空气弹簧座椅悬置非线性刚度特性参数及曲线的反求法制造技术

本发明专利技术涉及空气弹簧座椅悬置非线性刚度特性参数及曲线的反求法，属于车辆座椅技术领域，其特征在于：利用测量得到的驾驶室地板和座椅面的垂直振动信号，根据所建立的“非线性刚度特性-分段线性函数Fk”的“座椅-人体”振动模型及反求参数θ1～θ5的目标函数，和“非线性刚度特性-奇次幂多项式Fs”的振动模型及反求参数Ks1和Ks3的优化目标函数，联合对空气弹簧座椅悬置非线性刚度特性参数及曲线进行反求。利用本发明专利技术可准确地获取空气弹簧座椅悬置系统非线性刚度特性参数及曲线，提高座椅人体振动建模和分析的精度，提高座椅悬置系统的设计水平和质量；同时，还可降低试验费用，加快产品的设计和开发速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及车辆座椅，特别是空气弹簧座椅悬置非线性刚度特性参数及曲线的反 求法。
技术介绍
空气弹簧具有理想的非线性刚度特性，近年来在座椅悬置系统中得到了广泛应 用。座椅系统舒适性是评价汽车性能的重要指标之一。为了提高汽车座椅系统的舒适性，必 须建立车辆座椅人体振动模型，从而对座椅悬置系统进行分析和优化设计。车辆座椅人体 振动模型的空气弹簧座椅悬置的刚度特性曲线的精确性，直接决定车辆座椅人体振动模型 的精确性，从而决定座椅悬置系统的优化设计结果和舒适性提高程度。目前，在汽车座椅系 统舒适性研究中，对空气弹簧座椅悬置系统非线性刚度曲线的获取，主要有两种方法：第一 种方法是根据大量空气弹簧测试的试验数据，通过曲线拟合折算成空气弹簧座椅悬置系统 非线性刚度曲线，该方法试验费用高、周期长；第二种方法是根据空气弹簧座椅悬置系统， 建立刚度曲线的多项奇次幂数学模型，通过系统辨识技术直接获取空气弹簧座椅悬置系统 非线性刚度特性曲线。采用第二种方法式，虽然多项奇次幂表达式，在单纯进行座椅悬置刚 度特性设计的时候，能够较好的拟合试验曲线，然而，该方法在进行复杂的座椅悬置模型系 统辨识时，各个刚度系数的范围较难给出，如果给的范围小，导致目标搜索值在给定范围之 夕卜，如果给的范围过大，导致辨识算法计算耗用大量时间，且有可能不能搜索到理想值。因 此，目前对空气弹簧座椅悬置系统非线性刚度特性曲线，尚无费用低、快速且准确的获取方 法，必须建立空气弹簧座椅悬置系统非线性刚度特性参数及曲线的反求法。
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空气弹簧座椅 悬置非线性刚度特性参数及曲线的反求法。 为了解决上述技术问题，本专利技术所提供的空气弹簧座椅悬置非线性刚度特性参数 及曲线的反求法，其流程框图如图1所示，其技术方案实施的具体步骤如下： (1)利用振动测试设备，测量并采集得到在某行驶工况下的座椅在驾驶室地板安 装位置中心处的垂直振动信号和座椅面的垂向振动信号，采集振动信号的时间长度为{0， 1'} = {[041] + [〖1，!']}，其中，前一时间段[031]的振动信号用于空气弹簧座椅悬置系统非 线性刚度特性参数的反求，后一时间段[ti，T]的振动信号用于对空气弹簧座椅悬置系统非 线性刚度特性参数的反求结果进行仿真验证； (2)构建悬置非线性刚度特性_分段线性函数Fk的座椅人体垂向振动仿真模 型，其步骤如下： A步骤：根据座椅系统舒适性分析的要求，及座椅与驾驶室地板之间的垂向相对 最大位移&5和垂向相对线性位移量&1，利用等比数列，得空气弹簧悬置非线性刚度特 性-分段线性函数F k的其它分段点依次为a2、a3、a4，从而建立空气弹簧悬置非线性刚度 特性-分段线性函数Fk，即： 本文档来自技高网...

