 置中心處的垂直振動信號和座椅面的垂向振動信號，採集振動信號的時間長度為{〇,T}= {[0,tj+h，T]}，其中，前一時間段[0,tj的振動信號用於空氣彈簧座椅懸置系統非線性 剛度特性參數的反求，後一時間段[tpT]的振動信號用於對空氣彈簧座椅懸置系統非線性 剛度特性參數的反求結果進行仿真驗證； (2) 構建懸置"非線性剛度特性-分段線性函數Fk"的座椅人體垂向振動仿真模型，其 步驟如下： A步驟：根據座椅系統舒適性分析的要求，及座椅與駕駛室地板之間的垂向相對最大 位移a5和垂向相對線性位移量ai，利用等比數列，得空氣彈簧懸置"非線性剛度特性-分段 線性函數Fk"的其它分段點依次為a2、a3、a4，從而建立空氣彈簧懸置"非線性剛度特性-分 段線性函數Fk"，即：
其中，Fk為以分段線性函數所表示的空氣彈簧的非線性彈性力，待反求參數Q1,θ2，Θ2,Θ4和Θ5為各分段直線與橫坐標軸ζ軸的夾角； B步驟：根據座墊的等效剛度Kh和等效阻尼Ch，座椅懸置的等效阻尼Cs，人體的等效剛 度Kb和等效阻尼Cb，人體上部的等效質量mb和人體臀部的等效質量mh，座椅與座墊質量之 和ms，利用A步驟中所建立的空氣彈簧懸置"非線性剛度特性-分段線性函數Fk"，構建空氣 彈簧懸置"非線性剛度特性-分段線性函數Fk"的座椅人體垂向振動模型； C步驟：根據B步驟中建立的空氣彈簧懸置"非線性剛度特性-分段線性函數Fk"的座 椅人體垂向振動模型，利用Matlab/Simulink仿真軟體，建立振動仿真模型；以前一時間段 [〇,tj所測得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的垂直振動加速度信號為輸入信號，對 座椅面的垂直振動加權加速度均方根值進行仿真，其中，在不同頻率下的加權值為
(3) 以步驟（2)中的A步驟所確定的待反求參數ΘpΘ2,Θ2,Θ4和Θ5作為參數反求變 量，利用在前一時間段[0,tj仿真所得到的座椅面垂向振動加權加速度均方根值A,. _ ^ 與試驗所測得的座椅面垂向振動加權加速度均方根值·％.. ，建立空氣彈簧懸置"非線性 剛度特性-分段線性函數Fk"的座椅人體垂向振動模型反求參數的目標函數Jmin，即： / \2 ? \aUs ___sto^； _Iesi/ ； 其中，反求參數的範圍依次為^〈"7，， 2 2 2 2 <#<營，且θ'θ'θ/θ^θ^; (4) 根據步驟（3)中所建立的反求參數的目標函數，利用優化算法求目標函數的最小 值，此時，所對應的優化變量即為空氣彈簧非線性剛度參數θρθ2、θ3、04和θ5的反求 值，從而得到步驟（2)中所構建的空氣彈簧懸置"非線性剛度特性-分段線性函數Fk"的具 體分段函數表達式； (5) 根據空氣彈簧的非線性剛度特性，構建一個奇次冪多項式Fs =Kslz+Ks3z3,其中，Fs 為以奇次冪多項式所表示的空氣彈簧的非線性彈性力，Ksl和Ks3為多項式的待求參數；利用 Matlab曲線擬合工具箱擬，擬合空氣彈簧懸置"非線性剛度特性-分段線性函數Fk"，從而 得到所構建的奇次冪多項式的係數Ksl和Ks3的擬合值，而所得到的Fs =Kslz+Ks3z3為空氣 彈簧非線性特性的擬合奇次冪多項式； (6) 構建懸置"非線性剛度特性-奇次冪多項式Fs"的座椅人體垂向振動仿真模型，構 建步驟如下： I步驟：根據座墊的等效剛度Kh和等效阻尼ch，座椅懸置的等效阻尼Cs，人體的等效剛 度Kb和等效阻尼Cb，人體上部的等效質量mb和人體臀部的等效質量mh，座椅與座墊質量之 和％，利用步驟（5)中所建立的"非線性剛度特性-奇次冪多項式Fs"，構建空氣彈簧懸置 "非線性剛度特性-奇次冪多項式Fs"的座椅人體垂向振動模型； II步驟：根據I步驟中所建立的空氣彈簧懸置"非線性剛度特性-奇次冪多項式"的座 椅人體垂向振動模型，利用Matlab/Simulink仿真軟體，建立其振動仿真模型，以前一時間 段[〇,tj所測得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的垂直振動加速度信號作為輸入信 號，對座椅面的垂直振動加權加速度均方根值進行仿真，其中，在不同頻率下的加權值為
(7) 以步驟（6)中的空氣彈簧懸置"非線性剛度特性-奇次冪多項式Fs"的係數Ksl和 Ks3作為優化參數變量，利用在前一時間段[0,tj仿真所得到的座椅面垂向振動加權加速 度均方根值與試驗所測得的座椅面垂向振動加權加速度均方根值·σ:. f建立空 氣彈簧懸置"非線性剛度特性-奇次冪多項式"的座椅人體垂向振動模型參數反求的目標 函數Jmin，即
其中，目標函數Jmin中的反求參數的優化範圍，是根據（5)中所得到的奇次冪多項係數 Ksl和Ks3的擬合值，對反求參數的優化範圍分別設置為[0. 5Ksl，2Ksl]，[0. 5Ks3, 2KJ; (8) 根據步驟（7)所建立的空氣彈簧懸置"非線性剛度特性-奇次冪多項式"的座椅人 體垂向振動模型參數反求的目標函數Jmin，利用優化算法求目標函數的最小值，此時，對應 的優化參數Ksl和Ks3的值，即為反求所得到的空氣彈簧座椅懸置系統非線性剛度特性參數 的優化值，而此時Fs =Kslz+Ks3z3所對應的曲線，即為反求所得到的該載貨車空氣彈簧座椅 懸置系統非線性剛度的優化特性曲線； (9) 根據步驟（6)中I步驟中所建立的空氣彈簧懸置"非線性剛度特性-奇次冪多項 式"的座椅人體垂向振動仿真模型，及步驟（8)中反求所得到的空氣彈簧座椅懸置系統非線 性剛度特性曲線，以在後一時間段[tpT]內所測得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的 垂直振並與在該時間段內所測得的座椅面的垂直振動加權加速度值進行比較，對空氣彈簧 座椅懸置系統非線性剛度特性參數的反求結果進行驗證。
【文檔編號】G06F17/50GK104239658SQ201410568035
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】周長城, 趙雷雷, 孟憲皆, 劉從臻, 於曰偉 申請人:山東理工大學