一种筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法
阅读说明：本技术 一种筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法 (Method for screening damping characteristic sensitive parameters of energy feedback type shock absorber of low-speed heavy-load automobile ) 是由 关栋 丛枭杰 吴倩雯 周竹馨 王佩犇 李竞 沈辉 张纯 龚俊杰 石阳 张梦祥 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法,包括以下步骤,建立减振器阻尼特性计算模型,具体为,确定减振器各运动部件参数；确定减振器的激励形式；根据激励方式及传动比确定单周期内各运动部件等效运动参数；确定馈能式减振器阻尼特性；筛选敏感参数,具体为,选取待分析参数；确定各参数取值范围以及取样数；计算各参数敏感性指标；结合参数敏感性指标与建立的相关函数筛选敏感参数；使用本发明能对各类馈能式减振器阻尼特性展开敏感性分析,准确地筛选出敏感参数。(The invention discloses a method for screening damping characteristic sensitive parameters of an energy feedback type shock absorber of a low-speed heavy-load automobile, which comprises the following steps of establishing a damping characteristic calculation model of the shock absorber, specifically, determining parameters of each moving part of the shock absorber; determining an excitation form of the shock absorber; determining equivalent motion parameters of each motion part in a single period according to the excitation mode and the transmission ratio; determining damping characteristics of the energy feedback type shock absorber; screening sensitive parameters, specifically, selecting parameters to be analyzed; determining the value range and the sampling number of each parameter; calculating each parameter sensitivity index; screening sensitive parameters by combining the parameter sensitivity indexes and the established correlation functions; the invention can be used for carrying out sensitivity analysis on the damping characteristics of various energy feedback type shock absorbers and accurately screening out sensitive parameters.)
技术领域
本发明涉及减振器技术领域，特别是一种筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法。
背景技术
