磁流變阻尼器建模及在座椅減振中應(yīng)用

孟小杰，于海龍，芮筱亭，張釜誠(chéng)，魏 慜

（南京理工大學(xué) 發(fā)射動(dòng)力學(xué)研究所，南京 210094）

磁流變阻尼器建模及在座椅減振中應(yīng)用

孟小杰，于海龍，芮筱亭，張釜誠(chéng)，魏 慜

（南京理工大學(xué) 發(fā)射動(dòng)力學(xué)研究所，南京 210094）

車輛座椅系統(tǒng)對(duì)汽車平順性以及駕乘人員的舒適性有著重要影響，磁流變阻尼器阻尼可控的特點(diǎn)可有效降低車輛在行駛過程中的振動(dòng)。對(duì)座椅用磁流變阻尼器進(jìn)行阻尼特性試驗(yàn)，使用遺傳算法對(duì)阻尼器的Bouc-Wen模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別。通過分析單自由度座椅系統(tǒng)的受力情況，建立車輛座椅懸架系統(tǒng)單自由度動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)出用于座椅磁流變半主動(dòng)懸架的開關(guān)天棚半主動(dòng)控制策略并進(jìn)行仿真。結(jié)果表明：使用遺傳算法識(shí)別的參數(shù)及辨識(shí)出的模型均能滿足要求。采用磁流變半主動(dòng)座椅懸架后，相對(duì)于被動(dòng)座椅懸架，座椅加速度峰值降低17.4%，座椅加速度均方根值減少13.1%，平順性有明顯的提高。

振動(dòng)與波；磁流變阻尼器；Bouc-Wen模型；遺傳算法；座椅減振；半主動(dòng)控制

汽車在路面上行駛會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)能量通過傳遞最終作用于人體，會(huì)引起人體一系列的生理及心理反應(yīng)。當(dāng)振動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)，將對(duì)駕駛員及旅客的生理及心理反應(yīng)產(chǎn)生十分不利的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的交通事故。

座椅懸架對(duì)汽車行駛平順性有著重要影響。通過提高汽車座椅懸架減振性能改善汽車行駛平順性，已經(jīng)成為一種行之有效的途徑。當(dāng)前，車輛減振主要通過輪胎、汽車懸架和座椅懸架三個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)[1]。通過減小輪胎的垂直剛度、適當(dāng)降低汽車懸架剛度或增加阻尼可以提高汽車的行駛平順性，但也會(huì)減少輪胎的使用壽命，使整車操縱穩(wěn)定性變差，而優(yōu)化座椅懸架系統(tǒng)參數(shù)幾乎不會(huì)影響整車的其他性能，并且制造方便、成本低廉[2]。所以，通過改善座椅懸架系統(tǒng)的參數(shù)來(lái)提升汽車的行駛平順性有著極為重要的意義和實(shí)用價(jià)值。相關(guān)研究表明，汽車座椅的固有頻率一般在2 Hz～4 Hz范圍內(nèi)，當(dāng)激勵(lì)頻率在4 Hz～12.5 Hz時(shí)人體各部分易發(fā)生共振。因此，當(dāng)前汽車座椅懸架設(shè)計(jì)主導(dǎo)思想是合理的選擇（或控制）座椅懸架的剛度和阻尼參數(shù)，減小傳遞到人體的振動(dòng)，盡量避免人體發(fā)生共振[3–4]。

當(dāng)前座椅懸架的形式主要有三種：被動(dòng)式座椅懸架、主動(dòng)式座椅懸架和半主動(dòng)式座椅懸架。被動(dòng)式座椅懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，但其固有頻率是定值，減振性能有限；雖然主動(dòng)式座椅懸架擁有很好的減振性能，但是它造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗高，且當(dāng)執(zhí)行元件失效時(shí)無(wú)法保證座椅懸架的安全性；半主動(dòng)式懸架兼顧了被動(dòng)式懸架和主動(dòng)式懸架的優(yōu)點(diǎn)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗能少、制造成本低、可控性好、減振性能優(yōu)越。磁流變減振器是一種性能較好的半主動(dòng)控制裝置，其能量消耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)范圍大、可靠性好、適應(yīng)性強(qiáng)[5–7]，特別適合在座椅中使用。本文使用LORD公司研制的RD-8040-1型阻尼器。

