CN113656908A - 一种具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法 - Google Patents

一种具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法 Download PDF

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CN113656908A CN202110896750.1A CN202110896750A CN113656908A CN 113656908 A CN113656908 A CN 113656908A CN 202110896750 A CN202110896750 A CN 202110896750A CN 113656908 A CN113656908 A CN 113656908A
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Abstract

本发明公开了一种具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法，包括机械整流装置内部运动部件惯性力计算；单向旋转离合器内主动件的运动速度计算；机械整流装置之后运动部件的等效惯性参数计算；电机形成的电磁阻尼力计算；机械整流装置从动件虚速度计算；机械整流装置啮合状态以及从动件转速判断；电磁减振器的输出力计算；使用本发明可以明确电磁减振器的输出力大小及其变化规律，根据计算出的输出力可以更为准确的分析电磁减振器的工作特性。

Description

一种具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法
技术领域
本发明涉及电磁减振器技术领域，特别是一种具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法。
背景技术
现有技术中提出了一种电磁式减振器，该减振器中应用了机械整流装置，该机械整流装置的使用提升了电磁式减振器的能量回收效率，降低了减振器的最大传输力，从而提高了电磁式减振器的能量回收性能及可靠性。由于机械整流装置的使用，使电磁式减振器在一些行程区域内，特别是电磁式减振器换向区域，出现了阻尼力为零的现象，这种阻尼力为零的现象导致减振器阻尼力失效，严重影响到车辆行驶安全，这都是由阻尼力明显计算分析不足的原因造成的。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有的电磁减振器设计中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法，其能用来明确外界激励与电磁减振器提供阻尼力间的关系以及电磁减振器各类部件的转动速度，提升电磁减振器使用过程中的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法，其包括以下步骤，
机械整流装置内部运动部件惯性力计算；
机械整流装置内主动件的运动速度计算；
机械整流装置之后运动部件的等效惯性参数计算；
电机形成的电磁阻尼力计算；
机械整流装置从动件虚速度计算；
机械整流装置啮合状态以及从动件转速判断；
电磁减振器的输出力计算。
作为本发明所述具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法的一种优选方案，其中：所述内部运动部件的惯性力FMB为
Figure BDA0003198173410000021
其中，Fi为第i个运动部件的惯性力，n为内部运动部件的数量。
作为本发明所述具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法的一种优选方案，其中：外部激励源通过传动部件驱动机械整流装置的主动件运动，在复原过程中，机械整流装置内主动件的运动速度vmrac为
vmrac＝iRv (2)
在压缩行程中，机械整流装置主动件的运动速度vmrac为
vmrac＝iCv (3)
其中，iR为复原过程中机械整流装置的传动比，iC表示压缩行程中机械整流装置的传动比，v为外部施加的激励速度。
作为本发明所述具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法的一种优选方案，其中：所述等效惯性参数计算公式为
mTM＝mT+mM (4)；
其中，mT为传动部件的等效质量，mM为电机转子的等效质量，mTM为机械整流装置之后运动部件的等效质量。
作为本发明所述具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法的一种优选方案，其中：所述电磁阻尼力的计算步骤具体为
