空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數(shù)及曲線的反求法
【專利摘要】本發(fā)明涉及空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數(shù)及曲線的反求法，屬于車輛座椅【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征在于：利用測(cè)量得到的駕駛室地板和座椅面的垂直振動(dòng)信號(hào)，根據(jù)所建立的“非線性剛度特性-分段線性函數(shù)Fk”的“座椅-人體”振動(dòng)模型及反求參數(shù)θ1～θ5的目標(biāo)函數(shù)，和“非線性剛度特性-奇次冪多項(xiàng)式Fs”的振動(dòng)模型及反求參數(shù)Ks1和Ks3的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，聯(lián)合對(duì)空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數(shù)及曲線進(jìn)行反求。利用本發(fā)明可準(zhǔn)確地獲取空氣彈簧座椅懸置系統(tǒng)非線性剛度特性參數(shù)及曲線，提高座椅人體振動(dòng)建模和分析的精度，提高座椅懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量；同時(shí)，還可降低試驗(yàn)費(fèi)用，加快產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)速度。
【專利說(shuō)明】空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數(shù)及曲線的反求法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)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(shù)及曲線的反 求法。

【背景技術(shù)】
[0002] 空氣彈簧具有理想的非線性剛度特性，近年來(lái)在座椅懸置系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng) 用。座椅系統(tǒng)舒適性是評(píng)價(jià)汽車性能的重要指標(biāo)之一。為了提高汽車座椅系統(tǒng)的舒適性，必 須建立車輛座椅人體振動(dòng)模型，從而對(duì)座椅懸置系統(tǒng)進(jìn)行分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。車輛座椅人體 振動(dòng)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(dòng)模型 的精確性，從而決定座椅懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果和舒適性提高程度。目前，在汽車座椅系 統(tǒng)舒適性研究中，對(duì)空氣彈簧座椅懸置系統(tǒng)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(jù)大量空氣彈簧測(cè)試的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)曲線擬合折算成空氣彈簧座椅懸置系統(tǒng) 非線性剛度曲線，該方法試驗(yàn)費(fèi)用高、周期長(zhǎng)；第二種方法是根據(jù)空氣彈簧座椅懸置系統(tǒng)， 建立剛度曲線的多項(xiàng)奇次冪數(shù)學(xué)模型，通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)直接獲取空氣彈簧座椅懸置系統(tǒng) 非線性剛度特性曲線。采用第二種方法式，雖然多項(xiàng)奇次冪表達(dá)式，在單純進(jìn)行座椅懸置剛 度特性設(shè)計(jì)的時(shí)候，能夠較好的擬合試驗(yàn)曲線，然而，該方法在進(jìn)行復(fù)雜的座椅懸置模型系 統(tǒng)辨識(shí)時(shí)，各個(gè)剛度系數(shù)的范圍較難給出，如果給的范圍小，導(dǎo)致目標(biāo)搜索值在給定范圍之 夕卜，如果給的范圍過(guò)大，導(dǎo)致辨識(shí)算法計(jì)算耗用大量時(shí)間，且有可能不能搜索到理想值。因 此，目前對(duì)空氣彈簧座椅懸置系統(tǒng)非線性剛度特性曲線，尚無(wú)費(fèi)用低、快速且準(zhǔn)確的獲取方 法，必須建立空氣彈簧座椅懸置系統(tǒng)非線性剛度特性參數(shù)及曲線的反求法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是提供空氣彈簧座椅 懸置非線性剛度特性參數(shù)及曲線的反求法。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數(shù) 及曲線的反求法，其流程框圖如圖1所示，其技術(shù)方案實(shí)施的具體步驟如下：
