طراحی کنترلگر صندلی در مدل نیم خودرو برای حالت نشسته بدن انسان در وضعیت‌های مختلف ارتعاشی

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مکانیک، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

2 کارشناسی ارشد، گروه مکانیک، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران.

چکیده

رانندگان وسایل نقلیه در طول رانندگی به‌طور دائم در معرض ارتعاش تمام بدن قرار دارند که این مسئله ممکن است منجر به بروز اختلالات اسکلتی- عضلانی، عصبی، قلبی عروقی، گوارشی و بروز سایر بیماری­های شغلی ناشی از ارتعاش گردد. در این مقاله ابتدا معادلات سیستم دینامیکی غیر‌خطی بدن نشسته انسان بر روی مدل نیم خودرو به‌صورت تحلیلی بررسی می‌شود و معادلات با استفاده از سری تیلور خطی‌سازی می‌گردد. سپس معادلات به‌دست آمده در فضای حالت توسط نرم‌افزار متلب به شکل عددی تحلیل می‌شود و برای طراحی کنترل‌کننده چند‌متغیره از تحقق کانونیکال و تبدیلات همانند استفاده می­گردد. در نهایت با استفاده از الگوریتم ژنتیک، بهینه­سازی عملکرد کنترل‌کننده سیستم دینامیکی با هدف کاهش ارتعاشات وارد بر کل بدن انجام می‌گردد. بررسی نتایج نشان می‌دهد که با درنظر گرفتن برآیند دوجهت، میزان شتاب RMS وزنی در دو راستای افقی و عمودی از بدن انسان، بدون کنترلگر برابر با m/s2 76/2 است، با استفاده از کنترلگر به میزان m/s2 27/0 می‌رسد و با به‌کار بردن کنترل بهینه این میزان به m/s2 06/0 کاهش می‌یابد؛ که نشان می­دهد راهبرد کنترلی عملکرد قابل قبولی داشته و به‌خوبی موجب کاهش ارتعاشات وارد بر بدن شده است.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

  1. Lewis, C.H., and Griffin, M.J., “A Review of the Effects of Vibration on Visual Acuity and Continuous Manual Control, Part II: Continuous Manual Control”, Journal of Sound and Vibration, Vol. 56, No. 3, pp. 415-457, 1978.##
  2. McLeod, R.W., and Griffin, M.J., “Review of the Effects of Translational Whole-Body Vibration on Continuous Manual Control Performance”, Journal of Sound and Vibration, Vol. 133 No. 1, pp. 55-115, 1989.##
  3. El Falou, W., Duchene, J., Grabisch, M., Hewson, D., Langeron, Y., and Lino, F., “Evaluation of Driver Discomfort during Long-Duration Car Driving”, Journal of Applied Ergonomics, Vol. 34, No. 3, pp. 249-255, 2003.##
  4. Nitti, R., and De Santis, P., “Assessment and Prediction of Whole-body Vibration Exposure in Transport Truck Drivers”, Journal of Industrial Health, Vol. 48, No. 5, pp. 628-637, 2010.##
  5. Monazam M. Nasiri P., Azam K., and Nasirloo E., “An Investigation of the Effect of Whole Body 64 Vibration with Frequency of 20-25 Hz on Mental Health of Students of Tehran University of Medical Sciences”, Journal of Health and Safety at Work, Vol. 1, No. 2, pp. 23-30, 2012.##
  6. Lakusic, S., Brcic, D., and Lakusic, V.T, “Analysis of Vehicle Vibrations – New Approach to Rating Pavement Condition of Urban Roads. Traffic Transport”, Scientific Journal on Traffic and Transportation Research, Vol. 23, No. 6, pp. 485-494, 2011.##
  7. Kim, K.S., Kim, J., and Kim, K.J., “Dynamic Modeling of Seated Human Body Based on Measurements of Apparent Inertia Matrix for Fore-and-aft/Vertical/Pitch Motion”, Journal of Sound and Vibration, Vol. 330,
    No. 23, pp. 5716-5735, 2011.##
  8. Khani Jazani, R., Saremi, M., kavousi, A., Monazam, M.R., and Abedi, M., “The Effect of Whole Body Vibration on Vehicle Driver’s Reaction Time and Mental and Physiological Workload, Drivers of Passenger Vehicles”, Journal of Analysis of Military and Health Sciences Research, Vol. 10, No. 4,
    pp. 278-284, 2013.##
  9. Blood, R.P., Rynell, P.W., Johnson, P.W., “Vehicle Design Influences Whole Body Vibration Exposures: Effect of the Location of the Front Axle Relative to the Cab”, Journal of Occupational and Environmental Hygiene, Vol. 8, No. 6, pp. 364-374, 2011.##
  10. Badran, S., Salah, A., Abbas, W., Abouelatta., A., “Design of Optimal Linear Suspension for Quarter Car with Human Model using Genetic Algorithms”, The Research Bulletin of Jordan ACM , Vol. 2, No. 2,
    pp. 42-51, 2012.##
  11. Nagarkar, M.P., Vikhe Patil., G.J., Zaware Patil, R.N., “Optimization of Non-linear Quarter Car Suspension– Seat– Driver Model”, Journal of Advanced Research, Vol. 7, No. 6, pp. 991-1007, 2016.##

12 Nasiri, S., Jaafari, H., Habibzadeh, S., Amini, R., “Effects of Uneven Tyre Vibrations on Driver’s Body, 2nd International Conference on Acoustics and Vibration (ISAV2012), Sharif University of Technology, Tehran, 2012 (In Persian).##

  1. Wang, Q., Ren, C., Zhang, L., “Research on Time-Delay Vibration Damping Control of Three Degrees
    Half-Vehicle Suspension System in Idle Condition”, International Journal of Engineering and Advanced Research Technology (IJEART), Vol. 3, No. 4, pp. 5-9, 2017.##
  2. Huang, C.J., Lin, J.S., Chen, C.C., “Road-Adaptive Algorithm Design of Half-Car Active Suspension System”, Journal of Expert Systems with Applications, Vol. 37, No. 6, pp. 4392–4402, 2010.##
  3. Askarzadeh, Z., Moradi, H., “Multivariable Control of Transmitted Vibrations to the Seat Model of the Human Body”, International Journal of Industrial Ergonomics, Vol. 56, pp. 69-83, 2016.##
  4. Abbas, W., Emam, A., Badran, S., Shebl, M., Abouelatta, O., “Optimal Seat and Suspension Design for a Half Car with Driver Model Using Genetic Algorithm”, Intelligent Control and Automation, Vol. 4, pp. 199-205, 2013.##
  5. Abtahi, S.M., Mirrahimi, S.A., “Integrated Control of Active Suspension and Anti-lock Braking System Based on the Nonlinear Improved Sliding Mode Control System”, Scientific Journal of Aerospace Mechanics, Vol. 16, No. 4, pp. 61-70, 2020.##