大多数汽车的悬架系统中都安装有减振器，传统的减振器如液力减振器等只能用来吸收地面垂直激励，而不能实现对能量的回收利用，导致汽车振动能量的浪费，针对该问题，国内外很多专家学者都曾提出各种方法，设计出来的馈能减振器主要有四种结构形式，即液电式、滚珠丝杆式、直线电机式和齿轮齿条式，现有的减振器能实现在振动过程中散失的能量回收再利用，更加节能，但由于减振器的传动部件较多，影响其阻尼特性的因素较多，现有技术中，无法方便快捷的对减震器进行敏感性分析，无法准确筛选出对阻尼特征影响较大的参数。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有的对减振器阻尼特性优化中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法，使用本发明能准确筛选出对减振器阻尼特性较敏感的参数，缩小参数范围，为其展开优化提供理论依据。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法，其包括以下步骤，
建立减振器阻尼特性计算模型，确定减振器阻尼特性；
筛选敏感参数。
作为本发明所述筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法的一种优选方案，其中：减振器阻尼特性计算模型建立步骤为，
确定减振器各运动部件参数；
确定减振器的激励形式；
根据激励方式及传动比确定单周期内各运动部件等效运动参数；
确定馈能式减振器阻尼特性。
作为本发明所述筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法的一种优选方案，其中：筛选敏感参数的步骤为，
选取待分析参数；
确定各参数取值范围以及取样数；
计算各参数敏感性指标；
结合参数敏感性指标与建立的相关函数筛选敏感参数。
作为本发明所述筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法的一种优选方案，其中：位移、速度和加速度分别与激励振幅s0之间的关系为，
x0＝s0·sin(2π·f·t) (1)
v0＝s0·cos(2π·f·t)·2π·f (2)
a0＝-s0·sin(2π·f·t)·4π2·f2 (3)
其中，x0、v0和a0分别为激励位移、速度和加速度，单位分别为m、m/s、m/s2，f为激励频率,单位为hz。
作为本发明所述筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法的一种优选方案，其中：所述各运动部件位移、速度和加速度的关系式为，
其中，下标s、bi、bo、b1、b2、c1、c2、g分别代表丝杠、锥齿轮副输入轴、锥齿轮副输出轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一联轴器、第二联轴器、感应电机，is、ibi、ib0、ib1、ib2、ic1、ic2和ig分别为丝杠与螺母、锥齿轮副输入轴与螺母、锥齿轮副输出轴与螺母、第一锥齿轮与螺母、第二锥齿轮、第一联轴器与螺母、第二联轴器与螺母以及感应电机与螺母之间的传动比；l为丝杠导程。
作为本发明所述筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法的一种优选方案，其中：所述减振器阻尼特性包括阻尼力、单周期内做功和等效阻尼系数，计算步骤如下，
i＝ke·vg/Rin+R (9)；
减振器总阻尼力在一个周期内所做的功为，
减振器在一个周期内所做的功用功图的面积表示，为
由公式(13)和公式(14)得到，
其中，Fs、Fbi、Fb0、Fb1、Fb2、Fc1、Fc2和Fg分别为丝杠、锥齿轮副输入轴、锥齿轮副输出轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一联轴器、第二联轴器和感应电机的惯性阻尼力，Fd为减振器电磁阻尼力，ηs、ηbi、ηb0、ηb1、ηb2、ηc1、ηc2和ηg分别为丝杠与螺母、锥齿轮副输入轴与螺母、锥齿轮副输出轴与螺母、第一锥齿轮与螺母、第二锥齿轮与螺母、第一联轴器与螺母、第二联轴器与螺母以及感应电机与螺母之间的传动效率，i表示感应电机产生的电流，Rin和R分别代表感应电机电枢的等效电阻和外接可变电阻的等效电阻，T表示感应电机的电磁转矩，Fd为减振器的电磁阻尼力，Fi为减振器的惯性阻尼力，Ft为减振器的总输出阻尼力，ke为电机转矩常数，kt为电机反电动势常数，i’为惯性阻尼计数，s’为惯性阻尼计数的初始数值；vg为感应电机的转动速度，Ceq为减振器的等效阻尼系数，n为总步数，Fm表示第m步时的总阻尼力，xm+1表示第m+1步时的位移，xm表示第m步时的位移。
