应用超磁致伸缩材料的可控式液压悬置隔振特性研究

摘要

为了满足人们对于整车舒适性的更高要求，工程界和学术界都将研究目光聚焦在引入控制方法衰减动力总成系统产生的振动。悬置系统作为连接动力总成与车身的隔振元件，其隔振性能的好坏直接影响整车噪声、振动与不平顺性（NVH）。新型智能材料的作动器为可控式液压悬置的设计开拓了新思路，为实现隔振控制并改善悬置隔振性能提供了理论基础。本文以液压悬置作为受控对象，根据磁致伸缩作动器的工作机理和特性，设计出新型可控式液压悬置结构，并建立简化的动力总成隔振系统控制模型，仿真分析可控式液压悬置的隔振特性，为衰减动力总成振动提供了新的解决方案。
　　本文研究了磁致伸缩材料的机理，基于Gibbs能量损耗理论建立Terfenol-D磁致伸缩材料的磁化非线性模型，并利用二次畴转模型得到磁致伸缩材料的非线性应变量动态输出方程。根据磁致伸缩作动器的等效力学模型，计算出作动器非线性输出。设计出适用于本文受控对象的磁致伸缩作动器，并搭建实验实测作动器的输出特性，验证理论仿真的正确性。应用神经网络非线性逼近特性，建立磁致伸缩材料非线性逆模型。联合PID反馈控制和前馈神经网络控制联合控制，用神经网络逆模型进行补偿，得到近似的作动器线性输出。根据液压悬置的工作原理，分析其内部元件结构和工作特性，建立简化的液压悬置集中参数模型。在低频大振幅和高频小振幅激励工况下，分析了液压悬置的隔振特性。讨论了惯性通道体长度和横截面积变化对隔振性能的影响。在液压悬置的理论分析基础上，设计适用于磁致伸缩作动器的新型可控式液压悬置的结构，并建立其等效物理模型，确定状态变量和控制输入，选取传递到车身的力作为性能控制目标。应用最优控制理论，综合考虑传递到车身上的力和作动器控制能量两个主要目标，求得给定加权矩阵下系统最佳综合性能。仿真分析结果表明，施加控制作用后，传递到车身上的力明显减小；而且作动器输出在设计范围之内，振动控制取得良好效果。

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注释表

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第一章绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2动力总成悬置理想隔振特性

1.3动力总成悬置的研究历程和现状

1.4磁致伸缩材料研究现状

1.5本文研究内容和方法

第二章磁致伸缩作动器特性分析及实验验证

2.1磁致伸缩机理

2.2磁致伸缩作动器等效力学模型

2.3磁致伸缩作动器位移输出模型

2.4磁致伸缩作动器实验验证与分析

2.5本章小节

第三章磁致伸缩作动器非线性控制

3.1磁致伸缩作动器控制方法的选择

3.2作动器磁滞非线性的神经网络控制

3.3作动器磁滞非线性控制仿真分析

3.4本章小结

第四章新型可控式悬置结构设计及液压悬置参数分析

4.1传统液压悬置结构和工作原理

4.2液压悬置系统建模及仿真分析

4.3设计新型结构的可控式悬置

4.4本章小结

第五章可控式悬置系统仿真分析

5.1可控式悬置系统的建模和发动机激励源简化

5.2最优控制输出控制器

5.3基于输出调节器的振动控制

5.4本章小结

第六章全文总结与展望

6.1全文总结

6.2本文研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文