Устройство для виброзащиты сиденья транспортного средства

 

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Э(51) С 05 Р 19/02

t :!

* wa1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТБЕНН Й КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪ9 (21) 3572571/24-24 (22) 01.04 ° 83, (46) 15. 11.84. Вюл. Р 42 (72) Ю.И. Чупраков, Т.А. Сырицын, П.А. Крейнин и А.А. Сорокин (71) Иосковский ордена Трудового

Красного Знамени автомобильно-дорожный институт (53) 62-50(088.8) (56) 1. Патент США 9 3606233, кл. 248-358, опублик. 1972., 2. Авторское свидетельство СССР

В 656888, кл. В 60 Ы 1/00, ойублик.

1977 (прототип), (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИВРОЗАЩИТЫ.

СИДЕНЬЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее блок управления, включающий первый, второй усилители и последовательно сЬединенные дифференцирующий элемент, третий усилитель, вычитающий элемент, сумматор, корректирующее звено и исполнительный механизм, установленный на раме, е связанной через упругие элементы с опорами, а также датчик абсолютного ускорения и датчик относительного пе,.SU„„1124266 А ремещения объекта защиты,установленного на пассивном упруго-демпфирующем узле, выход которого через четвертый усилитель подключен к второму входу сумматора, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения динамической точности устройства, оно содержит датчик относительной скорости, установленный между пассивным упруго-демпфирующим узлом и рамой, а в блок управления введены фильтры нижних частот и элемент запаздывания, подключенный входом к выходу первого фильтра нижних частот, а выходом — через первый усилитель к второму входу вычи- I тающего элемента, датчик абсолютного ускорения установлен на одной из опор и подключен выходом к входу пер- вого фильтра нижних частот, выход второго фильтра нижних частот соединен с входом дифференцирующего элемента и через второй усилитель — с - ® третьим входом сумматора, а вход — ФЮ с выходом датчика относительной Я ,скорости. 4ь

50

f 1124

Изобретение относится к средствам защиты от вибрации и ударов и предназначено для использования в транспортных средствах и в любых других машинах и механизмах, управляемых человеком или несущих точ ные приборы и грузы, нуждающиеся в защите от вибрации. Кроме того, предлагаемое устройство может. быть использовано для снижения уровня низкочастотных колебаний постов управ-, ления самолетов на взлете и посадке или в другой самоходнбй технике.

Известно комбинированное виброзащитное устройство, содержащее последовательно расположенные пассивный упруго-демпфирующий узел и активный изолятор. Активный изолятор представляет собой систему автоматического регулирования, включающую сервоуправляемый исполнительный механизм, датчик абсолютного ускорения, установленный на защищаемом объекте, электронный усилитель, фазовый компенсатор и ограничивающий фильтр для пропускания частотных составляющих сигналов, лежащих в области резонанса пассивного изолятора. Параметры элементов системы автоматического регулирования настроены так, чтобы уменьшить резонансные колебания пассивного упругодемпфирующего узла .513.

Такое виброзащитное устройство имеет ряд недостатков. Датчик ускорения (акселерометр), вырабатывающий сигнал обратной связи, установлен непосредственно на защищаемом объекте. Поэтому при функционировании виброзащитной системы амплитуда сигнала на выходе акселерометра, а следовательно, и на входе исполнительного механизма, снижается.

Увеличение коэффициента усиления обратной связи с целью снижения уровня колебаний защищаемого объекта приводит к потере устойчивости замкнутого контура регулирования.

Кроме того, к акселерометру, установленному на защищаемом объекте, предъявляется требование высокой чувствительности, поэтому он подчеркивает помехи и высшие гармоники.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для виброзащиты сиденья транспортного средства, содержащее блок управления, включающий первый, второй усилители и последовательно соединенные дифферен266 2 цирующий элемент, третий усилитель, вычитающий элемент, сумматор, корректирующее звено и исполнительный механизм, установленный на раме, связанной через упругие элементы с опорами, а также датчик абсолютного ускорения и датчик относительного перемещения объекта защиты, установленного на пассивном упруго-демпфирующем узле, выход которого через четвертый усилитель подключен ко второму входу сумматора.

Функцию пассивного упруго-демп- фирующего узла в данном устройстве выполняет сиденье водителя-оператора самоходной машины.

Для получения сигнала обратной связи llo относительной скорости в известном устройстве дифференцирующее звено подключено к датчику относительного перемещения, а для получения сигнала обратной связи по относительному ускорению установлено вто» рое дифференцирующее звено, подключенное к выходу первого. Датчик абсолютного ускорения, вырабатывающий сигнал по ускорению внешнего возмущающего воздействия, установлен на раме 5 2 3.

