基于电流变材料的减振器设计及控制策略的研究

摘要

电流变材料具有屈服应力大、响应速度快、能耗低、显著的流变效应、对污染不敏感等特点，逐渐成为了新型减振器的首选材料。电流变减振器是根据电流变材料具有电流变效应的特性，通过电场来控制电流变流体的流动特性，以实现阻尼力控制。而产生连续可控的阻尼力可以实现车辆良好的乘坐舒适性和操纵平稳性，这是电流变技术应用中的一个研究热点。这与通过改变阻尼通道面积的来控制减振器的阻尼力传统的半主动减振器原理截然不同。开创了半主动减振器研究的新思路，具有重要的研究意义和广泛的应用前景。 本文从应用研究的角度出发，以电流变液减振器及汽车电流变半主动悬架控制策略的设计为研究重点，在以下几个方面进行了研究： 1.电流变液体的分析。介绍电流变效应及主要的影响因素；介绍了电流变液体的力学性能，分析了各种组成成分在电流变液体中的作用及其对电流变液体性能的影响；从工程应用角度提出并分析了电流变液体的力学性能要求并制备出一种电流变液体，进行了相应的力学性能测试。 2.电流变液减振器的设计。应用流体力学理论，根据Newton流体或Bingham流体的本构方程，利用环形通道模型和平板模型推导出电流变减振器的流变学方程和阻尼力计算公式。根据电流变液减振器混合工作模式，设计出一种结构简单的电流变液减振器，对影响减振器性能的主要结构参数进行了分析，并在振动台上对减振器进行了加速度特性实验，来验证减振器的减振效果。 3.电流变半主动悬架模糊控制策略的设计及仿真。首先建立四分之一车二自由度悬架数学模型和道路模型，并推导出悬架动力学方程和状态方程。设计出汽车电流变半主动悬架模糊控制器，利用Matlab/Simulink建立了动态模型，并进行计算机仿真，与被动悬架就簧载质量加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷这些性能指标进行了对比分析。分析结果证明了半主动悬架系统比传统的被动悬架具有更好的减振性能，同时也说明了该控制策略可行，能够明显地改善汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外研究动态

1.2.1电流变技术的发展

1.2.2电流变流体减振器的研究现状

1.2.3电流变半主动控制策略

1.3本文的主要研究工作

第二章 电流变效应与电流变液

2.1电流变效应

2.2影响电流变效应的主要因素

2.3电流变液体的组成和性能要求

2.3.1电流变液体的分类

2.3.2电流变液体的组成及要求

2.3.3电流变液体的力学性能

2.3.4工程应用对电流变液的要求

2.4电流变液体的制备及性能测试

2.4.1材料的制备

2.4.2电流变液性能测试

2.4.3实验结果分析

2.5本章小结

第三章电流变液减振器的结构设计及数学模型

3.1电流变液减振器的工作模式

3.2电流变减振器的数学模型

3.2.1基于环形通道模型的流变学方程

3.2.2基于平行板通道模型的流变学方程

3.3电流变液减振器结构设计

3.4影响电流变液减振器阻尼特性的主要参数

3.5本章小结

第四章 电流变液减振器的实验研究

4.1实验装置

4.1.1实验仪器

4.1.2实验方法

4.2实验结果及分析

4.2.1负载对减振器减振效果的影响实验

4.2.2电场强度对减振器减振效果的影响实验

4.2.3激励频率对减振器减振效果的影响实验

4.3本章小结

第五章半主动悬架模型研究

5.1汽车智能悬架概述

5.2二分之一车四自由度悬架模型

5.2.1四自由度被动悬架模型

5.2.2四自由度主动悬架模型

5.2.3四自由度半主动悬架模型

5.3四分之一车二自由度悬架模型

5.3.1被动悬架模型

5.3.2半主动悬架模型

5.4汽车悬架系统的性能评价

5.5路面输入模型

5.6本章小结

第六章 半主动悬架模糊控制策略研究

6.1模糊控制的基本思想

6.2模糊控制的基本原理

6.3模糊控制器设计的基本方法

6.4模糊控制器的设计

6.4.1模糊控制器的输入输出变量

6.4.2模糊控制器的控制规则的设计

6.4.3模糊逻辑推理

6.4.4精确化过程

6.5天棚阻尼控制策略

6.6计算机仿真和结果分析

6.6.1相关参数

6.6.2半主动悬架系统模糊控制仿真

6.7本章小结

第七章结论及研究展望

7.1主要研究成果

7.2研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果