汽车人椅系统振动特性与体压分布试验研究

结合实车振动舒适性试验与体压分布试验,研究了汽车行驶动态工况下人椅系统的振动特性与体压分布特性。采用加速度传感器测量了人体头部、背部、臀部及坐椅底板等部位的振动,试验表明人体承受靠背纵向、坐垫垂向的振动较大;通过人椅系统传递特性分析,可知人体头部主要运动发生在XZ平面,且研究人椅系统振动舒适性时,除考虑坐垫振动外,靠背纵向、头部垂向振动不容忽略。采用电容式压力分布传感器Xsensor测量了人椅接触界面靠背、坐垫体压分布,人椅系统静态体压统计分析表明靠背、坐垫分别承载了人体17.67%,67.65%的质量;汽车行驶工况纵向压力中心坐标在持续坐姿下,靠背、坐垫分别向下、向前滑动,动态体压参数随车速的增加而增加,同时与加权加速度均方根值呈良好正相关,表明汽车行驶工况下动态体压参数能够综合反映人椅系统的振动舒适性。     

十一自由度汽车动力学模型及舒适性仿真

为分析和提高轿车的乘坐舒适性,将某款轿车简化为十一自由度动力学模型,由达朗贝尔原理导出系统的振动微分方程。在考虑左右轮迹相关性及前后轮迹迟滞性的基础上,利用滤波白噪声法及传递函数法,建立路面随机激励的时域模型。随后在Simulink中建立人—车—路系统仿真模型,对轿车在不同车速下不同位置的人体振动响应进行了仿真分析,通过求解加权加速度均方根值评价出各乘员的乘坐舒适性。最后进行实车试验,验证了模型的正确性。结果表明,在原车速下,所有乘员没有不舒适感。随着车速的增加,前排乘客和驾驶员的主观感受越来越强,而后排乘客的主观感受由没有不舒适增加到稍有不舒适。     

全地形车振动舒适性台架试验评价

为了对全地形车（ATV）的振动舒适性进行评价,引入了国际标准ISO2631和ISO5349。在分析发动机对振动的影响和振动传递的基础上,进行了全地形车台架试验。并按照标准要求分析坐垫位置和手把位置总加权加速度均方根值和加权振级,对全地形车进行了振动舒适性分析和评价。     

人-车-桥耦合系统振动分析及乘客舒适度评价

基于8自由度人椅动力学模型和31自由度车辆模型建立人-车-桥耦合系统,车辆与轨道桥梁通过轮轨接触力及位移协调条件耦合,建立人-车-桥耦合振动方程,采用Newmark-β法对方程组进行求解。对国产300 km/h动力分散式列车的过桥行走过程进行分析,采用乘坐舒适度指标对人体振动舒适性进行评价,并讨论了轨道不平顺等级、车速、乘客数量以及乘客位置对人体舒适程度的影响。     

汽车后排可翻转坐垫在正面高速碰撞中的优化

以某车型为研究对象,建立了后排乘员约束系统的座椅-安全带-假人有限元模型,利用显式动力学软件LSDYNA仿真分析了50km/h正面碰撞中后排女性假人的各伤害指标,实车碰撞试验验证了仿真结果的有效性,在此模型基础上提出坐垫翻转系统,以坐垫翻转角度及起始翻转时刻为优化参数,对50km/h正面碰撞、56km/h与64km/h偏置碰撞等高速碰撞类型中假人的伤害指标进行优化,坐垫翻转系统对不同碰撞形式均可改进乘员伤害指标,并得出各类型碰撞中坐垫翻转参数的最优方案。     

基于H∞控制的车辆座椅主动悬架系统

建立了四自由度的“车-椅-人”悬架系统的力学和数学模型,运用H∞鲁棒控制理论设计了车辆座椅主动悬架系统的鲁棒控制器。并且用MATLAB软件包及Robust-Control-Toolbox对座椅悬架系统进行了仿真分析。仿真结果表明：鲁棒控制策略能很好地抑制座椅主动悬架系统的垂直振动加速度,其减振幅度在共振频率附近能达到50～60％,大大提高了乘坐舒适性。并且,该系统能够承受一定的模型参数不确定性,具有良好的鲁棒稳定性。     

一种电动轮椅车悬架结构参数设计

借鉴国际标准ISO2631-1 1997(E)中人体承受全身振动的评价方法,用动力学仿真软件ADAMS对一种电动轮椅车基于振动舒适性在一定频率简谐激励下的悬架结构参数进行均匀试验设计仿真分析,并利用二次逐步回归方法对试验结果进行回归分析,得到各结构参数对电动轮椅车振动舒适性的贡献度,为电动轮椅车悬架设计提供一定的依据。     