Однако прототипу присуща низкая динамическая точность устройства, которая приводит к запаздыванию движения штока исполнительного механизма относительно движения рамы и в наличии высокочастотных составляющих в спектре сигнала обратной связи по относительному ускорению.

Объясняется это тем, что дифференцирующие звенья отличаются неудовлетворительной реакцией на случайные возмущения, подчеркивают высокочастотные составляющие и одновременно подавляют сигналы в диапазоне низких частот, т.е. в рабочей области активного виброзащитного устройства. Последовательная установка двух таких звеньев приводит к резкому ухудшению отношения "сигнал/шум" на выходе второго дифференцирующего звена. Корректирующее устройство прототипа -гастично подавляет указанные высокочастотные флуктуации, однако упомянутое временное запаздывание, вносимое электрогидравлическим исполнительным механизмом и датчиками обратных связей, корректирующее устройство компенсировать не может в связи со случайным характером внешнего возмущающего воздействия. (например цилиндрическую пружину, упругую подушку сиденья и т.п.) и демпфйрующий элемент 10, который в ряде конструкций узла 8 также может отсутствовать. В этом случае его функцию выполняют внутренние диссипативные силы материала, из котораго изготовлен упругий элемент 9. На пассивном упруго-демпфирующем узле 8 установлен защищаемый объект 11.

Между узлом 8 и рамой 2 машины установлен датчик 12 относительного перемещения и датчик 13 относительной скорости защищаемого объекта

11, а на опоре 3 установлен датчик 14 абсолютного ускорения. Сигналы от вышеперечисленных датчиков поступают в блок управления 15, который содержит усилители 16„ 17 и 18 сигналов обратных связей, соответственно по относительному перемещению, скорости и ускорению, усилитель 19 сигнала абсолютного ускорения, дифференцирующее звено 20, ограничивающий фильтр 21 нижних частот, вход которого соединен с выходом датчика 13 относительной скорости, а выход - с усилителем 17 сигнала обратной связи по относительной скорости и с дифференцирующим звеном

20, вычитающее устройство 22 с двумя входами 23 и 24, звено 25 постоянного запаздывания, вход которого через фильтр 26 нижних час-.от соединен с выходом датчика 14 абсолютного ускорения„ а выход через усилитель

19 сигнала абсолютного ускорения соединен с входом 24 вычитающего устройства 22, сумматор 27 с тремя входами 28, 29 и 30 и корректирующее устройство 31. Корректирующее устройство 31 (фиг. 2), выполняющее функцию .подавления постоянной составляющей, возникающей в различных элементах схемы управления, например в акселерометре, содержит операционный усилитель 32, входное сопротивление 33, сопротивления 34 и 35 в цепи обратной связи, входные конденсаторы 36 и 37, выходной конденсатор 38 и конденсатор 39 в цепи обратной связи.

Выход корректирующего устройства является выходом блока управления

15. Сигнал с выхода блока управления

15 поступает на вход электрогидравлическога исполнительнога механизма 1.

3 1124266 4

Кроме того, плохое качество сигнала обратной связи по относительной скорости, обусловленное наличием высокочастотных составляющих в спектре сигнала приводит к необходимосЭ

5 ти использовать в электрогидравлическом исполнительном механизме подпружиненный золотник или применять электрогидроусилитель с внутренней обратной связью. Все это требует применения более мощного гидравлического усилителя, динамические характеристики которого ухудшаются с увеличением мощности.

Цель изобретения — повышение ди15 намической точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит датчик относительной скорости, установленный между пассивным упруго-демп20 фирующим узлом и рамой, а в блок управления введены фильтры нижних частот и элемент запаздывания, подключенный входом к выходу первого фильтра нижних частот, а выходом— через первый усилитель ко второму входу вычитающего элемента, датчик абсолютного ускорения установлен на одной из опор и подключен выходом ко входу первого фильтра нижних частот, выход второго фильтра ниж30 них частот соединен со входом дифференцирующего элемента и через второй усилитель — с третьим входом сумматора, а вход — с выходом датчика относительной скорости. 35

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — схема корректирующего звена; на фиг. 3 — фазочастотные характеристики. 40

Устройство для виброзащиты сиденья транспортного средства (фиг.1) содержит электрогндравлический исполнительный механизм 1, установленный на раме 2, которая связана с 45 опорой 3 (например передней осью колесной самоходной машины) посредством упругой подвескй 4, содержащей упругие элементы 5 (например рессоры, цилиндрические пружины или пневмоподвеску) и демпфирующие элементы

6(на фиг. 1 условно изображен один упругий и один демпфирующий элемент).

