CN117462341A - 一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架及其控制方法 - Google Patents
一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架及其控制方法,涉及减振隔振技术领域,包括担架主体和减振器,解决救护车在重危病人转运过程中的有害振动对病人造成二次伤害,恶化病情。所述减振器固定在车厢内,由外壳、滚珠丝杠装置、变阻尼装置、惯性装置等构成。所述减振器的两个转子分别与两个安装方向相反的丝杠轴固定并与飞轮之间形成两个阻尼器,两个阻尼器分别产生正向电磁阻尼力和反向电磁阻尼力作用于飞轮,以此产生等效的正向惯性力和反向惯性力。该减振器通过对阻尼力的独立实时控制以实现双向调节惯容特性。本发明还提供了一种正反向阻尼和惯容耦合控制的方法,以此实现更为优越的减振性能。
Description
技术领域
本发明涉及减振隔振技术领域,特别涉及一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架及其控制方法。
背景技术
救护车担架是采用高质铝合金和泡沫软垫制成,用于救护车内起到支撑和转移伤员、保障伤员的安全和舒适的工具器械,对于救治重伤或者骨折患者起到了极其重要的作用。为尽快完成转运,保证重症患者在最短时间内得到救治,救护车常处于紧急制动、加速、转向避让等紧急工况,这不仅容易导致救护车内担架上的患者出现恶心、眩晕、颅内血压增高等不良反应,进而造成二次伤害甚至死亡,而且救护车担架不稳定的运动姿态妨碍了医护人员在运输途中实施紧急救治,增大了护理难度。
为解决上述问题,学者在救护车担架上引入了悬架系统,可降低担架的振动、提高患者的乘坐舒适性,但是当前采用的悬架大多是被动弹簧和阻尼减振器的组合形式,或采用半主动弹簧和阻尼减振器的组合形式,其减振原理是耗散传递给担架的振动能量,没有有效地运用这一部分能量。近些年来,随着对惯容的研究,开始将惯性力引入半主动系统中,这样可以将路面传递过来的振动能量储存在飞轮等惯性器件上,可以极大程度地提高减振器的性能;但是在一般的惯性减振系统中,飞轮等惯性器件的转动方向是固定不变的,此种固有的关系会导致当需要运用飞轮等惯性器件所储存的动能时达不到期望的效果。本发明所提出的一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架及其控制方法可以有效解决上述问题,实现更优的减振效果。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架及其控制方法,将振动能量储存在飞轮中,通过结构和控制方法可以改变飞轮转向和转速,灵活的将储存的能量运用在减振过程中,提高了救护车担架的减振效果。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架,包括担架主体和减振器;其中减振器具体由外壳、滚珠丝杠装置、变阻尼装置、惯性装置等组成;所述减振器的两个转子分别与两个丝杠固定并与飞轮之间形成第一阻尼器和第二阻尼器;救护车担架受外力影响从而上升或下降,所受到的力通过剪刀结构杆传递给丝杠套筒从而导致丝杠套筒收缩或拉伸,进而使得丝杠旋转,此时由于两个丝杠反向安装从而使得丝杠上的两个转子转向相反,第一阻尼器和第二阻尼器分别产生正向电磁阻尼力和反向电磁阻尼力作用于飞轮,以此产生等效的正向惯性力和反向惯性力。所述减振器通过正向阻尼力和反向阻尼力的独立实时控制以实现双向调节惯容特性。
所述担架主体包括担架床、剪刀结构连接杆、车轮部分、挂钩弹簧、剪刀结构滚轮和连接杆等;担架床下部设置凹槽使得剪刀结构连接杆上部的滚轮在其上有规律的运动,剪刀结构滚轮轴略长于凹槽宽度并设于槽口内,以免在剧烈振动的情况下担架床被掀翻;挂钩弹簧一端连接剪刀结构滚轮轴,另一端连接焊接于凹槽外端的圆柱凸台,挂钩弹簧可以避免担架床发生左右窜动,使得担架床处于居中位置,同时也可以起到缓冲减振的作用。相邻的两根剪刀结构连接杆之间通过铆钉连接,剪刀结构连接杆的下部与车轮部分连接,当担架床上的震荡通过剪刀结构连接杆传递给车轮部分会使得车轮在车厢底板的凹槽内发生直线往复运动,并且担架床始终与车厢底板平行。
所述外壳包括壳身和端盖等;端盖内侧通过普通六角螺栓与丝杠轴承座连接,端盖外侧通过内六角螺栓与有孔弹簧底座连接,端盖底部通过普通六角螺栓将所述减振器固定在车身内部,两侧端盖通过普通六角螺栓与壳身连接。所述外壳为保护装置,将变阻尼装置和惯性装置放置在壳中,防止杂物进入变阻尼装置和惯性装置,从而达到延长减振器使用寿命的目的。
