一種剛度阻尼及慣性力可控的隔振系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械力的控制及其控制方法領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用動(dòng)力吸振的力控制設(shè)備 領(lǐng)域。本發(fā)明涉及一種隔振系統(tǒng)及其控制方法，尤其涉及一種剛度阻尼及慣性力可控的隔 振系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)械設(shè)備在工作過程中會(huì)不可避免的產(chǎn)生振動(dòng)，機(jī)器高速運(yùn)作的振動(dòng)問題是一個(gè) 比較突出且難以解決的問題，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備而言，僅依靠?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)是不能解決振動(dòng) 問題的，因此，隔振裝置是一個(gè)不可缺少的機(jī)械設(shè)備，隔振裝置可用于諸多領(lǐng)域，例如被用 于車輛、建筑物、橋梁等領(lǐng)域的隔振?；趥鹘y(tǒng)隔振理論的隔振裝置不能解決隔振效果的優(yōu) 異性與設(shè)備工作空間、動(dòng)載荷之間的矛盾，隔振效果不理想，阻礙了隔振技術(shù)研究的進(jìn)展， 而依據(jù)機(jī)電相似理論，將機(jī)械系統(tǒng)之中的力流與電學(xué)系統(tǒng)中的電流、機(jī)械系統(tǒng)中的速度與 電學(xué)系統(tǒng)中的電壓分別對(duì)應(yīng)起來;彈簧兩端點(diǎn)的力相位滯后于兩端點(diǎn)的速度相位，阻尼設(shè) 備兩端點(diǎn)的力相位與兩端點(diǎn)的速度相位始終相同，力控制設(shè)備兩端點(diǎn)的力相位超前于兩端 點(diǎn)的速度相位。據(jù)此，在現(xiàn)有彈簧阻尼二元件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了慣性設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)既能 夠緩沖并衰減高頻振動(dòng)與沖擊，也能夠緩沖并衰減低頻振動(dòng)與沖擊的動(dòng)力吸振式隔振結(jié) 構(gòu)。
[0003] 空氣彈簧是一種在柔性密閉容器中加入壓縮空氣、利用空氣的體積壓力進(jìn)行工作 的非線性彈性元件，并且兼有隔振、緩沖及作動(dòng)等多種功能，空氣彈簧主要由橡膠氣囊，上 蓋板和下蓋板組成，上下蓋板與橡膠氣囊之間保持氣密，可以實(shí)現(xiàn)彈簧剛度的主動(dòng)改變，其 減振性能相比于傳統(tǒng)彈性元件具有極大的優(yōu)越性。
[0004] 磁流變阻尼器利用電磁效應(yīng)，以來自監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)動(dòng)傳感器的輸入信息為基礎(chǔ)，對(duì) 路況和駕駛環(huán)境做出實(shí)時(shí)響應(yīng)。磁流變液體(MR液體)是一種磁性軟粒懸浮液，當(dāng)液體被注 入阻尼器活塞內(nèi)的電磁線圈后，線圈的磁場(chǎng)將改變其流變特性(或產(chǎn)生流體阻力），從而在 沒有機(jī)電控制閥、且機(jī)械裝置簡(jiǎn)單的情形下，產(chǎn)生反應(yīng)迅速、可控性強(qiáng)的阻尼力。磁流變阻 尼器有著阻尼力可調(diào)倍數(shù)高、易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)變阻尼實(shí)時(shí)控制、結(jié)構(gòu)緊湊以及外部輸入能 量小等特點(diǎn)，日益受到工程界的高度重視。
[0005] 目前的隔振設(shè)備控制方法大多僅涉及多種參數(shù)中的一個(gè)變量，這限制了隔振設(shè)備 發(fā)揮其最大的減振效果，設(shè)備無(wú)法在任一瞬時(shí)均為參數(shù)最佳匹配狀態(tài)，特別是設(shè)備在振動(dòng) 輸入頻率是變化的情況之下，減振效果將更加的不理想。而現(xiàn)實(shí)生活之中，大多數(shù)的振動(dòng)都 是非單一頻率的振動(dòng)，往往涉及多種頻率的復(fù)雜振動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種剛度阻尼及慣性力都可 控的隔振裝置及其控制方法，實(shí)現(xiàn)了剛度、阻尼以及慣性力的主動(dòng)可控，可以極大的優(yōu)化現(xiàn) 有隔振設(shè)備的性能。
