基于磁流变技术汽车动力总成悬置系统优化设计

摘要

近年来由于汽车行业的快速发展，大功率发动机、轻量化车身逐步成为汽车车型的发展主流，这也加剧了汽车车身振动。随着消费者对乘坐舒适性要求的提高，动力总成振动所引起的整车NVH的问题逐渐成为汽车设计过程中所要面临的主要问题。发动机悬置元件作为动力总成和汽车底盘的直接连接件在汽车隔振方面扮演着重要的角色。
　　 传统的悬置元件很难满足在宽频段内复杂的理想隔振要求，而智能材料的出现和发展为发动机隔振技术提供了广阔的发展前景，半主动/主动发动机悬置便在这样的技术背景下应运而生。
　　 磁流变液是20世纪中期被发现的新型智能材料，因其特有的磁流变效应迅速为工程领域所运用，其中包括机械、建筑、车辆以及医疗等。本文将磁流变技术和发动机隔振技术有机的结合，在已有的磁流变悬置基础上，对结构进行改进和优化，运用相应的半主动控制策略对悬置系统进行隔振特性的优化和分析。由于磁流变液特殊的流体特性，通过控制电流就能改变外加于流体的磁场强度，以此来改变磁流变液体的流动性，进而实现悬置动态特性的可控性。
　　 论文所做工作是针对磁流变悬置开发和隔振性能所进行的探索性研究，主要内容如下:论述发动机悬置理想隔振特性;介绍磁流变的发展现状及其商业化应用，以及半主动控制策略的研究状况。分析磁流变液的磁流变效应、剪切屈服应力与流变性能;设计一种新型结构磁流变发动机悬置，并对其结构和磁场分布进行优化分析，选取一最优设计方案;推导流动工作模式下液体阻尼与电流的关系表达式，对选取的设计方案构建数学模型，利用Matlab软件对隔振模型加载模糊控制策略，并将振动仿真结果和被动悬置的隔振特性仿真结果进行对比;利用Adams软件完成动力总成悬置系统的优化设计并运行模拟实验验证优化效果。
　　 本文核心部分以某现有磁流变减震器为基础，在原有的结构基础上，结合发动机隔振的要求对其结构进行重新设计。重新安排悬置器的直流线圈，并在Ansys软件中对新结构磁流变悬置器的磁场进行分析和优化。
　　 在磁流变悬置液力模型的基础上，推导其状态方程，并推导磁流变悬置动刚度和阻尼滞后角的频率变化特性表达式。应用相应软件对悬置低频动态特性进行仿真并进行参数化研究。运用模糊控制的方法对悬置系统进行半主动控制仿真，得到新型磁流变悬置的振动特性曲线，并与被动悬置系统进行对比分析。
　　 根据特定车型的各项参数，建立发动机——整车隔振系统模型，将新型磁流变悬置模型和整车模型联合仿真，完成解耦优化等工作，从车身加速度和振动传递率等方面来验证优化过程是否对提高隔振性能有积极的影响。
　　 结果表明，采用适合的控制方法后，磁流变悬置系统隔振性能得到较大改进，且动力总成-整车模型的解耦优化有效的提高了隔振性能。在一定程度上提高了整车的乘坐舒适性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 发动机悬置元件发展历史

1．2．1 橡胶悬置

1．2．2 液压悬置

1．2．3 半主动悬置

1．2．4 主动悬置

1．3 课题国内外研究现状

1．3．1 磁流变技术国内外研究现状

1．3．2 半主动控制理论发展现状

1．4 本文主要研究内容

1．5 研究的目的和意义

第二章 磁流变液特性及流变效应

2．1 引言

2．2 磁流变效应

2．3 磁流变液的组成与性能

2．3．1 磁流变液的组成

2．3．2 磁流变液的性能

2．3．3 磁流变液稳态剪切场本构关系

2．3．4 磁流变液动态剪切场本构关系

2．4 本章小结

第三章 磁流变悬置的设计

3．1 引言

3．2 磁流变液的选取

3．3 悬置器缸体和活塞材料选取

3．4 磁流变悬置磁路分布优化

3．4．1 磁路欧姆定律

3．4．2 磁路设计

3．5 本章小结

第四章 磁流变悬置器的控制方法研究

4．1 引言

4．2 磁流变阻尼悬置力学模型

4．3 基于模糊理论的半主动控制

4．3．1 模糊逻辑控制器的基本原理

4．3．2 模糊控制器设计

4．3．3 仿真结果分析

4．4 本章小结

第五章 动力总成悬置系统优化设计

5．1 引言

5．2 Adams软件简介

5．3 橡胶主簧简化模型

5．4 动力总成6自由度动力学模型建立

5．5 动力总成运动耦合及解耦

5．6 悬置系统振动仿真分析

5．7 悬置系统优化设计

5．7．1 设计变量选取

5．7．2 目标函数设置

5．7．3 约束条件

5．7．4 优化计算

5．7．5 优化结果

5．8 本章小结

第六章 整车平顺性模拟实验

6．1 引言

6．2 模拟实验设计

6．3 优化结果分析

6．3．1 能量分布分析

6．3．2 优化前后振动传递率对比

6．4 不同工况振动响应分析

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 论文主要工作

7．2 结论

7．3 课题展望

参考文献

致谢

读硕士期间发表的学术论文