車輛座椅振動(dòng)模型的座墊等效剛度和等效阻尼的辨識(shí)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及車輛座椅振動(dòng)模型的座墊等效剛度和等效阻尼的辨識(shí)方法，屬于車輛座椅【技術(shù)領(lǐng)域】?，F(xiàn)有技術(shù)中的擬合函數(shù)方法過于復(fù)雜，且需要反復(fù)擬合和修改，一般技術(shù)人員難以掌握和使用。本發(fā)明的特征在于：根據(jù)所建立的座椅座墊人體系統(tǒng)的Matlab/simulink振動(dòng)仿真模型，及試驗(yàn)所測(cè)得的座椅安裝地板位置處和座椅面的振動(dòng)加速度，利用等效剛度和等效阻尼參數(shù)的辨識(shí)目標(biāo)函數(shù)及優(yōu)化算法，對(duì)座墊等效剛度和等效阻尼進(jìn)行辨識(shí)。利用該方法可辨識(shí)得到更加準(zhǔn)確可靠的座墊等效剛度和等效阻尼，為座椅懸置系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定可靠的基礎(chǔ)；同時(shí)，本發(fā)明可避免進(jìn)行大量的樣本試驗(yàn)，降低試驗(yàn)費(fèi)用，縮短座椅懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)周期。
【專利說明】車輛座椅振動(dòng)模型的座墊等效剛度和等效阻尼的辨識(shí)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車輛座椅，特別是車輛座椅振動(dòng)模型的座墊等效剛度和等效阻尼的辨 識(shí)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 座椅系統(tǒng)舒適性是評(píng)價(jià)汽車性能的重要指標(biāo)之一。為了提高汽車座椅系統(tǒng)的舒適 性，必須建立車輛座椅人體振動(dòng)模型，從而對(duì)座椅系統(tǒng)進(jìn)行分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。車輛座椅人 體振動(dòng)模型的座墊等效剛度和阻尼的精確性直接決定車輛座椅人體振動(dòng)模型的精確性，從 而決定座椅系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果和舒適性提高程度。目前，我國(guó)在汽車座椅系統(tǒng)舒適性研 究中，常常忽略座墊的剛度和阻尼，導(dǎo)致所建立的車輛座椅人體振動(dòng)模型不精確。很多學(xué)者 根據(jù)大量座墊測(cè)試的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過曲線擬合獲取座墊的等效剛度和阻尼，該方法試驗(yàn)費(fèi) 用高、周期長(zhǎng)。例如，發(fā)表在《工程力學(xué)》期刊上的論文《汽車座椅聚合物泡沫座墊非線性 彈性-阻尼特性建模研究》，公開了一種座墊剛度和阻尼參數(shù)的獲取方法，其方法是通過大 量的座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，然后利用曲線擬合法，獲取座墊剛度和阻尼參數(shù)。該方法的不足之處在 于，需要做大量座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，因此試驗(yàn)費(fèi)用高、參數(shù)獲取周期長(zhǎng)。此外，該方法獲取的參數(shù) 雖然精度滿足使用要求，但是座墊剛度和阻尼特性參數(shù)的擬合函數(shù)過于復(fù)雜且需要反復(fù)擬 合和修改，不便于技術(shù)人員的快速掌握和使用。因此，目前對(duì)車輛座椅人體振動(dòng)模型的座墊 等效剛度和等效阻尼，我國(guó)尚無快速且準(zhǔn)確的獲取方法，還必須建立車輛座椅振動(dòng)模型的 座墊等效剛度和等效阻尼的辨識(shí)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供車輛座椅振動(dòng) 模型的座墊等效剛度和等效阻尼的辨識(shí)方法。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的車輛座椅振動(dòng)模型的座墊等效剛度和等 效阻尼的辨識(shí)方法，其流程框圖如圖1所示，其技術(shù)方案實(shí)施的具體步驟如下：
[0005] (1)利用振動(dòng)測(cè)試設(shè)備，測(cè)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(dòng)信號(hào)和座椅面的垂向振動(dòng)信號(hào)，采集振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度為{0， 1'} = {[031] + [心，1']}，其中，前一時(shí)間段[031]的振動(dòng)信號(hào)用于座墊等效剛度和等效阻尼 辨識(shí)，后一時(shí)間段[tpT]的振動(dòng)信號(hào)可用于對(duì)座墊等效剛度和等效阻尼辨識(shí)結(jié)果的仿真驗(yàn) 證；