所述滚珠丝杠装置包括丝杠套筒、丝杠、丝杠螺母以及弹簧等;丝杠套筒通过内六角螺栓与丝杠螺母固定,丝杠套筒与丝杠底端进行运动配合,保证丝杠运动的准确性,丝杠套筒端部与弹簧底座通过焊接的方式连接固定,在丝杠套筒上套有弹簧,弹簧两端分别与有孔弹簧底座和无孔弹簧底座焊接,弹簧在所述装置中主要起提供支撑刚度以及缓冲减振的作用。
所述变阻尼装置为一个反向双转子电机,包括两个转子、一个飞轮、两个丝杠等;两个转子分别与两个丝杠通过普通平键进行周向定位,两个转子通过丝杠的轴肩以及套筒进行轴向定位,转子中布置永磁体,飞轮两端布置线圈,通过改变飞轮两端线圈电流的大小可以改变正向电磁阻尼力和反向电磁阻尼力。
所述惯性装置为反向双转子电机的飞轮部分,包括一个飞轮、两个飞轮端盖、四个一号深沟球轴承和两个轴承座等;飞轮与飞轮端盖通过普通六角螺栓连接,为保证飞轮可以正常转动储存动能,飞轮端盖与一号深沟球轴承配合,一号深沟球轴承固定在轴承座外侧上;两个丝杠与两个二号深沟球轴承配合,所述两个二号深沟球轴承通过轴肩固定在两个轴承座内测。飞轮在有转子的两端布置线圈,中间段不需要线圈,避免两端磁场干扰。
本发明还提供一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架的控制方法,定义第一转子与飞轮之间构成第一阻尼器,第二转子与飞轮之间构成第二阻尼器,阻尼系数分别为C1和C2,所述控制方法包括如下步骤:
S1:基于传感器获得系统的状态,控制器进行计算得到期望减振器输出力,根据转换公式可计算得到期望力矩,式中TQ为期望力矩,FQ为期望力,I为滚珠丝杠副的传动比。将得到的期望力矩合理的分配给两个阻尼装置,根据分配给两个阻尼装置的期望力矩计算得到各自的期望电流,调节等效电阻从而将两个阻尼装置的电流调为理想电流后,输出期望力矩TQ;调节等效电阻后,所述阻尼装置电压U在Umin~Umax之间,相应的阻尼系数为C在Cmin~Cmax之间。
S2:设定四个判断因子d1、d2、d3、d4,其中:
即判断期望力矩方向与第一转子转向是否相同。
即判断飞轮的转速是否大于第一转子的转速。
即判断飞轮与第一转子的转向是否相同。
d4=|TA|-|TQ|;即第一阻尼器取最大阻尼,第二阻尼器取最小阻尼时,判断变阻尼装置输出的总力矩值是否大于期望力矩值。
其中:
式中,TA为当第一阻尼器取最大阻尼,第二阻尼器取最小阻尼时,变阻尼装置输出的总力矩,C1max为第一阻尼器的最大阻尼系数,C2min为第二阻尼器的最小阻尼系数,为左侧丝杠转动角度的一次微分值,/>为右侧丝杠转动角度的一次微分值,/>为飞轮的转动角度的一次微分值;为了使得变阻尼装置总的输出力矩更好的跟踪期望力矩,因此第一阻尼器的最小阻尼系数C1min与第二阻尼器的最小阻尼系数C2min的值都取为0,即C1min=C2min=0;
S3:判断d1是否大于0,若是,执行步骤S7,否则执行步骤S4;
S4:判断d2是否大于0,若是,执行步骤S6,否则执行步骤S5;
S5:判断d4是否大于0,若是,执行步骤S10,否则执行步骤S9;
S6:判断d3是否大于0,若是,执行步骤S12,否则执行步骤S11;
S7:判断d2是否大于0,若是,执行步骤S8,否则执行步骤S13;
S8:判断d3是否大于0,若是,执行步骤S15,否则执行步骤S14;
S9:此时为第一种情况,即:期望力矩的方向与第一转子的转向相反;飞轮的转速小于第一转子的转速;第一阻尼器取最大阻尼,第二阻尼器取最小阻尼时,变阻尼装置输出的总力矩值小于期望力矩值。此时第一阻尼器与第二阻尼器都会产生阻抗力,且阻抗力的方向与期望力的方向相同,将第一阻尼器的阻尼力调为最大,对第二阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S10:此时为第二种情况,即:期望力矩的方向与第一转子的转向相反;飞轮的转速小于第一转子的转速;第一阻尼器取最大阻尼,第二阻尼器取最小阻尼时,变阻尼装置输出的总力矩值大于期望力矩值。此时第一阻尼器与第二阻尼器都会产生阻抗力,且阻抗力的方向与期望力的方向都相同,将第二阻尼器的阻尼力调为0,对第一阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S11:此时为第三种情况,即:期望力矩的方向与第一转子的转向相反;飞轮的转速大于第一转子的转速;飞轮与第一转子的转向相反。此时第一阻尼器产生阻抗力,产生的阻抗力的方向与期望力的方向相同;第二阻尼器产生主动力,产生的主动力的方向与期望力的方向相反;因此将第二阻尼器的阻尼力调为0,对第一阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S12:此时为第四种情况,即:期望力矩的方向与第一转子的转向相反;飞轮的转速大于第一转子的转速;飞轮与第一转子的转向相同。此时第一阻尼器产生主动力,产生的主动力的方向与期望力的方向相反;第二阻尼器产生阻抗力,产生的阻抗力的方向与期望力的方向相同;因此将第一阻尼器的阻尼力调为0,对第二阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S13:此时为第五种情况,即:期望力矩的方向与第一转子的转向相同;飞轮的转速小于第一转子的转速;飞轮与第一转子的转向相同。此时第一阻尼器、第二阻尼器都会产生阻抗力,且阻抗力的方向都与期望力的方向相反,因此将第一阻尼器的阻尼力调为0,第二阻尼器的阻尼力也调为0。
