CN109684654B - 双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法 - Google Patents

双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109684654B
CN109684654B CN201810978338.2A CN201810978338A CN109684654B CN 109684654 B CN109684654 B CN 109684654B CN 201810978338 A CN201810978338 A CN 201810978338A CN 109684654 B CN109684654 B CN 109684654B
Authority
CN
China
Prior art keywords
connecting rod
leg
diamond
double
suspension
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810978338.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109684654A (zh
Inventor
宋勇
杜锐
王瑶
刘世闯
张小伟
史佳豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Science and Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Science and Technology filed Critical Taiyuan University of Science and Technology
Priority to CN201810978338.2A priority Critical patent/CN109684654B/zh
Publication of CN109684654A publication Critical patent/CN109684654A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109684654B publication Critical patent/CN109684654B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/06—Multi-objective optimisation, e.g. Pareto optimisation using simulated annealing [SA], ant colony algorithms or genetic algorithms [GA]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/06—Power analysis or power optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

本发明涉及一种双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法。本发明的目的是解决现有汽车悬架存在的舒适性差和汽车行驶的平顺性不好的技术问题。本发明的技术方案是：首先依据袋鼠腿部结构，构造出双菱形仿袋鼠腿车用悬架，其悬架垂向性能参数的设计步骤为：1)、建立双菱形仿袋鼠腿车用悬架的1/4车辆振动模型；2)、确定双菱形仿袋鼠腿车用悬架的状态空间模型；3)、确定双菱形仿袋鼠腿车用悬架的气动人工肌肉收缩力方程；将上述空间模型、输出模型和模型参数代入步骤1)中，并通过MATLAB/Simulink仿真得出双菱形仿袋鼠腿车用悬架的垂向性能参数图即双菱形仿袋鼠腿车用悬架的车身垂直加速度、悬架的动挠度和轮胎动变形图来描述该悬架的垂向性能。

Description

双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法
技术领域
本发明涉及一种双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法，它属于汽车悬架技术领域。
背景技术
随着汽车工业的发展，人们对汽车舒适性的要求越来越高，研究发现，自然进化而来的袋鼠腿部结构能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，因此设计一种仿袋鼠腿的菱形车用悬架可以充分利用生物的优良减振性能，改善汽车行驶的平顺性。
发明内容
本发明的目的是解决现有汽车悬架存在的舒适性差和汽车行驶的平顺性不好的技术问题，提供一种双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法，首先依据袋鼠腿部结构，构造出大腿骨连杆、小腿骨连杆和足骨连杆的比例为1:2:1的三连杆连接结构，然后按悬架稳定性的要求，将两个三连杆结构交叉设置成双菱形仿袋鼠腿车用悬架，在大腿骨连杆与小腿骨连杆纵向之间设置大腿气动人工肌肉，在大腿骨连杆与小腿骨连杆横向之间设置第一弹簧阻尼器，在小腿骨连杆与足骨连杆纵向之间设置第二弹簧阻尼器，在小腿骨连杆与足骨连杆横向之间设置小腿气动人工肌肉，其双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计步骤为：