1 磁流變阻尼器模型的建立

采用磁流變阻尼器進(jìn)行半主動(dòng)控制時(shí)，建立準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)模型是設(shè)計(jì)控制策略和獲得良好控制效果的關(guān)鍵因素之一，也是阻尼器模型的輸出和控制仿真分析具有較高可信度的有力保障。Bouc-Wen模型[8–9]涉及參數(shù)少、數(shù)學(xué)表達(dá)式簡(jiǎn)單、參數(shù)識(shí)別容易，而且能更為精確地描述與實(shí)驗(yàn)相吻合的力-位移曲線及力-速度曲線，能夠較準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)阻尼力大小的影響趨勢(shì)，并且有一定的精度。所以，本文選擇Bouc-Wen模型來(lái)對(duì)阻尼器進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)并且建立阻尼器的數(shù)學(xué)模型。

阻尼器Bouc-Wen模型圖1所示。

圖1 阻尼器Bouc-Wen模型圖

Bouc-Wen模型阻尼力的求解公式

自2003年9月滬蘇浙兩省一市人民政府在全國(guó)率先正式簽署《滬蘇浙共同推進(jìn)長(zhǎng)三角創(chuàng)新體系建設(shè)協(xié)議書》（安徽于2004年加入）以來(lái)，三省一市科技行政主管部門不斷強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，在推動(dòng)大型科學(xué)儀器開放共享、共建新型研發(fā)機(jī)構(gòu)、開展聯(lián)合攻關(guān)等方面積極采取有效措施。2016年，三省一市共同簽署了《滬蘇浙皖關(guān)于共同推進(jìn)長(zhǎng)三角區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)建設(shè)合作框架協(xié)議》，在構(gòu)建區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新共同體過程中邁出重要一步。2018年，三省一市聯(lián)合成立了長(zhǎng)三角區(qū)域合作辦公室，成為長(zhǎng)三角一體化進(jìn)程中第一個(gè)跨行政區(qū)劃的官方常設(shè)機(jī)構(gòu)。

2 磁流變阻尼器的力學(xué)性能試驗(yàn)

本文針對(duì)美國(guó)Lord公司生產(chǎn)的RD-8040-1型磁流變阻尼器進(jìn)行研究，依據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《QC/T545-1999(2005)標(biāo)準(zhǔn)汽車筒式減振器臺(tái)架實(shí)驗(yàn)方法》對(duì)其進(jìn)行力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究，討論了電流、振動(dòng)速度、振幅等參數(shù)對(duì)其阻尼力的影響，獲得磁流變阻尼器的示功圖和速度特性圖。

利用夾具將磁流變阻尼器固定于W+B疲勞試驗(yàn)機(jī)上，直流電流源對(duì)阻尼器供電，施加電流分別為0 A、0.5 A、1.0 A、1.5 A、2.0 A、2.5 A，使用W+B疲勞試驗(yàn)機(jī)為阻尼器提供正弦輸入，頻率分別為1 Hz、2 Hz，振幅分別選用2 mm、5 mm、10 mm，實(shí)驗(yàn)采樣頻率為200 Hz。

圖2 磁流變阻尼器測(cè)試圖

（3）當(dāng)vs≤0且vs-vb≥0時(shí)，磁流變阻尼器產(chǎn)生阻尼力方向向下，對(duì)座椅的速度方向來(lái)說是有害力，應(yīng)該避免。這時(shí)的阻尼器閥處于關(guān)的位置。

圖3 5 mm 1 Hz時(shí)，阻尼器阻尼力-位移關(guān)系圖

圖4 5 mm 1 Hz時(shí)，阻尼器阻尼力-速度關(guān)系圖

由圖3、圖4可知，該磁流變減振器的阻尼力-位移曲線比較飽滿，磁流變阻尼器衰減振動(dòng)與耗能效果良好；在一定的激振振幅和激振頻率的正弦輸入下，阻尼力隨著控制電流的增大而增大，阻尼力調(diào)節(jié)范圍大約在80 N～1 500 N，具有較高的可調(diào)節(jié)性。由阻尼力-速度曲線可知，阻尼力隨著減振器速度的增加而增加，在速度正負(fù)區(qū)分別呈分段線性分布，隨速度變化而變化的部分即為黏滯阻尼力，而在某一工況下保持不變的部分為可控阻尼力，且控制電流越大，對(duì)應(yīng)的阻尼力也越大；阻尼力-速度曲線具有明顯的滯回特性；其阻尼力隨控制電流的增加而增大，但是當(dāng)電流高于2.0 A以后，阻尼力基本保持不變，磁流變液已漸趨飽和，說明該阻尼器的飽和電流在2A左右。