作为本发明所述筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法的一种优选方案，其中：计算样品A对应的系统输出值的期望值，
样本A对应的输出的方差，
Xi对系统输出的方差的影响，
除了Xi″，其他所有变量对系统输出的方差的影响，
最终求得第i″个变量的主效应与全效应为：
其中，已知系统为Y＝f(X)，f(x)为表示减振器阻尼输出(包括总阻尼力，单周期内做功以及等效阻尼系数)，其中X＝(X1，X2…，X14)，在这14个参数的范围内抽样2N次，形成一个(2N，14)的矩阵，定义矩阵A为该矩阵的前N行，矩阵B为后N行，AB(i″)(i＝1～14)是矩阵A的第i″列换成矩阵B的第i″列，其余不变；同理BA(i″)是矩阵B的第i″列换成矩阵A的第i″列,其余不变；f0为减振器总阻尼期望值，w0为减振器单周期内做功期望值，c0为减振器等效阻尼系数期望值，i"为表示影响减振器的各参数计数；根据式12、式14和式15，分别计算样本A、B、AB(i″)、BA(i″)对应的阻尼力输出值(f(A)、f(B)、f[AB(i″)]、f[BA(i″)])，单周期内做功输出值(w(A)、w(B)、w[AB(i″)]、w[BA(i″)])，等效阻尼系数输出值(c(A)、c(B)、c[AB(i″)]、c[BA(i″)])，w(A)为样本A下减振器单周期内做功，w(B)为样本B下减振器单周期内做功，w[AB(i″)]为样本AB(i″)下减振器单周期内做功，w[BA(i″)]为样本BA(i″)下减振器单周期内做功，c(A)为样本A下减振器等效阻尼系数，c(B)为样本B下减振器等效阻尼系数，c[AB(i″)]为样本AB(i″)下减振器的功效阻尼系数，c[BA(i″)]为样本BA(i″)下减振器等效阻尼系数，c(A)j为样本A下第j次抽样时减振器等效阻尼系数，c(AB(i”))j为样本AB(i″)下第j次抽样时减振器等效阻尼系数，Vf(Y)为样本A下减振器阻尼力方差值，f(AB(i”))j为样本AB(i″)下第j次抽样时减振器总阻尼力，为除了Xi"，其他所有变量对减振器总阻尼力的影响系数，Vw(Y)为样本A下减振器单周期内做功方差值，w(AB(i”))j为样本AB(i″)下第j次抽样时减振器单周期内做功，Vc(Y)为样本A下减振器等效阻尼系数方差值，为除了Xi"，对减振器总阻尼力方差的影响系数，f(Aj)为样本A下第j次抽样时减振器总阻尼力，f(AB(i”))j为样本AB(i″)下第j次抽样时减振器总阻尼力，w(A)j为样本A下第j次抽样时减振器单周期内做功，w(AB(i”))j为样本AB(i″)下第j次抽样时减振器单周期内做功，为除了Xi"，其他所有变量对减振器单周期内做功的影响系数，Vc(Y)为样本A下减振器等效阻尼系数方差值，为除了Xi"，其他所有变量对减振器等效阻尼系数的影响系数，为Xi"对减振器总阻尼力方差的影响系数，为Xi对减振器单周期内做功的影响系数，Sfi”为各参数对减振器等效阻尼系数主效应，为除了Xi"，其他所有变量对系统期望的影响系数，STfi”为各参数对减振器总阻尼力全效应，为Xi"对系统期望的影响系数，Swi”为各参数对减振器单周期内做功主效应,STwi”为各参数对减振器单周期内做功全效应，Sci”为各参数对减振器等效阻尼系数主效应，STci”为各参数对减振器总等效阻尼系数全效应。
作为本发明所述筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法的一种优选方案，其中：筛选敏感参数的具体步骤为，
建立相干函数
当γ12(i”)>0.75时，得到变量i”下对应的敏感参数；
其中，γ12(i”)为，Si”是参数i”的主效应，STi”是参数i”的全效应。
本发明的有益效果：使用本发明可对各类馈能式减振器阻尼特性展开敏感性分析，结合建立的相干函数更加准确地筛选出敏感参数，为馈能式减振器的后续研发提供参考。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明中减振器的结构图。