[0006] (2)根據(jù)座椅系統(tǒng)舒適性分析的要求，利用座椅懸置的等效剛度Ks和等效阻尼系 數(shù)c s，人體的等效剛度Kb和等效阻尼系數(shù)Cb，人體上部的等效質(zhì)量mb和人體臀部的等效質(zhì) 量％，及座椅與座墊質(zhì)量之和m s，構(gòu)建座椅人體垂向振動(dòng)模型；
[0007] (3)根據(jù)座椅人體系統(tǒng)垂向振動(dòng)模型，利用Matlab/Simulink仿真軟件，建立座椅 人體系統(tǒng)仿真模型，以在前一時(shí)間段[0, tj所測(cè)得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的 垂直振動(dòng)加速度信號(hào)為輸入信號(hào)，對(duì)座椅面的垂直振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值進(jìn)行仿真，其 中，在不同頻率下的加權(quán)值為 0.5 /； e[0.5, 2]Hz /：/4 /： e (2. 4]Hz
[0008] wk(ft) = \Jl [ ; k " 1 /,： e (4,12.5]Hz 12.5/./； ./； e(12.5,80]Hz
[0009] (4)以座墊等效剛度Kh和等效阻尼Ch作為優(yōu)化辨識(shí)變量，利用在前一時(shí)間段[0， tj仿真所得到的座椅面垂向振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值?.與試驗(yàn)所測(cè)得的座椅面垂向 振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值％8__，建立座墊等效剛度和等效阻尼參數(shù)辨識(shí)的目標(biāo)函數(shù)J min， 即
[0010] % -test);
[0011] (5)根據(jù)座墊等效剛度和等效阻尼參數(shù)的辨識(shí)目標(biāo)函數(shù)，利用優(yōu)化算法求參數(shù)辨 識(shí)目標(biāo)函數(shù)的最小值，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的優(yōu)化變量即為辨識(shí)所得到的車輛座椅人體振動(dòng)模型的 座墊等效剛度和等效阻尼，即座墊等效剛度K h和等效阻尼ch;
[0012] (6)根據(jù)座椅人體系統(tǒng)的振動(dòng)仿真模型及辨識(shí)所得到的座墊等效剛度和等效阻 尼，以在后一時(shí)間段[Α，Τ]內(nèi)所測(cè)得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的垂直振動(dòng)加速 度信號(hào)作為輸入，對(duì)座椅面的垂直振動(dòng)加權(quán)加速度值進(jìn)行仿真計(jì)算，并與在該時(shí)間段內(nèi)所 測(cè)得的座椅面的垂直振動(dòng)加權(quán)加速度值進(jìn)行比較，對(duì)座墊等效剛度和等效阻尼的辨識(shí)結(jié)果 進(jìn)行驗(yàn)證。
[0013] 本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 現(xiàn)有技術(shù)中的擬合函數(shù)方法過于復(fù)雜，且需要反復(fù)擬合和修改，技術(shù)人員難以掌 握和使用。本發(fā)明可根據(jù)建立座椅人體系統(tǒng)振動(dòng)仿真模型，及試驗(yàn)所測(cè)得的座椅在駕駛室 地板安裝中心位置處的振動(dòng)加速度和座椅面的振動(dòng)加速度，利用座墊等效剛度和等效阻尼 參數(shù)的辨識(shí)目標(biāo)函數(shù)及優(yōu)化算法，快速獲取座墊等效剛度和等效阻尼；利用該方法可辨識(shí) 得到更加準(zhǔn)確可靠的座墊等效剛度和等效阻尼，提高車輛座椅人體振動(dòng)建模和分析的精 度，為座椅懸置系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定可靠的基礎(chǔ)；同時(shí)，本發(fā)明可避免進(jìn)行大量的樣本 試驗(yàn)，降低試驗(yàn)費(fèi)用，縮短座椅懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)周期。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 為了更好地理解本發(fā)明下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步說明。
[0016] 圖1是車輛座椅人體振動(dòng)模型的座墊等效剛度和等效阻尼的辨識(shí)流程圖；
[0017] 圖2是試驗(yàn)測(cè)得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的垂直振動(dòng)加速度信號(hào)；
[0018] 圖3是試驗(yàn)測(cè)得的座椅面的垂直振動(dòng)加速度信號(hào)；
[0019] 圖4是座椅人體垂向振動(dòng)模型；
