變阻尼間隙磁流變緩沖器及其自適應(yīng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種緩沖控制裝置及控制方法，尤其涉及一種變阻尼間隙磁流變緩沖器及其自適應(yīng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]緩沖器在汽車碰撞、飛機起落架、火炮或槍支反后坐裝置、電梯系統(tǒng)、滑動座椅系統(tǒng)等領(lǐng)域中起到至關(guān)重要的作用，傳統(tǒng)的緩沖器一般包括如下兩種:被動緩沖器以及半主動緩沖器，被動緩沖器一旦設(shè)計完成之后其耗能特性不可以調(diào)節(jié)，因此，其自適應(yīng)能力極差；半主動緩沖器解決了被動緩沖器存在自適應(yīng)能力差的問題，例如:中國專利文件201472283U公開的一種“車輛用螺紋剪切式碰撞系能裝置”，該裝置為一種半主動式緩沖器，在碰撞過程中可以根據(jù)碰撞速度的不同對螺紋的伸長長度進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，但是這種通過機械調(diào)節(jié)方式的緩沖器，響應(yīng)速度非常緩慢，不能滿足沖擊領(lǐng)域中對相應(yīng)時間的需求；隨著技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸提出了基于磁流變的緩沖器，但是現(xiàn)有的磁流變緩沖器的阻尼通道都是等間隙的，在沖擊過程中沖擊力峰值非常大，因此，造成控制的穩(wěn)定性和可靠性差。
[0003]因此，需要提出一種新的緩沖器，能夠有效根據(jù)沖擊狀態(tài)進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，適應(yīng)能力強，而且相應(yīng)速度快，并且具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種變阻尼間隙磁流變緩沖器，能夠有效根據(jù)沖擊狀態(tài)進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，適應(yīng)能力強，而且響應(yīng)速度快，并且具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。
[0005]本發(fā)明提供的一種變阻尼間隙磁流變緩沖器，包括內(nèi)部填充有磁流變介質(zhì)的工作缸、設(shè)置于工作缸內(nèi)的活塞以及與活塞固定連接的活塞桿；
[0006]所述工作缸的內(nèi)側(cè)壁為內(nèi)徑由左端到右端先增大后減小的凹弧面結(jié)構(gòu)，工作缸的內(nèi)側(cè)壁與活塞之間具有阻尼間隙且該阻尼間隙的寬度隨著活塞在工作缸內(nèi)往復(fù)運動而變化，所述活塞外側(cè)壁設(shè)置有勵磁線圈。
[0007]進一步，所述工作缸內(nèi)還設(shè)置有浮動活塞，所述浮動活塞將工作缸內(nèi)部空間分隔成液壓腔和補償腔，所述活塞設(shè)置于液壓腔中。
[0008]進一步，所述液壓腔的內(nèi)側(cè)壁為內(nèi)徑從左端到右端先增大后減小的弧面結(jié)構(gòu)，所述補償腔的內(nèi)側(cè)壁為柱狀結(jié)構(gòu)且補償腔和液壓腔的結(jié)合處設(shè)置有用于對浮動活塞限位的環(huán)狀擋圈。
[0009]進一步，所述活塞與工作缸同軸設(shè)置且活塞與工作缸的內(nèi)側(cè)壁之間形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的阻尼間隙，且該阻尼間隙的寬度變化范圍為0.5-3mm。
[0010]進一步，所述工作缸內(nèi)側(cè)壁的凹弧面的頂點設(shè)置于工作缸的左端且位于工作缸的1/4長度處到工作缸的軸向中點之間。
[0011]進一步，所述活塞桿從工作缸的左端伸出，所述活塞桿的外端端部固定設(shè)置有外機構(gòu)，所述外機構(gòu)設(shè)置有用于檢測沖擊物速度以及沖擊物與外機構(gòu)之間的相對距離的探測器，所述探測器與控制單元連接且控制單元控制勵磁線圈的勵磁電流大小。
[0012]相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種變阻尼間隙磁流變緩沖器的自適應(yīng)控制方法，包括如下步驟:
[0013]S1.檢測變阻尼間隙磁流變緩沖器在不同時刻的沖擊能量E0，根據(jù)沖擊能量E0判斷當前沖擊類型；
[0014]S2.根據(jù)當前沖擊類型從控制策略集合中選擇匹配的控制策略控制勵磁線圈的勵磁電流大小。
[0015]8.根據(jù)權(quán)利要求7所述變阻尼間隙磁流變阻尼器的自適應(yīng)控制方法，其特征在于:步驟S1中，根據(jù)當前沖擊能量E0按照如下方式確定沖擊類型:
[0016]al.當E0彡El時，為第一類沖擊；
[0017]a2.當El < E0彡E2時，為第二類沖擊；
[0018]a3.當E0 > E2時，為第三類沖擊；
[0019]其中，E1為勵磁線圈不施加任何勵磁電流時變阻尼間隙磁流變緩沖器可以耗散的最大沖擊能量，E2為勵磁線圈施加最大勵磁電流時變阻尼間隙磁流變緩沖器可以耗散的最大沖擊能量。
[0020]進一步，步驟S2中，控制策略集合為對勵磁線圈施加電流的狀態(tài)，包括:不施加勵磁電流、施加最大勵磁電流以及施加可調(diào)勵磁電流；其中:
[0021]當前沖擊為第一類沖擊時，控制單元不向勵磁線圈施加勵磁電流；
[0022]當前沖擊為第三類沖擊時，控制單元向勵磁線圈施加最大勵磁電流；