基于多体动力学的摩托车平顺性分析

讨论了摩托车平顺性建模方法,指出应借助多体动力学软件建立能反映手把处和座位处振动的平顺性模型,总结了平顺性的评价方法。指出建立准确的二自由度人体振动假人模型在平顺性仿真中的必要性。利用正交优化法分析了悬架、坐垫参数对平顺性的影响,结果表明:坐垫参数对座位处振动影响最大,相比后悬架,前悬架参数对座位处和手把处振动的影响大,前悬架小刚度大阻尼对座位处振动有利,前悬架大刚度小阻尼对手把处振动有利。     

某型车路面冲击载荷作用下瞬态动力分析

在动态环境下,为了预测人-车系统的振动响应特性及车辆乘坐舒适性,根据瞬态动力学原理和路-车-人系统间的相互作用,构建了9自由度汽车乘坐动力学模型。基于路面不平情况下的瞬态冲击载荷而引起的人-车系统不同位置的加速度响应,在ANSYS软件中进行仿真分析。仿真分析结果表明：该9自由度车型在特定的参数匹配下,在路面不平引起的瞬态冲击载荷作用时,传递到人体的加速度能快速的衰减到设计范围内,满足整车乘坐舒适性的设计要求。     

小型机动平台车体动态特性分析与减振优化

车架挂发动机(即车体)是机动平台的关键部件,其动态特性直接影响整个平台的振动舒适性.利用UG4.0对某国产机动平台进行三维建模,用Hypermesh建立车架、车体的有限元模型,并导入到MSC.Nastran中进行了自由模态分析,通过试验分析了车架及车体的振动特性并验证了有限元模型的准确性.结合模态分析结果,讨论了路面激励和发动机激励对车体动态特性的影响,发现车体结构设计有不足之处--发动机1阶往复惯性力的频率会导致车体共振.提出了通过修改车体头部左右两边上管及下管的管径、管壁厚和在其夹角处设置加强管等3种改进方案.分析表明,增大车体头部左右上管和下管的管径可明显改善车体的结构动态特性,大大提高了整车的振动舒适性.     

考虑人体舒适性的装载机驾驶室悬置系统设计与试验研究

为研究某装载机驾驶室垂向振动特性和舒适性,对其驾驶室进行测试及评价,建立9自由度人-座椅-驾驶室动力学模型(下简称驾驶室模型),以避开人体内脏敏感频率和提高人体舒适度为目标,对驾驶室悬置系统进行参数优化、改进设计及实车试验。研究发现：3种试验工况下,原驾驶室座椅主振频为3.69～4.77 Hz,加权加速度均方根aw均大于1.25 m·s^-2,表明原驾驶室悬置设计不合理,舒适性差;试验测得驾驶室地板和座椅加速度均方根值与驾驶室模型计算的误差分别为6.24%和7.77%,表明驾驶室模型正确可行;驾驶室悬置系统优化后,人体内脏主振频避开了敏感的4～6 Hz,内脏加速度均方根值明显下降;座椅主振频避开了敏感的4～8 Hz,人体主观感觉明显改善,验证了本文研究思路的正确性和方法的有效性。     

摩托车振动舒适性分析与改进

从车体动态特性分析入手分析研究摩托车振动舒适性。以某125摩托车为例,采用仿真和试验相结合的方法分析摩托车车架、车架挂发动机的模态特性,建立了一种有效的简化了的车架挂发动机有限元模型。分析了发动机对车体动特性的影响,以及车体动特性与激励的匹配关系。针对该车架提出了改进方案,模态分析表明车体结构模态特性得到了改善。整车平顺性道路试验结果表明改进后的车架较好地改善了整车振动舒适性。     

基于体压数据映射的定制坐垫接触面设计方法

贴合人体臀部轮廓的定制坐垫能够提高舒适性,定制坐垫接触面的体压映射设计方法简便且高效,但合理的体压映射函数难以确定。针对聚氨酯泡沫坐垫,提出了一种结合人体臀部-坐垫模型仿真结果确定体压映射函数的定制坐垫接触面体压映射设计方法(Simulated pressure and deformation mapping method,SPDM),建立人体臀部-坐垫有限元模型,结合实验者体型参数和泡沫材料特性曲线对人体臀部-坐垫模型进行适应性调整,拟合坐垫上表面压力与变形量仿真结果得到体压映射函数,利用体压映射函数对实测体压数据进行映射得到接触面凹陷量点云数据,在三维软件中完成定制坐垫接触面曲面重构。以两个不同体型(95和50百分位)的实验者为例,采用SPDM方法进行定制坐垫接触面设计,并与材料特性曲线映射方法(Tested material characteristic mapping method,TMCM)设计的定制坐垫接触面进行对比,曲面光顺性和体压分布指标比较结果表明SPDM方法设计的定制坐垫接触面具有更好的光顺性,能更好地贴合人体臀部,有效改善了坐垫体压分布。     