[0007] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種剛度阻尼及慣性力可控的隔振系統(tǒng)，包括隔振裝置與控制模塊；
[0009] 所述隔振裝置中，包括空氣彈簧、慣性力發(fā)生器、磁流變式阻尼器;所述慣性力發(fā) 生器置于空氣彈簧中；
[0010] 所述空氣彈簧與磁流變式阻尼器并聯(lián);所述空氣彈簧一端與振動(dòng)機(jī)械設(shè)備相連 接，空氣彈簧另一端與固定物相連接;所述磁流變式阻尼器一端與振動(dòng)機(jī)械設(shè)備相連接，磁 流變式阻尼器另一端與固定物相連接；
[0011] 所述空氣彈簧包括空氣彈簧本體與空氣彈簧底座;所述空氣彈簧底座置于空氣彈 簧本體下端中心且空氣彈簧本體與空氣彈簧底座為可拆卸密封連接；
[0012] 所述慣性力發(fā)生器包括慣性力發(fā)生器缸筒與質(zhì)量式齒條活塞桿;所述慣性力發(fā)生 器缸筒具有彈性;所述慣性力發(fā)生器缸筒置于空氣彈簧本體內(nèi)部，且沿空氣彈簧本體軸線 左右對(duì)稱;慣性力發(fā)生器缸筒底部固定于空氣彈簧底座上；質(zhì)量式齒條活塞桿軸向一端置 于慣性力發(fā)生器缸筒內(nèi)部;質(zhì)量式齒條活塞桿軸向另一端置于空氣彈簧底座內(nèi)并與對(duì)稱固 定在空氣彈簧底座豎直圓柱面上的電機(jī)/發(fā)電機(jī)輸出軸上齒輪相嚙合；
[0013] 所述控制模塊中，包括信息采集模塊、計(jì)算機(jī)模塊及隔振設(shè)備控制模塊;所述信息 采集模塊包括各類傳感器;所述采集模塊輸出端與AD轉(zhuǎn)換相連接;AD轉(zhuǎn)換與計(jì)算機(jī)模塊輸 入相連接;計(jì)算機(jī)模塊輸出與隔振設(shè)備控制模塊相連接；
[0014] 所述信息采集模塊用于收集將傳感器采集到的數(shù)據(jù)信號(hào);并將采集到的數(shù)據(jù)信號(hào) 經(jīng)AD轉(zhuǎn)換傳輸給計(jì)算機(jī)模塊；
[0015] 所述計(jì)算機(jī)模塊將經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的信息采集模塊采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而 輸出控制指令給隔振設(shè)備控制模塊；
[0016] 所述隔振設(shè)備控制模塊將接收到的控制指令用于控制空氣彈簧、慣性力發(fā)生器與 磁流變式阻尼器的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)隔振設(shè)備工作參數(shù)的實(shí)時(shí)控制。
[0017] 進(jìn)一步的，所述慣性力發(fā)生器缸筒材質(zhì)為橡膠。
[0018] 進(jìn)一步的，所述信息采集模塊為路況探測(cè)模塊、計(jì)算機(jī)模塊為電子控制單元 (ECU)、隔振設(shè)備控制模塊為懸架控制模塊；
[0019] 所述路況探測(cè)模塊包括車速傳感器、加速度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器;懸架控制 模塊包括彈簧調(diào)節(jié)器、阻尼力調(diào)節(jié)器和慣性力調(diào)節(jié)器；
[0020] 所述路況探測(cè)模塊將車速傳感器、加速度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器檢測(cè)到車輛 行駛信息的信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換傳輸給電子控制單元(ECU)，電子控制單元(ECU)發(fā)出控制指令， 從而控制空氣彈簧、慣性力發(fā)生器與磁流變式阻尼器的工作，然后空氣彈簧、慣性力發(fā)生器 與磁流變式阻尼器的工作狀況反饋給電子控制單元(ECU)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工況的控制。
[0021] -種剛度阻尼及慣性力可控的隔振系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：
[0022] 步驟1)信號(hào)采集模塊對(duì)力學(xué)信號(hào)、位移、速度、加速度等信號(hào)參數(shù)進(jìn)行采集記錄， 并經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)模塊；
