磁流变阻尼器和动态减振器在机械座椅悬挂中的应用外文翻译资料

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毕业论文（设计）

英文翻译

磁流变阻尼器和动态减振器在机械座椅悬挂中的应用

Martin Orethorn;nyacute;*, Scaron;tefan SegĐa, Roacute;bert HuĖady, Želmiacute;ra Ferkovaacute;

a:技术大学，机械工程学院，斯洛伐克

b：技术大学，电气工程和信息学系，斯洛伐克

摘要:本文讨论了机床座椅半主动悬挂的两种方案。在第一种情况下使用磁流变阻尼器，在第二种情况下，阀座的悬浮是磁流变阻尼器和动态吸收器的结合。动力减振器由无源元件组成。在这两种情况下，阻尼器是由众所周知的天空钩算法控制。动力分析的重点是被动减振器的应用对减少座椅位移的影响。采用遗传算法对座椅悬架和动态减振器的被动参数进行优化评估，并根据定义的最小化函数对其进行优化。

1. 介绍

推土机、公共汽车和卡车司机在工作期间的操作人员由于机器的不平衡旋转部件或路面不平整度而受到振动的影响。土方和采矿机械的操作者和驾驶员最大的问题是他们暴露在频率范围从0到20赫兹的振动中。这种不适会使操作者失去注意力，早早疲劳，几年后会对他们的健康产生巨大的影响。

悬挂质量

质量排水量

质量速度

运动激励

阻尼系数

弹簧刚度

磁流变阻尼器产生力

磁流变阻尼器的速度和电流相关阻尼系数

滞环成形参数

滞环的演化函数

迟滞参数

迟滞参数

迟滞参数

磁流变阻尼器的弹簧刚度

电流

位移有效值

移位

计算时间

系统命名法

众所周知，有些人体内脏的固有频率在4~10赫兹之间 [2,3]。在采矿机械或农业机械中，操作者座椅的悬挂有时是减少操作者振动传递的唯一途径。在振动频率较低的工况下，被动式座椅悬架是不适合的，因为它们能以接近自然的频率放大振动的振幅。为此，提出了在座椅上应用动力减振器来改善被动座椅悬架的几点建议。单杆动力减振器仅能在较窄的频率范围内减小振动，因此Li在工作[4]中提出了一种多调谐质量阻尼器。吸波体的固有频率分布不均匀。这使得减震器能够在更宽的频率范围内减少振动。工作中的Eason[5]提出了一种由被动元件和半主动元件串联而成的动态吸收器。这使得所研究的三自由度系统在更宽的频率范围内的振动得以降低。结果表明，半主动吸振器的质量在较宽的频率范围内降低了4个数量级，大大降低了振动。半主动阻尼器的应用使SEGLrsquo;a在工作[6]中研究了动力减振器对半主动悬架座椅的影响。采用动态减振器的理想半主动悬架减振，减振效果仅为7%左右。应用半主动减振器对座椅和汽车进行了大量的研究，结果表明减振效果有了很大的提高[7-9]。理想的半主动阻尼器模型在实际情况下使用，因为这些阻尼器的特性，如时滞和阻尼器的迟滞，必须加以考虑。阻尼器的迟滞可以用参数方程或非参数方程来表示，如文[10]所示。半主动阻尼器必须加以控制。提出了几种常见的控制算法，如天棚控制、平衡控制、地面吊钩控制等。必须做出正确的控制策略选择，因为并不是每一种控制都有助于降低振动是危险的4-10赫兹频段。Park在研究智能座椅[11]时使用了一种考虑阻尼器时滞的Lyapunov型鲁棒控制的磁流变阻尼器。他将操作者座位上的振动从20赫兹降低到140赫兹。仅观察到4-10赫兹范围内的振动有很小的降低.Gugliemino在他的研究中使用了一种混合平衡控制策略。这使他能够减少在卡车驾驶舱上传递的振动，同时也大大减少了传递到道路上的力。正确的选择和半主动阻尼器的控制策略不能给我们100%的机会，使悬架的设计正确。因此，它是根据所选择的目标函数对悬架参数进行优化，并根据[13，14]中找到的优化过程的方法。本文的目的是研究磁流变阻尼器悬挂在操纵座上的动态减振器对其的影响。采用基于遗传算法的优化设计方法，对座椅悬架和动态减振器的参数进行了评价。

1. 数学模型

操作者座椅将被视为一个简单的悬浮质量。在第一种情况下，采用线圈弹簧和磁流变阻尼器(Mr)实现悬架；第二种研究方案是采用mr阻尼器的悬架座椅。 动态吸收器(DA)，如图1a）和b）所示。

a) b)