作為中國(guó)公民，關(guān)注我國(guó)的國(guó)際地位以及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，也是參與政治生活的一種體現(xiàn)，只有對(duì)國(guó)家進(jìn)行關(guān)注，才會(huì)發(fā)現(xiàn)國(guó)家的優(yōu)勢(shì)和不足，以激發(fā)我國(guó)公民內(nèi)心的自豪感以及責(zé)任感，通過不斷參與政治生活，來(lái)建設(shè)社會(huì)主義民主政治，不斷提升我國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)力和優(yōu)勢(shì)，以提高我國(guó)的國(guó)際地位。

3 Bouc-Wen模型參數(shù)識(shí)別

將擬合的結(jié)果分別代入5 mm 2 Hz與10 mm 1 Hz的激勵(lì)下進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如圖7、圖8和圖9、圖10。

廣西優(yōu)化營(yíng)商環(huán)境問題及對(duì)策研究 …………………………………………………………………………………… 梁安柱（5/03）

（2）當(dāng)vs≥0且vs-vb≤0時(shí)，磁流變阻尼器產(chǎn)生的阻尼力方向向上，和座椅的速度方向相同，與期望的控制力方向相反。這時(shí)應(yīng)盡量減小阻尼力。

遺傳算法是一種隨機(jī)搜索、逐漸尋優(yōu)的算法，其結(jié)果具有隨機(jī)性。對(duì)任意一個(gè)磁流變阻尼器來(lái)說，由于Bouc-Wen模型不存在真實(shí)解，也就無(wú)法判斷所識(shí)別的參數(shù)是否全局最優(yōu)解，因此判斷識(shí)別結(jié)果是否準(zhǔn)確的唯一標(biāo)準(zhǔn)就是仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的吻合程度，即適應(yīng)度函數(shù)值。由阻尼器的F-s曲線可知，磁流變阻尼器的滯回曲線不存在偏移，故x0＝0。共有六個(gè)參數(shù)需要識(shí)別，分別為γ、β、A、α、k0、c0。定義Bouc-Wen模型的適應(yīng)度函數(shù)為

①應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、地形、地質(zhì)等自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，合理規(guī)劃布局集流節(jié)灌工程。集流工程、蓄水工程、輸水工程和節(jié)灌工程要統(tǒng)一布置，相互銜接配套。

圖5 5 mm 1 Hz 0A時(shí)F-s曲線

圖6 5 mm 1 Hz 0A時(shí)F-v曲線

利用遺傳算法工具箱分別識(shí)別出不同電流、頻率、振幅下的參數(shù)?？紤]不同振幅頻率的影響對(duì)各參數(shù)進(jìn)行二項(xiàng)式擬合，結(jié)果如下

(3)水旺莊礦區(qū)控礦深度超過-2200m，而長(zhǎng)達(dá)110km的招平斷裂其他區(qū)域勘查深度多在-1500m左右，水旺莊深部找礦突破進(jìn)一步拓展了招平斷裂深部找礦的空間。

為了對(duì)磁流變阻尼器的阻尼力進(jìn)行控制，需要對(duì)Bouc-Wen模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別。對(duì)磁流變阻尼器模型參數(shù)識(shí)別的目的是在選定Bouc-Wen力學(xué)模型的前提下，充分分析和處理阻尼器特性試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并遵循一定約束條件的要求，選定一套最優(yōu)的算法程序以得到阻尼器的一系列模型參數(shù)，使基于Bouc-Wen模型的計(jì)算結(jié)果最吻合于實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，為后續(xù)的磁流變阻尼器設(shè)計(jì)和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。這是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化決策的問題，并且磁流變阻尼器具有很強(qiáng)的非線性特性，所以普通的算法并不能滿足要求，而遺傳算法能夠有效地解決這種問題[10]。遺傳算法可以較快地得到較優(yōu)解，當(dāng)遺傳算法的迭代次數(shù)非常大時(shí)，可能會(huì)求得最優(yōu)解或較優(yōu)解，能在搜索最優(yōu)解和搜索效率之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。使用遺傳算法對(duì)阻尼器進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，就是以一個(gè)周期內(nèi)在模型基礎(chǔ)上所得到的計(jì)算阻尼力與同一時(shí)刻的實(shí)測(cè)阻尼力之差的平方和為目標(biāo)函數(shù)，以目標(biāo)函數(shù)值最小為最優(yōu)，通過變異、交叉等遺傳操作，尋求最優(yōu)的阻尼器模型參數(shù)。本文利用Matlab中自帶的遺傳算法工具箱進(jìn)行遺傳算法的參數(shù)識(shí)別，其參數(shù)設(shè)定如下：