1)、建立双菱形仿袋鼠腿车用悬架的1/4车辆振动模型：
通过拉格朗日第二类方程从能量的观点建立双菱形仿袋鼠腿车用悬架系统的物理模型，从而得到系统的运动微分方程，所述系统的运动微分方程为：
Figure GDA0001965684390000011
式中：H为系统总动能；xi为系统广义坐标；V为系统总势能；D为能量耗散函数；Qi为对应于广义坐标xi的广义力。设系统的广义坐标分别为x1、x2和x3，则系统的总动能为：
Figure GDA0001965684390000021
Figure GDA0001965684390000022
Figure GDA0001965684390000023
Figure GDA0001965684390000024
系统的总势能为：
Figure GDA0001965684390000025
Figure GDA0001965684390000026
Figure GDA0001965684390000027
Figure GDA0001965684390000028
系统的能量耗散函数为：
Figure GDA0001965684390000029
Figure GDA00019656843900000210
Figure GDA00019656843900000212
Figure GDA00019656843900000211
将上述各式带入拉格朗日方程，则双菱形仿袋鼠腿车用悬架系统的振动模型的微分方程表达式为：
Figure GDA00019656843900000213
Figure GDA00019656843900000214
Figure GDA00019656843900000215
式中：m1为车身和大腿骨连杆的总质量，m2为小腿骨连杆的总质量，m3为足骨连杆与车轮的总质量；k1为大腿骨连杆与小腿骨连杆之间第一弹簧阻尼器的减振弹簧刚度，k2为小腿骨连杆与足骨连杆之间第二弹簧阻尼器的减振弹簧刚度，kt为轮胎刚度；c1为大腿骨连杆与小腿骨连杆之间第一弹簧阻尼器的阻尼系数，c2为小腿骨连杆与足骨连杆之间第二弹簧阻尼器的阻尼系数；U1为大腿骨连杆与小腿骨连杆之间大腿气动人工肌肉收缩时产生的收缩力，U2为小腿骨连杆与足骨连杆之间小腿气动人工肌肉收缩时产生的收缩力；θ为足骨连杆相对地面的角度；
2)、确定双菱形仿袋鼠腿车用悬架的状态空间模型
采用步骤1)所述的振动模型确定双菱形仿袋鼠腿车用悬架具体的状态空间模型；取系统状态向量为：
Figure GDA0001965684390000035
式中x1为簧载质量与大腿骨连杆质心处的垂向运动位移，
Figure GDA0001965684390000036
为簧载质量与大腿骨连杆质心处的垂向速度，x2为小腿骨连杆质心处的垂向运动位移，
Figure GDA0001965684390000037
为小腿骨连杆质心处的垂向速度，x3为足骨连杆与车轮质心处的垂向运动位移，
Figure GDA0001965684390000038
为足骨连杆与车轮质心处的垂向速度；取系统的输入量为：W＝[U1 U2 q]T，进而可得系统的状态空间方程为：
Figure GDA0001965684390000039
其中，
Figure GDA00019656843900000310
为系统状态向量X的一阶导；Da为系统矩阵；Db为控制矩阵；Da，Db矩阵具体参数如下:
Figure GDA0001965684390000031
其中：
Figure GDA0001965684390000032
Figure GDA0001965684390000033
Figure GDA0001965684390000034
Figure GDA0001965684390000041
其中：
Figure GDA0001965684390000042
取系统的输出向量为：Y＝[y1 y2 y3 y4]T；式中
Figure GDA0001965684390000047
为簧载质量质心处的垂直振动加速度；y2＝x1-x3为悬架动挠度；y3＝x3-q为车轮动位移；y4＝q为路面输入的不平度；进而可得双菱形仿袋鼠腿车用悬架输出模型为：Y＝DcX+DdW
输出矩阵Dc、直接传递矩阵Dd分别为：
Figure GDA0001965684390000043
其中：
Figure GDA0001965684390000044
Figure GDA0001965684390000045
其中：
Figure GDA0001965684390000046
3)、确定双菱形仿袋鼠腿车用悬架的气动人工肌肉收缩力方程
气动人工肌肉是仿生气动执行机构，该机构由一根包裹着纤维格栅网的橡胶套筒与两端连接接头组成；充气后其橡胶管产生径向膨胀并轴向收缩，从而产生轴向拉力，而放气时则无轴向力的产生，该机构是一种单向主动力输出机构，其轴向输出力Fe的函数关系式为：
Fe＝k(p,ls)ls
