学海网

硕士学位论文 动态环境下汽车振动人体乘坐舒适度仿真与实验研究 共79页，40841字
摘 要
随着经济的发展和汽车的普及，汽车已成为人们生活空间的延伸。汽车在行驶过程中会产生振动，汽车振动将会使车内的乘员感到不舒适、疲劳甚至危及人体健康。因此，研究汽车振动下的人体乘坐舒适度问题显得尤为重要。本文依托国家自然科学基金项目“面向动态环境的机械系统人机界面设计方法研究”，对汽车振动环境下人体乘坐舒适度进行了仿真与实验研究。
本文根据动态环境汽车振动人体乘坐舒适度仿真研究的需要和人-车-路系统间的作用关系，在对随机路面特性理论研究的基础上，采用白噪声方法建立了随机路面的数学模型；运用Matlab中的Simulink模块模拟出几种不同的随机路面激励形式，并利用随机路面激励的功率谱密度对路面的不平度进行分析，得到了符合我国公路标准的随机路面激励时域模型。然后利用动力学分析软件ADAMS构建了车辆动力学模型，通过ADAMS插件LifeMOD建立了符合中国人体特性的人体生物结构模型，将上述两种模型进行装配，构建出人-车系统生物力学仿真模型。进而将随机路面激励模型导入人-车系统生物力学仿真模型中进行人-车系统振动仿真分析，得到汽车和人体在不同车速、不同路面等级下垂直方向的振动响应。在此基础上，以国标GB/T4970为依据，进行了动态环境汽车振动人体乘坐舒适度的评价研究。为了验证人体乘坐舒适度仿真与评价研究的正确性，本文在S802 24C随机振动台上进行了人体振动舒适度的客观评价实验和实车在不同路面不同车速下的人体乘坐舒适度的主观评价实验。实验结果表明，客观评价实验结果与仿真结果基本吻合，主观实验的人体感受也很好地验证了仿真结果的正确性。
本文从仿真和实验两个方面研究了在随机路面激励下汽车振动的人体乘坐舒适度问题。仿真研究、客观评价实验研究以及主观评价实验研究均取得了较好的一致性，它们为汽车等机械系统的人机界面设计分析提供了理论依据。本文人-车系统的模型构建、汽车振动条件下的人体乘坐舒适度的仿真和实验方法均适用于大部分振动工况下的人体舒适度分析，因此，对其它交通工具以及其它工作场合同样具有参考价值。
关 键 词：动态环境；人-车-路系统；乘坐舒适度；仿真；实验

目 录
1 绪论 1
1.1 前言 1
1.2 课题来源及研究背景 2
1.3 国内外研究现状 2
1.3.1 路面特性的研究现状 3
1.3.2 人-车系统模型的研究现状 4
1.3.3 振动环境下乘坐舒适度评价方法研究现状 5
1.4 汽车乘坐舒适度研究意义 7
1.5 论文主要的研究内容和章节安排 7
2 随机路面激励模型构建技术研究 9
2.1 路面激励输入方式 9
2.2 随机路面激励模型的构建 10
2.2.1 随机路面不平度的功率谱 10
2.2.2 路面随机激励的Simulink仿真 13
2.2.3 路面随机激励模型在Simulink中的实现 15
2.3 路面随机激励在ADAMS中表达方式 16
2.4 本章小结 16
3 人-车系统模型构建技术研究 17
3.1 MSC-ADAMS软件简介 17
3.2 利用ADAMS构建整车模型 18
3.2.1 汽车子系统模型的构建 18
3.2.2 整车模型的组装 20
3.3 驾驶员模型的构建技术研究 21
3.3.1 MSC-ADAMS的插件BRG. LifeMOD软件简介 22
3.3.2 人体模型构建 22
3.3.3 人-车系统模型的构建 25
3.4 本章小结 25
4 动态环境下汽车振动人体乘坐舒适度的仿真研究 26
4.1 振动环境下人体乘坐舒适度评价方法简介 26
4.1.1 汽车振动的输入方式 26
4.1.2 振动对人体的影响 27
4.1.3 汽车振动舒适度评价方法 27
4.1.4 模糊评价方法构建整车舒适度评价模型 30
4.2 不同行驶状况下的汽车振动人体乘坐舒适度仿真研究 32
4.3 仿真结果分析 35
4.3.1 人体全身振动的乘坐舒适度评价 35
4.3.2 人体局部振动的乘坐舒适度评价 36
4.3.3 人体各部位局部振动加权系数确定 38
4.3.4 整车的舒适度评价 39
4.4 本章小结 40
5 人体乘坐舒适度客观评价实验研究 41
5.1 客观评价实验研究方法及步骤 41
5.1.1 实验方法 41
5.1.2 实验步骤 42
5.2 振动台所需参数的计算 42
5.2.1 车速和路面的选择 42
5.2.2 振动台所需参数计算 43
5.2.3 实验数据处理 45
5.3 客观评价实验结果与分析 50
5.4 本章小结 53
6 汽车振动人体乘坐舒适度的主观评价实验研究 54
6.1 主观评价实验方法及程序 54
6.1.1 实验方法 54
6.1.2 实验工作步骤 55
6.1.3 主观评价数据的可信度计算 56
6.2 主观评价实验结果与分析 57
6.3 本章小结 59
7 结论与展望 60
7.1 结论 60
7.2 展望 60
致 谢 62
参考文献 63
攻读学位期间取得的研究成果 65