Демпферы 6 в ряде конструкций могут отсутствовать .Шток 7исполнительнаго механизма 1 жестко связан с пассивным упруго-демпфирующим узлом 8, который включает упругий элемент 9

1124266

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии внешнего возмущения, которое имеет место, например, при движении машины по ровному 5 участку местности, на опору 3 действует постоянная сила, уравновешивающая вес машины. Деформация упругого элемента 5 постоянна, вертикальные ускорения опоры 3 и рамы 2 отсутствуют, вследствие чего отсутствует сигнал на выходе датчика

14 абсолютного ускорения и на выходе блока управления 15. Шток 7 исполнительного механизма 1 не перемещается, а пассивный упруго-демпфирующий узел 8 с защищаемым объектом

11 неподвижен относительно рамы 2, поэтому отсутствуют сигналы на выходе датчика 1 2 относительного

20 перемещения и датчика 13 относительной скорости.

При появлении ускоренного вертикального перемещения опоры 3, возникающего, например, при наезде на препятствие, упругая подвеска 4 передает движение на раму 2. Отрицательный фазовый сдвиг, обусловленный динамическими свойствами подвески 4, приводит к временному

30 запаздыванию колебательного движения рамы,2 относительно движения опоры 3.

Одновременно с этим на выходе датчика 14 появляется сигнал, пропорциональный ускорению опоры 3. Этот сигнал проходит через фильтр 26 нижних частот, предназначенный для подавления высокочастотных составляющих в спектре сигнала, и поступает на вход звена 25 постоянного 40 ю запаздывания, на выходе которого формируется напряжение Увы<(t) =(I „(t- ), где 7 — регулируемое время запаздшвания, устанавливаемое при наладке устройства перед эксплуатацией 45 непосредственно на конкретной машине. В случае, когда параметр запаздывания ь равен нулю, сигнал проходит звено 25 без изменения, усиливается усилителем 19 и поступает g0 на вход 24 вычитающего устройства.22.

До возникновения внешнего возмущающего воздействия защищаемый объект 11 и рама 2 находились в относительном покое и сигнал на выходах датчика 12 относительного перемещения и датчика 13 относительной скорости отсутствовал. Поэтому в

< первоначапьный момент возникновения возмущающего движения отсутствует сигнал на входе 23 вычитающего устройства 22, а также на входах

28 и 29 сумматора 27.

Вследствие этого сигнал с выхода усилителя 19 без изменения проходит вычитающее устройство 22 и поступает на вход 30 сумматора 27, который он также проходит без изменения благодаря упомянутому выше отсутствию сигнала на входах 28 и 29 сумматора 27. С выхода сумматора 27 сигнал поступает на вход корректирующего устройства 31, и далее на выход блока управления 15, откуда скорректированный сигнал поступает на вход электрогидравлического исполнительного механизма 1 и вызывает движение штока 7, а вместе с ним и защищаемого объекта 11, в направлении, противоположном возмущающему движению.

При появлении относительного движения штока 7, на выходе датчика 12 относительного перемещения и датчика

13 относительной скорости появляются сигналы, пропорциональные соответственно относительному перемещению и относительной скорости пассивного упруго-демпфирующего узла 8 с защищаемым объектом 11. Сигнал, пропорцинальный относительной скорости защищаемого объекта 11, с выхода датчика 13 проходит ограничивающий фильтр 21 нижних частот, препятствующий прохождению высокочастотных составляющих на вход дифференцирующего звена 20 и на сумматор 27.

Далее сигнал поступает на вход дифференцирующего звена 20, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное относительному ускорению защищаемого объекта 11.

Этот сигнал усиливается усилителем

18 и поступает на вход 23 вычитающего устройства 22, в котором вырабатывается сигнал рассогласования системы автоматического регулирования, пропорциональный абсолютному ускорению защищаемого объекта. Замкнутая система автоматического регулирования стремится свести к нулю сигнал рассогласования, что возможно только при равенстве нулю абмолютного ускорения защищаемого объекта.

Для ликвидации астатизма гидравлического исполнительного механизма !

1124266 по отношению к нагрузке использует-! ся слабая обратная связь по относиI тельному перемещению, реализованная с помощью датчика 12, сигнал с выхода которого усиливается усилителем

16 и поступает на вход 28 сумматора 27. Для улучшения динамики гидравлического исполнительного механизма применяется обратная связь по относительной скорости. Сигнал, пропорциональный относительной скорости защищаемого объекта, с выхода фильтра 21 поступает на усилитель 17 и далее на вход 29 сумматора 27.