对于直流电机，当有外力驱动其旋转时，将在转子线圈中产生感应电动势E，即
E＝ke vM (5)；
电机产生的感应电动势将在电路中产生电流I，即
即
Figure BDA0003198173410000022
流经电机转子线圈中的电流又将产生阻力转矩TM，即
TM＝kt I (7)；
其中，ke表示电机的反电动势常数，vM表示电机转子的等效速度，Rs表示电机内阻，R表示负载电路中的电阻，kt表示电机的转矩常数。
作为本发明所述具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法的一种优选方案，其中：从动件虚速度的计算方法为
先计算机械整流装置从动件加速度amrdn
Figure BDA0003198173410000031
计算下一时刻机械整流装置从动件虚速度vv
vv＝vmrdn+amrdnΔt (9)；
其中，ηA表示机械整流装置从动件至电机转子间的传动效率，iA表示机械整流装置从动件至电机转子间的传动比，vmrdn表示从动件当前速度，Δt表示计算步长时间间隔。
作为本发明所述具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法的一种优选方案，其中：所述啮合状态及从动件转速判断的步骤具体为
当机械整流装置主动件速度vmrac大于机械整流装置从动件虚速度vv时，机械整流装置处于啮合状态，其从动件的实速度vmrdn等于主动件速度vmrac；当机械整流装置主动件速度vmrac小于机械整流装置从动件虚速度vv时，机械整流装置处于分离状态，其从动件的实速度vmrdn等于从动件虚速度vv。
作为本发明所述具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法的一种优选方案，其中：所述电磁减振器输出力的计算步骤具体为
啮合状态下，若处于压缩行程则输出电磁阻尼力Fe、惯性力Fm以及合力Ftot表示为
Figure BDA0003198173410000032
啮合状态下，若处于复原行程则输出电磁阻尼力Fe、惯性力Fm以及合力Ftot表示为
Figure BDA0003198173410000041
分离状态下，电磁减振器不同行程输出电磁阻尼力Fe、惯性力Fm以及合力Ftot表示为
Figure BDA0003198173410000042
ηR为复原行程中机械整流装置从动件至电机转子间的传动效率，ηC为压缩行程中机械整流装置从动件至电机转子间的传动效率。
本发明的有益效果：本发明能明确具有机械整流装置的电磁式减振器输出力形成大小与变化规律，并更为准确的分析电磁减振器的工作特性，使用本发明计算输出力更加简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。其中：
图1为本发明中电磁减振器的结构图。
图2为使用本发明计算得出的从动件速度特性曲线图。
图3为使用本发明计算得出的阻尼特性曲线图。
其中，100机械整流装置，101第二从动轴，102第三从动齿轮，103第一单向旋转离合器，104第一从动齿轮，105固定座，106齿条，107第二从动齿轮，108第一从动轴，200联轴器，300齿轮组件，301第二转动齿轮，302第一转动齿轮，303第二齿轮轴，304传动齿轮，305第一连接齿轮，306第二连接齿轮，307第三转动齿轮，308第一齿轮，309第一齿轮轴，310第二齿轮，311输入轴，400电机。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种具有机械整流装置的电磁减振器的阻尼力计算方法，
(S1)机械整流装置内部运动部件惯性力计算；
内部运动部件的惯性力FMB为
Figure BDA0003198173410000051
其中，Fi为第i个运动部件的惯性力，n为内部运动部件的数量，机械整流装置内部运动部件由单向旋转离合器和传动部件等组成；
(S2)机械整流装置内主动件的运动速度计算；
外部激励源通过传动部件驱动机械整流装置的主动件运动，在复原过程中，机械整流装置内主动件的运动速度vmrac为
vmrac＝iRv (2)
在压缩行程中，机械整流装置主动件的运动速度vmrac为
vmrac＝iCv (3)
其中，iR为复原过程中机械整流装置的传动比，iC表示压缩行程中机械整流装置的传动比；
(S3)机械整流装置之后运动部件的等效惯性参数计算，具体如下
mTM＝mT+mM (4)；
其中，mT为传动部件的等效质量，mM为电机转子的等效质量，mTM为机械整流装置之后运动部件的等效质量；
(S4)电机形成的电磁阻尼力计算，具体如下
对于直流电机，当有外力驱动其旋转时，将在转子线圈中产生感应电动势E，即
E＝ke vM (5)；
电机产生的感应电动势将在电路中产生电流I，即