[0005] (1)利用振動(dòng)測(cè)試設(shè)備，測(cè)量并采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(dòng)信號(hào)和座椅面的垂向振動(dòng)信號(hào)，采集振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度為{0， 1'} = {[041] + [〖1，!']}，其中，前一時(shí)間段[031]的振動(dòng)信號(hào)用于空氣彈簧座椅懸置系統(tǒng)非 線性剛度特性參數(shù)的反求，后一時(shí)間段[ti，T]的振動(dòng)信號(hào)用于對(duì)空氣彈簧座椅懸置系統(tǒng)非 線性剛度特性參數(shù)的反求結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證；
[0006] (2)構(gòu)建懸置"非線性剛度特性_分段線性函數(shù)Fk"的座椅人體垂向振動(dòng)仿真模 型，其步驟如下：
[0007]A步驟：根據(jù)座椅系統(tǒng)舒適性分析的要求，及座椅與駕駛室地板之間的垂向相對(duì) 最大位移&5和垂向相對(duì)線性位移量&1，利用等比數(shù)列，得空氣彈簧懸置"非線性剛度特 性-分段線性函數(shù)F k"的其它分段點(diǎn)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(shù)Fk"，即：
[0008]

【權(quán)利要求】
1.空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數(shù)及曲線的反求法，其具體步驟如下： (1) 利用振動(dòng)測(cè)試設(shè)備，測(cè)量并采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(dòng)信號(hào)和座椅面的垂向振動(dòng)信號(hào)，采集振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度為{〇,T}= {[0,tj+h，T]}，其中，前一時(shí)間段[0,tj的振動(dòng)信號(hào)用于空氣彈簧座椅懸置系統(tǒng)非線性 剛度特性參數(shù)的反求，后一時(shí)間段[tpT]的振動(dòng)信號(hào)用于對(duì)空氣彈簧座椅懸置系統(tǒng)非線性 剛度特性參數(shù)的反求結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證； (2) 構(gòu)建懸置"非線性剛度特性-分段線性函數(shù)Fk"的座椅人體垂向振動(dòng)仿真模型，其 步驟如下： A步驟：根據(jù)座椅系統(tǒng)舒適性分析的要求，及座椅與駕駛室地板之間的垂向相對(duì)最大 位移a5和垂向相對(duì)線性位移量ai，利用等比數(shù)列，得空氣彈簧懸置"非線性剛度特性-分段 線性函數(shù)Fk"的其它分段點(diǎn)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(shù)Fk"，即：
其中，F(xiàn)k為以分段線性函數(shù)所表示的空氣彈簧的非線性彈性力，待反求參數(shù)Q1,θ2，Θ2,Θ4和Θ5為各分段直線與橫坐標(biāo)軸ζ軸的夾角； B步驟：根據(jù)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(zhì)量mb和人體臀部的等效質(zhì)量mh，座椅與座墊質(zhì)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(shù)Fk"，構(gòu)建空氣 彈簧懸置"非線性剛度特性-分段線性函數(shù)Fk"的座椅人體垂向振動(dòng)模型； C步驟：根據(jù)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(shù)Fk"的座 椅人體垂向振動(dòng)模型，利用Matlab/Simulink仿真軟件，建立振動(dòng)仿真模型；以前一時(shí)間段 [〇,tj所測(cè)得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的垂直振動(dòng)加速度信號(hào)為輸入信號(hào)，對(duì) 座椅面的垂直振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值進(jìn)行仿真，其中，在不同頻率下的加權(quán)值為
(3) 以步驟（2)中的A步驟所確定的待反求參數(shù)ΘpΘ2,Θ2,Θ4和Θ5作為參數(shù)反求變 量，利用在前一時(shí)間段[0,tj仿真所得到的座椅面垂向振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值A(chǔ),. _ ^ 與試驗(yàn)所測(cè)得的座椅面垂向振動(dòng)加權(quán)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(shù)Fk"的座椅人體垂向振動(dòng)模型反求參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)Jmin，即： / \2 ? \aUs ___sto^； _Iesi/ ； 其中，反求參數(shù)的范圍依次為^〈"7，， 2 2 2 2 ()<#<營(yíng)，且θ'θ'θ/θ^θ^; (4) 根據(jù)步驟（3)中所建立的反求參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)，利用優(yōu)化算法求目標(biāo)函數(shù)的最小 