汽車座椅的非線性準(zhǔn)零剛度隔振技術(shù)研究.pdf

1、汽車座椅懸架系統(tǒng)用于支撐駕乘人員，減緩路面不平給人體帶來的沖擊并緩和車身傳遞的振動(dòng)，為駕乘人員提供良好的乘坐環(huán)境，對提高整車乘坐舒適性具有重要的意義。眾所周知，當(dāng)線性被動(dòng)座椅懸架系統(tǒng)的剛度比較小時(shí)，系統(tǒng)固有頻率較低，隔振頻帶較寬，整車乘坐舒適性較好，但會(huì)導(dǎo)致座椅懸架系統(tǒng)的靜態(tài)位移增大，承載能力降低。為了克服線性被動(dòng)座椅懸架系統(tǒng)存在的這對矛盾，本文研究一種具有準(zhǔn)零剛度的非線性隔振器，并將其運(yùn)用到汽車座椅的隔振中，以實(shí)現(xiàn)汽車座椅的低頻寬頻帶

2、隔振，并提高整車的乘坐舒適性。本文的主要研究內(nèi)容歸納如下：
　　(1)研究了考慮過載及輕載狀態(tài)的準(zhǔn)零剛度隔振器的動(dòng)態(tài)特性及隔振性能。首先，利用諧波平衡法求得了準(zhǔn)零剛度隔振器在簡諧激勵(lì)下的主共振響應(yīng)，分析了其跳躍現(xiàn)象，并利用弗洛凱理論分析了主共振響應(yīng)的穩(wěn)定性。其次，利用諧波平衡法求得了考慮過載及輕載的準(zhǔn)零剛度隔振器在簡諧激勵(lì)下的1/2亞諧共振響應(yīng)，同時(shí)利用數(shù)值法研究了此時(shí)由倍周期分岔導(dǎo)致的混沌等復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)行為。然后定義了力傳

3、遞率與位移傳遞率來評價(jià)準(zhǔn)零剛度隔振器的隔振性能，分析了系統(tǒng)線性阻尼、外界激勵(lì)幅值及系統(tǒng)參數(shù)對準(zhǔn)零剛度隔振器傳遞特性的影響，并與等效的線性隔振器進(jìn)行了對比分析。最后設(shè)計(jì)了一種準(zhǔn)零剛度隔振器，對其進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過對加載后的準(zhǔn)零剛度隔振器施加基礎(chǔ)簡諧位移激勵(lì)，獲取了準(zhǔn)零剛度隔振器的傳遞特性，并與等價(jià)的線性隔振器進(jìn)行了對比分析。
　　(2)研究了考慮時(shí)滯的立方速度反饋控制的準(zhǔn)零剛度隔振器的動(dòng)態(tài)特性及隔振性能。首先，利用多尺度法求得了受

4、控系統(tǒng)的主共振響應(yīng)，分析了系統(tǒng)線性阻尼，立方速度反饋增益及時(shí)滯對主共振幅頻特性的影響。其次，分別采用Sylvester結(jié)式法及Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法分析了不考慮時(shí)滯和考慮時(shí)滯影響的受控系統(tǒng)的跳躍現(xiàn)象，獲得了受控系統(tǒng)不發(fā)生跳躍現(xiàn)象的臨界激勵(lì)幅值和跳躍頻率，得到系統(tǒng)不發(fā)生跳躍現(xiàn)象的臨界參數(shù)曲面，并利用弗洛凱理論分析了受控系統(tǒng)主共振響應(yīng)的穩(wěn)定性。然后，利用多尺度法求得了受控系統(tǒng)的1/3亞諧共振響應(yīng)，分析了系統(tǒng)線性阻尼，

5、立方速度反饋增益及時(shí)滯對亞諧共振幅頻特性和亞諧共振存在區(qū)域的影響。最后，定義了力傳遞率來評價(jià)受控系統(tǒng)的隔振性能，分析了系統(tǒng)線性阻尼，立方速度反饋增益及時(shí)滯對準(zhǔn)零剛度隔振器傳遞特性的影響，并與等效的線性隔振器進(jìn)行了對比分析。
　　(3)建立了準(zhǔn)零剛度隔振器在沖擊激勵(lì)及隨機(jī)激勵(lì)下的動(dòng)力學(xué)模型，研究了其動(dòng)態(tài)特性及隔振性能。利用近似解析法求得了準(zhǔn)零剛度隔振器在這兩種一般激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并與數(shù)值解進(jìn)行了對比分析，驗(yàn)證了解析法的有效性。進(jìn)而

6、定義了合適的評價(jià)指標(biāo)，評價(jià)其在一般激勵(lì)下的隔振性能，研究了系統(tǒng)參數(shù)對其隔振性能的影響，并與等效的線性隔振器進(jìn)行了對比分析。
　　(4)設(shè)計(jì)了三種兩自由度準(zhǔn)零剛度隔振器，研究了其動(dòng)態(tài)特性及隔振性能。首先，對比分析了單自由度準(zhǔn)零剛度隔振器與單自由度線性隔振器的動(dòng)態(tài)特性及隔振性能。其次，對比分析了單自由度線性隔振器與兩自由度線性隔振器的動(dòng)態(tài)特性及隔振性能，此時(shí)兩者的靜態(tài)位移相等。然后，分析了三種兩自由度準(zhǔn)零剛度隔振器的動(dòng)態(tài)特性及隔振性能

7、，采用諧波平衡法求得了其主共振響應(yīng)，利用骨架線及能量平衡法求得了其動(dòng)態(tài)位移峰值，定義了四個(gè)評價(jià)指標(biāo)來評價(jià)其隔振性能，對比分析了單自由度線性隔振器，單自由度準(zhǔn)零剛度隔振器與兩自由度線性隔振器的隔振性能。最后，依據(jù)這四個(gè)評價(jià)指標(biāo)在一定的參數(shù)范圍內(nèi)確定了兩自由度準(zhǔn)零剛度隔振器最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并在這六種隔振器中選擇了最佳的隔振器。
　　(5)研究了基于準(zhǔn)零剛度隔振器的車-座椅-人耦合動(dòng)力學(xué)模型的動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)準(zhǔn)零剛度隔振器處于理想狀態(tài)時(shí)，即

8、實(shí)際乘客體重與設(shè)計(jì)的乘客體重一致，建立了考慮準(zhǔn)零剛度隔振器的8自由度車-座椅-人耦合動(dòng)力學(xué)模型，采用數(shù)值法分析了此耦合動(dòng)力學(xué)模型受到路面三種不同激勵(lì)(沖擊激勵(lì)，簡諧激勵(lì)及隨機(jī)激勵(lì))下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，研究了準(zhǔn)零剛度隔振器系統(tǒng)參數(shù)對此耦合模型動(dòng)態(tài)特性的影響，并與等效的線性被動(dòng)座椅懸架進(jìn)行了對比分析?？紤]實(shí)際工程中乘客體重的變化特性，即準(zhǔn)零剛度隔振器處于輕載或過載狀態(tài)，將乘客體重設(shè)計(jì)為一個(gè)不確定參數(shù)，并為了更好的提高汽車的乘坐舒適性，設(shè)計(jì)了一種基