商用车座椅半主动悬架特性研究

【摘要】商用车承载能力要求高，其悬架的刚度一般较大，并且工作环境较为恶劣，由路面不平引起的驾驶室振动问题尤为突出。商用车驾驶员长时间暴露于振动中，极易产生疲劳，降低工作效率和操作准确性，甚至影响身体健康。如何有效的隔离和衰减商用车驾驶室内的振动，以提高驾驶员的乘坐舒适性，是国内外学者一直致力于研究的方向。但不同的路面对商用车座椅悬架特性提出了不同的要求，比如当商用车行驶在高速公路等较好道路上时，在悬架拉伸和压缩行程允许的范围内，座椅悬架尽量软为宜。而当商用车行驶在矿山等坏路面上时，为了保证座椅悬架不撞击限位，座椅悬架应该较硬为宜，传统座椅被动悬架难以同时兼顾上述要求，而阻尼可变的座椅半主动悬架减振系统，则能够根据座椅的振动状态去控制半主动减振器产生最合适的阻尼，保证商用车行驶在不同的工况时，座椅都能保持最佳的舒适性，克服了座椅被动悬架不能同时兼顾不同路面工况舒适性的缺陷。因此本文进行商用车座椅半主动悬架的研究具有十分重要的意义。为了获得最适合商用车座椅半主动悬架使用的控制策略和控制参数，本文结合某商用车座椅悬架开发项目，从商用车座椅悬架多体动力学建模和仿真分析、商用车座椅半主动悬架的控制方法研究及其台架试验三方面展开，主要内容及结论为：商用车座椅悬架多体动力学建模和特性分析。准确的座椅悬架模型是研究座椅悬架特性和控制方法的基础。因此，本文首先针对座椅悬架的具体结构和约束建立了剪式座椅悬架的多体动力学模型，模型中考虑了减振器和弹簧实际安装位置和在振动过程中角度的变化，考虑了剪式座椅悬架中各部件的质量和转动惯量；其次，对比分析座椅悬架多体动力学方程常见的求解算法，确定了先通过鲍姆加特算法对座椅悬架多体动力学方程修正再直接积分的求解算法；然后，设计了座椅悬架台架试验对所建立的模型进行了试验验证，试验结果表明本文所建立的剪式座椅悬架多体动力学模型具有较高的精度；最后，鉴于座椅悬架多体动力学方程中存在因子的原因，将座椅悬架的多体动力学方程转化为座椅悬架的状态方程很困难，本文又根据剪式座椅悬架多体动力学模型建立了剪式座椅悬架的简化模型，得到近似的座椅悬架状态方程，用于剪式座椅悬架现代控制理论方法的研究。商用车座椅半主动悬架的控制方法研究。本文首先基于剪式座椅悬架的简化模型，根据最优控制理论，设计了剪式座椅悬架的LQG控制器。然后，基于剪式座椅的多体动力学模型，根据加速度阻尼控制理论，设计了加速度阻尼控制器。仿真结果表明：通过LQG控制的主动座椅悬架和通过加速度阻尼控制的座椅半主动悬架都能显著的改善座椅的乘坐舒适性，同时LQG控制的控制效果比加速度阻尼控制的控制效果略好。但在实时控制方面，LQG控制器产生最优力的时间比加速度阻尼控制器产生最优力的时间长，很难实现实时控制。通过对两种控制器控制效果和控制时间的比较，本文通过使用加速度阻尼控制方法来改善商用车剪式座椅的舒适性。座椅悬架台架试验。分别对安装被动减振器的剪式座椅悬架和安装带有加速度阻尼控制器的座椅半主动悬架进行台架试验，试验得到的座椅半主动悬架的簧上质量加速度的均方根值比座椅被动悬架的加速度的均方根值降低了20%以上。通过台架试验，验证了加速度阻尼控制算法对改善商用车剪式座椅舒适性的有效性。
【作者】孙明；
【导师】郭孔辉；章新杰；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】剪式座椅悬架多体动力学模型；座椅悬架简化模型；LQG控制；加速度阻尼控制；座椅悬架台架试验；

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