PAM仿袋鼠腿悬架建模及垂向参数特性研究

发布时间：2020-06-23 14:24

【摘要】：仿生悬架研究是车辆工程领域的一个前沿性课题。由于悬架不仅需要适应更多路面道路状况,对大振动、大冲击进行缓冲减振,也需要对小振动进行过滤,以提高车辆的通过极限及越野性能,同时还需要保持车辆乘坐舒适性与行驶安全性。因此为了满足人们对高性能车辆悬架系统的追求,悬架结构的创新发展有着重要的理论研究价值及工程应用价值。自然进化而来的袋鼠腿部结构使其跳跃行走于复杂地形时,具有奔跑速度快、越障能力强、运动稳健等特点,拥有这种特性的减振悬架将能轻松应对各种路面激励,并且保持车身稳定满足人们的驾乘需求。因此本文选择以袋鼠腿部结构为研究对象,进行PAM仿袋鼠腿车用悬架的研究。具体工作包括以下几个方面:在回顾和总结了国内外悬架结构和仿生结构发展概况的基础上,通过对袋鼠腿部机体结构及运动特征的研究,发现袋鼠腿所表现出优异的缓冲减振效果可借鉴移植到悬架设计当中。由此思路,通过对袋鼠腿部肢体及其功能的剖析与提炼,将生物结构转化为工程结构,构建出基于PAM的等骨骼比例仿袋鼠腿悬架结构;然后通过研究多刚体动力学的建模方法,建立其三连杆被-主动控制动力学模型与数学模型,从理论模型上研究该悬架的参数特性;针对动力学方程所表现出的强耦合、非线性、变系数且不利于求解的问题,基于袋鼠腿部机体结构又建立出基于PAM仿袋鼠腿车用悬架的仿真模型;并模仿袋鼠腿自适应调节功能,以悬架垂向性能参数为评价指标,制定出仿袋鼠腿悬架的模糊控制策略;以路面不平度激励为输入量,通过控制PAM输出力适时调节悬架姿态,以车身动位移、车身垂向加速度、各仿生关节角度等参数为输出量,在瞬时冲击、阶跃冲击、C级、D级随机路面激励下,对该悬架的垂向性能进行被动、被—主动模式下的时域分析。结果表明,PAM仿袋鼠腿悬架可有效降低路面激励对车身的振动与冲击;相对于被动模式,该悬架在模糊控制下的被—主动模式具有较好的缓冲减振性能。该研究结果可为高性能仿生车辆悬架的研发提供参考。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.33
【图文】：

示意图,几何参数,变刚度,弹性力

动人工肌肉等效为变刚度的作动器，其轴向输出23 2 2 1 0( , )e s ss sF k p l lk c p c pl c l c== + + +肌肉的刚度；p 为充气压力；ls为伸长量；c1、橡胶套筒的弹性力 Fs为：2s 0 0 00 01 1(1 ) ( ) cossin sinF ED l t = 2 20sin = 1 (1 ) cos 的收缩率为：0=1ll 关系示意图如图 3.4 所示：

动位移,路面,车身

通过对激振平台施加不同程度的位移激励，模拟地面的凹凸起伏路况来表示悬架通过不同路面激励时候所受到的位移冲击，实现多种工况的仿真模拟。这样就将原本的路面信息转化为位移信息通过悬架的减振传递到车身，进而对悬架的垂向参数特性进行研究。4.2 冲击载荷下垂向参数特性研究4.2.1 脉冲激励响应设计瞬时冲击路面激励，从静平衡位置开始，在 1.5s 时输入瞬时冲击位移-0.1m，通过 0.045s 时间将路面位移输入量增大至-0.1m，紧接着又通过 0.045s 时间段，路面位移输入量降低为 0m，此过程模拟瞬时路面凸起；之后路面位移输入量保持 0m，持续2.9s；最后将路面位移输入量增大至 0.1m，紧接着又通过 0.045s 时间段，路面位移输入量回归到 0m，此过程模拟瞬时路面凸起，之后保持路面输入位移 0m，直至仿真结束。此过程模拟 1/4 仿生车辆悬架处于被动模式是，以 10m/s 的速度应对瞬时大冲击下的车身动位移的变化情况。如图 4.1 所示为车辆动位移在瞬时冲击路面激励下的变化情况。路面激励

【参考文献】