k＝b4p2+b3pls+b2ls 2+b1
式中：k为气动人工肌肉的刚度；p为充气压力；ls为伸长量；b1,b2,b3,b4分别为k、p和ls之间函数关系的系数；考虑橡胶套筒的弹性力作用，弹性力Fs为：
Figure GDA0001965684390000051
式中：
Figure GDA0001965684390000052
为气动人工肌肉的的收缩率；D0,θ0,l0分别为充气前气动人工肌肉的的初始直径、初始纤维角度和初始长度；l为其自由长度；E为橡胶筒的弹性模量；t为气动人工肌肉橡胶筒的厚度；单个气动人工肌肉的收缩力方程为：
U＝Fe-Fs
通常情况U1＞U2
其中当双菱形仿袋鼠腿车用悬架为被动工作状态时，大、小腿气动人工肌肉不工作，对外无收缩力，即U1＝0、U2＝0；当双菱形仿袋鼠腿车用悬架为主动工作状态时，大、小腿气动人工肌肉工作，对外输出收缩力U1和U2，将上述空间模型、输出模型和模型参数代入双菱形仿袋鼠腿车用悬架的1/4车辆振动模型，并通过MATLAB/Simulink仿真得出双菱形仿袋鼠腿车用悬架的垂向性能参数图即双菱形仿袋鼠腿车用悬架的车身垂直加速度、悬架的动挠度和轮胎动变形图来描述该悬架的垂向性能。
本发明的有益效果为：
本发明通过拉格朗日方程从能量的观点建立双菱形悬架系统的物理模型，列式简洁，考虑全面，建模容易。然后建立其状态空间方程，再通过MATLAB进行悬架参数特性(车身垂直加速度，悬架动挠度，轮胎动变形)来描述该悬架的垂向性能。本发明以路面不平度为激励，采用PID控制策略，优化悬架垂向参数特性，解决了现有汽车悬架存在的舒适性差和汽车行驶的平顺性不好的技术问题。因此，与背景技术相比，本发明具有建模容易、选择悬架参数特性好的优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明B级路面车身加速度对比图；
图3是本发明B级路面悬架动挠度对比图；
图4是本发明B级路面轮胎动位移对比图；
图5是本发明C级路面车身加速度对比图；
图6是本发明C级路面悬架动挠度对比图；
图7是本发明C级路面轮胎动位移对比图；
图8是本发明D级路面车身加速度对比图；
图9是本发明D级路面悬架动挠度对比图；
图10是本发明D级路面轮胎动位移对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本实施例中的一种双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法，首先依据袋鼠腿部结构，构造出大腿骨连杆3、小腿骨连杆5和足骨连杆7的比例为1:2:1的三连杆连接结构，然后按悬架稳定性的要求，将两个三连杆结构交叉设置成双菱形仿袋鼠腿车用悬架，在大腿骨连杆3与小腿骨连杆5纵向之间设置大腿气动人工肌肉1，在大腿骨连杆3与小腿骨连杆5横向之间设置第一弹簧阻尼器4，在小腿骨连杆5与足骨连杆7纵向之间设置第二弹簧阻尼器8，在小腿骨连杆5与足骨连杆7横向之间设置小腿气动人工肌肉6，其双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计步骤为：
1)、建立双菱形仿袋鼠腿车用悬架的1/4车辆振动模型：
通过拉格朗日第二类方程从能量的观点建立双菱形仿袋鼠腿车用悬架系统的物理模型，从而得到系统的运动微分方程，所述系统的运动微分方程为：
Figure GDA0001965684390000071
式中：H为系统总动能；xi为系统广义坐标；V为系统总势能；D为能量耗散函数；Qi为对应于广义坐标xi的广义力。设系统的广义坐标分别为x1、x2和x3，则系统的总动能为：
Figure GDA0001965684390000072
Figure GDA0001965684390000073
Figure GDA0001965684390000074
Figure GDA0001965684390000075
系统的总势能为：
Figure GDA0001965684390000076
Figure GDA0001965684390000077
Figure GDA0001965684390000078
Figure GDA0001965684390000079
系统的能量耗散函数为：
Figure GDA00019656843900000710
Figure GDA00019656843900000711
Figure GDA00019656843900000712
Figure GDA00019656843900000713
将上述各式带入拉格朗日方程，则双菱形仿袋鼠腿车用悬架系统的振动模型的微分方程表达式为：
Figure GDA0001965684390000081
Figure GDA0001965684390000082
Figure GDA0001965684390000083
式中：m1为车身和大腿骨连杆的总质量，m2为小腿骨连杆的总质量，m3为足骨连杆与车轮的总质量；k1为大腿骨连杆与小腿骨连杆之间第一弹簧阻尼器的减振弹簧刚度，k2为小腿骨连杆与足骨连杆之间第二弹簧阻尼器的减振弹簧刚度，kt为轮胎刚度；c1为大腿骨连杆与小腿骨连杆之间第一弹簧阻尼器的阻尼系数，c2为小腿骨连杆与足骨连杆之间第二弹簧阻尼器的阻尼系数；U1为大腿骨连杆与小腿骨连杆之间大腿气动人工肌肉收缩时产生的收缩力，U2为小腿骨连杆与足骨连杆之间小腿气动人工肌肉收缩时产生的收缩力；θ为足骨连杆相对地面的角度；