[0023] 步驟2)計(jì)算機(jī)模塊對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理之后，根據(jù)用戶的隔振需求給 出最佳的控制策略；
[0024] 步驟3)若對(duì)于隔振要求很高，則計(jì)算機(jī)模塊通過計(jì)算給出最佳參數(shù)后發(fā)送至隔振 設(shè)備控制模塊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)空氣彈簧、慣性力發(fā)生器、磁流變式阻尼器的參數(shù)，使其一直 保持在最佳的隔振狀態(tài)，此時(shí)信號(hào)采集模塊繼續(xù)工作，將采取控制策略后的隔振表現(xiàn)效果 反饋至計(jì)算機(jī)模塊，計(jì)算機(jī)模塊根據(jù)反饋情況對(duì)控制策略進(jìn)行修正，使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、精 確;若用戶對(duì)于設(shè)備隔振要求不高，計(jì)算機(jī)模塊將會(huì)將隔振裝置調(diào)節(jié)至能量回收狀態(tài)，隔振 裝置將振動(dòng)所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)于超級(jí)電容中，當(dāng)需要使用超級(jí)電容中的能量 時(shí)，可通過可控硅調(diào)節(jié)電路通斷將超級(jí)電容中的能量用于給各類傳感器和電氣設(shè)備供電。
[0025] 磁流變阻尼器為一內(nèi)部充有磁流變液體(MR液體)的液壓阻尼器，阻尼器內(nèi)設(shè)有電 學(xué)線圈，當(dāng)線圈內(nèi)的電流增大，阻尼器內(nèi)磁場(chǎng)就會(huì)增強(qiáng)，，磁流變液的粘性變大，磁流變液流 過節(jié)流孔的阻力隨之增大，使得阻尼器輸出的阻尼力增大，反之，電流減小，阻尼力也減小。 因此通過對(duì)輸入電流的調(diào)節(jié)，即可控制阻尼器阻尼力的大小。
[0026] 信號(hào)采集模塊主要包含各類傳感器，采集振動(dòng)源的特性，并且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算 機(jī)中，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而發(fā)送指令到隔振設(shè)備控制模塊，調(diào)節(jié)隔振設(shè)備各參數(shù)， 使其達(dá)到最佳的隔振效果。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的隔振裝置示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明彈性力及慣性力發(fā)生器的工程示意圖；
[0029] 圖3為本發(fā)明電機(jī)/發(fā)電機(jī)作動(dòng)以及能量回收控制電路；
[0030] 圖4為本發(fā)明的控制系統(tǒng)原理圖；
[0031 ]圖5為本發(fā)明應(yīng)用于車輛懸架領(lǐng)域的控制系統(tǒng)框圖；
[0032] 附圖標(biāo)記如下：
[0033] 1-空氣彈簧;2-慣性力發(fā)生器;3-磁流變式阻尼器;4-振動(dòng)機(jī)械設(shè)備;5-固定物;6、 空氣彈簧本體;7-慣性力發(fā)生器缸筒;8-質(zhì)量式齒條活塞桿;9-電機(jī)/發(fā)電機(jī)；10-空氣彈簧 底座;11-信號(hào)采集模塊;12-計(jì)算機(jī)模塊;13-隔振設(shè)備控制模塊。
[0034] 有益效果：
[0035] 1.本發(fā)明所述空氣彈簧提供可控彈性力，所述慣性力發(fā)生器提供可控慣性力，所 述磁流變阻尼器提供可控阻尼力，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整三個(gè)隔振參數(shù)，使振動(dòng)的負(fù)面效果 降到最低，機(jī)械設(shè)備能夠保持在最佳狀態(tài)運(yùn)行，顯著提高振動(dòng)設(shè)備的精度以及使用壽命。
[0036] 2.實(shí)現(xiàn)了剛度、阻尼以及慣性力的主動(dòng)可控，可以極大的優(yōu)化現(xiàn)有隔振設(shè)備的性 能。
[0037] 3.基于該裝置的控制方法，通過信號(hào)采集和計(jì)算機(jī)模塊處理從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備 隔振的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而發(fā)出