[發明專利]空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數及曲線的反求法

有效

• 申請號: 201410568035.5
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104239658B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 周長城;趙雷雷;孟憲皆;劉從臻;于曰偉
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.空氣彈簧座椅懸置非線性剛度特性參數及曲線的反求法，其具體步驟如下：

(1)利用振動測試設備，測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信號和座椅面的垂向振動信號，采集振動信號的時間長度為{0，T}＝{[0，t₁]+[t₁，T]}，其中，前一時間段[0,t₁]的振動信號用于空氣彈簧座椅懸置系統非線性剛度特性參數的反求，后一時間段[t₁，T]的振動信號用于對空氣彈簧座椅懸置系統非線性剛度特性參數的反求結果進行仿真驗證；

(2)構建懸置“非線性剛度特性-分段線性函數F_k”的座椅人體垂向振動仿真模型，其步驟如下：

A步驟：根據座椅系統舒適性分析的要求，及座椅與駕駛室地板之間的垂向相對最大位移a₅和垂向相對線性位移量a₁，利用等比數列，得空氣彈簧懸置“非線性剛度特性-分段線性函數F_k”的其它分段點依次為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F_k”，即：

Fk=-a1tanθ1-(a2-a1)tanθ2-(a3-a2)tanθ3-(a4-a3)tanθ4+(z+a4)tanθ5z∈(-a5,-a4)-a1tanθ1-(a2-a1)tanθ2-(a3-a2)tanθ3+(z+a3)tanθ4z∈[-a4,-a3)-a1tanθ1-(a2-a1)tanθ2+(z+a2)tanθ3z∈[-a3,-a2)-a1tanθ1+(z+a1)tanθ2z∈[-a2,-a1)-z tanθ1z∈[-a1,0)z tanθ1z∈[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，F_k為以分段線性函數所表示的空氣彈簧的非線性彈性力，待反求參數θ₁，θ₂，θ₂，θ₄和θ₅為各分段直線與橫坐標軸z軸的夾角；

B步驟：根據座墊的等效剛度K_h和等效阻尼C_h，座椅懸置的等效阻尼C_s，人體的等效剛度K_b和等效阻尼C_b，人體上部的等效質量m_b和人體臀部的等效質量m_h，座椅與座墊質量之和m_s，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F_k”，構建空氣彈簧懸置“非線性剛度特性-分段線性函數F_k”的座椅人體垂向振動模型；

C步驟：根據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F_k”的座椅人體垂向振動模型，利用Matlab/Simulink仿真軟件，建立振動仿真模型；以前一時間段[0，t₁]所測得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的垂直振動加速度信號為輸入信號，對座椅面的垂直振動加權加速度均方根值進行仿真，其中，在不同頻率下的加權值為

wk(fi)=0.5fi∈[0.5,2]Hzfi/4fi∈(2,4]Hz1fi∈(4,12.5]Hz12.5/fifi∈(12.5,80]Hz;]]>

(3)以步驟(2)中的A步驟所確定的待反求參數θ₁，θ₂，θ₂，θ₄和θ₅作為參數反求變量，利用在前一時間段[0，t₁]仿真所得到的座椅面垂向振動加權加速度均方根值與試驗所測得的座椅面垂向振動加權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F_k”的座椅人體垂向振動模型反求參數的目標函數J_min，即：

Jmin=(σz··s_sim-σz··s_test)2;]]>

其中，反求參數的范圍依次為且θ₁<θ₂<θ₃<θ₄<θ₅；

(4)根據步驟(3)中所建立的反求參數的目標函數，利用優化算法求目標函數的最小值，此時，所對應的優化變量即為空氣彈簧非線性剛度參數θ₁、θ₂、θ₃、θ₄和θ₅的反求值，從而得到步驟(2)中所構建的空氣彈簧懸置“非線性剛度特性-分段線性函數F_k”的具體分段函數表達式；

(5)根據空氣彈簧的非線性剛度特性，構建一個奇次冪多項式F_s＝K_s1z+K_s3z³，其中，F_s為以奇次冪多項式所表示的空氣彈簧的非線性彈性力，K_s1和K_s3為多項式的待求參數；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F_k”，從而得到所構建的奇次冪多項式的系數K_s1和K_s3的擬合值，而所得到的F_s＝K_s1z+K_s3z³為空氣彈簧非線性特性的擬合奇次冪多項式；

(6)構建懸置“非線性剛度特性-奇次冪多項式F_s”的座椅人體垂向振動仿真模型，構建步驟如下：

I步驟：根據座墊的等效剛度K_h和等效阻尼C_h，座椅懸置的等效阻尼C_s，人體的等效剛度K_b和等效阻尼C_b，人體上部的等效質量m_b和人體臀部的等效質量m_h，座椅與座墊質量之和m_s，利用步驟(5)中所建立的“非線性剛度特性-奇次冪多項式F_s”，構建空氣彈簧懸置“非線性剛度特性-奇次冪多項式F_s”的座椅人體垂向振動模型；

II步驟：根據I步驟中所建立的空氣彈簧懸置“非線性剛度特性-奇次冪多項式”的座椅人體垂向振動模型，利用Matlab/Simulink仿真軟件，建立其振動仿真模型，以前一時間段[0，t₁]所測得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的垂直振動加速度信號作為輸入信號，對座椅面的垂直振動加權加速度均方根值進行仿真，其中，在不同頻率下的加權值為

wk(fi)=0.5fi∈[0.5,2]Hzfi/4fi∈(2,4]Hz1fi∈(4,12.5]Hz12.5/fifi∈(12.5,80]Hz;]]>

(7)以步驟(6)中的空氣彈簧懸置“非線性剛度特性-奇次冪多項式F_s”的系數K_s1和K_s3作為優化參數變量，利用在前一時間段[0，t₁]仿真所得到的座椅面垂向振動加權加速度均方根值與試驗所測得的座椅面垂向振動加權加速度均方根值建立空氣彈簧懸置“非線性剛度特性-奇次冪多項式”的座椅人體垂向振動模型參數反求的目標函數J_min，即

Jmin=(σz··s_sim-σz··s_test)2;]]>

其中，目標函數J_min中的反求參數的優化范圍，是根據(5)中所得到的奇次冪多項系數K_s1和K_s3的擬合值，對反求參數的優化范圍分別設置為[0.5K_s1,2K_s1]，[0.5K_s3,2K_s3]；

(8)根據步驟(7)所建立的空氣彈簧懸置“非線性剛度特性-奇次冪多項式”的座椅人體垂向振動模型參數反求的目標函數J_min，利用優化算法求目標函數的最小值，此時，對應的優化參數K_s1和K_s3的值，即為反求所得到的空氣彈簧座椅懸置系統非線性剛度特性參數的優化值，而此時F_s＝K_s1z+K_s3z³所對應的曲線，即為反求所得到的載貨車空氣彈簧座椅懸置系統非線性剛度的優化特性曲線；

(9)根據步驟(6)中I步驟中所建立的空氣彈簧懸置“非線性剛度特性-奇次冪多項式”的座椅人體垂向振動仿真模型，及步驟(8)中反求所得到的空氣彈簧座椅懸置系統非線性剛度特性曲線，以在后一時間段[t₁，T]內所測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間段內所測得的座椅面的垂直振動加權加速度值進行比較，對空氣彈簧座椅懸置系統非線性剛度特性參數的反求結果進行驗證。