首先，健全法律體系。憲法和法律是依法治國(guó)的重要依據(jù)，立法是落實(shí)依法治國(guó)基本方略，建設(shè)社會(huì)主義法治國(guó)家的根本環(huán)節(jié)。因此要堅(jiān)持從國(guó)情出發(fā)，在政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)等諸多領(lǐng)域建立健全法律、法規(guī)，完善社會(huì)主義法律體系，使社會(huì)主義各項(xiàng)事業(yè)有法可依。為了保證國(guó)家政權(quán)專政職能的發(fā)揮，必須有一套法律法規(guī)作保障。這就要求進(jìn)一步完善刑事立法和打擊各種犯罪的法律法規(guī)，善于借鑒西方法律制度，使社會(huì)治安方面的法律法規(guī)更加健全，為依法行使專政職能提供法律依據(jù)和保障，穩(wěn)、準(zhǔn)、狠的打擊刑事犯罪，維護(hù)社會(huì)秩序，鞏固人民民主專政。

圖7 5 mm 2 Hz 0A時(shí)的F-s曲線圖

圖8 5 mm 2 Hz 0A時(shí)的F-v曲線圖

圖9 10 mm 1 Hz 2A時(shí)的F-s曲線圖

圖10 10 mm 1 Hz 2A時(shí)的F-v曲線圖

通過擬合結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出，擬合結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合較好。利用Simulink搭建阻尼器仿真模型，模型圖如圖11。

圖11 Bouc-Wen模型磁流變阻尼器模型圖

4 座椅系統(tǒng)模型

在汽車?yán)碚撝?，因?yàn)檐嚿碣|(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人體質(zhì)量，認(rèn)為上述兩個(gè)環(huán)節(jié)沒有反饋，可以把車身底板的振動(dòng)作為“座椅-人體”系統(tǒng)的輸入。通常將“座椅-人體”簡(jiǎn)化為一個(gè)單自由度振動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于同一物理系統(tǒng)，自由度越多的動(dòng)力學(xué)模型越能真實(shí)的反應(yīng)物理系統(tǒng)的實(shí)際情況，但是計(jì)算的復(fù)雜度和計(jì)算所消耗的時(shí)間也會(huì)隨著大大的增加。因此，在選擇力學(xué)模型時(shí)，要在模型的簡(jiǎn)單性和分析計(jì)算結(jié)果的可靠性之間做出權(quán)衡。本文的研究對(duì)象是汽車座椅懸架在垂直方向上的減振性能。因此單自由度人椅模型可以滿足我們的要求[12]。

研究表明，汽車行駛平順性和人體在垂直方向上的加速度均方根值有關(guān)。因此將人椅模型在垂直方向上的加速度作為研究對(duì)象。通過上面的假設(shè)，我們可以得到如下模型，見圖12。

圖12 座椅單自由度模型

該模型的運(yùn)動(dòng)方程如下

固有頻率

5 開關(guān)天棚控制及仿真

座椅懸架系統(tǒng)的理想天棚控制是將可變阻尼器的一端和懸架機(jī)構(gòu)相連，另一端與天空固聯(lián)的假想慣性系相連。純天棚控制是指僅對(duì)理想天棚控制的模擬，它能大幅減小簧載質(zhì)量在高頻隨機(jī)激勵(lì)下的加速度，但在座椅懸架控制中應(yīng)用較多的是等效天棚控制，這是因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)中不存在隨車輛一起運(yùn)動(dòng)，且固聯(lián)在“天空”的慣性系。等效天棚控制一般需要結(jié)合控制策略來(lái)模擬理想天棚控制[13]。本文采用開關(guān)(On-Off)控制算法來(lái)對(duì)座椅懸架進(jìn)行控制。vs為座椅的垂直速度，vb為車底板的垂直速度，對(duì)于圖12中的可控阻尼器c，其相對(duì)速度為vs-vb，假設(shè)座椅遠(yuǎn)離車身底板時(shí)為正方向。