Figure BDA0003198173410000061
流经电机转子线圈中的电流又将产生阻力转矩TM，即
TM＝kt I (7)；
其中，ke表示电机的反电动势常数，vM表示电机转子的等效速度，Rs表示电机内阻，R表示负载电路中的电阻，kt表示电机的转矩常数；
(S5)机械整流装置从动件虚速度计算，具体如下
先计算机械整流装置从动件加速度amrdn
Figure BDA0003198173410000062
再计算下一时刻机械整流装置从动件虚速度vv
vv＝vmrdn+amrdnΔt (9)；
其中，ηA表示机械整流装置从动件至电机转子间的传动效率，iA表示机械整流装置从动件至电机转子间的传动比，vmrdn表示从动件当前速度，Δt表示计算步长时间间隔；
(S6)机械整流装置啮合状态以及从动件转速判断，具体如下
当机械整流装置主动件速度vmrac大于机械整流装置从动件虚速度vv时，机械整流装置处于啮合状态，其从动件的实速度vmrdn等于主动件速度vmrac；当机械整流装置主动件速度vmrac小于机械整流装置从动件虚速度vv时，机械整流装置处于分离状态，其从动件的实速度vmrdn等于从动件虚速度vv；
(S7)电磁减振器的输出力计算，具体如下
啮合状态下，若处于压缩行程则输出电磁阻尼力Fe、惯性力Fm以及合力Ftot表示为
Figure BDA0003198173410000071
啮合状态下，若处于复原行程则输出电磁阻尼力Fe、惯性力Fm以及合力Ftot表示为
Figure BDA0003198173410000072
分离状态下，电磁减振器不同行程输出电磁阻尼力Fe、惯性力Fm以及合力Ftot表示为
Figure BDA0003198173410000073
其中，ηR为复原行程中机械整流装置从动件至电机转子间的传动效率，ηC为压缩行程中机械整流装置从动件至电机转子间的传动效率，复原行程和压缩行程是指齿条的移动行程，复原行程和压缩行程的移动方向相反。
实施例2
为本发明的第二个实施例，该实施例针对如图1所示的具有机械整流装置的电磁减振器进行阻尼力计算，包括机械整流装置、齿轮组件和电机，机械整流装置包括固定在车架上的固定座，固定座上可移动地连接有齿条，齿条的一端与车架连接，齿条的另一端与连接车轮的轴连接，固定座上可转动地连接有沿着齿条的长度方向间隔设置的第一从动轴和第二从动轴，第一从动轴上连接有第一从动齿轮和与齿条啮合的第二从动齿轮，第一从动齿轮经第一单向旋转离合器连接在第一从动轴上，第二从动齿轮经第一单向旋转离合器连接在第二从动轴上，第二从动轴上连接有与第一从动齿轮啮合的第三从动齿轮，齿轮组件包括传动轴，伸出固定座外的第一从动轴经联轴器与传动轴连接，齿轮组件在齿轮箱内，附图中未画出齿轮箱(此为现有技术)，传动轴上连接有传动齿轮，齿轮箱内设有齿轮组件，齿轮组件包括可转动地连接在齿轮箱上的第一齿轮轴和第二齿轮轴，第一齿轮轴上连接有第一连接齿轮和第二连接齿轮，第一连接齿轮与传动齿轮啮合，第二齿轮轴上连接有第一转动齿轮和第二转动齿轮，第一转动齿轮与第二连接齿轮啮合，第一齿轮轴上还可转动地连接有第三转动齿轮，第三转动齿轮上连接有第一齿轮，第三转动齿轮与第二转动齿轮啮合，电机的输入轴上连接有与第一齿轮啮合的第二齿轮；齿条向上移动时，第二从动齿轮经第二单向旋转离合器带动第一从动轴转动，第一从动齿轮在第一单向旋转离合器上空转，齿条向下移动时，第二从动齿轮在第二单向旋转离合器上空转，第一从动齿轮经第一单向旋转离合器带动第一从动轴转动。
对该电磁减振器进行阻尼力计算的方法，包括以下步骤：
(S100)机械整流装置内部运动部件惯性力计算
设外部施加正弦激励，即位移x、速度v与加速度a表示为
Figure BDA0003198173410000081
齿条具有的惯性力FCT101表示为
FCT101＝mCT101aCT101＝mCT101a (2)
第二从动齿轮具有的惯性力FCL108表示为
Figure BDA0003198173410000082
第三从动齿轮具有的惯性力FCL102表示为
Figure BDA0003198173410000083
第一从动齿轮具有的惯性力FCL104表示为
Figure BDA0003198173410000084
机械整流装置具有的惯性力FMB表示为
Figure BDA0003198173410000085
其中，A表示激励振幅，f表示激励频率，mCT101表示齿条质量，aCT101表示齿条加速度，a表示外界激励加速度，αCL108表示第二从动齿轮角加速度，JCL108表示第二从动齿轮转动惯量，ηCLCT1表示齿条与第二从动齿轮和第三从动齿轮之间的传递效率，rCL表示第二从动齿轮和第三从动齿轮的半径，αCL102表示第三从动齿轮角加速度，JCL102表示第三从动齿轮转动惯量，αCL102第三从动齿轮角加速度，JCL102表示第三从动齿轮转动惯量，αCL104表示第一从动齿轮角加速度，JCL104表示第一从动齿轮转动惯量，ηCLCT2表示第三从动齿轮和第一从动齿轮之间的传递效率，iCL表示第三从动齿轮和第一从动齿轮间传动比；
