動力總成磁流變彈性體懸置力學(xué)形成機制及控制方法研究.pdf

1、隨著汽車發(fā)動機功率和輕量化程度的不斷提高，動力總成的振動對汽車NVH(Noise，Vibration and Harshness)性能的影響也越來越明顯。為了衰減動力總成引起的振動向車身傳遞，在動力總成和車身之間設(shè)置有懸置元件，然而傳統(tǒng)被動懸置元件的力學(xué)特性無法根據(jù)動力總成復(fù)雜的運行工況進行實時調(diào)節(jié)，難以實現(xiàn)動力總成振動的寬頻控制。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，在動力總成減振技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。本研究將MRE應(yīng)用到汽車動力總成懸置系統(tǒng)的振動控制中，針對汽車動力總成懸置系統(tǒng)的振動特性以及MRE材料自身的工作特點，進行了MRE粘彈性建模、半主動懸置元件結(jié)構(gòu)設(shè)計以及半主動控制算法設(shè)計與實驗驗證等研究工作，初步實現(xiàn)了MRE在動力總成懸置系統(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方面:
　　1.提出并驗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)的磁致粘彈性兩個部分?；贛RE的微觀結(jié)構(gòu)以及磁彈性應(yīng)變能理論，分別推導(dǎo)了機械粘彈性和磁致粘彈性的數(shù)學(xué)表達式。同時，實驗測試了在不同應(yīng)變、頻率和外加磁場作用下各向同性MRE樣品的動力學(xué)響應(yīng)，利用實驗結(jié)果對模型的參數(shù)進行了識別。利用理論表達式計算得到了不同激勵條件下MRE的損耗因子，并與實驗結(jié)果進行對比以檢驗?zāi)Ｐ偷?/p>

4、準確性。
　　2.提出、設(shè)計并實現(xiàn)了一種新型MRE動力吸振器(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力總成的振動能量，隔振單元用來支撐動力總成的載荷?；诖怕稫irchoff定理，計算得到了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MRE DVA的磁路特性進行了仿真驗證。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的移頻機理與特性。設(shè)計制造了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的汽車動力總成懸置系統(tǒng)的振動特性。將設(shè)計的MRE DVA應(yīng)用到汽車動力總成懸置系統(tǒng)中替代傳統(tǒng)的被動懸置，建立了基于MRE DVA的動力總成懸置系統(tǒng)的動力學(xué)模型，并分析了MRE DVA的參數(shù)對系統(tǒng)振動特性的影響。搭建了基于MRE DVA的動力總成懸置系統(tǒng)振動測試平臺，測試了MRE DVA對動力總成

6、振動的衰減能力。
　　4.提出并驗證了一種快速、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噪聲估計器的動力總成懸置系統(tǒng)的全維狀態(tài)觀測模型。利用Kalman濾波器實時估計動力總成懸置系統(tǒng)的狀態(tài)向量，不斷更新計算MRE DVA有效振子對于動力總成的相對位移和動力總成絕對位移之間的相位差信息。采用模糊邏輯實時調(diào)整MRE DVA的勵磁電流，控制MRE DVA的固有

7、頻率快速跟蹤動力總成的激勵頻率，實現(xiàn)對動力總成振動的控制。建立了半主動動力總成懸置系統(tǒng)的MATLAB/Simulink控制模型，在考慮激勵噪聲、系統(tǒng)延時以及系統(tǒng)參數(shù)存在不確定性的情況下，仿真驗證了算法的有效性與穩(wěn)定性。搭建了半主動動力總成懸置系統(tǒng)振動控制實驗臺架，測試并驗證了基于相位差的變步長剛度控制算法對動力總成振動控制的高效性。
　　本文建立的MRE粘彈性模型可以準確描述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