[0020] 圖5是車輛座椅人體振動(dòng)的Simulink仿真模型。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面通過一實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022] 某載貨車座椅系統(tǒng)為了滿足舒適性分析和座椅懸置系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，需 要獲取座椅人體振動(dòng)模型的座墊等效剛度和等效阻尼，從而對(duì)座椅懸置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。已 知該載貨車座椅系統(tǒng)中，座椅懸置的等效剛度心=30000N/m和等效阻尼系數(shù)C s = lOOONm/ s，人體的等效剛度Kb = 27000N/m和等效阻尼系數(shù)Cb = 800Nm/s，人體上部的等效質(zhì)量mb =48kg和人體臀部的等效質(zhì)量mh = 15,座椅與座墊質(zhì)量之和ms = 20kg。該車輛在高速公 路以75km/h速度行駛，通過測(cè)試所采集得到的座椅在安裝地板中心處的振動(dòng)加速度及座 椅面的振動(dòng)減振加速度，利用座椅人體振動(dòng)仿真模型及參數(shù)辨識(shí)目標(biāo)函數(shù)，對(duì)該載貨車座 椅人體振動(dòng)模型的座墊等效剛度和等效阻尼進(jìn)行辨識(shí)。
[0023] 本發(fā)明實(shí)施例所提供的車輛座椅振動(dòng)模型的座墊等效剛度和等效阻尼的辨識(shí)方 法，具體步驟如下：
[0024] (1)利用振動(dòng)測(cè)試設(shè)備，測(cè)量并采集得到該車輛在高速公路以75km/h速度行駛 時(shí)，座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的垂直振動(dòng)信號(hào)和座椅面的垂向振動(dòng)信號(hào)，分別如 圖2和圖3所示，測(cè)試采集信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度為120s，其中，前一時(shí)間段[0,50s]的振動(dòng)信號(hào) 用于座墊等效剛度和等效阻尼辨識(shí)，后一時(shí)間段[50,120]的振動(dòng)信號(hào)可用于對(duì)等效剛度 和等效阻尼辨識(shí)結(jié)果的仿真驗(yàn)證；
[0025] (2)根據(jù)座椅系統(tǒng)舒適性分析的要求，利用座椅懸置的等效剛度Ks = 30000N/m和 等效阻尼系數(shù)Cs = 1000Nm/s，人體的等效剛度Kb = 27000N/m和等效阻尼系數(shù)Cb = 800Nm/ s,人體上部的等效質(zhì)量mb = 48kg和人體臀部的等效質(zhì)量mh = 15kg,及座椅與座墊質(zhì)量之 和ms = 20kg,構(gòu)建座椅人體垂向振動(dòng)模型，如圖4所示；
[0026] (3)根據(jù)座椅人體系統(tǒng)垂向振動(dòng)模型，利用Matlab/Simulink仿真軟件，建立座椅 人體系統(tǒng)仿真模型，如圖5所示，以前一時(shí)間段[0, 50s]所測(cè)得的座椅在駕駛室地板安裝位 置中心處的垂直振動(dòng)加速度信號(hào)為輸入信號(hào)，對(duì)座椅面的垂直振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值進(jìn) 行仿真，其中，在不同頻率下的加權(quán)值為 0.5 ./： e[0.5, 2]Hz /,:/4 f e (2, 4]Hz iKJ,J 1 /： e(4,12.5]Hz 12.5/./； ./,： e(12.5,80]Hz
[0028] (4)以座墊等效剛度Kh和等效阻尼Ch作為優(yōu)化辨識(shí)變量，利用在前一時(shí)間段[0， 50s]仿真所得到的座椅面垂向振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值，與試驗(yàn)所測(cè)得的座椅面垂 向振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值σ... test =0.69m/s2,建立座墊等效剛度和等效阻尼參數(shù)辨識(shí)的目 標(biāo)函數(shù)Jmin，即
[0029] Λ? kVl)"；
[0030] (5)根據(jù)座墊等效剛度和等效阻尼參數(shù)的辨識(shí)目標(biāo)函數(shù)，利用優(yōu)化算法求參數(shù)辨 識(shí)目標(biāo)函數(shù)的最小值，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的優(yōu)化變量即為辨識(shí)所得到的車輛座椅人體振動(dòng)模型的 座墊等效剛度和等效阻尼，即座墊等效剛度K h = 30012N/m和等效阻尼Ch = 520Nm/s ;