图1.座椅悬架a)没有DA；b)带有DA

第一种模型的运动方程如下

m˙x˙ Fs k(x – y) 0 . (1)

具有应用DA的座椅的运动方程如下

m˙x˙ Fs k(x – y) b1(x˙ – x˙1) k1(x – x1) 0 , (2)

m1˙x˙1 – b1(x˙ – x˙1)– k1(x – x1) 0 . (3)

研究中使用的磁流变阻尼器是洛德公司生产的RD 1097-01.这种阻尼器适用于需要高度可控性的情况。众所周知，阻尼器有其滞后性。本研究采用Bouc-wen模型，在适当选择影响滞环形状和大小的系数时，能较好地捕捉阻尼器的滞回现象。这可能是一个困难的任务，评估必须进行数值，因为Bouc-温方程是非线性的。在这种情况下，产生的磁流变阻尼器力f依赖于两个参数。第一个是速度，第二个是在MR线圈上施加的电流。因此，必须对数值结果进行实验验证。

图2 MR阻尼器的Bouc-温滞回模型

阻尼器产生的力可表示如下

Fs = cd (x˙ – y˙) alpha;z , (4)

z˙ = A(x˙ – y˙)– gamma;(x˙ – y˙)z ^n–1 z beta;(x˙ – y˙)z ⁿ ， (5)

其中cd，beta;，gamma;，A，n是滞后模型的参数。

本研究中使用的参数来自于实验数据，详见文[14]。定义了磁滞模型的参数。

[cd，beta;，gamma;，A，n]=[0, – 7.0773, 10.614, 36.2095, 1] (6)

而当前相关参数是

alpha;(I ) =72.8I ³ – 42.88I ² 14.83I 0.29 , (7)

cd (I ) =–9.37I ⁴ 10.22I ³ – 4.33I ² 0.89I 0.02 . (8)

在这两种情况下，考虑相同的运动激励y(T)。运动激励测量的是工作机房地板的垂直方向。运动激励记录在图3。

图3运动激励y(T)

1. 优化

根据[14]的实验结果，得到了磁流变阻尼器的参数。在Matlab/SIMULINK工作空间中，采用遗传算法对系统的刚度、阻尼系数、DA质量和刚度进行了计算。目标函数是阀座绝对位移的最小化。

1. 天钩控制

磁流变阻尼器的座椅是由众所周知的天钩控制策略。这一战略被设定为一种断断续续的控制。阻尼器在关闭状态下的电流为0A。在ON状态下，电流处于最大设定值0.4A。天钩控制律依赖于弹射质量的绝对速度和相对速度，可以表述如下：

I= 0,4A if (x˙ – y˙)x˙ ! 0

0 if (x˙ – y˙)x˙ lt; 0 (10)

1. 数值结果

优化过程的输入为运动激励y(T)。优化的任务是评估悬架和DA参数的值，使座椅的绝对位移最小。为了更快地评估，在遗传算法中增加了下界和上界。下界和上界如表1所示，对于没有DA的座位，以及表2中应用DA的座椅。

表1.无DA座椅的最佳悬挂参数

表2.用DA优化座椅悬架参数

从优化结果可以看出，DA对参数的影响很大。阀座弹簧的弹簧刚度几乎比没有DA的座椅小3倍。但这并没有影响座椅在很大范围内的绝对位移。座椅绝对位移的结果如图4所示。

图4随时间变化的位移x(T)

从图4看，不可能评估应用的动态吸收器的影响。在某些区间内，施加的DA减小了位移的振幅，在一定的区间内减小了位移的振幅。 提高。为了更好地理解位移的有效值，必须根据方程计算位移的有效值。

（9）

表3记录了两个被调查案例的有效位移值。

表3.有效位移值

从位移的有效值可以看出，应用DA只使振动降低了5%左右。更好地减少应用DA是值得商榷的。从位移的有效价值 位移很明显，DA只使振动降低了5%，但另一方面，从图4中可以看出，在某些时间间隔内，位移的最大振幅增加了。 在这两种情况下，磁流变阻尼器的行为都受到优化参数和控制律的影响，反之亦然。为了说明这两种情况下电流的变化，如图5所示。

图5 电流变化

1. 结论

本文研究了磁流变阻尼器对座椅悬挂的影响。从优化结果可以看出，DA的应用可以极大地改变t的值。 他确定了参数。阀座弹簧刚度的变化约为3倍，但应用DA的效果仅能使位移的有效值降低5%。从 座椅位移的时间响应很明显受目标函数和磁流变

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