汽车动力总成磁流变弹性体悬置隔振性能及控制策略研究

摘要

汽车动力总成悬置系统的性能直接影响到发动机隔振效果，对汽车的NVH性及乘坐舒适性具有至关重要的影响。由于发动机工作时不可避免地产生多个自由度不同振型的复杂振动，叠加后的振动具有多振源、宽频多主频等特点，目前传统橡胶悬置很难在全频域范围内取得优秀的隔振效果，因此亟需一种新型的智能悬置来代替传统橡胶悬置。近年来磁流变悬置的出现给基于智能材料的汽车动力总成悬置系统的半主动振动控制提供了重要的发展方向。目前国内外大部分的研究主要集中于磁流变液悬置，关于磁流变弹性体的研究尚鲜有报道。由于磁流变弹性体克服了磁流变液易沉降、价格昂贵的缺点，且自身具有刚度连续可调、不需密封、易于安装的优点，在振动控制领域具有良好的应用前景。因此本文对基于磁流变弹性体的汽车动力总成悬置系统的结构设计及控制策略进行了一定的研究。　　在磁流变弹性体材料试验数据分析的基础上，研究了力学特性，并为下一步建模奠定了基础;提出了一种并联式磁流变弹性体悬置结构，以克服磁流变弹性体不能承受较大载荷的缺陷，并基于Ansoft有限元方法对该结构进行了磁路仿真分析，磁路仿真表明该结构能形成有效的闭合电磁磁路，具有良好的电磁学性能。　　基于对发动机输出激振力的研究，在对动力总成悬置系统进行一定的简化工作基础上，建立了用于不同研究目的的单自由度、二自由度和三自由度悬置系统模型，并基于MATLAB/Simulink模型研究了垂向力传递率与频率比、阻尼等参数的关系。基于二自由模型研究了考虑路面不平度激励对悬置系统振动的影响并将研究结果扩展到考虑横摇、纵摇扭振的三自由度悬置系统模型。　　在建模的基础上，选择二自由度模型进行PID控制、模糊控制的研究，对PID调节器进行参数整定，仿真结果表明PID控制对稳态条件下动力总成振幅的抑制具有明显的效果，但对瞬态仿真却会出现震荡的情况;模糊控制需要大量的工程经验来支撑，本文通过一定的模糊控制规则来尽可能抑制动力总成振动的振幅，仿真结果表明在几乎不影响传递率的情况下，模糊控制能有效降低发动机的瞬态振动振幅。

目录

声明

致谢

摘要

第1章．绪论

1．1．汽车动力总成悬置采用磁流变技术的背景和意义

1．2．磁流变弹性体国内外研究情况

1．3．基于磁流变弹性体悬置的动力总成主动控制方法研究现状

1．4．基于磁流变弹性体悬置汽车动力总成悬置的关键问题

1．5．本文工作内容

第2章．动力总成磁流变弹性体悬置结构设计与力学特性

2．1．汽车动力总成悬置磁流变弹性体隔振器的结构设计与磁路仿真

2．1．1．并联模式MRE隔振器的结构设计

2．1．2．基于并联模式MRE隔振器的磁路仿真

2．2．磁流变弹性体的力学特性

2．2．1．MRE的制备工艺

2．2．2．MRE的力学特性

2．3．本章小结

第3章．汽车动力总成隔振系统建模

3．1．动力总成激振源

3．1．1．燃烧产生的压力、往复惯性力(矩)

3．1．2．旋转零件离心惯性力(矩)

3．1．3．曲轴倾覆力矩

3．2．汽车发动机激振力(矩)

3．3．动力总成隔振系统建模方法及应用

3．3．1．单自由度模型

3．3．2．考虑路面激励作用的动力总成悬置系统双自由度模型

3．3．3．三自由度模型

3．4．隔振系统动力学模型参数识别

3．5．动力总成隔振性能与各参数间的关系

3．5．1．频率比的影响

3．5．2．阻尼的影响

3．6．本章小结

第4章．基于MATLAB的动力总成磁流变隔振系统仿真分析

4．1．仅考虑悬置刚度阻尼特性下的单自由度仿真

4．2．考虑路面激励的二自由度模型仿真分析

4．2．1．随机路面模型建立

4．2．2．MATLAB／SIMULINK建模仿真

4．3．考虑动力总成纵摇、横摇运动的三自由度模型仿真分析

4．3．1．稳态仿真

4．3．2．瞬态仿真

4．4．本章小结

第5章．基于磁流变弹性体悬置的汽车动力总成隔振系统控制方法研究

5．1．PID控制

5．1．1．PID控制技术发展

5．1．2．PID控制原理

5．1．3．PID控制参数整定

5．1．4．考虑路面激励作用下的汽车动力总成MRE悬置隔振系统PID控制仿真

5．1．5．考虑横摇纵摇下的汽车动力总成MRE悬置隔振系统PID控制仿真

5．2．模糊控制

5．2．1．模糊控制概述及特点

5．2．2．模糊控制理论基础

5．2．3．汽车动力总成MRE隔振系统模糊控制器设计

5．3．本章小结

第6章．总结与展望

6．1．总结

6．2．不足与展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况