CN108215692B - 自动引导车的悬架以及确定悬架参数的方法 - Google Patents

自动引导车的悬架以及确定悬架参数的方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种自动引导车的悬架，涉及减振领域，包括：第一弹性元件和第二弹性元件。第一弹性元件连接自动引导车的车身与自动引导车的驱动轮。第二弹性元件连接自动引导车的车身与自动引导车的从动轮。第一弹性元件的刚度是第二弹性元件的刚度的至少十倍。本发明还公开了一种确定悬架参数的方法，可使自动引导车具有良好的越障性能和平顺性能。

Description

自动引导车的悬架以及确定悬架参数的方法
技术领域
本发明涉及减振领域，尤其涉及自动引导车的悬架以及确定悬架参数的方法。
背景技术
自动引导车承担着仓储运输等功能，在不平的路面上既要求具有一定平顺性能，以保证运输的货物不受损伤，还要求具有一定的越障性能，以保证能够到达运输目的地，故需要一种悬架提高自动引导车的平顺性能和越障性能。
现有的自动引导车的悬架，一般包括弹性元件和阻尼元件，这种悬架普遍存在不能兼顾越障性能和平顺性能等问题。
发明内容
本发明提供了一种自动引导车的悬架以及一种确定悬架参数的方法，可以使自动引导车兼具良好的越障性能和平顺性能。
本发明实施例提供了一种自动引导车的悬架，包括：
第一弹性元件和第二弹性元件；
所述第一弹性元件连接所述自动引导车的车身与所述自动引导车的驱动轮；
所述第二弹性元件连接所述自动引导车的车身与所述自动引导车的从动轮；
所述第一弹性元件的刚度是所述第二弹性元件的刚度的至少十倍。
由于第一弹性元件的刚度比第二弹性元件的刚度大至少一个数量级，故可以通过第一弹性元件和第二弹性元件的不同分工使自动引导车兼具良好的越障性能和平顺性能。
本发明实施例还提供了一种确定悬架参数的方法，
所述悬架包括第一弹性元件和第二弹性元件；
所述第一弹性元件连接所述自动引导车的车身和所述自动引导车的驱动轮；
所述第二弹性元件连接所述自动引导车的车身和所述自动引导车的从动轮；
所述方法包括：
建立所述自动引导车的悬架的动力学模型并获得路面激励模型；
建立平顺性能指标；
通过所述动力学模型在预设范围内搜索第一弹性元件的第一目标刚度和第二弹性元件的第二目标刚度，以使所述动力学模型在预设的路面激励下，在满足预设的越障性能指标的同时使所述平顺性能指标达到预设要求。
由于在搜索第一弹性元件的第一目标刚度和第二弹性元件的第二目标刚度时，不仅需要使平顺性能达到预设要求，还需要满足预设的越障性能要求，故自动引导车兼具良好的越障性能和平顺性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的自动引导车的悬架的结构示意图；
图2为本发明第二实施例提供的自动引导车的悬架的结构示意图；
图3为本发明第三实施例提供的确定悬架参数的方法的流程图；
图4为本发明第四实施例提供的确定悬架参数的方法的流程图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例提供的附图，对本发明实施例提供的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明提供的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，由于本发明的关注重点为自动引导车的悬架部分，故以下实施例中仅对该自动引导车的悬架部分以及和悬架相连的自动引导车的车身和自动引导车的车轮进行描述，而不对其他部分进行赘述。又由于该车身的结构和形状对该悬架的结构和性能没有实质性影响，故在以下实施例中将该车身假设为具有质量的立方体，并非对该车身的结构和形状做出任何限定。
请参阅图1，图1为本发明第一实施例提供的自动引导车的悬架的结构示意图，需要说明的是，该自动引导车两侧的结构关于纵向中心面对称，该纵向中心面与该自动引导车的行驶方向平行，且通过该自动引导车的质心，图1中仅显示了该自动引导车的悬架一侧的结构，该自动引导车的悬架另一侧的结构与图1所示的结构完全相同。