图中，1感应电机，2减速箱，3第二联轴器，4第二锥齿轮，5连接支架，6锥齿轮副输出轴，7第一锥齿轮，8第一联轴器，9丝杠，10螺母，11升降板，12连接板，13滑动导轨，14第二支撑座，15第一支撑座，16锥齿轮副输入轴。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法，其能更加准确地筛选出敏感参数，为馈能式减振器的后续研发提供参考。
一种筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法，包括以下步骤：
建立减振器阻尼特性计算模型，具体为，
确定减振器各运动部件参数；
确定减振器的激励形式；
根据激励方式及传动比确定单周期内各运动部件等效运动参数；
确定馈能式减振器阻尼特性；
筛选敏感参数，具体为，
选取待分析参数；
确定各参数取值范围以及取样数；
计算各参数敏感性指标；
结合参数敏感性指标与建立的相关函数筛选敏感参数；
本实施例中，减振器包括连接板12，连接板12上固定连接有在高度方向上间隔设置的第一支撑座15和第二支撑座14，第一支撑座15和第二支撑座14上可转动地连接有丝杠9，连接板12上固定有滑动导轨13，螺母10上固定连接有升降板11，升降板11可滑动地连接在滑动导轨13上，丝杠9上螺纹连接有可沿着连接板12上下滑动的螺母10，丝杠9下方的连接板12上固定连接有减速箱2，减速箱2外端固定连接有感应电机1，丝杠9下方的连接板12上连接有连接支架5，连接支架5上可转动地连接有第一锥齿轮7，丝杠9的下部经第一联轴器8连接有锥齿轮副输入轴16，第一锥齿轮7连接在锥齿轮副输入轴16上，减速箱2的一端经第二联轴器3连接有锥齿轮副输出轴6，锥齿轮副输出轴6伸进连接支架5的一端连接有与第一锥齿轮7啮合的第二锥齿轮4。
进一步的，确定减振器激励形式为正弦激励，即位移信号采用正弦波，对应速度与加速度即分别对位移信号求一阶与二阶导数，表达式如下：
x0＝s0·sin(2π·f·t) (1)
v0＝s0·cos(2π·f·t)·2π·f (2)
a0＝-s0·sin(2π·f·t)·4π2·f2 (3)
其中，x0、v0和a0分别为激励位移、速度和加速度，单位分别为m、m/s、m/s2，f为激励频率,单位为hz。
进一步的，各运动部件位移、速度和加速度的关系式为，
其中，下标s、bi、bo、b1、b2、c1、c2、g分别代表丝杠9、锥齿轮副输入轴16、锥齿轮副输出轴6、第一锥齿轮7、第二锥齿轮4、第一联轴器8、第二联轴器3、感应电机1，is、ibi、ib0、ib1、ib2、ic1、ic2和ig分别为丝杠9与螺母10、锥齿轮副输入轴16与螺母10、锥齿轮副输出轴6与螺母10、第一锥齿轮7与螺母10、第二锥齿轮4、第一联轴器8与螺母10、第二联轴器3与螺母10以及感应电机1与螺母10之间的传动比；l为丝杠9导程。
进一步的，减振器阻尼特性包括阻尼力、单周期内做功和等效阻尼系数，计算步骤如下，
i＝ke·vg/Rin+R (9)；
减振器总阻尼力在一个周期内所做的功为，
减振器在一个周期内所做的功用功图的面积表示，为
由公式(13)和公式(14)得到，
其中，Fs、Fbi、Fb0、Fb1、Fb2、Fc1、Fc2和Fg分别为丝杠9、锥齿轮副输入轴16、锥齿轮副输出轴6、第一锥齿轮7、第二锥齿轮4、第一联轴器8、第二联轴器3和感应电机1的惯性阻尼力，Fd为减振器电磁阻尼力，ηs、ηbi、ηb0、ηb1、ηb2、ηc1、ηc2和ηg分别为丝杠9与螺母10、锥齿轮副输入轴16与螺母10、锥齿轮副输出轴6与螺母10、第一锥齿轮7与螺母10、第二锥齿轮4与螺母10、第一联轴器8与螺母10、第二联轴器3与螺母10以及感应电机1与螺母10之间的传动效率，i表示感应电机1产生的电流，Rin和R分别代表感应电机1电枢的等效电阻和外接可变电阻的等效电阻，T表示感应电机1的电磁转矩，Fd为减振器的电磁阻尼力，Fi为减振器的惯性阻尼力，Ft为减振器的总输出阻尼力，ke为电机转矩常数，kt为电机反电动势常数，i’为惯性阻尼计数，s’为惯性阻尼计数的初始数值；vg为感应电机1的转动速度，Ceq为减振器的等效阻尼系数，n为总步数，Fm表示第m步时的总阻尼力，xm+1表示第m+1步时的位移，xm表示第m步时的位移。
进一步的，计算各参数敏感性指标的具体步骤为，
计算样品A对应的系统输出值的期望值，
样本A对应的输出的方差，
Xi对系统输出的方差的影响，
除了Xi″，其他所有变量对系统输出的方差的影响，
最终求得第i″个变量的主效应与全效应为：
