车辆座椅悬置磁流变减振器最优控制电流的设计方法技术

本发明专利技术涉及车辆座椅悬置磁流变减振器最优控制电流的设计方法，属于车辆座椅技术领域，其特征在于：通过实际车辆行驶所测得的座椅安装地板处和座椅面的振动加速度信号及相对速度，利用参数反求目标函数得到座椅悬置等效刚度Ks；然后，利用反求得到的座椅悬置等效刚度，重新构建座椅人体系统Simulink仿真模型及座椅悬置阻尼Cs的设计目标函数，并利用优化算法，设计得到等效最优阻尼Cs-o；随后，利用阻尼力与控制电流之间关系，对磁流变减振器最优控制电流进行设计。该发明专利技术的控制电流是通过实际车辆行驶工况得到的，因此，更加可靠，座椅舒适性显著改善；同时，利用最优电流控制规律表，不需要昂贵的硬件设备，从而降低成本。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，属于车辆座椅
，其特征在于：通过实际车辆行驶所测得的座椅安装地板处和座椅面的振动加速度信号及相对速度，利用参数反求目标函数得到座椅悬置等效刚度Ks；然后，利用反求得到的座椅悬置等效刚度，重新构建座椅人体系统Simulink仿真模型及座椅悬置阻尼Cs的设计目标函数，并利用优化算法，设计得到等效最优阻尼Cs-o；随后，利用阻尼力与控制电流之间关系，对磁流变减振器最优控制电流进行设计。该专利技术的控制电流是通过实际车辆行驶工况得到的，因此，更加可靠，座椅舒适性显著改善；同时，利用最优电流控制规律表，不需要昂贵的硬件设备，从而降低成本。【专利说明】
本专利技术涉及车辆座椅，特别是。
技术介绍
座椅系统舒适性是评价车辆性能的重要指标之一。由于磁流变减振器阻尼便于调节，近年来，在车辆座椅悬置系统中得到了应用。为了提高车辆座椅系统的舒适性，必须对车辆座椅悬置磁流变减振器等效阻尼的控制规律进行优化设计。目前，磁流变减振器等效阻尼的控制规律在车辆座椅悬置的实际应用中，主要由两种设计方法:第一种是天棚阻尼控制律及其改进的控制律；第二种方法主要是根据国际标准化组织在文件IS0/TC108/SC2N67中提出的路面不平度等级，利用控制算法如传统PID控制、最优控制、自适应控制、鲁棒控制、模糊控制、神经网络等，对磁流变减振器等效阻尼的控制规律进行优化设计。第一种方法应用较多，其基本原理是:当簧上质量和簧下质量的相对速度方向与簧下质量的绝对速度相同时，阻尼调节为“硬”状态以减小簧上质量的加速度；当簧上质量和簧下质量的相对速度方向与簧下质量的绝对速度相反时，阻尼调节为“软”状态以减小簧上质量的加速度。此种控制规律比较简单，但对实时性要求较高，需要成本较高的硬件；但不管如何设计硬件，信号采集和控制系统总存在时滞性问题，很容易导致“开关”控制的误操作，恶化了悬置的减振性能。第二种方法由于设计依据的路面激励可能与车辆实际的行驶路况有出入，导致阻尼控制律的控制效果不够理想；而且该方法对对实时性要求也较高，也需要成本较高的硬件。因此，目前对车辆座椅悬置磁流变减振器等效最优阻尼及控制电流，尚缺乏车辆在实际路况中控制效果理想且对硬件设备要求较低的控制律，主要是缺乏座椅磁流变减振器最优控制电流的设计方法。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术所解决的技术问题是提供。 为了解决上述技术问题，本专利技术所提供的辆座椅悬置磁流变减振器等效阻尼控制规律的设计方法，其流程框图如图1所示，其技术方案实施的具体步骤如下: (I)利用振动测试设备，测量并采集得到车辆在主要行驶路况，以不同速度行驶时，在座椅安装地板处的垂直振动加速度信号和座椅面的垂向振动加速度信号，采集振动信号的时间长度为{O,Tl = {}，其中，前一时间段的振动信号可用于相应的座椅悬置的刚度参数的反求结果和减振器等效阻尼优化结果的仿真验证； (2)根据步骤(I)所测得的座椅安装地板处的垂直振动加速度信号和座椅面的垂向振动加速度信号，分别计算出地板安装位置处的振动速度均方根值U1和座椅面的垂向振动速度均方根值U2,并根据U2和U1计算座椅安装地板与座椅面之间的相对运动速度均方根值 