如图1所示，该悬架包括：第一弹性元件10和第二弹性元件20，图1中以有一对第一弹性元件10和两对第二弹性元件20为例进行说明，并非对第一弹性元件10和第二弹性元件20的数量做出限定。
第一弹性元件10连接自动引导车的车身30与自动引导车的驱动轮40。
第二弹性元件20连接自动引导车的车身30与自动引导车的从动轮50。
第一弹性元件10的刚度是第二弹性元件20的刚度的至少十倍。
可选的，第一弹性元件10和驱动轮40可以直接连接也可以通过车桥(图中未示出)间接连接，第二弹性元件10和从动轮5可以直接连接也可以通过车桥间接连接。
需要说明的是，第一弹性元件10的刚度比第二弹性元件20的刚度大至少一个数量级。故第一弹性元件10主要负责将驱动轮40压向路面，使驱动轮40通过不平路面时，始终对该路面具有足够的压力，以保证该路面能够提供足够的切向反力，避免驱动轮40打滑导致的动力损失，进而保证自动引导车具有足够的驱动力通过路面的路障，保证了自动引导车的越障性能。第二弹性元件20主要负责使从动轮具有足够的移动行程，以保证从动轮通过不平路面时，从动轮50与路面始终保持接触，避免了由于从动轮50离开地面导致车身30产生额外的俯仰角，进而免了自动引导车通过路障时由于车身30的俯仰角过大而导致的倾覆，进一步提高了自动引导车的越障性能。同时又由于第二弹性元件20的刚度小，使第二弹性元件20对路面传递至车身30的振动的缓冲效果更好，故提高了自动引导车的平顺性能。
在本实施例中，由于第一弹性元件的刚度比第二弹性元件的刚度大至少一个数量级，故可以通过第一弹性元件和第二弹性元件的不同分工使自动引导车兼具良好的越障性能和平顺性能。
请参阅图2，图2为本发明第二实施例提供的自动引导车的悬架的结构示意图，与图1所示的第一实施例不同的是，在本实施例中：
进一步地，如图2所示，在沿自动引导车的行驶方向上，第二弹性元件20分布于第一弹性元件10的两侧，以使该自动引导车在前进和后退时均具备良好的越障性能和平顺性能。
可选的，在沿自动引导车的行驶方向上，第二弹性元件20可对称地分布于第一弹性元件10的两侧，也可以不对称地分布于第一弹性元件的两侧。
进一步地，如图2所示，第一弹性元件10和第二弹性元件20均为螺旋弹簧。
可选的，可以利用多个第一弹性元件连接车身30和单个驱动轮40，以防止第一弹性元件10的刚度过大，从而导致第一弹性元件加工困难。
进一步地，如图2所示，该悬架还包括第一阻尼元件11，第一阻尼元件11和第二阻尼元件21。
第一阻尼元件11位于第一弹性元件10的内部。第一阻尼元件11连接车身30与驱动轮40。
第二阻尼元件21位于第二弹性元件20的内部。第二阻尼元件21连接车身30与从动轮50。
需要说明的是，当自动引导车发生振动时，车轮与车身30间产生相对运动，连接车轮和车身30的阻尼元件的整体长度发生改变，同时第一阻尼元件12中的阻尼液，例如硅油，穿过单向阀在油缸中流动。单向阀的孔径很小，当阻尼液穿过单向阀时，由于流径截面的突变，阻尼液与单向阀之间产生摩擦力，该摩擦力将振动的动能转换为内能。
可选的，第一弹性元件10和第一阻尼元件11通过驱动桥12与驱动轮40连接，第二弹性元件20和第二阻尼元件21通过从动桥22与从动轮50连接。
需要说明的是，本实施例提供的自动引导车的悬架，不仅适用于烛式悬架，还适用于横臂悬架、纵臂悬架和斜臂悬架等其他的悬架形式。
在本实施例中，第一方面，由于第一弹性元件的刚度比第二弹性元件的刚度大至少一个数量级，故可以通过第一弹性元件和第二弹性元件的不同分工使自动引导车兼具良好的越障性能和平顺性能。第二方面，由于在自动引导车的行驶方向上，第二弹性元件分布于第一弹性元件的两侧，故自动引导车在前进和后退时均具有良好的越障性能和平顺性能。第三方面，由于第一弹性元件和第二弹性元件均为螺旋弹簧，且第一阻尼元件位于第一弹性元件的内部，第二阻尼元件位于第二弹性元件的内部，故悬架的结构紧凑，且由于具有阻尼元件，故可以将振动的动能转化为阻尼液的内能，并通过热对流将该内能耗散到空气中。
请参阅图3，图3为本发明第三实施例提供的确定悬架参数的方法的流程图，该悬架包括：第一弹性元件和第二弹性元件。
该第一弹性元件连接该自动引导车的车身和该自动引导车的驱动轮。
该第二弹性元件连接该自动引导车的车身和该自动引导车的从动轮。