2)、确定双菱形仿袋鼠腿车用悬架的状态空间模型
采用步骤1)所述的振动模型确定双菱形仿袋鼠腿车用悬架具体的状态空间模型；取系统状态向量为：
Figure GDA0001965684390000084
式中x1为簧载质量与大腿骨连杆质心处的垂向运动位移，
Figure GDA0001965684390000085
为簧载质量与大腿骨连杆质心处的垂向速度，x2为小腿骨连杆质心处的垂向运动位移，
Figure GDA0001965684390000086
为小腿骨连杆质心处的垂向速度，x3为足骨连杆与车轮质心处的垂向运动位移，
Figure GDA0001965684390000087
为足骨连杆与车轮质心处的垂向速度；取系统的输入量为：W＝[U1 U2 q]T，进而可得系统的状态空间方程为：
Figure GDA0001965684390000088
其中，
Figure GDA0001965684390000089
为系统状态向量X的一阶导；Da为系统矩阵；Db为控制矩阵；Da，Db矩阵具体参数如下:
Figure GDA00019656843900000810
其中：
Figure GDA0001965684390000091
Figure GDA0001965684390000092
Figure GDA0001965684390000093
Figure GDA0001965684390000094
其中：
Figure GDA0001965684390000095
取系统的输出向量为：Y＝[y1 y2 y3 y4]T；式中
Figure GDA0001965684390000099
为簧载质量质心处的垂直振动加速度；y2＝x1-x3为悬架动挠度；y3＝x3-q为车轮动位移；y4＝q为路面输入的不平度；进而可得双菱形仿袋鼠腿车用悬架输出模型为：Y＝DcX+DdW
输出矩阵Dc、直接传递矩阵Dd分别为：
Figure GDA0001965684390000096
其中：
Figure GDA0001965684390000097
Figure GDA0001965684390000098
其中：
Figure GDA0001965684390000101
3)、确定双菱形仿袋鼠腿车用悬架的气动人工肌肉收缩力方程
气动人工肌肉是仿生气动执行机构，该机构由一根包裹着纤维格栅网的橡胶套筒与两端连接接头组成；充气后其橡胶管产生径向膨胀并轴向收缩，从而产生轴向拉力，而放气时则无轴向力的产生，该机构是一种单向主动力输出机构，其轴向输出力Fe的函数关系式为：
Fe＝k(p,ls)ls
k＝b4p2+b3pls+b2ls 2+b1
式中：k为气动人工肌肉的刚度；p为充气压力；ls为伸长量；b1,b2,b3,b4分别为k、p和ls之间函数关系的系数；考虑橡胶套筒的弹性力作用，弹性力Fs为：
Figure GDA0001965684390000102
式中：
Figure GDA0001965684390000103
为气动人工肌肉的的收缩率；D0,θ0,l0分别为充气前气动人工肌肉的的初始直径、初始纤维角度和初始长度；l为其自由长度；E为橡胶筒的弹性模量；t为气动人工肌肉橡胶筒的厚度；单个气动人工肌肉的收缩力方程为：
U＝Fe-Fs
通常情况U1＞U2
其中当双菱形仿袋鼠腿车用悬架为被动工作状态时，大、小腿气动人工肌肉不工作，对外无收缩力，即U1＝0、U2＝0；当双菱形仿袋鼠腿车用悬架为主动工作状态时，大、小腿气动人工肌肉工作，对外输出收缩力U1和U2，将上述空间模型、输出模型和模型参数代入双菱形仿袋鼠腿车用悬架的1/4车辆振动模型，并通过MATLAB/Simulink仿真得出双菱形仿袋鼠腿车用悬架的垂向性能参数图即双菱形仿袋鼠腿车用悬架的车身垂直加速度、悬架的动挠度和轮胎动变形图来描述该悬架的垂向性能。
下面通过1个实例对本发明作进一步详细说明。
某车辆单轮簧上质量与大腿骨连杆总质量m1＝450+4*2＝458kg，大腿骨连杆长度为0.3m，小腿骨连杆质量m2＝8*2＝16kg，小腿骨连杆长度为0.6m，簧下质量与足骨连杆总质量m3＝30+4*2＝38kg，足骨连杆长度为0.3m，大腿骨连杆与小腿骨连杆之间减振弹簧刚度k1＝58000N·m-1，小腿骨连杆与足骨连杆之间减振弹簧刚度k2＝29000N·m-1，大腿骨连杆与小腿骨连杆之间阻尼器的阻尼系数c1＝3500N·s·m-1，小腿骨连杆与足骨连杆之间阻尼器的阻尼系数c2＝1700N·s·m-1，轮胎刚度Kt＝200000N·m-1，大腿骨连杆与小腿骨连杆之间的气动人工肌肉的输出力为2000N，小腿骨连杆与足骨连杆之间气动人工肌肉的输出力为1500N，足骨连杆与地面初始夹角θ为30°，该车辆以速度v＝60km/h行驶在B、C、D级路面上，对该车辆悬架垂向性能参数进行计算。
当悬架为被动工作状态时，此时大、小腿气动人工肌肉不起作用，不会有主动力U，即U1＝0、U2＝0，此时动力学微分方程为：
Figure GDA0001965684390000111
