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)明屬于機械力的控制及其控制方法領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用動力吸振的力控制設(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] 機械設(shè)備在工作過程中會不可避免的產(chǎn)生振動，機器高速運作的振動問題是一個 比較突出且難以解決的問題，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備而言，僅依靠優(yōu)化設(shè)計是不能解決振動 問題的，因此，隔振裝置是一個不可缺少的機械設(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)研究的進展， 而依據(jù)機電相似理論，將機械系統(tǒng)之中的力流與電學(xué)系統(tǒng)中的電流、機械系統(tǒng)中的速度與 電學(xué)系統(tǒng)中的電壓分別對應(yīng)起來;彈簧兩端點的力相位滯后于兩端點的速度相位，阻尼設(shè) 備兩端點的力相位與兩端點的速度相位始終相同，力控制設(shè)備兩端點的力相位超前于兩端 點的速度相位。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，即可實現(xiàn)既能 夠緩沖并衰減高頻振動與沖擊，也能夠緩沖并衰減低頻振動與沖擊的動力吸振式隔振結(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行工作 的非線性彈性元件，并且兼有隔振、緩沖及作動等多種功能，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，可以實現(xiàn)彈簧剛度的主動改變，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)測設(shè)備運動傳感器的輸入信息為基礎(chǔ)，對 路況和駕駛環(huán)境做出實時響應(yīng)。磁流變液體(MR液體)是一種磁性軟粒懸浮液，當液體被注 入阻尼器活塞內(nèi)的電磁線圈后，線圈的磁場將改變其流變特性(或產(chǎn)生流體阻力），從而在 沒有機電控制閥、且機械裝置簡單的情形下，產(chǎn)生反應(yīng)迅速、可控性強的阻尼力。磁流變阻 尼器有著阻尼力可調(diào)倍數(shù)高、易于實現(xiàn)計算機變阻尼實時控制、結(jié)構(gòu)緊湊以及外部輸入能 量小等特點，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)備無法在任一瞬時均為參數(shù)最佳匹配狀態(tài)，特別是設(shè)備在振動 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)實生活之中，大多數(shù)的振動都 是非單一頻率的振動，往往涉及多種頻率的復(fù)雜振動。

【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，實現(xiàn)了剛度、阻尼以及慣性力的主動可控，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機械設(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機械設(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)并與對稱固 定在空氣彈簧底座豎直圓柱面上的電機/發(fā)電機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、計算機模塊及隔振設(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)換與計算機模塊輸 入相連接;計算機模塊輸出與隔振設(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;并將采集到的數(shù)據(jù)信號 經(jīng)AD轉(zhuǎn)換傳輸給計算機模塊；
[0015] 所述計算機模塊將經(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)，從而實現(xiàn)對隔振設(shè)備工作參數(shù)的實時控制。
[0017] 進一步的，所述慣性力發(fā)生器缸筒材質(zhì)為橡膠。
[0018] 進一步的，所述信息采集模塊為路況探測模塊、計算機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)角傳感器檢測到車輛 行駛信息的信號經(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)，從而實現(xiàn)對工況的控制。
[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)信號采集模塊對力學(xué)信號、位移、速度、加速度等信號參數(shù)進行采集記錄， 并經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入到計算機模塊；
[0023] 步驟2)計算機模塊對所采集的數(shù)據(jù)進行一系列處理之后，根據(jù)用戶的隔振需求給 出最佳的控制策略；
[0024] 步驟3)若對于隔振要求很高，則計算機模塊通過計算給出最佳參數(shù)后發(fā)送至隔振 設(shè)備控制模塊，實現(xiàn)實時調(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)，此時信號采集模塊繼續(xù)工作，將采取控制策略后的隔振表現(xiàn)效果 反饋至計算機模塊，計算機模塊根據(jù)反饋情況對控制策略進行修正，使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、精 確;若用戶對于設(shè)備隔振要求不高，計算機模塊將會將隔振裝置調(diào)節(jié)至能量回收狀態(tài)，隔振 裝置將振動所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能存儲于超級電容中，當需要使用超級電容中的能量 時，可通過可控硅調(diào)節(jié)電路通斷將超級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，當線圈內(nèi)的電流增大，阻尼器內(nèi)磁場就會增強，，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] 信號采集模塊主要包含各類傳感器，采集振動源的特性，并且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎?機中，計算機對數(shù)據(jù)進行處理，進而發(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/發(fā)電機作動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-振動機械設(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/發(fā)電機；10-空氣彈簧 底座;11-信號采集模塊;12-計算機模塊;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)明實現(xiàn)實時調(diào)整三個隔振參數(shù)，使振動的負面效果 降到最低，機械設(shè)備能夠保持在最佳狀態(tài)運行，顯著提高振動設(shè)備的精度以及使用壽命。
[0036] 2.實現(xiàn)了剛度、阻尼以及慣性力的主動可控，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，通過信號采集和計算機模塊處理從而實現(xiàn)對機械設(shè)備 隔振的實時監(jiān)控，從而發(fā)出