该方法包括：
301、建立自动引导车的悬架的动力学模型并获得路面激励模型。
具体的，根据自动引导车的实际的悬架模型建立自动引导车的悬架的动力学模型，并通过路谱采集装置采集预设路况工作路面的路谱，该路谱为路面在时域上的函数，该路谱即为路面激励模型。
302、建立平顺性能指标。
具体的，建立一个可以评价自动引导车的平顺性能的衡量指标，以便于衡量该自动引导车的平顺性能。
303、通过该动力学模型在预设范围内搜索第一弹性元件的第一目标刚度和第二弹性元件的第二目标刚度，以使该动力学模型在预设的路面激励下，在满足预设的越障性能指标的同时使该平顺性能指标达到预设要求。
具体的，将预设范围内的第一弹性元件的刚度和第二弹性元件的刚度分别带入步骤301中建立的动力学模型中，即将该动力模型中的第一弹性元件的刚度和第二弹性元件的刚度分别设置为预设范围内的不同的值，然后利用多体动力学软件对该动力学模型进行仿真，得到预设路面激励下，不同动力学模型的响应数据，每个动力学模型具有不同刚度的第一弹性元件和第二弹性元件，若某一个动力学模型的响应数据在满足预设的越障性能指标的同时，还使步骤302建立的平顺性能指标达到预设要求，则该动力学模型的第一弹性元件的刚度即为第一目标刚度，该动力学模型的第二弹性元件的刚度即为第二目标刚度。
在本实施例中，由于在通过动力学模型搜索第一弹性元件的第一目标刚度和第二弹性元件的第二目标刚度时，不仅需要使平顺性能的达到预设要求，还需要满足预设的越障性能要求，故自动引导车兼具良好的越障性能和平顺性能。
请参阅图4，图4为本发明第四实施例提供的确定悬架参数的方法的流程图，该悬架包括：第一弹性元件和第二弹性元件。
该第一弹性元件连接该自动引导车的车身和该自动引导车的驱动轮。
该第二弹性元件连接该自动引导车的车身和该自动引导车的从动轮。
该方法包括：
401、根据自动引导车的悬架的实际结构建立该自动引导车的悬架的动力学模型。
具体的，根据自动引导车的悬架的实际结构建立该自动引导车的悬架的动力学模型，该动力学模型包括：
该自动引导车的悬架的各组成子部件以及这些子部件的位置关系。
这些子部件之间的约束关系，以表示这些子部件之间的连接关系。
这些子部件的特性，例如，质量、厚度、刚度等。
这些子部件包括但不限于：第一弹性元件和第二弹性元件。
还需要设置外部载荷，该外部载荷的方向始终竖直向下，与重力的方向一致，以模拟该自动引导车的车身以及运输的货物或人员的重量对该悬架施加的载荷。
402、利用路谱采集装置采集自动引导车实际工作路面的路谱，获得路面激励模型。
具体的，利用五轮仪或者光栅测量仪等接触式或非接触式路谱采集装置采集该自动引导车实际工作路面的路谱，获得路面激励模型。
需要说明的是，该路谱为该路面的路面不平度在时域上的函数，该路谱即为该路面激励模型，该函数与该自动引导车的行驶速度相关，故测量该路谱时，路谱采集装置的移动速度与该自动引导车实际工作时的行驶速度一致。
可选的，可以将该函数视为随机函数，在获得大量随机数据后，根据统计学规律获得该路面的功率谱密度，然后利用具有预设幅值的函数和路面白噪声函数拟合出具有相同功率谱密度的路面激励模型，其中路面白噪声是指频域上功率谱密度均匀分布的函数。
403、根据自动引导车的车身的垂向加速度和该车身的俯仰角加速度建立平顺性能评价系数。
具体的，综合考虑自动引导车的车身的垂向加速度和该车身的俯仰角加速度，建立平顺性能的评价系数，例如，该平顺性能的评价指数可以是该车身的垂向加速度和该车身的俯仰角加速度的平方和，还可以是该车身的垂向加速度和该车身的俯仰角加速度的加权平方和，该加权的权重由对该自动引导车的实际性能需求确定，例如，如果对车身的垂向加速度的要求更高，则该加权平方和中车身的垂向加速度的权重取相对较大的值。该平顺性能的评价系数用来衡量该自动引导车的平顺性能，该平顺性能的评价系数越小，说明该自动引导车的平顺性能越好。
其中该车身的垂向加速度指垂直于路面方向的车身加速度，该车身的俯仰角加速度是指在纵向平面内车身绕质心旋转的角加速度，该纵向平面与地面垂直并与该自动引导车的行驶方向平行。
404、根据该自动引导车的驱动轮和该自动引导车的从动轮的垂向运动行程建立平顺性能约束指标。