S14:此时为第六种情况,即:期望力矩的方向与第一转子的转向相同;飞轮的转速大于第一转子的转速;飞轮与第一转子的转向相反。此时第一阻尼器产生阻抗力,产生的阻抗力的方向与期望力的方向相反;第二阻尼器产生主动力,产生的主动力的方向与期望力的方向相同;因此将第一阻尼器的阻尼力调为0,对第二阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S15:此时为第七种情况,即:期望力矩的方向与第一转子的转向相同;飞轮的转速大于第一转子的转速;飞轮与第一转子的转向相同。此时第一阻尼器产生主动力,产生的主动力的方向与期望力的方向相同;第二阻尼器产生阻抗力,产生的阻抗力的方向与期望力的方向相反;因此将第二阻尼器的阻尼力调为0,对第一阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S16:当系统调节第一阻尼器、第二阻尼器的阻尼同时为最小,变阻尼装置的总输出力矩:Tmin=T1min+T2min
式中,T1min为第一阻尼器的最小输出力矩,T2min为第二阻尼器的最小输出力矩:
S17:当系统调节第二阻尼器的阻尼为最小,并且同时调节第一阻尼器时,第一阻尼器分配到的力矩为:
T1Q=TQ-T2min
第二阻尼器分配到的力矩为:
T2Q=TQ-T1Q
当系统调节第一阻尼器的阻尼为最小,并且同时调节第二阻尼器时,第二阻尼器分配到的力矩为:
T2Q=TQ-T1min
第一阻尼器分配到的力矩为:
T1Q=TQ-T2Q
S18:当系统调节第一阻尼器的阻尼为最大,并同时调节第二阻尼器时,第一阻尼器分配到的力矩为:
第二阻尼器分配到的力矩为:
T2Q=TQ-T1Q
S19:第一阻尼器和第二阻尼器得到期望力矩后,计算得出期望阻尼系数为:
式中,C1Q为第一阻尼器输出期望力矩时的期望阻尼系数,T1Q为第一阻尼器输出的期望力矩,C2Q为第二阻尼器输出期望力矩时的期望阻尼系数,T2Q为第二阻尼器输出的期望力矩;
S20:经过上述得到第一阻尼器和第二阻尼器的期望力矩后,经过计算得到第一阻尼器和第二阻尼器的期望电流,调节相应的等效电阻后阻尼装置输出期望力矩,实现减振效果,完成控制。
本发明的有益效果:
(1)本发明提供的双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架构思新颖、结构巧妙、操作方便、实用性强,能够很好的降低担架在颠簸路面上转运患者过程中出现的振动,从而减小对患者身体的晃动,增加患者的舒适度,有利于急救的顺利进行,降低医护人员的护理难度。
(2)本发明提供的双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架及其控制方法可以在救护车担架发生振动时,将振动能量转化为飞轮的惯性动能,并根据系统状态按需改变系统的固有频率,有效提升了减振效果。
(3)本发明提供的双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架及其控制方法,可以控制惯性装置飞轮的转向进而控制储存在飞轮中的动能,通过对第一阻尼器和第二阻尼器的合理控制,使得储存的能量可以得到更加灵活运用,进一步提高减振性能。
(4)本发明提供的双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架及其控制方法,不仅可以运用储存的能量提供阻抗力,也能提供主动力,使减振器输出的力更能接近系统所需要的期望力,使其减振效果高于仅能提供阻抗力的传统半主动减振器,其控制效果更接近主动减振器。
(5)本发明提供的双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架减振器固定在车厢内部,一定程度上限制了救护车担架的位移,使得救护车担架的运动行程更加稳定、更加可靠;此外,该救护车担架减振器也可不固定在车厢内,从而将整个救护车担架作为担架车来使用,使得该型救护车担架的使用范围更加广泛,运用更加便捷,减振效果更加优良。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案,下面将对附图进行简单的介绍,其中:
图1为一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架的立体结构示意图;
图2为一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架减振器的立体结构示意图;
图3为一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架减振器的分解结构示意图;
图4为滚珠丝杠装置分解结构示意图;
图5为控制方法流程图。
图中:1、双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架减振器;2、一号普通六角螺纹;3、一号连接杆;4、剪刀结构连接杆;5、车轮部分;6、二号连接杆;7、车厢底板;8、剪刀结构滚轮轴;9、担架床;10、挂钩弹簧;11、圆柱凸台;12、剪刀结构滚轮;13、弹簧底座;14、弹簧;15、丝杠套筒;16、丝杠螺母;17、左侧丝杠;18、有孔弹簧底座;19、端盖;20、轴承座;21、二号普通六角螺栓;22、飞轮端盖;23、第一转子;24、飞轮;25、短套筒;26、第二转子;27、长套筒;28、一号深沟球轴承;29、三号普通六角螺栓;30、四号普通六角螺栓;31、二号深沟球轴承;32、右侧丝杠;33、一号内六角螺栓;34、普通平键;35、二号内六角螺栓;36、壳身。
具体实施方案
为了使本发明的技术方案能更好的被本领域或别的领域的技术人员理解,下面对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
结合图1~4,本发明提供了一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架,包括担架主体和减振器;其中减振器具体由外壳、滚珠丝杠装置、变阻尼装置、惯性装置等组成。
所述担架主体包括剪刀结构连接杆4、车轮部分5、担架床9、挂钩弹簧10、一号连接杆3和二号连接杆6等;担架床9下部设置凹槽使得剪刀结构连接杆4上部的滚轮12在其上有规律的运动,剪刀结构滚轮轴8略长于凹槽宽度并设于槽口内,以免在剧烈振动的情况下担架床9被掀翻;挂钩弹簧10一端连接剪刀结构滚轮轴8,另一端连接焊接于凹槽外端的圆柱凸台11,挂钩弹簧10可以避免担架床9发生左右窜动,使得担架床处于居中位置,同时也可以起到缓冲减振的作用。剪刀结构连接杆4的下部与车轮部分5连接,当外界输入激励时,担架床9会产生震荡,担架床9上的震荡通过剪刀结构连接杆4传递给担架下方的车轮部分5,两个车轮部分5之间又通过二号连接杆6连接,使得车轮部分5在车厢底板7的凹槽内发生直线往复运动并且担架床9始终会与车厢底板7平行。
所述外壳包括端盖19和壳身36等;端盖19内侧通过四号普通六角螺栓30与丝杠轴承座20连接,端盖19外侧通过二号内六角螺栓35与有孔弹簧底座18连接,端盖19底部通过一号普通六角螺纹2将所述减振器1固定在车厢底板7内部,两侧端盖19通过三号普通六角螺纹29与壳身36连接。所述外壳为保护装置,将变阻尼装置和惯性装置放置在外壳中,防止杂物进入变阻尼装置和惯性装置,从而达到延长减振器使用寿命的目的。
所述滚珠丝杠装置包括丝杠套筒15、丝杠螺母16、左侧丝杠17和右侧丝杠32等;丝杠套筒15通过一号内六角螺栓33与丝杠螺母16固定,丝杠套筒15与左侧丝杠17以及右侧丝杠32底端进行运动配合,保证左侧丝杠17和右侧丝杠32运动的准确性,丝杠套筒15端部与弹簧底座13通过焊接的方式连接固定,在丝杠套筒15上套有弹簧14,弹簧14两端分别与弹簧底座13、有孔弹簧底座18通过焊接的方式相连,弹簧14在所述装置中主要起提供支撑刚度以及缓冲减振的作用。当担架床9上的震荡通过剪刀结构连接杆4传递给车轮部分5会使得车轮在车厢底板7的凹槽内发生直线往复运动,该往复运动通过一号连接杆3传递给减振器1,减振器1内的滚珠丝杠转动使系统振动产生的直线往复运动转化为回转运动,从而使得反向双转子电机发生转动。
所述变阻尼装置为一个反向双转子电机,包括左侧丝杠17、第一转子23、飞轮24、第二转子26、右侧丝杠32等;第一转子23和第二转子26分别与左侧丝杠17和右侧丝杠32通过普通平键34进行周向定位,通过左侧丝杠17和右侧丝杠32的轴肩以及短套筒25和长套筒27进行轴向定位,第一转子23和第二转子26中布置永磁体,飞轮24两端布置线圈,通过改变飞轮24两端线圈电流的大小可以改变正向电磁阻尼力和反向电磁阻尼力。当第一转子23和第二转子26与飞轮24有相对转动时,飞轮24两端的线圈切割磁感线产生电流,通电线圈在磁场中受到电磁力,从而产生电磁阻尼力带动飞轮24转动,产生惯性力,因此调节飞轮24两端线圈的等效电阻就能调节线圈中的电流,从而调节阻尼大小。当线圈等效电阻调为最大时,线圈中电流为最小,相应的阻尼也为最小,当线圈等效电阻为最小时,线圈中电流为最大,相应的阻尼也为最大。
