基于人机工程学的纯电动汽车舒适性研究

【摘要】：随着环境的恶化和能源的短缺,纯电动汽车在近几年己成为国内外的研究热点。为了提高纯电动汽车的车辆舒适性,许多汽车的科研人员纷纷提出了各种方法,然而舒适性影响因素较多,相对复杂,在人员乘坐纯电动汽车的过程中,生理和心理两方面会交互影响人体的舒适性。本文将以纯电动汽车为研究对象,从人机工程学角度出发,针对纯电动汽车舒适性的分析、评价和改进,进行研究和探讨。论文的主要研究内容如下：(1)基于人机工程学原理,结合产品设计、机械原理等相关理论,采用层次推进法的设计原则,针对汽车座椅进行外观造型、外观尺寸、材料以及调节机构的设计。同时通过眼动实验对设计的产品进行分析,并进行客户倾向调查,分析结果表明本文的汽车座椅可以得到消费者的青睐。(2)本文设计了一款新型机电式减震器,并对减震器进行改装作为主动悬架力的输出装置建立模型。基于车辆动力学对纯电动汽车悬架建立1/4二自由度的系统模型,确定悬架系统的控制目标。同时依据路面干扰建立主动悬架系统输入模型,即随机性路面输入模型以及确定性路面输入模型。(3)设计LQG (Linear Quadratic Gaussian)最优控制器以及保性能控制器,并将其应用于纯电动汽车的主动悬架系统中。在MATLAB/Simulink平台下对1/4车辆主动悬架系统进行仿真,仿真结果表明,在保证具有鲁棒性的同时,保性能控制主动悬架明显减小了车身的垂向加速度,提高了纯电动汽车的乘坐舒适性。(4)基于多级综合评价理论对纯电动汽车乘坐舒适性进行客观评价。平衡人机的诉求力求达到系统最优。在评价体系中,可以得到保性能主动悬架控制效果优于LQG方法和被动悬架的效果,结果证明设计的保性能控制器可以有效提高纯电动汽车的舒适性。 【关键词】：纯电动汽车 舒适性 人机工程学 座椅 主动悬架
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 车辆人机工程学9-10
• 1.3 纯电动汽车舒适性概述10-11
• 1.4 国内外研究现状11-13
• 1.4.1 车辆人机工程学的研究现状11
• 1.4.2 座椅舒适性的研究现状11-12
• 1.4.3 主动悬架控制算法的研究现状12-13
• 1.5 主要工作内容13-15
• 第二章 基于人机工程学的纯电动汽车座椅设计15-25
• 2.1 纯电动汽车座椅的人机工程设计流程15-16
• 2.2 人机工程学分析16-19
• 2.2.1 美学分析16-17
• 2.2.2 人机工程学要求17
• 2.2.3 座椅的静态舒适性设计17-18
• 2.2.4 汽车座椅的动态舒适性设计18
• 2.2.5 现有座椅的优缺点18-19
• 2.3 汽车座椅舒适性的设计方法——层次推论法19-20
• 2.3.1 调查问卷19
• 2.3.2 层次推论19-20
• 2.4 座椅设计效果20-22
• 2.5 纯电动汽车座椅设计人机工程学分析22-23
• 2.5.1 美观性要求22
• 2.5.2 整体性要求22-23
• 2.5.3 安全性要求23
• 2.6 纯电动汽车座椅的眼动实验评价23-24
• 2.7 本章小结24-25
• 第三章 纯电动汽车新型悬架及路面输入建模25-38
• 3.1 汽车悬架系统的控制目标25-26
• 3.1.1 汽车乘坐舒适性25
• 3.1.2 轮胎动载荷25
• 3.1.3 悬架动行程25-26
• 3.2 新型机电减震器设计26-31
• 3.2.1 新型机电减震器的设计26-27
• 3.2.2 减震器的工作原理27-28
• 3.2.3 新型机电减震器的Ansyss力学分析28-31
• 3.3 电磁减震器的数学模型31-33
• 3.3.1 电机模型31-33
• 3.3.2 滚珠丝杠模型33
• 3.4 纯电动汽车主动悬架模型33-35
• 3.4.1 1/4纯电动汽车悬架模型的建立34-35
• 3.4.2 悬架系统的控制目标35
• 3.5 路面输入模型35-37
• 3.5.1 随机性路面输入36
• 3.5.2 确定性路面输入36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 纯电动汽车主动悬架平顺性控制研究38-54
• 4.1 主动悬架LQG最优控制38-40
• 4.1.1 最优控制原理38-39
• 4.1.2 主动悬架最优控制设计39-40
• 4.2 LQG最优控制器仿真分析40-44
• 4.2.1 随机性路面输入响应40-42
• 4.2.2 确定性路面输入响应42-44
• 4.3 主动悬架的保性能控制44-49
• 4.3.1 LMI理论基础44-46
• 4.3.2 保性能控制的LMI方法46-48
• 4.3.3 保性能控制器设计48-49
• 4.4 保性能控制仿真49-51
• 4.4.1 时域响应分析50-51
• 4.4.2 频率响应分析51
• 4.5 LQG最优控制与保性能控制仿真结果对比51-52
• 4.6 本章小结52-54
• 第五章 基于多级综合的舒适性评价54-65
• 5.1 多级综合评价理论54-56
• 5.2 层次分析法56-58
• 5.2.1 层次分析法特点56
• 5.2.2 层次分析法的基本步骤56-58
• 5.3 无量纲化处理58
• 5.4 建立确定性输入时主动悬架振动的多级评价体系58-64
• 5.4.1 建立因素集59
• 5.4.2 建立权重集59-61
• 5.4.3 建立评价集61-62
• 5.4.4 一级级综合评价62-63
• 5.4.5 二级综合评价63
• 5.4.6 三级综合评价63-64
• 5.4.7 评价结果64
• 5.5 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 附录71-72
• 攻读硕士期间发表论文及专利72

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