[0023]當前沖擊為第二類沖擊時，控制單元向勵磁線圈施加可調(diào)勵磁電流。
[0024]進一步，步驟S2中，可調(diào)勵磁電流采用無級可調(diào)勵磁電流或者有級可調(diào)勵磁電流:
[0025]有級可調(diào)勵磁電流按照如下方式確定:
[0026]S201.將E1-E2區(qū)間段的沖擊能量從小到大設(shè)置N個分界點:E10、E11、E12、…、Elk、...、E1(N-1)、E1N，其中，E10 = El, E1N = E2，N為大于或等于2的自然數(shù)，當沖擊能量E0處于第K段能量范圍時El (k-1) < E0 ^ Elk ；
[0027]S202.建立沖擊能量-勵磁電流數(shù)據(jù)庫:任一能量范圍K對應(yīng)一個勵磁電流值Ik ;
[0028]無級可調(diào)勵磁電流按照如下方式確定:
[0029]S211.建立可變阻尼間隙磁流變緩沖器的阻尼力與勵磁電流的逆變模型；
[0030]S212.根據(jù)牛頓第二定律以及有效沖擊行程Srff計算耗散當前沖擊能量E0對應(yīng)的勵磁電流I。
[0031]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供的變阻尼間隙磁流變緩沖器，能夠有效根據(jù)沖擊狀態(tài)進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，適應(yīng)能力強，而且相應(yīng)速度快，能夠有效地減小沖擊力峰值以及減輕沖擊對緩沖器造成的損傷，具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。
【附圖說明】
[0032]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述:
[0033]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖2為本發(fā)明的沖擊過程中沖擊力-沖擊行程曲線圖。
[0035]圖3為本發(fā)明的控制原理框圖。
【具體實施方式】
[0036]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明的沖擊過程中沖擊力-沖擊行程曲線圖，如圖所示，本發(fā)明提供的一種變阻尼間隙磁流變緩沖器，包括內(nèi)部填充有磁流變介質(zhì)的工作缸4、設(shè)置于工作缸4內(nèi)的活塞5以及與活塞5固定連接的活塞桿3 ;
[0037]所述工作缸4的內(nèi)側(cè)壁為內(nèi)徑由左端到右端先增大后減小的凹弧面結(jié)構(gòu)，工作缸4的內(nèi)側(cè)壁與活塞5之間具有阻尼間隙6且該阻尼間隙6的寬度隨著活塞在工作缸內(nèi)往復(fù)運動而變化，所述活塞5外側(cè)壁設(shè)置有勵磁線圈7，通過這種結(jié)構(gòu)，能夠有效根據(jù)沖擊狀態(tài)進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，適應(yīng)能力強，而且相應(yīng)速度快，能夠有效地減小沖擊力峰值以及減輕沖擊對緩沖器造成的損傷，具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，本實施例中的左端和右端為圖1中所不的左端和右端。
[0038]本實施例中，所述工作缸4內(nèi)還設(shè)置有浮動活塞10，所述浮動活塞10將工作缸內(nèi)部空間分隔成液壓腔8和補償腔11，所述活塞5設(shè)置于液壓腔8中，補償腔11中填充有氮氣或者惰性氣體，優(yōu)先采用氮氣，液壓腔中填充有磁流變介質(zhì)，比如磁流變液、磁流變膠泥、磁流變脂或者磁流變泡沫等；通過這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)σ簤呵黄鸬接行аa償作用，保證沖擊力得到耗散，從而對沖擊力峰值進行有效削減，保證緩沖器的穩(wěn)定性和可靠性。
[0039]本實施例中，所述液壓腔8的內(nèi)側(cè)壁為內(nèi)徑從左端到右端先增大后減小的弧面結(jié)構(gòu)，所述工作缸4內(nèi)側(cè)壁的凹弧面的頂點設(shè)置于工作缸4的左端且位于工作缸4的1/4長度處到工作缸4的軸向中點之間，如圖1所示，凹弧面的頂點為S處，在液壓腔中，由液壓腔的內(nèi)側(cè)壁為兩個弧面段組成，其中，由液壓腔的左端到S處的弧面弧度為a，由S處到環(huán)狀擋圈處的弧面弧度為b，其中，a大于b，當活塞位于液壓腔內(nèi)對應(yīng)于S處時，阻尼間隙為最大，當活塞在沖擊力作用下運動到此處時所受到的沖擊速度也為最大，因此，通過這種結(jié)構(gòu)，從而對沖擊峰值進行有效的削減，保證沖擊阻尼力隨沖擊行程的變化為一平臺狀，如圖2虛線所示，圖2中的虛線為本發(fā)明的沖擊沖擊力-沖擊行程變化曲線，實線為傳統(tǒng)磁流變緩沖器的沖擊沖擊力-沖擊行程變化曲線，所述補償腔11的內(nèi)側(cè)壁為柱狀結(jié)構(gòu)且補償腔11和液壓腔8的結(jié)合處設(shè)置有用于對浮動活塞10限位的環(huán)狀擋圈9，通過擋圈的作用，能夠?qū)Ω踊钊M行有效的限位，避免浮動活塞在氮氣的作用下脫離補償腔而導(dǎo)致補償失效進而影響到緩沖效果。
[0040]本實施例中，所述活塞5與工作缸4同軸設(shè)置且活塞5與工作缸4的內(nèi)側(cè)壁之間形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的阻尼間隙6，且該阻尼間隙