【技术保护点】
空气弹簧座椅悬置非线性刚度特性参数及曲线的反求法，其具体步骤如下：(1)利用振动测试设备，测量并采集得到在某行驶工况下的座椅在驾驶室地板安装位置中心处的垂直振动信号和座椅面的垂向振动信号，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]的振动信号用于空气弹簧座椅悬置系统非线性刚度特性参数的反求，后一时间段[t1，T]的振动信号用于对空气弹簧座椅悬置系统非线性刚度特性参数的反求结果进行仿真验证；(2)构建悬置“非线性刚度特性‑分段线性函数Fk”的座椅人体垂向振动仿真模型，其步骤如下：A步骤：根据座椅系统舒适性分析的要求，及座椅与驾驶室地板之间的垂向相对最大位移a5和垂向相对线性位移量a1，利用等比数列，得空气弹簧悬置“非线性刚度特性‑分段线性函数Fk”的其它分段点依次为a2、a3、a4，从而建立空气弹簧悬置“非线性刚度特性‑分段线性函数Fk”，即：0)ztanθ1z∈[0,a1)a1tanθ1+(z-a1)tanθ2z∈[a1,a2)a1tanθ1+(a2-a1)tanθ2+(z-a2)tanθ3z∈[a2,a3)a1tanθ1+(a2-a1)tanθ2(a3-a2)tanθ3+(z-a3)tanθ4z∈[a3,a4)a1tanθ1+(a2-a1)tanθ2+(a3-a2)tanθ3+(a4-a3)tanθ4+(z-a4)tanθ5z∈[a4,a5);]]>其中，Fk为以分段线性函数所表示的空气弹簧的非线性弹性力，待反求参数θ1，θ2，θ2，θ4和θ5为各分段直线与横坐标轴z轴的夹角；B步骤：根据座垫的等效刚度Kh和等效阻尼Ch，座椅悬置的等效阻尼Cs，人体的等效刚度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，利用A步骤中所建立的空气弹簧悬置“非线性刚度特性‑分段线性函数Fk”，构建空气弹簧悬置“非线性刚度特性‑分段线性函数Fk”的座椅人体垂向振动模型；C步骤：根据B步骤中建立的空气弹簧悬置“非线性刚度特性‑分段线性函数Fk”的座椅人体垂向振动模型，利用Matlab/Simulink仿真软件，建立振动仿真模型；以前一时间段[0，t1]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为输入信号，对座椅面的垂直振动加权加速度均方根值进行仿真，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)以步骤(2)中的A步骤所确定的待反求参数θ1，θ2，θ2，θ4和θ5作为参数反求变量，利用在前一时间段[0，t1]仿真所得到的座椅面垂向振动加权加速度均方根值与试验所测得的座椅面垂向振动加权加速度均方根值建立空气弹簧悬置“非线性刚度特性‑分段线性函数Fk”的座椅人体垂向振动模型反求参数的目标函数Jmin，即：Jmin=(σz··s_sim-σz··s_test)2;]]>其中，反求参数的范围依次为0<θ1<π2,0<θ2<π2,0<θ3<π2,0<θ4<π2,]]>且θ1<θ2<θ3<θ4<θ5；(4)根据步骤(3)中所建立的反求参数的目标函数，利用优化算法求目标函数的最小值，此时，所对应的优化变量即为空气弹簧非线性刚度参数θ1、θ2、θ3、θ4和θ5的反求值，从而得到步骤(2)中所构建的空气弹簧悬置“非线性刚度特性‑分段线性函数Fk”的具体分段函数表达式；(5)根据空气弹簧的非线性刚度特性，构建一个奇次幂多项式Fs＝Ks1z+Ks3z3，其中，Fs为以奇次幂多项式所表示的空气弹簧的非线性弹性力，Ks1和Ks3为多项式的待求参数；利用Matlab曲线拟合工具箱拟，拟合空气弹簧悬置“非线性刚度特性‑分段线性函数Fk”，从而得到所构建的奇次幂多项式的系数Ks1和Ks3的拟合值，而所得到的Fs＝Ks1z+Ks3z3为空气弹簧非线性特性的拟合奇次幂多项式；(6)构建悬置“非线性刚度特性‑奇次幂多项式Fs”的座椅人体垂向振动仿真模型，构建步骤如下：I步骤：根据...

