【摘 要】
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重型卡车、大型客车等商用车辆,由于自身性能需要,悬架固有频率高。当车辆行驶于恶劣的工作环境中时,路面的不平坦、凹坑等因素会引起驾驶室内低频振动问题频发。驾驶人员如果长时间暴露于这种工作环境中,会严重影响其工作效率,更有甚者,会对其身体造成严重的危害。对于这种车厢振动,主要采用座椅悬架来对其进行隔离,以提高驾驶人员的乘坐舒适性。当前,座椅悬架主要有三类,分别为被动座椅悬架、主动座椅悬架以及半主动座椅
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重型卡车、大型客车等商用车辆,由于自身性能需要,悬架固有频率高。当车辆行驶于恶劣的工作环境中时,路面的不平坦、凹坑等因素会引起驾驶室内低频振动问题频发。驾驶人员如果长时间暴露于这种工作环境中,会严重影响其工作效率,更有甚者,会对其身体造成严重的危害。对于这种车厢振动,主要采用座椅悬架来对其进行隔离,以提高驾驶人员的乘坐舒适性。当前,座椅悬架主要有三类,分别为被动座椅悬架、主动座椅悬架以及半主动座椅悬架。被动座椅悬架由于其刚度和阻尼系数一定,振动衰减能力有限,不能有效地衰减低频振动;主动座椅悬架虽然能够很好地衰减低频振动,但其成本较高、可靠性低;半主动座椅悬架由于同时具有结构简单、可靠性高、减振效果与主动悬架类似等优点,在车辆减振领域具有很好的应用前景。论文以基于磁流变液减振器的半主动座椅悬架为研究对象,对其半主动控制方面所存在的问题进行研究和探讨,主要包括以下几方面:(1)对磁流变液减振器进行阻尼特性实验,通过对实验数据进行分析研究,提出了一种双曲正切-多项式模型,并在所建立的数学模型的基础上,推导出其逆模型。该模型可以根据控制算法所得到的期望阻尼力以及活塞两端的速度与加速度值,计算出所需的输入电流,从而实现将半主动控制算法应用到座椅控制中。(2)对五自由度“人体-座椅”悬架系统模型进行自适应简化,根据简化后的模型设计出一种基于参考模型的滑模控制算法。针对滑模控制中所存在的“抖振”问题,采用模糊控制对其趋近律进行优化,使得系统在控制过程中能够根据运动点与滑模面之间的距离,自动调整趋近速度。同时,在趋近律的设计过程中,选用双曲正切函数来替代趋近律切换项中的符号函数,进一步降低系统“抖振”。(3)利用Matlab/Sinmulink建立了半主动座椅悬架的仿真模型,并对行驶于不同路面及受到冲击载荷下的半主动座椅悬架与被动座椅悬架的减振效果进行了对比分析,验证所设计的控制算法的有效性。通过仿真发现,采用所设计的模糊滑模控制算法的半主动座椅悬架相较于被动座椅悬架,能够有效地提高座椅悬架的减振效果。当车辆行驶于B级路面、C级路面、D级路面以及受到冲击载荷时,半主动座椅悬架振动加速度的均方根值相较于被动座椅悬架分别下降54.3%、54.8%、53.9%以及59.8%。最后,通过改变座椅悬架的载荷质量,来分析当参数发生变化时所设计控制算法的鲁棒性。通过仿真发现,在不同的载荷质量下,所设计的控制算法仍具有很好的控制效果,控制算法的鲁棒性高。
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