考虑轮胎弛豫特性的轮毂电机驱动电动汽车鲁棒自适应驱动防滑控制

针对轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制问题,充分考虑轮胎弛豫特性对加速舒适性的影响,提出一种基于线性参数时变-鲁棒保性能极点配置的驱动防滑控制方法。阐述轮胎弛豫特性与传统稳态车轮旋转动力学的耦合机理,指出弛豫特性是造成的滑移率振荡的原因,并依此建立弛豫车轮旋转动力学模型。为了抑制车轮滑转的同时降低弛豫特性对纵向舒适性的影响,基于保性能极点配置方法设计驱动防滑控制系统。针对模型中存在的摄动参数与时变参数,构建鲁棒控制-增益调度策略保证滑移率跟踪的稳定性。数值仿真和实车试验结果表明,所设计的驱动防滑控制系统可以实现任意路面附着与初始车速下车轮滑移率的自适应控制,具有较强的鲁棒性。与传统的驱动防滑控制系统相比,其对车身加速度振荡的抑制更加明显,提高轮毂电机驱动电动汽车的纵向稳定性和加速舒适性。     

铰接车与非铰接车车-桥耦合系统振动特性的对比分析

运用多体动力学软件UM软件直接建立和三维模型导入UM软件相结合的方式,分别建立了三节铰接车、非铰接车与简支箱梁桥的车-桥耦合系统动力学模型,对铰接车与非铰接车的车-桥耦合振动特性及铰接车有无纵向减振器时的车-桥耦合振动特性进行对比分析。结果表明,端部车的垂向振动强于中间车的垂向振动;铰接车中间车的舒适性一般好于非铰接车中间车;纵向减振器能有效抑制铰接车中间车车体的振动,对端部车体的振动抑制作用不太明显;车体间耦合作用的强弱对桥梁的垂向振动影响较小。     

基于ADAMS的软垫式座椅动态特性研究

以某商用车驾驶员用软垫式座椅为研究对象,在ADAMS软件中建立了“人-椅”系统动力学仿真模型,通过仿真与试验结果进行对比分析,验证了模型的准确性;通过对影响该座椅动态特性的主要参数进行优化设计,以获得该座椅最佳动态舒适性。     

基于BP神经网络的汽车离合器舒适度评价方法研究

离合器操作性能的舒适性评价,需要将主观评价因素与客观测试参数相结合。根据离合器参数对操作舒适性的影响分析,确定了7个参数测试的主要指标,搭建了进行盲测的实车模拟操作测试平台,利用基于B P神经网络(B P网络)的模型对实验数据建立输入-输出模式映射关系。基于样本的模型训练试验结果表明:模型的主客观评分无明显的系统性偏差,神经网络测试模型可较为客观地反映离合器的操作舒适性。这一方法也有望拓展到汽车行业中需要为主观舒适性提供客观数据的其他产品测试环节。     

水平振动下人-椅界面压力分布与振动特性研究

针对水平振动下坐姿人体舒适性问题，对其人-椅系统界面的动态压力分布与人-椅系统的振动特性的相关性进行研究，开展水平振动下坐姿人体舒适性研究。利用电动振动台产生正弦白噪声信号，Tekscan压力采集设备采集动态压力，采用ENS（靠背不支撑后背）与EBS（靠背支撑后背）两种坐姿，对汽车座椅进行水平振动实验，得到坐姿人体纵向压力分布图与坐姿人体响应传递函数曲线。通过计算平均压强、标准化平均压力与坐姿人体响应传递率，最终得出水平振动下坐姿人体背部动态压力对5Hz最为敏感，背部响应传递率在4Hz时达到峰值，7Hz时趋于平缓；臀部与大腿动态压力分别对3Hz与9Hz最为敏感；头部响应传递率在3Hz时达到峰值，6Hz时趋于平缓。为汽车座椅设计提供一定理论基础。     

装载机驾驶室非线性减振系统试验与优化

以某型装载机驾驶室减振系统为研究对象,通过优化解决了驾驶室振动过大和驾驶舒适性差的问题。以实测的车架振动信号为输入激励,根据驾驶室实际结构简化了驾驶室-座椅-人体的非线性减振系统模型,驾驶室和座椅的垂向振动加速度均方根值的模型输出值和实车试验值最大误差不超过6%。以驾驶室和座椅的垂向加速度均方根值为目标,使用遗传算法进行多目标优化,将优化结果代入模型来验证优化前后的驾驶室与座椅的减振性能。实车试验表明,改进后驾驶室垂向加速度的均方根值减小16%,座椅垂向加速度的均方根值减小53%。     

车辆座椅和悬架系统的参数自调整模糊PID集成控制

为更好的提高车辆行驶平顺性和舒适性,结合模糊理论和PID控制方法提出了参数自调整模糊PID控制策/4车辆四自由度“车-椅-人”悬架系统模型,运用MATLAB中Simulink模块搭建了系统控制框图,接着选取某车型参数进行了运动仿真。讨论了随机激励下分别以车身控制、座椅控制和集成控制方法的人体加速度、座椅加速度、车身加速度、悬架动挠度和车轮动载荷等评价指标,对比分析了集成控制策略的优越性。分析结果表明采用该控制方法后车辆的行驶平顺性和操纵稳定性得到了明显的改善。