(S200)机械整流装置内主动件的运动速度计算
外部激励源通过传动部件驱动机械整流装置主动件运动，在复原行程中，机械整流装置内主动件的运动速度vmrac为
vmrac＝iRv (7)；
Figure BDA0003198173410000091
在压缩行程中，机械整流装置主动件的运动速度vmrac为
vmrac＝iCv (9)；
Figure BDA0003198173410000092
其中，iR表示复原行程中机械整流装置的传动比，iC表示压缩行程中机械整流装置的传动比；
(S300)机械整流装置之后运动部件的等效惯性参数计算
mTM＝mT+mM (11)
mT＝JZ106+JC+JZ301+JG (12)
其中，JG可通过下式进行计算，即
Figure BDA0003198173410000101
mM可通过下式进行计算，即
Figure BDA0003198173410000102
其中，mTM表示机械整流装置之后运动部件的等效惯性参数，mT表示机械整流装置之后传动部件的等效惯性参数，mM表示电机内电机转子的等效惯性参数，JZ106表示第一从动轴的转动惯量，JC表示联轴器的转动惯量，JZ301表示传动轴的转动惯量，JG表示齿轮组件有效转动惯量，JZ307表示输入轴的转动惯量，JCLX302表示传动齿轮的转动惯量，JCLX303表示第二连接齿轮的转动惯量，JCLX304表示第二转动齿轮的转动惯量，JCLX305表示第三转动齿轮的转动惯量，JCLX306表示第二齿轮的转动惯量，η23表示传动齿轮与第二连接齿轮之间的传动效率，η34表示第二连接齿轮与第二转动齿轮之间的传动效率，η45表示第二转动齿轮与第三转动齿轮之间的传动效率，η56表示第三转动齿轮与第二齿轮之间的传动效率，i23表示传动齿轮与第二连接齿轮之间的传动比，i34表示第二连接齿轮与第二转动齿轮之间的传动比，i45表示第二转动齿轮与第三转动齿轮之间的传动比，i56表示第三转动齿轮与第二齿轮之间的传动比，JM表示电机内电机转子的转动惯量；
(S400)电机形成的电磁阻尼力计算
当有外力驱动其旋转时，将在转子线圈中产生感应电动势E，即
E＝kevM (15)；
电机产生的感应电动势将在电路中产生电流I，即
Figure BDA0003198173410000103
流经电机转子线圈中的电流又将产生阻力转矩TM，即
TM＝ktI (17)；
其中，ke表示电机的反电动势常数，vM表示电机转子的转速，Rs表示电机内阻，R表示负载电路中的电阻，kt表示电机的转矩常数；
(S500)机械整流装置从动件虚速度计算
机械整流装置从动件至电机转子间的传动效率ηA表示为
ηA＝η23η34η45η56 (18)；
机械整流装置从动件至电机转子间的传动比iA表示为
iA＝i23i34i45i56 (19)；
机械整流装置从动件加速度αmrdn
Figure BDA0003198173410000111
计算下一时刻机械整流装置从动件虚速度vv
vv＝vmrdn+amrdnΔt (21)；
其中，vmrdn表示从动件当前转速，Δt表示计算步长时间间隔；
(S600)机械整流装置啮合状态以及从动件转速判断
第一单向旋转离合器和第二单向旋转离合器的啮合与分离状态受主动件转速vmrac与从动件转速vmrdn影响，其啮合与分离转速关系为
Figure BDA0003198173410000112
(S700)电磁减振器输出力计算
啮合状态下，若处于压缩行程则输出电磁阻尼力Fe、惯性力Fm以及合力Ftot表示为
Figure BDA0003198173410000113
啮合状态下，若处于复原行程则输出电磁阻尼力Fe、惯性力Fm以及合力Ftot表示为
Figure BDA0003198173410000121
分离状态下，电磁减振器不同行程输出电磁阻尼力Fe、惯性力Fm以及合力Ftot表示为
Figure BDA0003198173410000122
图2为机械整流器内第一从动轴108、第一从动齿轮104以及第二从动齿轮107的转速图，第一从动齿轮104与第二从动齿轮107代表了外界激励的转速，从图中可以发现它们的转速随时间的变换而正负交替，在机械整流器的作用下，实现了正负交替的旋转转化为第一从动轴108的单向旋转。通过本计算方法可以实现对于第一从动轴108为代表的离合器之后的从动件的转速计算，从而可以定量的对电磁减振器运动特性进行分析，并且为电磁减振器的控制奠定了理论基础。
图3为电磁减振器的阻尼力是示功图。该图将时域的转速转化为阻尼力表现出来，具体展示了电磁阻尼力、惯性力以及合力之间的变化趋势，结合该图可以具体定量的研究不同激励幅值、不同激励频率以及不同外接负载对电磁减振器的具体阻尼力影响，定量分析电磁减振器的工作特性。