Figure GDA0001965684390000112
Figure GDA0001965684390000113
然后确定空间模型，同理其系统输入量中的U1＝0、U2＝0，其余参数不变，此时空间模型方程为：
Figure GDA0001965684390000114
Figure GDA0001965684390000115
Figure GDA0001965684390000121
其中：
Figure GDA0001965684390000122
Figure GDA0001965684390000123
Figure GDA0001965684390000124
Figure GDA0001965684390000125
其中：
Figure GDA0001965684390000126
此时，输出模型为：Y＝DcX+DdW
系统的输出向量为：Y＝[y1 y2 y3 y4]T
输出矩阵Dc、直接传递矩阵Dd分别为：
Figure GDA0001965684390000127
其中：
Figure GDA0001965684390000128
Figure GDA0001965684390000131
其中：d11＝0
当悬架为主动工作状态时，大、小腿气动人工肌肉工作，对外输出收缩力U1和U2，此时动力学微分方程为：
Figure GDA0001965684390000132
Figure GDA0001965684390000133
Figure GDA0001965684390000134
然后确定空间模型，同理其系统输入量中的U1＝2000N、U2＝1500N，其余参数不变，此时空间模型方程为：
Figure GDA0001965684390000135
Figure GDA0001965684390000136
Figure GDA0001965684390000137
其中：
Figure GDA0001965684390000138
Figure GDA0001965684390000139
Figure GDA00019656843900001310
Figure GDA0001965684390000141
其中：
Figure GDA0001965684390000142
此时，输出模型为：Y＝DcX+DdW
系统的输出向量为：Y＝[y1 y2 y3 y4]T
输出矩阵Dc、直接传递矩阵Dd分别为：
Figure GDA0001965684390000143
其中：
Figure GDA0001965684390000144
Figure GDA0001965684390000145
其中：
Figure GDA0001965684390000146
将上述空间模型、输出模型和模型参数代入双菱形仿袋鼠腿车用悬架的1/4车辆振动模型，并通过MATLAB/Simulink仿真得出双菱形仿袋鼠腿车用悬架的垂向性能参数图即双菱形仿袋鼠腿车用悬架的车身垂直加速度、悬架的动挠度和轮胎动变形图来描述该悬架的垂向性能。

Claims (1)

1.一种双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法，首先依据袋鼠腿部结构，构造出大腿骨连杆(3)、小腿骨连杆(5)和足骨连杆(7)的比例为1:2:1的三连杆连接结构，然后按悬架稳定性的要求，将两个三连杆结构交叉设置成双菱形仿袋鼠腿车用悬架，在大腿骨连杆(3)与小腿骨连杆(5)纵向之间设置大腿气动人工肌肉(1)，在大腿骨连杆(3)与小腿骨连杆(5)横向之间设置第一弹簧阻尼器(4)，在小腿骨连杆(5)与足骨连杆(7)纵向之间设置第二弹簧阻尼器(8)，在小腿骨连杆(5)与足骨连杆(7)横向之间设置小腿气动人工肌肉(6)，其特征在于，双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计步骤为：
1)、建立双菱形仿袋鼠腿车用悬架的1/4车辆振动模型：
通过拉格朗日第二类方程从能量的观点建立双菱形仿袋鼠腿车用悬架系统的物理模型，从而得到系统的运动微分方程，所述系统的运动微分方程为：
Figure FDA0001965684380000011
式中：H为系统总动能；xi为系统广义坐标；V为系统总势能；D为能量耗散函数；Qi为对应于广义坐标xi的广义力；设系统的广义坐标分别为x1、x2和x3，则系统的总动能为：
Figure FDA0001965684380000012
Figure FDA0001965684380000013
Figure FDA0001965684380000014
Figure FDA0001965684380000015
系统的总势能为：
Figure FDA0001965684380000021
Figure FDA0001965684380000022
Figure FDA0001965684380000023
Figure FDA0001965684380000024
系统的能量耗散函数为：
Figure FDA0001965684380000025
Figure FDA0001965684380000026
Figure FDA0001965684380000027
