汽車座椅的非線性準零剛度隔振技術(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，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，當線性被動座椅懸架系統(tǒng)的剛度比較小時，系統(tǒng)固有頻率較低，隔振頻帶較寬，整車乘坐舒適性較好，但會導致座椅懸架系統(tǒng)的靜態(tài)位移增大，承載能力降低。為了克服線性被動座椅懸架系統(tǒng)存在的這對矛盾，本文研究一種具有準零剛度的非線性隔振器，并將其運用到汽車座椅的隔振中，以實現(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)的準零剛度隔振器的動態(tài)特性及隔振性能。首先，利用諧波平衡法求得了準零剛度隔振器在簡諧激勵下的主共振響應，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零剛度隔振器在簡諧激勵下的1/2亞諧共振響應，同時利用數(shù)值法研究了此時由倍周期分岔導致的混沌等復雜的非線性動力學行為。然后定義了力傳

3、遞率與位移傳遞率來評價準零剛度隔振器的隔振性能，分析了系統(tǒng)線性阻尼、外界激勵幅值及系統(tǒng)參數(shù)對準零剛度隔振器傳遞特性的影響，并與等效的線性隔振器進行了對比分析。最后設(shè)計了一種準零剛度隔振器，對其進行了試驗研究，通過對加載后的準零剛度隔振器施加基礎(chǔ)簡諧位移激勵，獲取了準零剛度隔振器的傳遞特性，并與等價的線性隔振器進行了對比分析。
　　(2)研究了考慮時滯的立方速度反饋控制的準零剛度隔振器的動態(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，分析了系統(tǒng)線性阻尼，立方速度反饋增益及時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滯和考慮時滯影響的受控系統(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，分析了系統(tǒng)線性阻尼，

5、立方速度反饋增益及時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滯對準零剛度隔振器傳遞特性的影響，并與等效的線性隔振器進行了對比分析。
　　(3)建立了準零剛度隔振器在沖擊激勵及隨機激勵下的動力學模型，研究了其動態(tài)特性及隔振性能。利用近似解析法求得了準零剛度隔振器在這兩種一般激勵下的動態(tài)響應，并與數(shù)值解進行了對比分析，驗證了解析法的有效性。進而

6、定義了合適的評價指標，評價其在一般激勵下的隔振性能，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行了對比分析。
　　(4)設(shè)計了三種兩自由度準零剛度隔振器，研究了其動態(tài)特性及隔振性能。首先，對比分析了單自由度準零剛度隔振器與單自由度線性隔振器的動態(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態(tài)特性及隔振性能，此時兩者的靜態(tài)位移相等。然后，分析了三種兩自由度準零剛度隔振器的動態(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，利用骨架線及能量平衡法求得了其動態(tài)位移峰值，定義了四個評價指標來評價其隔振性能，對比分析了單自由度線性隔振器，單自由度準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)這四個評價指標在一定的參數(shù)范圍內(nèi)確定了兩自由度準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)研究了基于準零剛度隔振器的車-座椅-人耦合動力學模型的動態(tài)特性。當準零剛度隔振器處于理想狀態(tài)時，即

8、實際乘客體重與設(shè)計的乘客體重一致，建立了考慮準零剛度隔振器的8自由度車-座椅-人耦合動力學模型，采用數(shù)值法分析了此耦合動力學模型受到路面三種不同激勵(沖擊激勵，簡諧激勵及隨機激勵)下的動態(tài)響應，研究了準零剛度隔振器系統(tǒng)參數(shù)對此耦合模型動態(tài)特性的影響，并與等效的線性被動座椅懸架進行了對比分析。考慮實際工程中乘客體重的變化特性，即準零剛度隔振器處于輕載或過載狀態(tài)，將乘客體重設(shè)計為一個不確定參數(shù)，并為了更好的提高汽車的乘坐舒適性，設(shè)計了一種基