具体的，该约束指标用于将该自动引导车的驱动轮和从动轮的垂向运动行程限制在预设的极限行程内，以避免该驱动轮和该从动轮的垂向运动行程过大，从而避免该驱动轮和从动轮与该自动引导车的车身发生碰撞，导致该自动引导车的平顺性能的恶化。
其中，垂向运动行程是指，该驱动轮和从动轮在垂直于路面的方向上的位移。
405、通过该动力学模型在预设范围内搜索第一弹性元件的第一目标刚度和第二弹性元件的第二目标刚度，以使该动力学模型在预设的路面激励下，在满足预设的越障性能指标的同时使该平顺性能指标达到预设要求。
具体的，在第一预设范围内搜索第一弹性元件的刚度，在第二预设范围内搜索第二弹性元件的刚度，其中该第一预设范围中刚度的数值是该第二预设范围内刚度的数值的至少十倍。
进一步地，将步骤401中建立的动力学模型导入多体动力学仿真软件中，将该动力学模型中的第一弹性元件的刚度设置为该第一预设范围中的不同数值，将第二弹性元件的刚度设置为该第二预设范围中的不同数值。
该动力学模型还包括：该自动引导车的驱动轮、从动轮和车身，将步骤402中获得的路面激励模型施加在该驱动轮和从动轮上，以模拟自动引导车以预设的车速驶过预设的路面，并利用多体动力学仿真软件得到不同动力学模型在路面激励模型的激励下的响应数据，每个动力学模型具有不同刚度的第一弹性元件和第二弹性元件。
该响应数据包括但不限于：该车身的垂向加速度、该车身的俯仰角加速度、该驱动轮的垂向行程、该从动轮的垂向行程、路面对该驱动轮的支撑力和路面对该从动轮的支撑力。
可选的，还可以根据该自动引导车的结构和路面激励模型建立该自动引导车的动力学微分方程组，并利用四阶五级龙格库塔算法求得该动力学微分方程组的数值解，得到该自动引导车在该路面激励模型的激励下的响应数据。
若某一个动力学模型的响应数据，在满足预设的越障性能指标的同时使平顺性能指标达到预设要求，则该动力学模型的第一弹性元件的刚度即为第一目标刚度，该动力学模型的第二弹性元件的刚度即为第二目标刚度。
预设的越障性能指标包括：
该自动引导车对路面有足够的压力，以使自动引导车具有足够的压力，即路面对该驱动轮具有足够的支撑力，以保证驱动轮不打滑，不产生动力的损失，进而保证该自动引导车具有足够的动力越过障碍。
需要说明的是，要保证驱动轮不打滑，即需要满足式(1)：
fmax≥Ft (1)
式(1)中，Ft为该驱动轮的驱动力，该驱动力的大小为：
式(2)中，Ttq为发动机的转矩，ig为变速器的传动比，i0为主减速器的传动比，ηT为传动系统的机械效率，r为该驱动轮的半径。需要说明的是，若发动机为电动机，则不需要变速器，ig＝1。
式(1)中，fmax为路面能够提供的最大静摩擦力，可以该最大静摩擦力的大小近似的等效为动摩擦力的大小，即：
fmax＝μN (3)
式(3)中，N为路面对该驱动轮的支撑力，μ为该路面与该驱动轮的接触面的附着系数。
将式(2)和式(3)带入式(1)中，可得：
路面对该驱动轮的支撑力和该驱动轮对路面的压力是一对相互作用力，故当驱动轮对路面的压力的大小满足式(4)时即可使驱动轮不打滑。
该自动引导车的从动轮对路面的压力大于零，以保证该从动轮不离开路面。
需要说明的，自动引导车在跨越障碍时，从动轮有可能离开路面，从动轮离开路面会使该自动引导车的车身产生额外的俯仰角，导致自动引导车的失稳，甚至倾覆，影响自动引导车的越障性能。
该平顺性能指标达到预设要求包括：
驱动轮的垂向行程和从动轮的垂向行程还需要满足步骤404中建立的平顺性能约束指标。
在所有满足预设的越障性能指标和平顺性能约束指标的动力学模型中，使步骤403中建立的平顺性能评价系数最小。
可选的，第一弹性元件的刚度和第二弹性元件的刚度还可以为可变刚度，在弹性形变量小时刚度小，在弹性形变大时刚度大，以进一步提升该自动引导车的越障性能和平顺性能。
需要注意的是，若该第一弹性元件和第二弹性元件的刚度为可变刚度，则该自动引导车的悬架系统为非线性悬架系统，非线性悬架系统有可能产生混沌振动，由于混沌振动的内禀的随机性和对初始条件的敏感性，有可能对自动引导车的越障性能和平顺性能产生危害，在确定悬架的参数时还需要避免使该非线性悬架产生混沌振动，例如，在确定悬架参数时保证该自动引导车的悬架的最大李雅普诺夫指数为非正数。