Figure FDA0001965684380000028
将上述各式带入拉格朗日方程，则双菱形仿袋鼠腿车用悬架系统的振动模型的微分方程表达式为：
Figure FDA0001965684380000029
Figure FDA00019656843800000210
Figure FDA00019656843800000211
式中：m1为车身和大腿骨连杆的总质量，m2为小腿骨连杆的总质量，m3为足骨连杆与车轮的总质量；k1为大腿骨连杆与小腿骨连杆之间第一弹簧阻尼器的减振弹簧刚度，k2为小腿骨连杆与足骨连杆之间第二弹簧阻尼器的减振弹簧刚度，kt为轮胎刚度；c1为大腿骨连杆与小腿骨连杆之间第一弹簧阻尼器的阻尼系数，c2为小腿骨连杆与足骨连杆之间第二弹簧阻尼器的阻尼系数；U1为大腿骨连杆与小腿骨连杆之间大腿气动人工肌肉收缩时产生的收缩力，U2为小腿骨连杆与足骨连杆之间小腿气动人工肌肉收缩时产生的收缩力；θ为足骨连杆相对地面的角度；
2)、确定双菱形仿袋鼠腿车用悬架的状态空间模型
采用步骤1)所述的振动模型确定双菱形仿袋鼠腿车用悬架具体的状态空间模型；取系统状态向量为：
Figure FDA0001965684380000031
式中x1为簧载质量与大腿骨连杆质心处的垂向运动位移，
Figure FDA0001965684380000032
为簧载质量与大腿骨连杆质心处的垂向速度，x2为小腿骨连杆质心处的垂向运动位移，
Figure FDA0001965684380000033
为小腿骨连杆质心处的垂向速度，x3为足骨连杆与车轮质心处的垂向运动位移，
Figure FDA0001965684380000034
为足骨连杆与车轮质心处的垂向速度；取系统的输入量为：W＝[U1 U2 q]T，进而可得系统的状态空间方程为：
Figure FDA0001965684380000035
其中，
Figure FDA0001965684380000036
为系统状态向量X的一阶导；Da为系统矩阵；Db为控制矩阵；Da，Db矩阵具体参数如下:
Figure FDA0001965684380000037
其中：
Figure FDA0001965684380000038
Figure FDA0001965684380000039
Figure FDA00019656843800000310
Figure FDA00019656843800000311
其中：
Figure FDA00019656843800000312
取系统的输出向量为：Y＝[y1 y2 y3 y4]T；式中
Figure FDA0001965684380000041
为簧载质量质心处的垂直振动加速度；y2＝x1-x3为悬架动挠度；y3＝x3-q为车轮动位移；y4＝q为路面输入的不平度；进而可得双菱形仿袋鼠腿车用悬架输出模型为：Y＝DcX+DdW
输出矩阵Dc、直接传递矩阵Dd分别为：
Figure FDA0001965684380000042
其中：
Figure FDA0001965684380000043
Figure FDA0001965684380000044
其中：
Figure FDA0001965684380000045
3)、确定双菱形仿袋鼠腿车用悬架的气动人工肌肉收缩力方程
气动人工肌肉是仿生气动执行机构，该机构由一根包裹着纤维格栅网的橡胶套筒与两端连接接头组成；充气后其橡胶管产生径向膨胀并轴向收缩，从而产生轴向拉力，而放气时则无轴向力的产生，该机构是一种单向主动力输出机构，其轴向输出力Fe的函数关系式为：
Fe＝k(p,ls)ls
k＝b4p2+b3pls+b2ls 2+b1
式中：k为气动人工肌肉的刚度；p为充气压力；ls为伸长量；b1,b2,b3,b4分别为k、p和ls之间函数关系的系数；考虑橡胶套筒的弹性力作用，弹性力Fs为：
Figure FDA0001965684380000051
式中：
Figure FDA0001965684380000052
Figure FDA0001965684380000053
为气动人工肌肉的收缩率；D0,θ0,l0分别为充气前气动人工肌肉的初始直径、初始纤维角度和初始长度；l为其自由长度；E为橡胶筒的弹性模量；t为气动人工肌肉橡胶筒的厚度；单个气动人工肌肉的收缩力方程为：
U＝Fe-Fs
通常情况U1＞U2
其中当双菱形仿袋鼠腿车用悬架为被动工作状态时，大、小腿气动人工肌肉不工作，对外无收缩力，即U1＝0、U2＝0；当双菱形仿袋鼠腿车用悬架为主动工作状态时，大、小腿气动人工肌肉工作，对外输出收缩力U1和U2，将上述空间模型、输出模型和模型参数代入双菱形仿袋鼠腿车用悬架的1/4车辆振动模型，并通过MATLAB/Simulink仿真得出双菱形仿袋鼠腿车用悬架的垂向性能参数图即双菱形仿袋鼠腿车用悬架的车身垂直加速度、悬架的动挠度和轮胎动变形图来描述该悬架的垂向性能。