本发明的有益效果：从以上实施例可以看出，使用本发明的方法可以准确的计算出电磁减振器的输出力，明确输出力变化规律，根据计算出的输出力可以更为准确的分析电磁减振器的工作特性，使用本发明计算输出力更加简单。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法，其特征在于：其包括以下步骤，
机械整流装置内部运动部件惯性力计算；
机械整流装置内主动件的运动速度计算；
机械整流装置之后运动部件的等效惯性参数计算；
电机形成的电磁阻尼力计算；
机械整流装置从动件虚速度计算；
机械整流装置啮合状态以及从动件转速判断；
电磁减振器的输出力计算。
2.如权利要求1所述的具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法，其特征在于：所述内部运动部件的惯性力FMB为
Figure FDA0003198173400000011
其中，Fi为第i个运动部件的惯性力，n为内部运动部件的数量。
3.如权利要求1或2所述的具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法，其特征在于：外部激励源通过传动部件驱动机械整流装置的主动件运动，在复原过程中，机械整流装置内主动件的运动速度vmrac为
vmrac＝iRv (2)
在压缩行程中，机械整流装置主动件的运动速度vmrac为
vmrac＝iCv (3)
其中，iR为复原过程中机械整流装置的传动比，iC表示压缩行程中机械整流装置的传动比，v为外部施加的激励速度。
4.如权利要求1或2所述的具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法，其特征在于：所述等效惯性参数计算公式为
mTM＝mT+mM (4)；
其中，mT为传动部件的等效质量，mM为电机转子的等效质量，mTM为机械整流装置之后运动部件的等效质量。
5.如权利要求1或2所述的具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法，其特征在于：所述电磁阻尼力的计算步骤具体为
对于直流电机，当有外力驱动其旋转时，将在转子线圈中产生感应电动势E，即
E＝kevM (5)；
电机产生的感应电动势将在电路中产生电流I，即
即
Figure FDA0003198173400000021
流经电机转子线圈中的电流又将产生阻力转矩TM，即
TM＝ktI (7)；
其中，ke表示电机的反电动势常数，vM表示电机转子的等效速度，Rs表示电机内阻，R表示负载电路中的电阻，kt表示电机的转矩常数。
6.如权利要求5所述的具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法，其特征在于：从动件虚速度的计算方法为
先计算机械整流装置从动件加速度amrdn
Figure FDA0003198173400000022
计算下一时刻机械整流装置从动件虚速度vv
vv＝vmrdn+amrdnΔt (9)；
其中，ηA表示机械整流装置从动件至电机转子间的传动效率，iA表示机械整流装置从动件至电机转子间的传动比，vmrdn表示从动件当前速度，Δt表示计算步长时间间隔。
7.使用权利要求6所述具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法，其特征在于：所述啮合状态及从动件转速判断的步骤具体为
当机械整流装置主动件速度vmrac大于机械整流装置从动件虚速度vv时，机械整流装置处于啮合状态，其从动件的实速度vmrdn等于主动件速度vmrac；当机械整流装置主动件速度vmrac小于机械整流装置从动件虚速度vv时，机械整流装置处于分离状态，其从动件的实速度vmrdn等于从动件虚速度vv。
8.如权利要求7所述具有机械整流装置的电磁减振器阻尼力计算方法，其特征在于：所述电磁减振器输出力的计算步骤具体为
啮合状态下，若处于压缩行程则输出电磁阻尼力Fe、惯性力Fm以及合力Ftot表示为
Figure FDA0003198173400000031
啮合状态下，若处于复原行程则输出电磁阻尼力Fe、惯性力Fm以及合力Ftot表示为
Figure FDA0003198173400000032
分离状态下，电磁减振器不同行程输出电磁阻尼力Fe、惯性力Fm以及合力Ftot表示为
Fe＝0
Fi＝FMR (12)；
Ftot＝Fe+Fm
ηR为复原行程中机械整流装置从动件至电机转子间的传动效率，ηC为压缩行程中机械整流装置从动件至电机转子间的传动效率。
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