【正文】 用組合彈簧及磁力彈簧等。 圖 1 被動(dòng)座椅懸架 6 總體來說 ， 被動(dòng)座椅懸架通過設(shè)計(jì)成非線性彈性特性等方法 ， 隔振效果有較大改進(jìn) ， 且對(duì)工況適應(yīng)能力有所提高 ， 但剛度和阻尼不能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié) ， 其隔振效果還達(dá)不到最佳 ， 因此座椅懸架研究逐漸轉(zhuǎn)向剛度和阻尼實(shí)時(shí)可調(diào)的半主動(dòng)、主動(dòng)座椅懸架。早在 1973 年 , 美國的 Crosby 和 Karnopp 首先提出半主動(dòng)懸架的概念。 和 流變液 ( ER )阻尼器半主動(dòng)座椅懸架 ,建立了阻尼器的賓漢姆模型并采 用滑?？刂品椒?， 基于整車模型的仿真表明該座椅懸架具有較好的減振效果 ， 但是電流變需要高壓電源 ( 2~ 5 kV )， 因此實(shí)際應(yīng)用比較困難。基于磁流變的半主動(dòng)懸架逐漸成為座椅隔振研究的熱點(diǎn) 。 2021 年 Lord 公司研究開發(fā)了磁流變液阻尼器及基于該阻尼器的汽車磁流變半主動(dòng)座椅懸架 MotionMaster。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明該系統(tǒng)可以有效降低 40% 的振動(dòng)和 49% 的沖擊。 Song 和 Ahmadian 等對(duì)磁流變座椅采用了非線性自適應(yīng)控制算法 , 并對(duì)其參數(shù)選取進(jìn)行 了仿真分析。 主動(dòng)座椅懸架 圖 3 半主動(dòng)型座椅懸架 圖 4 M otionM aster 系統(tǒng)及其部件 8 主動(dòng)座椅懸架可以采取兩種形式 ， 一種是在被動(dòng)懸架中附加一個(gè)產(chǎn)生可控制作用力的裝置 ,參見圖 5， 該裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般是液壓缸或電動(dòng)滾珠絲杠等力發(fā)生器 ， 其可根據(jù)路面狀況 ， 借助控制算法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼 ， 使其處于最佳減振狀態(tài)。 圖 5 主動(dòng)型座椅懸架 Stein 等對(duì)電液式 主動(dòng)駕駛員座椅懸架進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 Johnson 則建立了一種用于減小駕駛員背部損傷的電液式主動(dòng)式駕駛員座椅懸架系統(tǒng)。 Guclua 和 Gulezb 則采用永磁同步馬達(dá)構(gòu)建了主動(dòng)座椅懸架。總體來看 ， 主動(dòng)懸架屬于力控制 ， 需要直接提供控制力的能源 , 耗能大、結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)較復(fù)雜 , 成本較高 ， 這些缺點(diǎn)限制了其在座椅上的應(yīng)用。半主動(dòng)座椅懸架通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)阻尼來實(shí)現(xiàn)最佳減振 ， 隔振效果相對(duì)被動(dòng)懸架有較大提升。目前來看半主動(dòng)座椅懸架具有 更好應(yīng)用前景 ， 9 但是其缺點(diǎn)是只采用單一變阻尼方法 ， 采用剛度和阻尼聯(lián)合調(diào)節(jié)有可能會(huì)較大改善隔振效果。 若采用常規(guī)單自由度彈性阻尼減振裝置 ， 則需要多層結(jié)構(gòu)組合 ， 才能達(dá)到多自由度減振的目的 ， 這種裝置為了達(dá)到相互不干涉 ， 勢(shì)必使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 長期以來 由于普通車輛座椅 的減振裝置設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，主要以簡(jiǎn)單 X 結(jié)構(gòu)為主，其僅能完成豎直方向的減振，而對(duì)其他方向的振動(dòng)則是束手無策。 3 課題研究的 內(nèi)容 與方法 針對(duì)以上所分析的現(xiàn)狀及問題，結(jié)合已有的并聯(lián)減振平臺(tái)， 本文針對(duì)三維減振平臺(tái)進(jìn)行分析研究 , 采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為減振平臺(tái)的主體機(jī)構(gòu) , 從三維減振平臺(tái)機(jī)構(gòu) 以下幾個(gè) 方面進(jìn)行分析研究?？紤]機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的對(duì)稱性 , 3 個(gè)支鏈對(duì)稱布置 ,且結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。 這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性是 , 它克服了各轉(zhuǎn)動(dòng)副的間隙及累加誤差 ,可提高減振平臺(tái)的靈敏度 。 圖 6 座椅三維減振平臺(tái)簡(jiǎn)圖 三維座椅減振平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 多自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)屬于空間多環(huán)機(jī)構(gòu)，因此，建立并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程就是一個(gè)復(fù)雜而困難的工作。 λ 為機(jī)構(gòu)公共約束數(shù)目 。 g 為運(yùn)動(dòng)副數(shù) 。 11 位置逆解分析 運(yùn)動(dòng)學(xué)的逆解是在給定了已知的滿足某工作要求，機(jī)構(gòu)參數(shù) 確定 的情況下，求解對(duì)應(yīng)的各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角 。 