基于Hill肌肉模型的仿袋鼠腿悬架控制特性研究

为进一步改善车辆悬架的控制性能,采用仿生设计思想,提出一种基于Hill肌肉模型的仿袋鼠腿悬架(下称仿生悬架)。设计了该悬架的Fuzzy、Fuzzy-PID控制器,并采用ADAMS和Simulink联合仿真对其控制特性开展研究。研究发现:①冲击路面下,相对于被动悬架,Fuzzy控制和Fuzzy-PID控制下的车身位移和车身加速度分别下降了54%、58%和92%、93%,悬架抗冲击性能明显改善。②随机路面下,随着路面等级和车速的增加,Fuzzy控制和Fuzzy-PID控制均可有效改善悬架的控制性能;相对于被动悬架,主动控制下的悬架表现出更加优异的缓冲隔振性能、路面适应性及稳定性;主动控制下的车身加速度传递率(8.8%~1%)呈下降趋势且数值较小,轮胎动位移(0.19~3.92)mm及其传递率(8.1%~10.5%)呈上升趋势,但数值及变化较小。③冲击路面和随机路面下,相较于Fuzzy控制,Fuzzy-PID控制下的悬架特性更优。上述结果表明,基于Hill肌肉模型的仿生悬架具有良好的控制特性,验证了该仿生思路和控制方法的正确性和有效性。

双菱形仿袋鼠腿悬架的PID和Fuzzy-PID控制特性研究

为改善传统车辆悬架的性能,借鉴自然进化而来的袋鼠腿部结构,提出一种双菱形仿袋鼠腿悬架。为研究该悬架的行为特性,采用Lagrange方程法推导其动力学模型;基于动力学模型分别设计其PID和Fuzzy-PID控制器;在MATLAB/simulink环境下,建立其被、主动仿真模型并开展特性仿真与分析。研究发现:①被、主动模式下,车身垂向加速度、悬架动挠度及轮胎动位移均方根,随着车速和路面等级的增加均有所增加且在允许范围内。②不同路面等级下,随着车速的增加,被、主动模式的车身垂向加速度传递率数值基本相同,均呈单调递减趋势,(如,被动模式的车身垂向加速度传递率在1.64%~0.80%之间变化),但主动模式优于被动模式,Fuzzy-PID控制优于PID控制(约下降0.5%~0.6%);③不同路面等级下,随着车速的增加,被、主动模式的轮胎动位移传递率数值均增加,但其增加率呈下降趋势。从传递率数值上看,主动模式明显优于被动模式(约减少15%~25%,高车速时下降明显),但Fuzzy-PID控制与PID控制效果基本相同;④由车身加速度、悬架动挠度和轮胎动位移传递率频响特性可知双菱形仿袋鼠腿悬架有两个峰值,第一个峰值在0.8 Hz附近,第二个峰值在15 Hz附近;主动控制下悬架的舒适性和稳定性均优于被动悬架,Fuzzy-PID较PID控制效果更佳。研究结果表明:所提悬架的结构设计合理、方案可行。该悬架具有良好的路面适应性、高速舒适性和稳定性,这些特性与袋鼠腿的运动特性相吻合,验证了该研究思路的正确性和控制方法的有效性。

PAM仿袋鼠腿悬架仿真建模及垂向参数特性研究

为了满足人们对高性能车辆悬架的追求,借鉴自然进化而来的袋鼠腿部结构,提出一种PAM仿袋鼠腿车用悬架。通过对袋鼠腿部肢体及其功能的剖析与提炼,构建出基于PAM的等骨骼比例仿袋鼠腿悬架结构;为了研究该悬架结构的减振性能和参数特性,建立其三连杆被--主动控制仿真模型。模仿袋鼠腿自适应调节功能,以悬架垂向性能参数为评价指标,制定出仿袋鼠腿悬架的模糊控制策略;以路面不平度为激励,通过控制PAM输出力实时调节悬架姿态,对该悬架垂向参数特性开展研究。以车身动位移、车身垂向加速度等参数为评价指标,在多种路面条件下,对该悬架的垂向性能进行被动、被-主动模式下的特性分析。结果表明,基于PAM仿袋鼠腿悬架可有效降低路面激励对车身的振动与冲击;相对于被动模式,该悬架在模糊控制下的被-主动模式具有较好的缓冲减振性能。研究结果可为高性能仿生车辆悬架的研发提供参考。

仿袋鼠跳跃机器人着地阶段的动力特性研究

根据袋鼠的生理结构及运动特征,提出了仿袋鼠跳跃机器人的单腿模型,建立了相应机构在着地阶段的运动学和动力学方程。结合实例,用MATLAB计算了机器人在着地阶段关节力矩和地面作用力随时间变化的规律,并对其进行了分析和讨论。结果表明:踝关节的输入力矩是膝关节的2.5倍,是髋关节的6倍,因此踝关节的驱动力矩是整个机器人完成跳跃的决定因素之一。此动力学研究结果为仿袋鼠跳跃机器人的设计分析及跳跃运动的精确控制提供了理论基础。