Vp = U2 — U1 ; 同时，根据步骤⑴中所采集的前一时间段的座椅面的垂向振动加速度信号，分别计算在前一时间段的均方根值其中，在不同频率下的加权值为 0.5./； eΗζ 「 ^./；/4 /；e(2,4]Hz wkC/；)=: I/; e (4,12.5JHZ12.5/^./； e(12.5,80]Hz (3)构建座椅人体系统的Simulink仿真模型,其构建步骤如下: I根据座垫的等效刚度Kh和等效阻尼Ch ;人体等效刚度Kb和等效阻尼Cb ;人体上部的等效质量mb和人体臀部的等效质量mh，座椅与座垫质量之和ms，构建座椅人体垂向振动模型； II根据I步骤中所建立的座椅人体垂向振动模型,利用Matlab/Simulink仿真软件，构建座椅面垂直振动加权加速度均方根的Simulink仿真模型； (4)座椅悬置当前等效刚度和阻尼参数的反求及验证，其步骤如下: A以座椅悬置等效刚度Ks和等效阻尼Cs作为参数反求变量，以前一时间段[0，tj内所测得的座椅在驾驶室地板安装位置中心处的垂直振动加速度信号作为输入，利用步骤 (3)中的II步骤所构建的Simulink仿真模型，对座椅面垂向振动加权加速度均方根进行仿真； B利用步骤(2)中的测量所得到的座椅面测量垂向振动加速度的加权加速度均方根的分析计算值，及A步骤仿真所得到的加权加速度均方根^7 *，建立座椅悬置当前等效刚度和阻尼参数反求的目标函数Jijlinl,即 ^immi — siml ^zs _ test I)， C根据B步骤中所建立的目标函数Ji minl，利用优化算法，求目标函数Ji minl的最小值，此时，对应的优化变量即座椅悬置的当前等效刚度Ks和阻尼Cs ； D根据步骤(3)中的II步骤所建立的座椅人体系统的Simulink仿真模型，及C步骤中反求得到的座椅悬置的当前等效刚度Ks和阻尼Cs，以步骤(I)中测量采集的在后一时间段内所测得的座椅在驾驶室地板安装位置中心处的垂直振动加速度信号作为输入，对座椅面的垂直振动加权加速度均方根值°^—-1进行仿真计算；并与步骤(2)中的在后一时间段内试验所测得的座椅面垂直振动加速度的加权加速度均方根的分析计算值σ -进行比较，对该车辆座椅悬置当前等效刚度和等效阻尼的反求值的正确性进行验证； (5)构建座椅悬置磁流变减振器等效最优阻尼参数的优化设计模型，其步骤如下: ①根据座垫的等效刚度Kh和等效阻尼Ch ;人体等效刚度Kb和等效阻尼Cb ;人体上部的等效质量mb和人体臀部的等效质量mh,座椅与座垫质量之和ms,及步骤(4)中的B步骤中反求得到的座椅悬置的当前等效刚度Ks，重新构建座椅人体垂向振动模型； ②根据①步骤中所重新构建的座椅人体垂向振动模型，以步骤⑴中所测量采集得到的在前一时间段[o，tj的座椅安装地板位置处的垂直振动加速度信号为输入信号，利用Matlab/Simulink仿真软件,重新构建座椅面的垂直振动加权加速度的Simulink仿真模型，并对加权加速度均方根值进行仿真； ③以座椅悬置等效阻尼Cs o作为待优化设计参数，利用②步骤中仿真所得到的座椅面垂向振动加权加速度的均方根值A,—.=，建立座椅悬置磁流变减振器的等效最优阻尼参数的优化设计模型J。—min，即 1=Cr=_sim2 ; (6)座椅悬置磁流变减振器等效最优阻尼参数的优化设计及验证，步骤如下: a)根据步骤(5)中的③步骤所建立的优化设计模型Jtj min,利用优化算法，求优化设计模型Jtjjlin的最小值，此时，对应的优化变量即为座椅悬置磁流变减振器的等效最优阻尼的优化设计值Cs。； b)根据a)步骤所得到的优化设计值Cs。，及步骤(5)中的②步骤所重新构建的座椅人体系统垂向振动的Simulink仿真模型，以在后一时间段内所测得的座椅在驾驶室地板安装位置中心处的垂直振动加速度信号作为输入，对座椅面的垂直振动加本文档来自技高网...

