【正文】 彎轉(zhuǎn)向時引起車體左右振動 ， 這些振動綜合起來可視為三維 x 、 y、 z 方向的振動。目前有關(guān)座椅的多維減振的方法還不多見 ， 徐曉美等研究了一種剪式座椅的振動特性 ， 姚為民等研究了空氣懸掛式座椅的減振特性 ， 劉會英等研究了人體座椅系統(tǒng)的主動振動控制系統(tǒng)模型 ， 但上述研究均只考慮了垂直方向車輛振動的影響。 還有 一種救護車用三維防振架 ， 采用機械多層單自由度減振裝置 ， 分層各自實 現(xiàn)獨立方向的減振 ， 結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜由于并聯(lián)機構(gòu)是一種多輸入和多輸出的多自由度系統(tǒng) ， 假設(shè)并聯(lián)機構(gòu)平臺受到多維振動激勵 ， 在并聯(lián)機構(gòu)運動輸入的原動件處裝配可控的彈性阻尼減振系統(tǒng) ， 整個機構(gòu)即可實現(xiàn)多方向的多自由度減振效果?；诓⒙?lián)機構(gòu)的運動特點 ， 這種多維減振平臺具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大、控制精度高、能夠滿足多種多維減振場合的需求 ， 如陳修祥等就提出采用多自由度的并聯(lián)機構(gòu)實現(xiàn)車載設(shè)備的多維振動控制。近年來基 于 Stewart 并 聯(lián)機構(gòu)的 6 自由度振動控制研究比較活躍 ， 但針對少自由度的多維減振研究較少 ， 對于車載座椅等少于六維的空間 耦合振動 ， 若采用上述裝置則顯得裝置復(fù)雜、成本高 ，且會導(dǎo)致多余的非期望振動出現(xiàn) ， 為此 ， 必須研究按實際所需減振維數(shù)的多維減振裝置。車輛座椅的動態(tài)舒適性與座椅及人體的振動特性密切相關(guān)。研究表明 : 座椅的共振頻率一般在 2 ~ 4 H z 左右 ， 人體的振動響應(yīng)分布在低頻 30 Hz 以下 ，4~ 8 Hz 是人體對垂直方向振動的最敏感區(qū)域 ， 此時身體各部分容易產(chǎn)生共振。因此 ， 提高座椅動態(tài)舒適性的原則就是合理地選擇 (或控制 )彈性和阻尼參數(shù) ， 避開人體最敏感頻段 ， 同時盡量吸收振動能量。無論是被動、主動、半主動型座椅懸架都是按照上述原則 設(shè)計和控制。本文按照被動型、半主動型、主動型 3 種座椅懸架的分類詳細(xì)地介紹座椅懸架的研究進展。 被動座椅懸架 5 被動座椅懸架如圖 1 所示 ， 其內(nèi)部無能源供給裝置 ， 其彈性和阻尼系數(shù)按經(jīng)驗或優(yōu)化設(shè)計的方法確定 ， 參數(shù)確定后不隨外部狀態(tài)而變化。被動座椅懸架的研究集中在懸架參數(shù)的測定、分析、優(yōu)化等方面 ， 并且以懸架彈性特性研究為主。已有研究包括對拖拉機、工程機械、貨車等車輛的被動座椅懸架進行優(yōu)化設(shè)計、分析、測試和評價 ， 把懸架剛度設(shè)計成非線性彈性特性以彌補線性特性的缺陷 ， 增加適應(yīng)能力。例如高愛云等對非線性座椅懸架 的動態(tài)參數(shù)進行了優(yōu)化 ， 他們以傳給人體的加速度均方根值最小為優(yōu)化目標(biāo) ， 用 9 次奇次多項式表示非線性彈性特性力 ， 采用隨機方向法進行優(yōu)化得到了最優(yōu)的多項式系數(shù) ， 采用優(yōu)化后的動態(tài)參數(shù)制成的新座椅經(jīng)實驗測試隔振能力提高 40% 左右。 具有代表性的非線性彈性特性實現(xiàn)方法有 ： 采用變螺距、變直徑、變螺旋角螺旋彈簧 ， 采用組合彈簧及磁力彈簧等。另外一種實現(xiàn)非線性彈性的方法是通過懸架機構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn) , 德 國 Grammer 公司 (其 座椅懸架參見圖 2)、英 國 Bostrum公司、我國河南科技大學(xué)等研究了用水平線性拉簧和凸輪、擠壓滾輪 、曲面板配合 , 借助機構(gòu)運動關(guān)系實現(xiàn)非線性彈性特性。 