值，此時(shí)，所對(duì)應(yīng)的優(yōu)化變量即為空氣彈簧非線性剛度參數(shù)θρθ2、θ3、04和θ5的反求 值，從而得到步驟（2)中所構(gòu)建的空氣彈簧懸置"非線性剛度特性-分段線性函數(shù)Fk"的具 體分段函數(shù)表達(dá)式； (5) 根據(jù)空氣彈簧的非線性剛度特性，構(gòu)建一個(gè)奇次冪多項(xiàng)式Fs =Kslz+Ks3z3,其中，F(xiàn)s 為以奇次冪多項(xiàng)式所表示的空氣彈簧的非線性彈性力，Ksl和Ks3為多項(xiàng)式的待求參數(shù)；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(shù)Fk"，從而 得到所構(gòu)建的奇次冪多項(xiàng)式的系數(shù)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(xiàng)式； (6) 構(gòu)建懸置"非線性剛度特性-奇次冪多項(xiàng)式Fs"的座椅人體垂向振動(dòng)仿真模型，構(gòu) 建步驟如下： I步驟：根據(jù)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(zhì)量mb和人體臀部的等效質(zhì)量mh，座椅與座墊質(zhì)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(xiàng)式Fs"，構(gòu)建空氣彈簧懸置 "非線性剛度特性-奇次冪多項(xiàng)式Fs"的座椅人體垂向振動(dòng)模型； II步驟：根據(jù)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(xiàng)式"的座 椅人體垂向振動(dòng)模型，利用Matlab/Simulink仿真軟件，建立其振動(dòng)仿真模型，以前一時(shí)間 段[〇,tj所測(cè)得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的垂直振動(dòng)加速度信號(hào)作為輸入信 號(hào)，對(duì)座椅面的垂直振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值進(jìn)行仿真，其中，在不同頻率下的加權(quán)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(xiàng)式Fs"的系數(shù)Ksl和 Ks3作為優(yōu)化參數(shù)變量，利用在前一時(shí)間段[0,tj仿真所得到的座椅面垂向振動(dòng)加權(quán)加速 度均方根值與試驗(yàn)所測(cè)得的座椅面垂向振動(dòng)加權(quán)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(xiàng)式"的座椅人體垂向振動(dòng)模型參數(shù)反求的目標(biāo) 函數(shù)Jmin，即
其中，目標(biāo)函數(shù)Jmin中的反求參數(shù)的優(yōu)化范圍，是根據(jù)（5)中所得到的奇次冪多項(xiàng)系數(shù) Ksl和Ks3的擬合值，對(duì)反求參數(shù)的優(yōu)化范圍分別設(shè)置為[0. 5Ksl，2Ksl]，[0. 5Ks3, 2KJ; (8) 根據(jù)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(xiàng)式"的座椅人 體垂向振動(dòng)模型參數(shù)反求的目標(biāo)函數(shù)Jmin，利用優(yōu)化算法求目標(biāo)函數(shù)的最小值，此時(shí)，對(duì)應(yīng) 的優(yōu)化參數(shù)Ksl和Ks3的值，即為反求所得到的空氣彈簧座椅懸置系統(tǒng)非線性剛度特性參數(shù) 的優(yōu)化值，而此時(shí)Fs =Kslz+Ks3z3所對(duì)應(yīng)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(tǒng)非線性剛度的優(yōu)化特性曲線； (9) 根據(jù)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(xiàng) 式"的座椅人體垂向振動(dòng)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(tǒng)非線 性剛度特性曲線，以在后一時(shí)間段[tpT]內(nèi)所測(cè)得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的 垂直振并與在該時(shí)間段內(nèi)所測(cè)得的座椅面的垂直振動(dòng)加權(quán)加速度值進(jìn)行比較，對(duì)空氣彈簧 座椅懸置系統(tǒng)非線性剛度特性參數(shù)的反求結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104239658SQ201410568035
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】周長(zhǎng)城, 趙雷雷, 孟憲皆, 劉從臻, 于曰偉 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)