【技术保护点】
车辆座椅悬置磁流变减振器最优控制电流的设计方法，其具体步骤如下：(1)利用振动测试设备，测量并采集得到车辆在主要行驶路况，以不同速度行驶时，在座椅安装地板处的垂直振动加速度信号和座椅面的垂向振动加速度信号，采集振动信号的时间长度为{0，T}＝{[0,t1]+[t1,T]}，其中，前一时间段[0，t1]的振动信号用于座椅悬置的刚度参数的反求和减振器等效阻尼的优化，后一时间段[t1，T]的振动信号可用于相应的座椅悬置的刚度参数的反求结果和减振器等效阻尼优化结果的仿真验证；(2)根据步骤(1)所测得的座椅安装地板处的垂直振动加速度信号和座椅面的垂向振动加速度信号，分别计算出地板安装位置处的振动速度均方根值u1和座椅面的垂向振动速度均方根值u2，并根据u2和u1计算座椅安装地板与座椅面之间的相对运动速度均方根值Vp＝u2－u1；同时，根据步骤(1)中所采集的前一时间段[0，t1]和后一时间段[t1，T]的座椅面的垂向振动加速度信号，分别计算在前一时间段[0，t1]内的座椅面的垂向振动加权加速度的均方根值和在后一时间段[t1，T]的均方根值其中，在不同频率下的加权值为wk(fi)=0.5fi∈[0.5,2]Hzfi/4fi∈(2,4]Hz1fi∈(4,12.5]Hz12.5/fifi∈(12.5,80]Hz;]]>(3)构建座椅人体系统的Simulink仿真模型，其构建步骤如下：I根据座垫的等效刚度Kh和等效阻尼Ch；人体等效刚度Kb和等效阻尼Cb；人体上部的等效质量mb和人体臀部的等效质量mh，座椅与座垫质量之和ms，构建座椅人体垂向振动模型；II根据I步骤中所建立的座椅人体垂向振动模型，利用Matlab/Simulink仿真软件，构建座椅面垂直振动加权加速度均方根的Simulink仿真模型；(4)座椅悬置当前等效刚度和阻尼参数的反求及验证，其步骤如下：A以座椅悬置等效刚度Ks和等效阻尼Cs作为参数反求变量，以前一时间段[0，t1]内所测得的座椅在驾驶室地板安装位置中心处的垂直振动加速度信号作为输入，利用步骤(3)中的II步骤所构建的Simulink仿真模型，对座椅面垂向振动加权加速度均方根进行仿真；B利用步骤(2)中的测量所得到的座椅面测量垂向振动加速度的加权加速度均方根的分析计算值及A步骤仿真所得到的加权加速度均方根建立座椅悬置当前等效刚度和阻尼参数反求的目标函数Ji_min1，即Ji_min1=(σz··s_sim1-σz··s_test1)2.;]]>C根据B步骤中所建立的目标函数Ji_min1，利用优化算法，求目标函数Ji_min1的最小值，此时，对应的优化变量即座椅悬置的当前等效刚度Ks和阻尼Cs；D根据步骤(3)中的II步骤所建立的座椅人体系统的Simulink仿真模型，及C步骤中反求得到的座椅悬置的当前等效刚度Ks和阻尼Cs，以步骤(1)中测量采集的在后一时间段[t1，T]内所测得的座椅在驾驶室地板安装位置中心处的垂直振动加速度信号作为输入，对座椅面的垂直振动加权加速度均方根值进行仿真计算；并与步骤(2)中的在后一时间段[t1，T]内试验所测得的座椅面垂直振动加速度的加权加速度均方根的分析计算值进行比较，对该车辆座椅悬置当前等效刚度和等效阻尼的反求值的正确性进行验证；(5)构建座椅悬置磁流变减振器等效最优阻尼参数的优化设计模型，其步骤如下：①根据座垫的等效刚度Kh和等效阻尼Ch；人体等效刚度Kb和等效阻尼Cb；人体上部的等效质量mb和人体臀部的等效质量mh，座椅与座垫质量之和ms，及步骤(4)中的B步骤中反求得到的座椅悬置的当前等效刚度Ks，重新构建座椅人体垂向振动模型；②根据①步骤中所重新构建的座椅人体垂向振动模型，以步骤(1)中所测量采集得到的在前一时间段[0，t1]的座椅安装地板位置处的垂直振动加速度信号为输入信号，利用Matlab/Simulink仿真软件，重新构建座椅面的垂直振动加权加速度的Simulink仿真模型，并对加权加速度均方根值进行仿真；③以座椅悬置等效阻尼Cs_o作为待优化设计参数，利用②步骤中仿真所得到的座椅面垂向振动加权加速度的均方根值建立座椅悬置磁流变减振器的等效最优阻尼参数的优化设计模型Jo_min，即Jo_min=σz··s_sim2.;]]>(6)座椅悬置磁流变减振器等效最优阻尼参数的优化设计及验证，步骤如下：a)根据步骤(5)中的③步骤所建立的优化设计模型Jo_min，利用优化算法，求优化设计模型Jo_min的最小值，此时，对应的优化变量即为座椅悬置磁流变减振器的等效...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，李红艳，郭剑，提艳，宋群，程正午，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37