式中α為磁流變減振器總阻尼力中滯變力所占比例的調(diào)節(jié)參數(shù)；c0為磁流變材料屈服后黏性系數(shù)；n為曲線圓滑系數(shù)，一般曲線圓滑系數(shù)n＝2時(shí)就能使仿真曲線變得圓滑；γ為與滯回環(huán)寬度相關(guān)的調(diào)節(jié)參數(shù)；β為與滯回環(huán)高度相關(guān)的調(diào)節(jié)參數(shù)；A為與最大阻尼力相關(guān)的比例系數(shù)；z為滯變位移，x和x.分別為阻尼器的位移和速度。該模型可以清晰地表述磁流變阻尼器在速度比較小時(shí)的力-位移關(guān)系、耗能情況和阻尼力的非線性。

（1）當(dāng)vs≥0且vs-vb≥0時(shí)，磁流變阻尼器產(chǎn)生阻尼力方向向下，和座椅的速度方向相反，與期望的控制力方向一致。這時(shí)的阻尼器閥處于開的位置。

現(xiàn)在由于姿勢(shì)不正確或頸椎的退行性改變等因素導(dǎo)致的頸椎病發(fā)生率較高。頸椎病可壓迫神經(jīng)出現(xiàn)一系列的功能障礙，包括頸背的疼痛，上肢無(wú)力、僵硬，手指麻木，甚至頭暈、頭痛。頸椎病引起的頭痛多為頸部肌肉血液循環(huán)受阻或椎動(dòng)脈受壓所致，多發(fā)生于枕部，是放射性頭痛，同時(shí)多有頭暈，跟頸部體位變換多有關(guān)系，而不是單純的神經(jīng)性頭痛，會(huì)伴發(fā)背部、肩部、手指的麻木。

采用實(shí)數(shù)編碼方式，選擇算法采用隨機(jī)均勻分布；交叉采用分散交叉的方法，交叉概率取0.8(變異概率為0.2)；變異采用Conctraint dependent。迭代次數(shù)為500。由文獻(xiàn)[11]可知，Bouc-Wen模型中各參數(shù)均取正值，但由于無(wú)具體參數(shù)取值范圍的界定，進(jìn)行識(shí)別時(shí)應(yīng)取較寬的取值范圍，本論文選取參數(shù)范圍為：

在民族地區(qū)開展大學(xué)生實(shí)習(xí)支教工作，高校、地方教育主管部門和實(shí)習(xí)支教受援學(xué)校全面要求大學(xué)生自覺接受黨的思想政治教育、形勢(shì)政策教育、民族團(tuán)結(jié)教育和安全紀(jì)律教育，主動(dòng)學(xué)習(xí)黨和國(guó)家的民族宗教政策，學(xué)習(xí)掌握一些基本的民族日常用語(yǔ)，了解并尊重少數(shù)民族風(fēng)俗習(xí)慣，夯實(shí)他們?yōu)槊褡宓貐^(qū)基礎(chǔ)教育和民族團(tuán)結(jié)服務(wù)，改變民族地區(qū)基礎(chǔ)教育落后面貌的政治覺悟和思想意識(shí)，實(shí)現(xiàn)他們思想政治教育的目的，為全面服務(wù)新疆基礎(chǔ)教育和民族團(tuán)結(jié)教育、促進(jìn)民族間文化交流與融合、維護(hù)新疆社會(huì)的健康、和諧、穩(wěn)定做出新時(shí)代大學(xué)生應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

通過改變振動(dòng)臺(tái)的激勵(lì)振幅、激勵(lì)頻率和磁流變減振器的控制電流，可組成多組減振器試驗(yàn)并記錄阻尼力和阻尼器的位移數(shù)據(jù)，利用Matlab進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得阻尼器的F-s，F(xiàn)-v曲線如下（圖中由內(nèi)到外的對(duì)應(yīng)的控制電流為0、0.5 A、1.0 A、1.5A、2.0A和2.5A）。

（4）當(dāng)vs≤0且vs-vb≤0時(shí)，磁流變阻尼器產(chǎn)生阻尼力方向向下，對(duì)座椅的速度來(lái)說有利，與期望的控制力方向一致。這時(shí)的阻尼器閥處于開的位置。

阻尼器C的控制策略可以用如下公式表示

此模塊適用于患者的自我診斷和科普教育。用戶在搜索框中輸入疾病的相關(guān)信息或人體組織器官名稱，點(diǎn)擊“搜索”后APP會(huì)調(diào)用疾病知識(shí)庫(kù)里的匹配信息，返回相關(guān)疾病的癥狀、病因、療法以及3D模型。還可對(duì)3D模型進(jìn)行移動(dòng)、縮放、點(diǎn)擊出剖面圖等操作。為確保內(nèi)容的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)增加了報(bào)錯(cuò)功能，當(dāng)用戶對(duì)APP信息有異議，可填寫反饋信息，系統(tǒng)維護(hù)人員會(huì)咨詢領(lǐng)域?qū)＜易们樾薷摹?/p>