所述惯性装置为反向双转子电机的飞轮部分,包括一个飞轮24、两个飞轮端盖22、四个一号深沟球轴承28和两个轴承座20,飞轮24与飞轮端盖22通过二号普通六角螺纹21连接,为保证飞轮24可以正常转动储存动能,飞轮端盖22与一号深沟球轴承28配合,一号深沟球轴承28固定在轴承座20外侧上;两个丝杠17和32与二号深沟球轴承31配合,所述二号深沟球轴承31通过轴肩固定在两个轴承座20内测。飞轮在有第一转子23、第二转子26的两端布置线圈,中间段不需要线圈,避免两端磁场干扰。由于第一转子23和第二转子26的转动方向相反,当第一转子23产生的阻尼力矩大于第二转子26产生的阻尼力矩时,飞轮24转动方向与第一转子23相同,反之相反,若第一转子23产生的阻尼力矩与第二转子26产生的阻尼力矩相等时,飞轮24受到大小相等方向相反的力矩,从而不转动或者匀速转动。因此调节飞轮24两端线圈的等效电阻,就能控制阻尼和阻尼力矩的大小,从而控制飞轮24的转动。
所述双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架减振器的使用原理为:滚珠丝杠装置将悬挂系统振动产生往复直线运动转化为左侧丝杠17和右侧丝杠32的回转运动,左侧丝杠17带动第一转子23转动,右侧丝杠32带动第二转子26转动,由于左侧丝杠17和右侧丝杠32的安装方向相反,当丝杠转动时,第一转子23与第二转子26实现反转,第一转子23和第二转子26中布置永磁体,飞轮24两端布置线圈,第一转子23和第二转子26与飞轮24有相对转动时,飞轮24由于其两端线圈受到电磁阻尼力矩作用而转动,从而将动量存储在惯性装置飞轮24中。通过调节飞轮24两端线圈等效电阻来调节飞轮24两端线圈电流,可以调节变阻尼装置的阻尼和惯性装置飞轮24的旋转状态,从而能控制和释放储存在惯性飞轮24中的动能,反过来作用于系统。
结合图5,所述反向双转子电动,包括第一转子23、第二转子26、飞轮24、左侧丝杠17、右侧丝杠32,将减振器进行简化,第一转子23和第二转子26会与飞轮24之间产生阻尼效果,定义第一转子23和飞轮24构成第一阻尼器,阻尼系数为C1,第二转子26与飞轮24构成第二阻尼器,阻尼系数为C2,可得到其数学模型:
TO=T1+T2
式中,T1为第一阻尼器产生的力矩,T2为第二阻尼器产生的力矩,为左侧丝杠17旋转角度的一次微分值,/>为右侧丝杠32旋转角度的一次微分值,/>为飞轮24旋转角度的一次微分值,TO为变阻尼装置输出的总力矩;
惯性装置中的飞轮24的数学模型为:
式中,J为飞轮24的转动惯量,为飞轮24旋转角度的二次微分值;
所述控制方法包括以下步骤:
S1:基于传感器获得系统的状态,控制器进行计算得到期望减振器输出力,根据转换公式可计算得到期望力矩,式中TQ为期望力矩,FQ为期望力,I为滚珠丝杠副的传动比。将得到的期望力矩合理的分配给两个阻尼装置,根据分配给两个阻尼装置的期望力矩计算得到各自的期望电流,调节等效电阻从而将两个阻尼装置的电流调为理想电流后,输出期望力矩TQ;调节等效电阻后,所述阻尼装置电压U在Umin~Umax之间,相应的阻尼系数为C在Cmin~Cmax之间。
S2:设定四个判断因子d1、d2、d3、d4,其中:
即判断期望力矩方向与第一转子23转向是否相同。
即判断飞轮的转速是否大于第一转子23的转速。
即判断飞轮24与第一转子23的转向是否相同。
d4=|TA|-|TQ|;即第一阻尼器取最大阻尼,第二阻尼器取最小阻尼时,判断变阻尼装置输出的总力矩值是否大于期望力矩值。
其中:
式中,TA为当第一阻尼器取最大阻尼,第二阻尼器取最小阻尼时,变阻尼装置输出的总力矩,C1max为第一阻尼器的最大阻尼系数,C2min为第二阻尼器的最小阻尼系数;为了使得变阻尼装置总的输出力矩更好的跟踪期望力矩,因此第一阻尼器的最小阻尼系数C1min与第二阻尼器的最小阻尼系数C2min的值都取为0,即C1min=C2min=0;
S3:判断d1是否大于0,若是,执行步骤S7,否则执行步骤S4;
S4:判断d2是否大于0,若是,执行步骤S6,否则执行步骤S5;
S5:判断d4是否大于0,若是,执行步骤S10,否则执行步骤S9;
S6:判断d3是否大于0,若是,执行步骤S12,否则执行步骤S11;
S7:判断d2是否大于0,若是,执行步骤S8,否则执行步骤S13;
S8:判断d3是否大于0,若是,执行步骤S15,否则执行步骤S14;