其中，已知系统为Y＝f(X)，f(x)为表示减振器阻尼输出(包括总阻尼力，单周期内做功以及等效阻尼系数)，其中X＝(X1，X2…，X14)，在这14个参数的范围内抽样2N次，形成一个(2N，14)的矩阵，定义矩阵A为该矩阵的前N行，矩阵B为后N行，AB(i″)(i＝1～14)是矩阵A的第i″列换成矩阵B的第i″列，其余不变；同理BA(i″)是矩阵B的第i″列换成矩阵A的第i″列,其余不变；f0为减振器总阻尼期望值，w0为减振器单周期内做功期望值，c0为减振器等效阻尼系数期望值，i"为表示影响减振器的各参数计数；根据式12、式14和式15，分别计算样本A、B、AB(i″)、BA(i″)对应的阻尼力输出值(f(A)、f(B)、f[AB(i″)]、f[BA(i″)])，单周期内做功输出值(w(A)、w(B)、w[AB(i″)]、w[BA(i″)])，等效阻尼系数输出值(c(A)、c(B)、c[AB(i″)]、c[BA(i″)])，w(A)为样本A下减振器单周期内做功，w(B)为样本B下减振器单周期内做功，w[AB(i″)]为样本AB(i″)下减振器单周期内做功，w[BA(i″)]为样本BA(i″)下减振器单周期内做功，c(A)为样本A下减振器等效阻尼系数，c(B)为样本B下减振器等效阻尼系数，c[AB(i″)]为样本AB(i″)下减振器的功效阻尼系数，c[BA(i″)]为样本BA(i″)下减振器等效阻尼系数，c(A)j为样本A下第j次抽样时减振器等效阻尼系数，c(AB(i”))j为样本AB(i″)下第j次抽样时减振器等效阻尼系数，Vf(Y)为样本A下减振器阻尼力方差值，f(AB(i”))j为样本AB(i″)下第j次抽样时减振器总阻尼力，为除了Xi"，其他所有变量对减振器总阻尼力的影响系数，Vw(Y)为样本A下减振器单周期内做功方差值，w(AB(i”))j为样本AB(i″)下第j次抽样时减振器单周期内做功，Vc(Y)为样本A下减振器等效阻尼系数方差值，为除了Xi"，对减振器总阻尼力方差的影响系数，f(Aj)为样本A下第j次抽样时减振器总阻尼力，f(AB(i”))j为样本AB(i″)下第j次抽样时减振器总阻尼力，w(A)j为样本A下第j次抽样时减振器单周期内做功，w(AB(i”))j为样本AB(i″)下第j次抽样时减振器单周期内做功，为除了Xi"，其他所有变量对减振器单周期内做功的影响系数，Vc(Y)为样本A下减振器等效阻尼系数方差值，为除了Xi"，其他所有变量对减振器等效阻尼系数的影响系数，为Xi"对减振器总阻尼力方差的影响系数，为Xi对减振器单周期内做功的影响系数，Sfi”为各参数对减振器等效阻尼系数主效应，为除了Xi"，其他所有变量对系统期望的影响系数，STfi”为各参数对减振器总阻尼力全效应，为Xi"对系统期望的影响系数，Swi”为各参数对减振器单周期内做功主效应,STwi”为各参数对减振器单周期内做功全效应，Sci”为各参数对减振器等效阻尼系数主效应，STci”为各参数对减振器总等效阻尼系数全效应。
进一步的，筛选敏感参数的具体步骤为，
建立相干函数
当γ12(i”)>0.75时，得到变量i"下对应的敏感参数；
其中，γ12(i”)为系统关于变量i"的主效应与全效应之间的相干程度，Si”是参数i"的主效应，STi”是参数i"的全效应。
实施例2
为本发明的第二个实施例，该本实施例提供了一种筛选低速重载汽车馈能式减振器阻尼特性敏感参数的方法，其对具体的减振器结构进行阻尼特性敏感参数的筛选。
本实施例中的减振器，各运动部件主要参数及取值如下表1所示：
表1馈能式减振器各参数取值
利用上述方法在matlab中进行数值仿真，设置取样数为1000，循环计算50次，最后求得各参数对馈能式减振器阻尼特性三指标(阻尼力，单周期内做功和等效阻尼系数)的平均敏感度如下表2所示：
表2馈能式减振器参数敏感性分析结果
SF、SW、SC、STF、STW、STC分别表示各参数对阻尼力、单周期内做功和等效阻尼系数三个指标的主效应与全效应，结合相干分析函数筛选出对馈能式减振器阻尼特性影响度较大的参数有：激励振幅、激励频率、负载电阻、电机反电动势常数kt、电机电磁转矩常数ke、丝杠9导程、减速箱2传动比。
从上可以看出，根据本发明提出的方法，能对各类馈能式减振器阻尼特性展开敏感性分析，并结合相干函数更加准确地筛选出敏感参数，这对馈能式减振器的后续研发工作具有十分重要的意义。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。