圖 1 被動座椅懸架 6 總體來說 ， 被動座椅懸架通過設(shè)計成非線性彈性特性等方法 ， 隔振效果有較大改進 ， 且對工況適應(yīng)能力有所提高 ， 但剛度和阻尼不能實時調(diào)節(jié) ， 其隔振效果還達(dá)不到最佳 ， 因此座椅懸架研究逐漸轉(zhuǎn)向剛度和阻尼實時可調(diào)的半主動、主動座椅懸架。 半主動座椅懸架 半主動懸架由可控的阻尼元件 (減振器 )和彈簧組成 ， 參見圖 3， 其無動力源且通常只能調(diào)節(jié)阻尼力。早在 1973 年 , 美國的 Crosby 和 Karnopp 首先提出半主動懸架的概念。隨著智能材料和電子控制技術(shù)的發(fā)展 ,半 主動座椅懸架及其控制技術(shù)的研究逐漸興起并取得了較大進展。 和 流變液 ( ER )阻尼器半主動座椅懸架 ,建立了阻尼器的賓漢姆模型并采 用滑?？刂品椒?， 基于整車模型的仿真表明該座椅懸架具有較好的減振效果 ， 但是電流變需要高壓電源 ( 2~ 5 kV )， 因此實際應(yīng)用比較困難。磁流變液具有良好的可控性能和力學(xué)性能 ， 和電流變液相比 ， 其屈服強度高 ( 50 ~ 100 kPa)、驅(qū)動電壓低 ( 2~ 25 V )， 因而具有極高的應(yīng)用價值。基于磁流變的半主動懸架逐漸成為座椅隔振研究的熱點 。 圖 2 凸輪控制的非線性彈性座椅懸架 7 Carlson 等研究用于貨車座椅的可控磁流變液減振器 ， 使座椅振幅降低程度最大達(dá)到 50%。 2021 年 Lord 公司研究開發(fā)了磁流變液阻尼器及基于該阻尼器的汽車磁流變半主動座椅懸架 MotionMaster。該系統(tǒng)由磁流變阻尼器和集成位移傳感器的控制器組成 , 如圖 4 所示。實驗測試表明該系統(tǒng)可以有效降低 40% 的振動和 49% 的沖擊。 Choi 和 Wereley 對磁流變半主動座椅懸架在振動和沖擊載荷下的人體反應(yīng)進行了研究。 Song 和 Ahmadian 等對磁流變座椅采用了非線性自適應(yīng)控制算法 , 并對其參數(shù)選取進行 了仿真分析。 以上研究表明 , 基于磁流變技術(shù)的半主動懸架 能夠?qū)ψ巫枘崃嵤┛刂?, 不僅能量消耗較低 ， 而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、可靠性高 ， 具有較好應(yīng)用前景。 主動座椅懸架 圖 3 半主動型座椅懸架 圖 4 M otionM aster 系統(tǒng)及其部件 8 主動座椅懸架可以采取兩種形式 ， 一種是在被動懸架中附加一個產(chǎn)生可控制作用力的裝置 ,參見圖 5， 該裝置的執(zhí)行機構(gòu)一般是液壓缸或電動滾珠絲杠等力發(fā)生器 ， 其可根據(jù)路面狀況 ， 借助控制算法實時調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼 ， 使其處于最佳減振狀態(tài)。另一種形式不用彈簧和固定阻尼 ,只采用可控力發(fā)生器連接。 圖 5 主動型座椅懸架 Stein 等對電液式 主動駕駛員座椅懸架進行了系統(tǒng)的研究。 McCormac 等人基于電液作動器搭建了雙軸式主動座椅懸架系統(tǒng)。 Johnson 則建立了一種用于減小駕駛員背部損傷的電液式主動式駕駛員座椅懸架系統(tǒng)。 Kawana 等研究了基于電動伺服馬達(dá)和滾珠絲杠的主動座椅懸架系統(tǒng) ,該系統(tǒng)用于重型卡車 ,實驗結(jié)果表明座椅懸架上板加速度加權(quán)平均值降低接近 50% 。 Guclua 和 Gulezb 則采用永磁同步馬達(dá)構(gòu)建了主動座椅懸架。劉會英等建立了包括主動作動器的人體座椅六自由度模型并給出了前饋型自適應(yīng)控制策略 ,曹君等探討了座椅主 動懸架的魯棒控制方法 ， 張紅新等提出了用于主動座椅的電致作動器?？傮w來看 ， 主動懸架屬于力控制 ， 需要直接提供控制力的能源 , 耗能大、結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)較復(fù)雜 ,