活塞内流道磁流变减振器热耦合分析及减振效果研究

摘要

随着汽车技术智能化水平的快速提高，汽车的NVH（Noise、Vibration、Harshness）问题及舒适性日益受到人们的关注，这对汽车悬架的开发与设计提出了更高的挑战。磁流变减振器以MR流体为工作介质，具有优良的电磁可控性，能为悬架智能控制提供良好的电-机耦合接口并能改善车身振动及提高舒适性。但，在汽车高速行驶时，悬架减振器将因吸收振动能量而使工作介质出现较严重的发热，从而导致阻尼特性的恶化。本文基于Tiguan（途观）汽车前、后悬架的阻尼要求，设计了一款采用横向工作间隙的活塞内流道磁流变减振器（MRD），以此为本体展开其在汽车行驶时达到热平衡状态下的阻尼特性研究，试图为MRD在汽车半主动悬架上的应用提供一定的理论依据。具体工作如下：
　　1、首先通过考虑提升MRD的阻尼力，拓宽阻尼调节区间的目标下，对减振器的本体结构进行了改进和优化，得出了其改进后关键零部件的结构参数；并推导了阻尼力计算的数学模型，通过对磁路分析计算了绕线圈的匝数。
　　2、基于AMESim仿真平台结合本文设计的减振器结构尺寸，搭建了MRD的热效应仿真模型；通过一阶白噪声滤波系统模拟路面激励，分析了汽车以不同速度在不同路面行驶时MRD缸筒内流体达到热平衡的温度。
　　3、在上述工作基础上，建立了MRD缸筒内流体的三维实体仿真模型，运用ICEM软件对模型进行了结构化网格划分；通过ANSYS CFX瞬态移动网格模拟活塞振动并耦合热平衡温度从流体的角度计算了MRD的示功曲线，结果显示随着车速的增加，MRD的阻尼特性有较大程度的下降。
　　4、最后通过恒温加热模拟减振器的热平衡温度在振动试验台上对MRD的阻尼特性进行了测试，测试结果与仿真结论基本吻合，通过对比MRD室温下不考虑工作热平衡温度的测试曲线，可知相同电流下减振器考虑热-温效应的阻尼力有较明显的下降，车速越高下降越大，因此车辆在实际使用减振器时应考虑热平衡温度这一因素的影响。此外根据试验曲线可以推断，振动试验台自身的振动可影响示功曲线的饱满性，测试时可相应的提高试验台的刚度。

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第1章 绪论

1.1 课题的背景及研究意义

1.2 汽车阻尼减振的发展历程

1.3 减振器的现状及发展方向

1.4 减振器热平衡耦合研究现状

1.5 本文研究的主要内容

第2章 活塞内流道MRD的设计

2.1 MRD的工作模式

2.2 活塞内流道MRD的结构设计

2.3 MRD的磁路设计及其计算

2.4 MR减振器阻尼力计算

2.5 本章小结

第3章 MR减振器的热平衡分析

3.1 路面随机激励的描述及获取

3.2 减振器基于AMESim的热平衡仿真

3.3 本章小结

第4章 内流道MRD热耦合仿真分析

4.1 活塞内流道MRD的磁场分析

4.2 活塞内流道MRD温度场分析

4.3 MRD热-流耦合计算模型

4.4 MRD热-流耦合有限元CFX分析

4.5 本章小结

第5章 活塞内流道MRD的试验研究

5.1 MRD测试的示功及速度特性曲线

5.2 MRD减振器的振动测试台

5.3 MRD热平衡外特性试验

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录(科研成果及参与项目情况)