S9:此时为第一种情况,即:期望力矩的方向与第一转子23的转向相反;飞轮24的转速小于第一转子23的转速;第一阻尼器取最大阻尼,第二阻尼器取最小阻尼时,变阻尼装置输出的总力矩值小于期望力矩值。此时第一阻尼器与第二阻尼器都会产生阻抗力,且阻抗力的方向与期望力的方向相同,将第一阻尼器的阻尼力调为最大,对第二阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S10:此时为第二种情况,即:期望力矩的方向与第一转子23的转向相反;飞轮24的转速小于第一转子23的转速;第一阻尼器取最大阻尼,第二阻尼器取最小阻尼时,变阻尼装置输出的总力矩值大于期望力矩值。此时第一阻尼器与第二阻尼器都会产生阻抗力,且阻抗力的方向与期望力的方向都相同,将第二阻尼器的阻尼力调为0,对第一阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S11:此时为第三种情况,即:期望力矩的方向与第一转子23的转向相反;飞轮24的转速大于第一转子的转速;飞轮24与第一转子23的转向相反。此时第一阻尼器产生阻抗力,产生的阻抗力的方向与期望力的方向相同;第二阻尼器产生主动力,产生的主动力的方向与期望力的方向相反;因此将第二阻尼器的阻尼力调为0,对第一阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S12:此时为第四种情况,即:期望力矩的方向与第一转子23的转向相反;飞轮24的转速大于第一转子23的转速;飞轮24与第一转子23的转向相同。此时第一阻尼器产生主动力,产生的主动力的方向与期望力的方向相反;第二阻尼器产生阻抗力,产生的阻抗力的方向与期望力的方向相同;因此将第一阻尼器的阻尼力调为0,对第二阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S13:此时为第五种情况,即:期望力矩的方向与第一转子23的转向相同;飞轮24的转速小于第一转子23的转速;飞轮24与第一转子23的转向相同。此时第一阻尼器、第二阻尼器都会产生阻抗力,且阻抗力的方向都与期望力的方向相反,因此将第一阻尼器的阻尼力调为0,第二阻尼器的阻尼力也调为0。
S14:此时为第六种情况,即:期望力矩的方向与第一转子23的转向相同;飞轮24的转速大于第一转子23的转速;飞轮24与第一转子23的转向相反。此时第一阻尼器产生阻抗力,产生的阻抗力的方向与期望力的方向相反;第二阻尼器产生主动力,产生的主动力的方向与期望力的方向相同;因此将第一阻尼器的阻尼力调为0,对第二阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S15:此时为第七种情况,即:期望力矩的方向与第一转子23的转向相同;飞轮24的转速大于第一转子23的转速;飞轮24与第一转子23的转向相同。此时第一阻尼器产生主动力,产生的主动力的方向与期望力的方向相同;第二阻尼器产生阻抗力,产生的阻抗力的方向与期望力的方向相反;因此将第二阻尼器的阻尼力调为0,对第一阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S16:当系统调节第一阻尼器、第二阻尼器的阻尼同时为最小,变阻尼装置的总输出力矩:Tmin=T1min+T2min
式中,T1min为第一阻尼器的最小输出力矩,T2min为第二阻尼器的最小输出力矩:
S17:当系统调节第二阻尼器的阻尼为最小,并且同时调节第一阻尼器时,第一阻尼器分配到的力矩为:
T1Q=TQ-T2min
第二阻尼器分配到的力矩为:
T2Q=TQ-T1Q
当系统调节第一阻尼器的阻尼为最小,并且同时调节第二阻尼器时,第二阻尼器分配到的力矩为:
T2Q=TQ-T1min
第一阻尼器分配到的力矩为:
T1Q=TQ-T2Q
S18:当系统调节第一阻尼器的阻尼为最大,并同时调节第二阻尼器时,第一阻尼器分配到的力矩为:
第二阻尼器分配到的力矩为:
T2Q=TQ-T1Q
S19:第一阻尼器和第二阻尼器得到期望的力矩后,计算得出期望阻尼系数为:
式中,C1Q为第一阻尼器输出期望力矩时的期望阻尼系数,T1Q为第一阻尼器输出的期望力矩,C2Q为第二阻尼器输出期望力矩时的期望阻尼系数,T2Q为第二阻尼器输出的期望力矩;
S20:经过上述得到第一阻尼器和第二阻尼器的期望力矩后,经过计算得到第一阻尼器和第二阻尼器的期望电流,调节相应的等效电阻后阻尼装置输出期望力矩,实现减振效果,完成控制。
以上对本发明的实施方式作出详细说明,但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言,在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施案例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架,其特征在于,包括担架主体和减振器;其中减振器具体由外壳、滚珠丝杠装置、变阻尼装置、惯性装置等组成;所述减振器的两个转子分别与两个安装方向相反的丝杠固定并与飞轮之间形成第一阻尼器和第二阻尼器;救护车担架受外力影响从而上升或下降,所受到的力通过剪刀结构连接杆传递给丝杠套筒从而导致丝杠套筒收缩或拉伸,进而使得丝杠旋转,此时由于两个滚珠丝杠安装方向相反从而使得两个转子转向相反,第一阻尼器和第二阻尼器分别产生正向电磁阻尼力和反向电磁阻尼力作用于飞轮上,以此产生等效的正向惯性力和反向惯性力。所述减振器通过正向阻尼力和反向阻尼力的独立实时控制以实现双向调节惯容特性。