可选的，可以利用粒子群算法、遗传算法或神经网络算法等智能算法，搜索第一目标刚度和第二目标刚度，以加快搜索的速度。还可以将混沌搜索与智能算法相结合，以使搜索过程中能够迅速脱离局部最优解的范围，进一步加快搜索的速度。
在本实施例中，第一方面，由于在搜索第一弹性元件的第一目标刚度和第二弹性元件的第二目标刚度时，不仅需要使平顺性能指标的达到预设要求，还需要满足预设的越障性能要求，故自动引导车兼具良好的越障性能和平顺性能。第二方面，由于第一目标刚度的搜索范围与第二目标刚度的搜索范围不同，故可以通过第一弹性元件与第二弹性元件的不同分工，进一步提高自动引导车的越障性能和平顺性能。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供的自动引导车的悬架以及确定悬架参数的方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种确定悬架参数的方法，用于确定自动引导车的悬架的参数，其特征在于，所述悬架包括第一弹性元件和第二弹性元件；
所述第一弹性元件连接所述自动引导车的车身和所述自动引导车的驱动轮；
所述第二弹性元件连接所述自动引导车的车身和所述自动引导车的从动轮；
在沿所述自动引导车的行驶方向上，所述第二弹性元件分布于所述第一弹性元件的两侧；
所述第一弹性元件和所述第二弹性元件均为螺旋弹簧；
悬架还包括第一阻尼元件和第二阻尼元件；
所述第一阻尼元件位于所述第一弹性元件的内部；
所述第一阻尼元件连接所述车身与所述驱动轮；
所述第二阻尼元件位于所述第二弹性元件的内部；
所述第二阻尼元件连接所述车身与所述从动轮；
所述方法包括：
建立所述自动引导车的悬架的动力学模型并获得路面激励模型；
建立平顺性能指标；
通过所述动力学模型在预设范围内搜索第一弹性元件的第一目标刚度和第二弹性元件的第二目标刚度，以使所述动力学模型在预设的路面激励下，在满足预设的越障性能指标的同时使所述平顺性能指标达到预设要求；
所述通过所述动力学模型在预设范围内搜索所述第一弹性元件的第一目标刚度和第二弹性元件的第二目标刚度，包括：
通过所述动力学模型在第一预设范围内搜索所述第一弹性元件的第一目标刚度，在第二预设范围内搜索所述第二弹性元件的第二目标刚度；
所述第一预设范围中刚度的数值是所述第二预设范围内刚度的数值的至少十倍；
所述通过所述动力学模型在第一预设范围内搜索所述第一弹性元件的第一目标刚度，在第二预设范围内搜索所述第二弹性元件的第二目标刚度，包括：
将所述第一预设范围内的刚度和所述第二预设范围内的刚度依次带入所述动力学模型中，并分别对所述动力学模型进行仿真，得到在所述预设的路面激励下，不同的所述动力学模型的响应数据，每个所述动力学模型包括不同刚度的第一弹性元件和第二弹性元件；
根据所述响应数据确定的所述第一弹性元件的第一目标刚度和所述第二弹性元件的第二目标刚度，以使所述自动引导车在满足预设的越障性能指标的同时使所述平顺性能指标达到预设要求。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的越障性能指标，包括：
所述自动引导车的驱动轮对路面有足够的压力，以使驱动轮不打滑；
所述自动引导车的从动轮对所述路面的压力大于零，以保证所述从动轮不离开所述路面。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立所述自动引导车的悬架的动力学模型并获得路面激励模型包括：
根据所述自动引导车的悬架的实际结构建立所述自动引导车的悬架的动力学模型；
利用路谱采集装置采集所述自动引导车实际工作路面的路谱，获得所述路面激励模型。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立平顺性能指标包括：
根据所述自动引导车的车身的垂向加速度和所述车身的俯仰角加速度建立平顺性能评价系数，所述平顺性能评价系数越小，所述平顺性能越好；
根据所述自动引导车的驱动轮和所述自动引导车的从动轮的垂向运动行程建立平顺性能约束指标，以保证所述驱动轮和所述从动轮不与所述自动引导车的车身发生碰撞。
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