Благодаря наличию фильтра 21 в линии обратной связи по относительной скорости в гидравлическом исполнительном механизме установлен неподпружиненный золотник, что обусловливает применение менее мощного гидроусилителя с улучшенными динамическими свойствами.

Суммарный сигнал, сформированный на выходе сумматора 27 с учетом составляющих, пропорциональных абсолютному ускорению, относительной скорости и перемешению защищаемого объекта, проходит корректирующее устройство 31, которое выполняет функции высокочастотного фильтра, подавляя инфранизкочастотные и постоянные составляющие, присутствующие в структуре сформированного сигнала. Скорректированный сигнал поступает на вход электрогидравли35 ческого исполнительного механизма 1 вызывая движение штока 7, а вместе с ним и пассивного упруго-демпфирующего узла 8 с защищаемым объектом 11 в направлении противопоУ

40 ложном внешнему возмущению, снижая тем самым уровень колебаний защищаемого объекта. Полное гашение колебаний будет иметь место при относительном движении защищаемого объек45 та строго в противофазе с движением рамы 2 машины. Однако фазовое запаздывание, обусловленное динамическими свойствами эггектрогидравлического исполнительного механизма 1, 50 датчика 14 абсолютного ускорения и элементов блока управления 15, приводит к наличию временного запаздывания движения штока 7 исполнителг::ного механизма 1 по сравнению с пвижением опоры 3.

В предлагаемом устройстве за счет установки датчика 14 абсолютного ускорения на опоре 3 сигнал от датчика поступает в блок управления

15 раньше, чем возмущающее воздействие достигнет рамы 2 машины. Таким образом, установка датчика 14 на опоре 3 позволяет использовать инерционность упругой подвески 4 для компенсации упомянутого временного запаздывания относительного движения штока 7, вносимого элементами системы автоматического регулирования.

Все это поясняется фазочастотными характеристиками, .полученными с помощью численного моделирования на ЦВМ и изображенными. на ф.гг. 3.

Кривая 40, построенная с учетом параметров быстродействующего электро.гидравлического исполнительного привода, показывает зависимость фазового сдвига между колебаниями штока

7 исполнительного механизма 1 и опоры 3 от частоты возмущающего воздействия. Фазочастотная характеристика подвески машины средней грузоподъемности с собственной частотой около 2 Гц представлена кривой

41. Частотная зависимость фазового сдвига между колебаниямч штока 7 и рамы 2 машины, полученная как раз.ность кривых 40 и 41, представлена кривой 42. Анализ последней показывает, 1то в области низких частот (до 15 Гц) колебательное движение штока 7 опережает движение рамы 2 машины. Величина указанного опережения обусловлена динамическими свойствами исполнительного механизма, используемого в виброзащитном устройстве и динамическими свойствами подвески машины. С целью устранения этого опережения в рабочем диапазоне частот параметр звена постоянного запаздывания устанавливается отличным от нуля при наладке устройства перед эксплуатацией непосредственно на конкретной машине. Фазочастотная характеристика, показывающая разность фаз между колебаниями штока

7 и рамы 2 машины при СМ 0 (например Y= 0,05 сек), представлена кривой 43 на фиг. 2.

По ней видно, что в диапазоне рабочих частот от 0,5 до 5 Гц фазовый сдвиг между движением штока 7 исполни. тельного механизма 1 и рамой 2 машины близок к нулю, т.е. в этом диапазоне обеспечивается эффективная виброзащита объекта 11.

I 124266

Таким образом, благодаря исключению из бпока управления одного дифференцирующего звена за счет применения датчика относительной скорости в цепи обратной связи, а также 5 благодаря исключению запаздывания движения штока исполнительного ,механизма относительно движения ра»

;мы машины за счет установки акселерометра непосредственно на опоре в пред-, 1 лагаемом устройстве значительно повышается динамическая точность регулирования, что в итоге позволяет снизить коэффициент передачи виброзащитного устройства в диапазоне низких частот (0,5-5 Гц) в 1,5 — 3 раза по сравнению с прототипом и обеспечить зыполнение требований

ГОСТ 12.1.012-7S и Международного стандарта ИСО 2631-74. Улучшение условий труда водителей-операторов самоходных землеройно-транспортных и других машин приводит к снижению числа профессиональных заболеваний среди водителей, уменьшает утом,ляемость, снижает текучесть кадров, способствует повышению рабочих и транспортных скоростей машин.

1124266

- ОО

Фиг. 5

INNIIIH Заказ 8278/.36 .Тирам 841 Подпксное

Фидкаа ППП "Патеит", г. Ужгород,ул.Проектик, 4

9 уров

УО

1ООО«4с Ф