【技术特征摘要】
1.空气弹簧座椅悬置非线性刚度特性参数及曲线的反求法，其具体步骤如下： (1) 利用振动测试设备，测量并采集得到在某行驶工况下的座椅在驾驶室地板安装位 置中心处的垂直振动信号和座椅面的垂向振动信号，采集振动信号的时间长度为{〇,T}= {[0,tj+h，T]}，其中，前一时间段[0,tj的振动信号用于空气弹簧座椅悬置系统非线性 刚度特性参数的反求，后一时间段[tpT]的振动信号用于对空气弹簧座椅悬置系统非线性 刚度特性参数的反求结果进行仿真验证； (2) 构建悬置非线性刚度特性-分段线性函数Fk的座椅人体垂向振动仿真模型，其 步骤如下： A步骤：根据座椅系统舒适性分析的要求，及座椅与驾驶室地板之间的垂向相对最大 位移a5和垂向相对线性位移量ai，利用等比数列，得空气弹簧悬置非线性刚度特性-分段 线性函数Fk的其它分段点依次为a2、a3、a4，从而建立空气弹簧悬置非线性刚度特性-分 段线性函数Fk，即：其中，Fk为以分段线性函数所表示的空气弹簧的非线性弹性力，待反求参数Q1,θ2，Θ2,Θ4和Θ5为各分段直线与横坐标轴ζ轴的夹角； B步骤：根据座垫的等效刚度Kh和等效阻尼Ch，座椅悬置的等效阻尼Cs，人体的等效刚 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，利用A步骤中所建立的空气弹簧悬置非线性刚度特性-分段线性函数Fk，构建空气 弹簧悬置非线性刚度特性-分段线性函数Fk的座椅人体垂向振动模型； C步骤：根据B步骤中建立的空气弹簧悬置非线性刚度特性-分段线性函数Fk的座 椅人体垂向振动模型，利用Matlab/Simulink仿真软件，建立振动仿真模型；以前一时间段 [〇,tj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为输入信号，对 座椅面的垂直振动加权加速度均方根值进行仿真，其中，在不同频率下的加权值为(3) 以步骤（2)中的A步骤所确定的待反求参数ΘpΘ2,Θ2,Θ4和Θ5作为参数反求变 量，利用在前一时间段[0,tj仿真所得到的座椅面垂向振动加权加速度均方根值A,. _ ^ 与试验所测得的座椅面垂向振动加权加速度均方根值·％.. ，建立空气弹簧悬置非线性 刚度特性-分段线性函数Fk的座椅人体垂向振动模型反求参数的目标函数Jmin，即： / \2 ? \aUs ___sto^； _Iesi/ ； 其中，反求参数的范围依次为^〈7，， 2 2 2 2 ()<#<營，且θ'θ'θ/θ^θ^; (4) 根据步骤（3)中所建立的反求参数的目标函数，利用优化算法求目标函数的最小 值，此时，所对应的优化变量即为空气弹簧非线性刚度参数θρθ2、θ3、04和θ5的反求 值，从而得到步骤（2)中所构建的空气弹簧悬置非线性刚度特性-分段线性函数Fk的具 体分段函数表达式； (5) 根据空气弹簧的非线性刚...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，赵雷雷，孟宪皆，刘从臻，于曰伟，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37