動(dòng)力總成磁流變彈性體懸置力學(xué)形成機(jī)制及控制方法研究.pdf

1、隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率和輕量化程度的不斷提高，動(dòng)力總成的振動(dòng)對(duì)汽車NVH(Noise，Vibration and Harshness)性能的影響也越來越明顯。為了衰減動(dòng)力總成引起的振動(dòng)向車身傳遞，在動(dòng)力總成和車身之間設(shè)置有懸置元件，然而傳統(tǒng)被動(dòng)懸置元件的力學(xué)特性無法根據(jù)動(dòng)力總成復(fù)雜的運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力總成振動(dòng)的寬頻控制。磁流變彈性體(Magnetorheological elastomer，MRE)作為一種力學(xué)性能可控的智能

2、材料，具有剛度連續(xù)可調(diào)、響應(yīng)速度快、可逆性好等優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)力總成減振技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。本研究將MRE應(yīng)用到汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的振動(dòng)控制中，針對(duì)汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的振動(dòng)特性以及MRE材料自身的工作特點(diǎn)，進(jìn)行了MRE粘彈性建模、半主動(dòng)懸置元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及半主動(dòng)控制算法設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等研究工作，初步實(shí)現(xiàn)了MRE在動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)減振技術(shù)中的應(yīng)用。本文的主要研究工作可以歸納為以下四個(gè)方面:
　　1.提出并驗(yàn)證了一種綜合考慮應(yīng)

3、變、頻率和磁場影響的各向同性MRE的粘彈性模型。將MRE的粘彈性分為與應(yīng)變和頻率相關(guān)的機(jī)械粘彈性以及與應(yīng)變、頻率和外加磁場相關(guān)的磁致粘彈性兩個(gè)部分。基于MRE的微觀結(jié)構(gòu)以及磁彈性應(yīng)變能理論，分別推導(dǎo)了機(jī)械粘彈性和磁致粘彈性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)測試了在不同應(yīng)變、頻率和外加磁場作用下各向同性MRE樣品的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行了識(shí)別。利用理論表達(dá)式計(jì)算得到了不同激勵(lì)條件下MRE的損耗因子，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比以檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?/p>

4、準(zhǔn)確性。
　　2.提出、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新型MRE動(dòng)力吸振器(Dynamic vibration absorber，DVA)的原理與結(jié)構(gòu)。該MRE DVA由吸振單元和隔振單元組成，其中吸振單元用來吸收動(dòng)力總成的振動(dòng)能量，隔振單元用來支撐動(dòng)力總成的載荷?；诖怕稫irchoff定理，計(jì)算得到了MRE DVA電磁回路的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，并應(yīng)用有限元方法對(duì)MRE DVA的磁路特性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。利用磁彈性理論，建立了圓筒狀MRE樣品的本構(gòu)模

5、型，理論分析了MRE DVA的移頻機(jī)理與特性。設(shè)計(jì)制造了MREDVA的結(jié)構(gòu)原型并測試了其移頻性能。
　　3.分析并測試了基于MRE DVA的汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的振動(dòng)特性。將設(shè)計(jì)的MRE DVA應(yīng)用到汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)中替代傳統(tǒng)的被動(dòng)懸置，建立了基于MRE DVA的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，并分析了MRE DVA的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)特性的影響。搭建了基于MRE DVA的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)振動(dòng)測試平臺(tái)，測試了MRE DVA對(duì)動(dòng)力總成

6、振動(dòng)的衰減能力。
　　4.提出并驗(yàn)證了一種快速、穩(wěn)定、有效的MRE DVA控制算法——基于相位差的變步長剛度控制算法。根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)重構(gòu)原理，建立了帶Sage-Husa噪聲估計(jì)器的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的全維狀態(tài)觀測模型。利用Kalman濾波器實(shí)時(shí)估計(jì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的狀態(tài)向量，不斷更新計(jì)算MRE DVA有效振子對(duì)于動(dòng)力總成的相對(duì)位移和動(dòng)力總成絕對(duì)位移之間的相位差信息。采用模糊邏輯實(shí)時(shí)調(diào)整MRE DVA的勵(lì)磁電流，控制MRE DVA的固有

7、頻率快速跟蹤動(dòng)力總成的激勵(lì)頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力總成振動(dòng)的控制。建立了半主動(dòng)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的MATLAB/Simulink控制模型，在考慮激勵(lì)噪聲、系統(tǒng)延時(shí)以及系統(tǒng)參數(shù)存在不確定性的情況下，仿真驗(yàn)證了算法的有效性與穩(wěn)定性。搭建了半主動(dòng)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，測試并驗(yàn)證了基于相位差的變步長剛度控制算法對(duì)動(dòng)力總成振動(dòng)控制的高效性。
　　本文建立的MRE粘彈性模型可以準(zhǔn)確描述MRE的力學(xué)性能與應(yīng)變、頻率和外加磁場之間的關(guān)系，為工程