[0031] (6)根據(jù)座椅人體系統(tǒng)的振動(dòng)仿真模型及辨識(shí)得到的座墊等效剛度和等效阻尼， 以在后一時(shí)間段[50,120s]內(nèi)所測(cè)得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的垂直振動(dòng)加 速度信號(hào)作為輸入，對(duì)座椅面的垂直振動(dòng)加權(quán)加速度值進(jìn)行仿真計(jì)算；并與在該時(shí)間段 內(nèi)所測(cè)得的座椅面的垂直振動(dòng)加權(quán)加速度值進(jìn)行比較，其中，在后一時(shí)間段[50,120s]內(nèi) 的座椅面振動(dòng)加權(quán)加速度的仿真值為0. 71m/s2,試驗(yàn)測(cè)試值為0. 715m/s2,兩者偏差僅為 0· 005m/s2。
[0032] 可知，辨識(shí)所得到座墊等效剛度和等效阻尼滿足了車輛座椅人體模型分析及座椅 懸置系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，表明該車輛座椅振動(dòng)模型的座墊等效剛度和等效阻尼的辨 識(shí)方法是正確的。
【權(quán)利要求】
1.車輛座椅振動(dòng)模型的座墊等效剛度和等效阻尼的辨識(shí)方法，其具體步驟如下： (1) 利用振動(dòng)測(cè)試設(shè)備，測(cè)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(dòng)信號(hào)和座椅面的垂向振動(dòng)信號(hào)，采集振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度為{〇, T}= {[〇, tj + [ti，T]}，其中，前一時(shí)間段[0, tj的振動(dòng)信號(hào)用于座墊等效剛度和等效阻尼辨識(shí)， 后一時(shí)間段[ti，T]的振動(dòng)信號(hào)可用于對(duì)座墊等效剛度和等效阻尼辨識(shí)結(jié)果的仿真驗(yàn)證； (2) 根據(jù)座椅系統(tǒng)舒適性分析的要求，利用座椅懸置的等效剛度Ks和等效阻尼系數(shù)Cs， 人體的等效剛度K b和等效阻尼系數(shù)Cb，人體上部的等效質(zhì)量mb和人體臀部的等效質(zhì)量mh， 及座椅與座墊質(zhì)量之和m s，構(gòu)建座椅人體垂向振動(dòng)模型； (3) 根據(jù)座椅人體系統(tǒng)垂向振動(dòng)模型，利用Matlab/Simulink仿真軟件，建立座椅人體 系統(tǒng)仿真模型，以在前一時(shí)間段[〇, tj所測(cè)得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的垂直 振動(dòng)加速度信號(hào)為輸入信號(hào)，對(duì)座椅面的垂直振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值進(jìn)行仿真，其中，在 不同頻率下的加權(quán)值為 0.5 /： e[0.5, 2]Hz ./,:/4 ./； ^ (2, 4]Hz k ! 1 ./; e(4,12.5]Hz 12.5/ ./； ./； e(12.5, 80]Hz (4) 以座墊等效剛度Kh和等效阻尼Ch作為優(yōu)化辨識(shí)變量，利用在前一時(shí)間段[0，tj仿 真所得到的座椅面垂向振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值，與試驗(yàn)所測(cè)得的座椅面垂向振動(dòng) 加權(quán)加速度均方根值，建立座墊等效剛度和等效阻尼參數(shù)辨識(shí)的目標(biāo)函數(shù)J min，即 Jmin - ( °"iis - sim _ ?-test ); (5) 根據(jù)座墊等效剛度和等效阻尼參數(shù)的辨識(shí)目標(biāo)函數(shù)，利用優(yōu)化算法求參數(shù)辨識(shí)目 標(biāo)函數(shù)的最小值，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的優(yōu)化變量即為辨識(shí)所得到的車輛座椅人體振動(dòng)模型的座墊 等效剛度和等效阻尼，即座墊等效剛度K h和等效阻尼Ch ; (6) 根據(jù)座椅人體系統(tǒng)的振動(dòng)仿真模型及辨識(shí)所得到的座墊等效剛度和等效阻尼，以 在后一時(shí)間段[tpT]內(nèi)所測(cè)得的座椅在駕駛室地板安裝位置中心處的垂直振動(dòng)加速度信 號(hào)作為輸入，對(duì)座椅面的垂直振動(dòng)加權(quán)加速度值進(jìn)行仿真計(jì)算，并與在該時(shí)間段內(nèi)所測(cè)得 的座椅面的垂直振動(dòng)加權(quán)加速度值進(jìn)行比較，對(duì)座墊等效剛度和等效阻尼的辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行 驗(yàn)證。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104156549SQ201410446106
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】周長(zhǎng)城, 趙雷雷, 孟憲皆, 劉從臻, 于曰偉 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)