2.根据权利要求1所述的双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架,其特征在于,所述担架主体包括剪刀结构连接杆(4)、车轮部分(5)、担架床(9)、挂钩弹簧(10)、连接杆(3)和连接杆(6)等;当外界输入激励时,担架床(9)会产生震荡,震荡通过剪刀结构连接杆(4)传递给担架下方的车轮部分(5),使得车轮部分(5)在车厢底板(7)的凹槽内发生直线往复运动并且担架床(9)始终会与车厢底板(7)平行,挂钩弹簧(10)的存在使得担架床(9)始终保持在居中位置。
3.根据权利要求1所述的双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架,其特征在于,所述外壳包括壳身(36)和端盖(19)等;两侧端盖(19)通过三号普通六角螺纹(29)与壳身(36)连接。所述外壳为保护装置,将变阻尼装置和惯性装置放置在外壳中,防止杂物进入变阻尼装置和惯性装置,从而达到延长减振器使用寿命的目的。
4.根据权利要求1所述的双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架,其特征在于,所述滚珠丝杠装置包括弹簧(14)、丝杠套筒(15)、丝杠螺母(16)、左侧丝杠(17)和右侧丝杠(32)等;当外界输入激励时,担架床(9)可能产生震荡,震荡传递给车轮部分(5)使得其在车厢底板(7)的凹槽内发生直线往复运动,该往复运动通过一号连接杆(3)传递给减振器(1),减振器(1)内的滚珠丝杠转置使系统振动产生的直线往复运动转化为回转运动,从而使得反向双转子电机发生转动;弹簧(14)在所属的救护车隔振担架中主要起提供支撑刚度以及缓冲减振的作用。
5.根据权利要求1所述的双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架,其特征在于,所述变阻尼装置为一个反向双转子电机,包括第一转子(23)、第二转子(26)、飞轮(24)、左侧丝杠(17)、右侧丝杠(32)等;第一转子(23)和第二转子(26)中布置永磁体,飞轮(24)两端布置线圈,通过改变飞轮(24)两端线圈电流的大小可以改变正向电磁阻尼力和反向电磁阻尼力。当第一转子(23)和第二转子(26)与飞轮(24)有相对转动时,飞轮(24)两端的线圈切割磁感线产生电流,通电线圈在磁场中受到电磁力,从而产生电磁阻尼力带动飞轮(24)转动,产生惯性力,因此调节飞轮(24)两端线圈的等效电阻就能调节线圈中的电流,从而调节阻尼大小。
6.根据权利要求1所述的双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架,其特征在于,所述惯性装置为反向双转子电机的飞轮部分,包括一个飞轮(24)、两个飞轮端盖(22)、四个深沟球轴承(28)和两个轴承座(20)等;由于第一转子(23)和第二转子(26)的转动方向相反,当第一转子(23)产生的阻尼力矩大于第二转子(26)产生的阻尼力矩时,飞轮(24)转动方向与第一转子(23)相同,反之相反,若第一转子(23)产生的阻尼力矩与第二转子(26)产生的阻尼力矩相等时,飞轮(24)受到大小相等方向相反的力矩,从而不转动或者匀速转动。因此调节飞轮(24)两端线圈的等效电阻,就能控制阻尼和阻尼力矩的大小,从而控制飞轮(24)的转动。
7.一种双向惯容阻尼复合可调的救护车隔振担架的控制方法,其特征在于,定义第一转子(23)与飞轮(24)之间构成第一阻尼器,第二转子(26)与飞轮(24)之间构成第二阻尼器,阻尼系数分别为C1和C2,所述控制方法包括如下步骤:
S1:基于传感器获得系统的状态,控制器进行计算得到期望减振器输出力,根据转换公式可计算得到期望力矩,式中TQ为期望力矩,FQ为期望力,I为滚珠丝杠副的传动比。将得到的期望力矩合理的分配给两个阻尼装置,根据分配给两个阻尼装置的期望力矩计算得到各自的期望电流,调节等效电阻从而将两个阻尼装置的电流调为理想电流后,输出期望力矩TQ;调节等效电阻后,所述阻尼装置电压U在Umin~Umax之间,阻尼系数C在Cmin~Cmax之间。
S2:设定四个判断因子d1、d2、d3、d4,其中:
d4=|TA|-|TQ|;
其中:
式中,TA为当第一阻尼器取最大阻尼,第二阻尼器取最小阻尼时,变阻尼装置输出的总力矩,C1max为第一阻尼器的最大阻尼系数,C2min为第二阻尼器的最小阻尼系数,为左侧丝杠(17)转动角度的一次微分值,/>为右侧丝杠(32)转动角度的一次微分值,/>为飞轮(24)转动角度的一次微分值;为了使得变阻尼装置总的输出力矩更好的跟踪期望力矩,因此第一阻尼器最小阻尼系数C1min与第二阻尼器最小阻尼系数C2min的值都取为0,即C1min=C2min=0;
S3:判断d1是否大于0,若是,执行步骤S7,否则执行步骤S4;
S4:判断d2是否大于0,若是,执行步骤S6,否则执行步骤S5;
S5:判断d4是否大于0,若是,执行步骤S10,否则执行步骤S9;
S6:判断d3是否大于0,若是,执行步骤S12,否则执行步骤S11;
S7:判断d2是否大于0,若是,执行步骤S8,否则执行步骤S13;
S8:判断d3是否大于0,若是,执行步骤S15,否则执行步骤S14;
S9:此时为第一种情况,即:期望力矩的方向与第一转子(23)的转向相反;飞轮(24)的转速小于第一转子(23)的转速;第一阻尼器取最大阻尼,第二阻尼器取最小阻尼时,变阻尼装置输出的总力矩值小于期望力矩值。此时将第一阻尼器的阻尼力调为最大,对第二阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S10:此时为第二种情况,即:期望力矩的方向与第一转子(23)的转向相反;飞轮(24)的转速小于第一转子(23)的转速;第一阻尼器取最大阻尼,第二阻尼器取最小阻尼时,变阻尼装置输出的总力矩值大于期望力矩值。此时将第二阻尼器的阻尼力调为0,对第一阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S11:此时为第三种情况,即:期望力矩的方向与第一转子(23)的转向相反;飞轮(24)的转速大于第一转子的转速;飞轮(24)与第一转子(23)的转向相反。此时将第二阻尼器的阻尼力调为0,对第一阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S12:此时为第四种情况,即:期望力矩的方向与第一转子(23)的转向相反;飞轮(24)的转速大于第一转子(23)的转速;飞轮(24)与第一转子(23)的转向相同。此时将第一阻尼器的阻尼力调为0,对第二阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S13:此时为第五种情况,即:期望力矩的方向与第一转子(23)的转向相同;飞轮(24)的转速小于第一转子(23)的转速;飞轮(24)与第一转子(23)的转向相同。此时将第一阻尼器的阻尼力调为0,第二阻尼器的阻尼力也调为0。
S14:此时为第六种情况,即:期望力矩的方向与第一转子(23)的转向相同;飞轮(24)的转速大于第一转子(23)的转速;飞轮(24)与第一转子(23)的转向相反。此时将第一阻尼器的阻尼力调为0,对第二阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S15:此时为第七种情况,即:期望力矩的方向与第一转子(23)的转向相同;飞轮(24)的转速大于第一转子(23)的转速;飞轮(24)与第一转子(23)的转向相同。此时将第二阻尼器的阻尼力调为0,对第一阻尼器的阻尼力进行调节,使得变阻尼装置输出的总力矩等于期望力矩。
S16:当系统调节第一阻尼器、第二阻尼器的阻尼同时为最小,变阻尼装置的总输出力矩:
Tmin=T1min+T2min
式中,T1min为第一阻尼器的最小输出力矩,T2min为第二阻尼器的最小输出力矩:
S17:当系统调节第二阻尼器的阻尼为最小,并且同时调节第一阻尼器时,第一阻尼器分配到的力矩为:
T1Q=TQ-T2min
第二阻尼器分配到的力矩为:
T2Q=TQ-T1Q
当系统调节第一阻尼器的阻尼为最小,并且同时调节第二阻尼器时,第二阻尼器分配到的力矩为:
T2Q=TQ-T1min
第一阻尼器分配到的力矩为:
T1Q=TQ-T2Q
S18:当系统调节第一阻尼器的阻尼为最大,并同时调节第二阻尼器时,第一阻尼器分配到的力矩为:
第二阻尼器分配到的力矩为:
T2Q=TQ-T1Q
S19:第一阻尼器和第二阻尼器得到期望的分配力矩后,计算得出期望阻尼系数为:
式中,C1Q为第一阻尼器输出期望力矩时的期望阻尼系数,T1Q为第一阻尼器输出的期望力矩,C2Q为第二阻尼器输出期望力矩时的期望阻尼系数,T2Q为第二阻尼器输出的期望力矩;
S20:经过上述得到第一阻尼器和第二阻尼器的期望力矩后,经过计算得到第一阻尼器和第二阻尼器的期望电流,调节相应的等效电阻后阻尼装置输出期望力矩,实现减振效果,完成控制。
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