提艳*，熊新，吴纪军，李高战，郑竹安，周洋

（盐城工学院，江苏 盐城 224051）

汽车座椅减振系统的研究综述

提艳*，熊新，吴纪军，李高战，郑竹安，周洋

（盐城工学院，江苏 盐城 224051）

汽车座椅减振系统对驾驶员的工作舒适性和安全性十分重要。文章介绍了汽车减振系统的研究现状，结合国、内外研究，综述了汽车座椅减振系统的模型及衰减座椅振动的各种控制方法，并对今后的研究工作进行了探讨。

汽车座椅；减振系统；控制方法；优化设计

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-11-03

引言

随着社会的发展，汽车已经越来越普及，汽车的安全性和舒适性也越来越受到关注和重视。除了汽车悬架系统能够衰减路面带给驾驶者的振动以外，座椅的减振系统也尤为重要。特别是工程车辆，由于工作环境比较恶劣，长时间工作，会增加驾驶员的疲劳程度，影响健康。所以，座椅减振系统对驾驶员的安全性和舒适性具有极其重要的作用。浙江农林大学工程学院章丽萍[1]等研究汽车座椅减振系统的振动频率为3-5Hz时，座椅的软垫是不能有效衰减振动的；振动频率为1-2Hz时，座椅的软垫不仅不能衰减振动，而且会加剧振动。张志勇[2]试验研究座椅被动悬架系统的参数固定，取值范围小，在多变的行驶环境中，对驾驶员的安全性和舒适性有影响。万伟[3]对座椅主动减振系统进行了研究，表明座椅主动减振系统可以有效的衰减振动，但是结构复杂、成本高，需要消耗能量，抗干扰能力差。目前，国内、外文献主要集中在对座椅系统的控制策略上，如神经网络、滑膜控制等，该类控制策略并没有使座椅系统乘坐舒适性达到最佳。但是，现在主动、半主动座椅减振系统因在车辆上的运用还是有限制的。本文针对以上问题着重对座椅减振系统进行探讨，分析车辆座椅减振系统物理模型、数学模型，车辆减振系统系统控制方法等。

1、座椅减振系统模型

1.1 座椅减振系统物理模型

三自由度车辆座椅减振系统模型如图1所示[4]，m1单轮对应的簧下质量；m2为单轮上对应的车身质量，即簧上质量；ms为单轮对应的座椅和人体质量；Kt为轮胎刚度，Z1簧下质量的垂向位移；K为悬架刚度，C为悬架系统的阻尼系数，Z2为簧上质量的垂向位移；Ks为座椅刚度，Cs为座椅系统的阻尼系数，p为座椅的垂向位移；q为路面输入。

图1 三自由度车辆座椅减振系统

1.2 座椅减振系统数学模型

根据牛顿法(或拉格朗日法)建立座椅系统的振动微分方程如下：

化简，可得：

根据三自由度座椅减振系统的数学模型，得到座椅减振系统的幅频特性。

2、三自由度减振系统控制方法

由于座椅减振系统通过数学模型得到参数设计的解析解很难，国内外大多是利用计算机软件进行仿真控制，根据结果进行优化。国内外提出的控制方法很多，如：

（1）天棚阻尼控制方法。最早题出的是天棚阻尼控制方法，原理是在座椅上施加一个与座椅绝对速度成正比的阻尼力，然后合理选择参数，能够衰减甚至消除共振[5]。但是天棚阻尼控制方法实际上实现是非常困难的，仅仅是在理论上实现了。所以，在此基础上提出了如开关控制策略的改进型的天棚阻尼控制方法。

（2）最优控制方法。与天棚阻尼方法比较，最优控制法能够更多的考虑多变量的影响，是一种现代控制理论，有较好的控制效果。通过最优控制法解出反馈增益矩阵，能够利用得到的阻尼力与减振系统中减振器产生的阻尼力进行对比，进行优化。目前，线性最优控制、H*最优控制[6]和最优预报控制已经广泛应用到车辆悬架的控制系统，在座椅减振系统上的应用较少。