機(jī)構(gòu)的 Jacobian 矩陣分析 Jacobian 矩陣是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要概念 ,它反映了機(jī)器人操作空間和關(guān)節(jié)空間之 間的映射關(guān)系 。通過 Jacobian 矩陣 可以 描述了 機(jī)構(gòu) 的幾何特征 。由于該并聯(lián)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)三維平動(dòng) ,故動(dòng)平臺(tái)相對(duì)靜平臺(tái)的姿態(tài)是固定的 ,所以該并聯(lián) 結(jié)構(gòu) 的可達(dá)工作空間和靈活工作空間是重合的。該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)變量主要應(yīng)滿足以下約束條件 : (1)驅(qū)動(dòng)桿長的約束。 (2) 轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)角的約束。 最后 在 MATLAB 中通過坐標(biāo)搜索 ,得到該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工 作空間。因此有必要對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的奇異位形做更深入的研究，以減少和消除奇異位形的影響，進(jìn)一步提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)的性能，促進(jìn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的實(shí)用化 12 和產(chǎn)品化的發(fā)展。另外當(dāng)機(jī)構(gòu)處于奇異位形附近時(shí)，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力將趨于無窮大從而造成并聯(lián)機(jī)器人的損壞，因此在設(shè)計(jì)和應(yīng)用并聯(lián)機(jī)器人時(shí)應(yīng)避開奇異位形 。有學(xué)者在研究了一般并聯(lián)機(jī)構(gòu)的奇異位形問題后 ,根據(jù) Jacobian 矩陣行列式方程的不同形式 ,提出了三種類型的奇異位形 ,即邊界奇異、構(gòu)形奇異和位形奇異。 三維座椅減振平臺(tái)的 靈巧度分析 由于減振需要 ,要求平臺(tái)機(jī)構(gòu)在正向運(yùn)動(dòng)和反向運(yùn)動(dòng)中均不自鎖 ,具有較高的傳動(dòng)效率 ,因此該減振平臺(tái)應(yīng)具有較好的操作靈活性。通過坐標(biāo)搜索 ,在機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間內(nèi)計(jì)算其雅可比矩陣的條件數(shù)。 三維座椅減振平臺(tái)的 尺寸優(yōu)化 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間比較復(fù)雜 ,且其隨著結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化而變化 ,通常只能 13 通過空間搜索得到工作的邊界 ,考慮到該減振平臺(tái)一般主要工作在平衡位置 ,同時(shí)注意到垂直方向的位置改變并不改變?cè)摍C(jī)構(gòu)的 Jacobian 矩陣。保持動(dòng)平臺(tái)半徑 r 不變 ,改變下平臺(tái)的半徑 R,計(jì)算機(jī)構(gòu)在工作平面上條件數(shù)的平均值 ,通過在 MAT LAB 中計(jì)算搜索 , 得到平均條件數(shù)隨下平臺(tái)半徑 R 的變化圖。其次分析連桿尺寸對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的影響。機(jī)構(gòu)的操作性能隨連桿尺寸的減小而增大 ,但在減小連桿尺寸的同時(shí)機(jī)構(gòu)的工作空間亦隨之減小。因此以機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量 ,取 X=(R/r,l/r,d/r ),其中設(shè)計(jì)變量參數(shù)取為量綱一形式 ,動(dòng)平臺(tái)半徑 r 相對(duì)不變。 在減振平臺(tái)的設(shè)計(jì)中 ,要求動(dòng)平臺(tái)至少在 x、 y 方向具有 177。通過上述的全局優(yōu)化搜索方法得到的機(jī)構(gòu)結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù) ,得出 工作空間在工作平面的投影圖 ，看看是否 滿足減振平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求。以圖 6所示的減振平臺(tái)的動(dòng)平臺(tái)為研究對(duì)象 ,不計(jì)各桿件質(zhì)量 ,取 X = (xP,yP,zP)為廣義坐標(biāo) ,列出 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程 。 列出系統(tǒng)參數(shù) 在 MATLAB 中建立多維隨機(jī)激勵(lì)下振動(dòng)響應(yīng)的 Simulink 仿真模型 ,其中增益 K 用來設(shè)置 3 個(gè)方向的激勵(lì) , 并同時(shí)施加 3 個(gè)方向的隨機(jī)激勵(lì)。圖 11 所示為垂直 z 方向的響應(yīng) , 經(jīng)過運(yùn)動(dòng)變換還可求得主動(dòng)副的輸出 , 最 后 MATLAB 14 中求得系統(tǒng)在隨機(jī)激勵(lì)下的動(dòng)平 臺(tái) 3 個(gè)方向的振動(dòng)頻率響應(yīng)函數(shù) 。阻尼控制系統(tǒng)的功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛運(yùn)動(dòng)狀況，如車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的側(cè)傾和車輛制動(dòng)時(shí)的前傾等，調(diào)節(jié)減振平臺(tái)的阻尼， 防止因路面激勵(lì)而引起