CN201810978338.2A 2018-08-27 2018-08-27 双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法 Active CN109684654B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810978338.2A CN109684654B (zh) 2018-08-27 2018-08-27 双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810978338.2A CN109684654B (zh) 2018-08-27 2018-08-27 双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109684654A CN109684654A (zh) 2019-04-26
CN109684654B true CN109684654B (zh) 2022-04-22

Family

ID=66185644

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810978338.2A Active CN109684654B (zh) 2018-08-27 2018-08-27 双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109684654B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110682741A (zh) * 2019-11-14 2020-01-14 山东理工大学 一种仿生非充气轮胎

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104118290A (zh) * 2013-04-24 2014-10-29 史占彪 车辆悬架刚度可变的弹簧组件
CN102975587B (zh) * 2012-12-03 2015-01-28 南京师范大学 基于双可控阻尼器的车辆半主动悬架及其控制方法
US9254728B2 (en) * 2008-05-15 2016-02-09 Oxbo International Corporation Suspension system with a floating axle lock
WO2017202221A1 (zh) * 2016-05-21 2017-11-30 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种低地板铰接式轨道车辆转向架悬挂牵引装置
CN206691128U (zh) * 2017-03-21 2017-12-01 中车山东机车车辆有限公司 一种装用可调节单元制动装置的变轨距转向架
CN107622155A (zh) * 2017-09-08 2018-01-23 太原科技大学 一种仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的计算方法
CN107862127A (zh) * 2017-11-03 2018-03-30 哈尔滨工业大学 一种基于分段线性动力学方程的接触器动态特性计算方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3033316B1 (fr) * 2015-03-04 2018-04-06 Airbus Helicopters Procede et dispositif de determination et d'optimisation de parametres caracteristiques du fonctionnement d'un aeronef a voilure tournante

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9254728B2 (en) * 2008-05-15 2016-02-09 Oxbo International Corporation Suspension system with a floating axle lock
CN102975587B (zh) * 2012-12-03 2015-01-28 南京师范大学 基于双可控阻尼器的车辆半主动悬架及其控制方法
CN104118290A (zh) * 2013-04-24 2014-10-29 史占彪 车辆悬架刚度可变的弹簧组件
WO2017202221A1 (zh) * 2016-05-21 2017-11-30 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种低地板铰接式轨道车辆转向架悬挂牵引装置
CN206691128U (zh) * 2017-03-21 2017-12-01 中车山东机车车辆有限公司 一种装用可调节单元制动装置的变轨距转向架
CN107622155A (zh) * 2017-09-08 2018-01-23 太原科技大学 一种仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的计算方法