采用Matlab中的Simulink對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，激勵(lì)選用5 mm 2 Hz的正弦激勵(lì)，人椅質(zhì)量之和為80 kg，座椅懸架的剛度20.49 kN/m，該控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果見圖13。

圖13 單自由度座椅系統(tǒng)仿真結(jié)果圖

本文對(duì)開關(guān)控制下的仿真波形及相關(guān)數(shù)據(jù)，參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4970-1996《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》，該標(biāo)準(zhǔn)使用加速度均方根值作為車輛平順性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，均方根值越小，平順性越好。計(jì)算開關(guān)控制下的加速度均方根值并且與被動(dòng)控制下的對(duì)比?？傻瞄_關(guān)控制下的加速度均方根值為0.584 m/s2，被動(dòng)控制下的加速度均方根值為0.672 1 m/s2，加入開關(guān)半主動(dòng)控制后，加速度均方根值減小了13.1%。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，開關(guān)控制下的加速度峰值為0.76 m/s2，被動(dòng)控制下的加速度峰值為0.92 m/s2，加入開關(guān)半主動(dòng)控制后，加速度峰值減小了17.4%。可知，加入磁流變阻尼器進(jìn)行控制后，取得了較好的減振效果。

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)基于磁流變阻尼器的單自由度座椅減振系統(tǒng)進(jìn)行分析?？紤]到磁流變阻尼器的滯后性，建立了磁流變阻尼器的Bouc-Wen模型，對(duì)其進(jìn)行阻尼特性試驗(yàn)，使用遺傳算法對(duì)該模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別。針對(duì)單自由度座椅減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)了開關(guān)天棚半主動(dòng)控制策略，并利用Simulink對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）通過對(duì)Lord公司生產(chǎn)的RD-8040-1型阻尼器進(jìn)行特性試驗(yàn)，得到了該阻尼器的示功曲線和F-v曲線，驗(yàn)證了磁流變阻尼器的滯回特性，得到該阻尼器的飽和電流大約為2 A，阻尼力的調(diào)節(jié)范圍為80 N～1 600 N。

（2）使用遺傳算法對(duì)磁流變阻尼器的Bouc-Wen模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別。結(jié)果表明，理論擬合曲線與實(shí)驗(yàn)值曲線吻合度較高，能夠滿足控制的要求。

（3）采用天棚控制的方法對(duì)座椅單自由度系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明：加入天棚半主動(dòng)控制后，座椅的加速度峰值降低了17.4%，加速度均方根值減少了13.1%，取得了較好的控制效果。

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MRD Modeling and ItsApplication in Seat Cushioning

MENG Xiao-jie,YU Hai-long,RUI Xiao-ting,ZHANG Fu-cheng,WEIMin
(Institute of Launch Dynamics,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094,China)

The vehicle seat system has an important impact on the car ride comfort.Using the controllable damping characteristics of the magnetorheological damper(MRD)can effectively reduce the vibration of the vehicles.In this paper, the damping characteristic of the MRD of the seat system is tested,and the parameters of the Bouc-Wen model of the MRD are identified by using genetic algorithm.Through analyzing the loading condition of the single DOF seat system,the single DOF dynamic model of the seat suspension system is established and the semi-active control system of the roof switch for the seat MRD semi-active suspension is designed and simulated.The result shows that the parameters and the model identified by using genetic algorithms can meet the requirements.After using the magnetorheological semi-active seat suspension,the seat acceleration peak is reduced by 17.4%,the seat acceleration mean square root is reduced by 13.1%. Automobile ride comfort is significantly improved.

vibration and wave;magnetorheological fluid damper;Bouc-Wen model;genetic algorithms;seat cushioning;semi-active vibration control

U461.4

：A

：10.3969/j.issn.1006-1335.2017.01.013

1006-1355(2017)01-0058-05+81

2016-08-05

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61304137)

孟小杰(1991－)，男，河南省洛陽(yáng)市人，碩士生，主要研究方向?yàn)檠b甲車輛座椅減振技術(shù)。

于海龍，男，碩士生導(dǎo)師。E-mail:yhls0208@sina.com