（3）模糊半主动控制。由于一些座椅减振系统中用到磁流变减振器，其非线性和建模较困难，所以需要大量的试验和建模工作才能获得精确的模型[7]。对于座椅减振系统来说，探索磁流变减振系统具有现实意义。

（4）神经网络自适应控制。神经网络控制具有学习性和并行性，是近几年新兴起的人工神经网络控制的一个分支，为非线性系统带来了新思路，具有更强的自适应能力[8]。与传统的控制方法比较，自适应网络控制在受控制过程的模型和环境未知的情况下，仍然可以得到高质量控制品质。此控制方法抗干扰能力强，控制效果好，使得神经网络控制在减振系统领域中得到很大重视。

除此之外，还有符合控制方法，李以农、郑玲[9]将模糊控制和神经网络相结合，论述了模糊神经网络非线性控制方法。

3、总结

座椅减振系统对驾驶员的舒适性和安全性具有十分重要的意义。

由于汽车座椅减振系统大多是集中在控制上或者改变弹簧刚度[10]上，这些并没有使驾驶员座椅到达最佳舒适性。针对以上存在的问题，在以后的研究中将进一步探索座椅减振问题。

（1）进一步优化座椅减振系统的物理模型，建立数学模型，对座椅减振系统的评价指标进一步的分析；

（2）优化座椅减振系统的刚度，由线性向非线性进行优化，充分考虑驾驶员座椅的舒适性和安全性。

（3）利用计算机软件对研究内容进行仿真验证，多变量进行仿真优化，达到最佳设计，更进一步提高座椅的乘坐舒适性和安全性，减轻驾驶员的工作疲劳强度。

[1] 章丽萍, 张培培, 孟晓丽, 等. 一种新型农用车辆减震座椅的设计[J]. 汽车实用技术, 2014 (12): 61-64.

[2] 张志勇. 半主动座椅悬架控制理论与实验研究[D]. 湖南大学, 2008.

[3] 万伟. 农用车辆磁流变半主动减振座椅的建模与仿真研究[D].华中农业大学, 2012.

[4] 余志生. 汽车理论[M]. 北京：机械工业出版社, 2009.

[5] 黄斌，蒋祖华等. 汽车座椅系统动态舒适性的研究综述［J］.汽车科技，2001.6.

[6] 刘少军，曹君，朱洁，黄运明. 车辆座椅悬架系统的建模与鲁棒控制研究［J］.信息与控制，2007.12.

[7] 朱华.基于磁流变技术的车用减震器［J］.汽车零部件，2009.4.

[8] 刘会英, 盖玉先, 郑超. 汽车座椅主动振动控制与仿真分析. 中国机械工程, 2006, 06, 12(17)：1227-1230.

[9] 李以农, 郑玲. 汽车非线性半主动悬架的模糊神经网络控制[J].汽车工程, 2004, 26(5)：600-628.

[10] 高丽杰. 基于正负刚度弹簧并联的车辆座椅隔振技术研究[D].东北林业大学, 2009.

The Research Summarization of the Car Seat Vibration System

Ti Yan*, Xiong Xin, Wu Jijun, Li Gaozhan, Zheng Zhuan, Zhou Yang
( YanCheng Insitute of Technology, Jiangsu Yancheng 224051 )

The vibration system of car seat for the driver's comfort and safety is very important. This paper introduced the research situation of the automobile vibration system, Combining the domestic and foreign study, summarized the research model of car seat vibration system and a variety control methods reducing the seat vibration, and probed research work in the future.

car seat; vibration system; control methods; optimal design

U462.1

A

1671-7988 (2017)10-11-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.005

提艳，女，盐城工学院，助教，主要研究方向汽车零部件设计，汽车平顺性研究等。

熊新，男，盐城工学院，副教授，主要研究方向汽车电器与电子技术、汽车液压与控制及汽车振动分析等。