CN107862127A (zh) * 2017-11-03 2018-03-30 哈尔滨工业大学 一种基于分段线性动力学方程的接触器动态特性计算方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Control design for a bionic kangaroo";Knut Graichen等;《Control Engineering Practice》;20150620;第106-117页 *
"基于分数阶导数的黏弹性悬架减振模型及其数值方法";宋勇等;《振动与冲击》;20160828;第35卷(第6期);第123-129页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109684654A (zh) 2019-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107622155B (zh) 一种仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的计算方法
CN1046666C (zh) 可独立进行俯仰和侧倾控制的液压悬架
CN104626914B (zh) 汽车非线性主动悬架系统的模糊控制方法
Hegazy et al. Multi-body dynamics in full-vehicle handling analysis
Williams et al. Active suspension control to improve vehicle ride and handling
CN103935417A (zh) 带有脊柱关节和弹性腿的仿生四足机器人
CN105269577B (zh) 仿人双足机器人步态切换控制系统及控制方法
Kavitha et al. Active camber and toe control strategy for the double wishbone suspension system
CN109684654B (zh) 双菱形仿袋鼠腿车用悬架垂向性能参数的设计方法
CN103754081A (zh) 车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法
CN106926660A (zh) 一种基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统及其控制方法
Rong et al. Design for several hydraulic parameters of a quadruped robot
Hyvärinen The improvement of full vehicle semi-active suspension through kinematical model
Liu et al. Mechanism of spine motion about contact time in quadruped running
CN101229825A (zh) 双腿单支承液压步行装置及步行车
CN202194990U (zh) 双向液压限位减震器
Sharma et al. Design and analysis of novel bio inspired BELBIC and PSOBELBIC controlled semi active suspension
Trom et al. Modeling of a mid-size passenger car using a multibody dynamics program
Song et al. Modelling and Dynamic Response Characteristics Study of a PAM Bionic Kangaroo Leg Suspension.
Vaishnav et al. Mathematical modelling and comparison of two degree of freedom suspension system of quarter car
Kim et al. Automated vehicle dynamic analysis with flexible components
Ding et al. Design of hydraulically interconnected suspension systems for tri-axle straight trucks with rear tandem axle bogie suspensions
CN113183711B (zh) 一种振动与冲击融合控制方法
Alexandru Static analysis of a vehicle suspension with leaf springs and reaction bars
Wang et al. Simulation research on PID control of new trailing arm active suspension based on genetic algorithm optimization

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant