磁流變可調(diào)阻尼減振器的特性研究.pdf

1、相對(duì)于被動(dòng)懸架，半主動(dòng)懸架可以同時(shí)兼顧平順性和操縱穩(wěn)定性的雙重要求，成為車輛懸架技術(shù)研究的重要內(nèi)容。磁流變減振器作為一種有前途的懸架系統(tǒng)半主動(dòng)控制可調(diào)阻尼減振器件，己引起了廣泛的關(guān)注。國(guó)外已有商品化的磁流變減振器，并開(kāi)始應(yīng)用在某些高檔轎車上，但使用過(guò)程中還存在著如流變液特性不穩(wěn)定、工作溫升、耐久性、響應(yīng)特性等方面的問(wèn)題，技術(shù)有待進(jìn)一步提高和完善，國(guó)內(nèi)對(duì)磁流變減振器技術(shù)的研究還處于起步階段。 本文簡(jiǎn)述了車輛懸架及減振器技術(shù)的發(fā)展趨

2、勢(shì)，磁流變技術(shù)及磁流變減振器的發(fā)展過(guò)程和研究現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前磁流變液及磁流變減振器使用及研究較為集中的問(wèn)題，對(duì)磁流變減振器的阻尼特性、流場(chǎng)特性、溫度特性、響應(yīng)特性，從理論分析和實(shí)驗(yàn)研究的角度進(jìn)行較為深入的探討。為磁流變減振器的性能提高和在車輛懸架上的應(yīng)用提供研究依據(jù)。 綜合分析了磁流變減振器阻尼力常用計(jì)算模型的特點(diǎn)，探討減振器阻尼力的計(jì)算模型參數(shù)變化規(guī)律。對(duì)所研究的Lord RD-1005-3磁流變減振器阻尼特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果

3、表明了磁流變減振器阻尼力的可控特性和遲滯性。根據(jù)采用三角波激勵(lì)的磁流變阻尼特性測(cè)試數(shù)據(jù)，擬合了其庫(kù)侖力一電流的關(guān)系曲線，擬合方程可以用于系統(tǒng)控制。同時(shí)，擬合曲線表明，在小電流范圍內(nèi)兩者近似成線性關(guān)系，在電流達(dá)到1.2A以后，隨電流增加庫(kù)侖力的變化趨勢(shì)保持平穩(wěn)，表明了材料磁飽和特性對(duì)磁流變減振器阻尼性能的影響。 以流動(dòng)模式磁流變減振器的流量模型、湍流運(yùn)動(dòng)控制方程和計(jì)算方法、初始邊界條件設(shè)定和計(jì)算網(wǎng)格劃分為主要內(nèi)容，在Fluent中

4、建立了基于流動(dòng)模式磁流變減振器的三維動(dòng)態(tài)模型。對(duì)流場(chǎng)內(nèi)壓力分布、流場(chǎng)的速度矢量進(jìn)行數(shù)值模擬，分析磁流變減振器內(nèi)部流場(chǎng)分布的影響因素及流場(chǎng)對(duì)減振器阻尼特性的影響。計(jì)算結(jié)果表明，流場(chǎng)分布與阻尼通道上下表面及活塞結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)，幾何形狀越復(fù)雜越容易導(dǎo)致流場(chǎng)出現(xiàn)紊流，在所計(jì)算的速度范圍內(nèi)，都會(huì)在壓縮復(fù)雜表面的幾何變化處形成紊流，紊流大小與活塞運(yùn)動(dòng)速度成正比，且和振動(dòng)速度的方向有關(guān)。壓力分布是影響示功特性的主要因素，正反行程的壓力圖變化規(guī)律極其相似

5、，只是高低壓剛好相反，說(shuō)明了減振器示功圖對(duì)稱的原因。 通過(guò)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)研究了磁流變減振器阻尼力的高溫衰退特性，建立了基于臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的磁流變減振器溫度變化的理論模型，建立的理論模型可以預(yù)測(cè)磁流變減振器溫度變化歷程。試驗(yàn)和理論分析表明，外界激勵(lì)方式和工作電流大小是導(dǎo)致磁流變減振器工作過(guò)程中溫度升高的主要因素。提出了考慮散熱因素的磁流變減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)條件。建立了基于模糊控制策略的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)振動(dòng)模型，研究磁流變半主動(dòng)懸架中減振器發(fā)熱量

6、的理論模型，分析了行駛車速、路面等級(jí)和懸架參數(shù)對(duì)磁流變減振器發(fā)熱量的影響。路面等級(jí)是影響減振器發(fā)熱的主要因素，行駛車速對(duì)減振器的發(fā)熱量也有影響，簧載質(zhì)量的影響較小，非簧載質(zhì)量和輪胎剛度的變化對(duì)發(fā)熱量有影響，隨著非簧載質(zhì)量和輪胎剛度增加導(dǎo)致磁流變減振器發(fā)熱量上升幅度增大。在磁流變減振器的選型設(shè)計(jì)和系統(tǒng)匹配時(shí)要綜合考慮懸架系統(tǒng)的振動(dòng)隔離要求和減振器的發(fā)熱性能。 在對(duì)磁流變減振器響應(yīng)特性研究現(xiàn)狀回顧的基礎(chǔ)上，理論分析了影響磁流變減振器

7、響應(yīng)時(shí)間的因素，磁流變減振器響應(yīng)時(shí)間和電磁線圈的電感、電阻以及流變液的動(dòng)力粘度、平板間隙有關(guān)。在三角波激勵(lì)條件下，使磁流變減振器保持勻速率、穩(wěn)態(tài)工作狀況時(shí)，改變控制電流，測(cè)試了磁流變減振器的響應(yīng)時(shí)間，測(cè)試表明，電流施加方式和系統(tǒng)特性對(duì)磁流變減振器的響應(yīng)時(shí)間有影響，在系統(tǒng)控制過(guò)程要考慮環(huán)境因素的影響來(lái)減小響應(yīng)時(shí)間。 基于對(duì)車輛磁流變半主動(dòng)懸架系統(tǒng)和磁流變減振器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的研究，分析了時(shí)滯對(duì)懸架系統(tǒng)的影響。在時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定

8、性理論基礎(chǔ)上，得出磁流變半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的臨界時(shí)滯數(shù)值解的求值方法，討論了磁流變半主動(dòng)懸架動(dòng)態(tài)性能的影響及系統(tǒng)失穩(wěn)機(jī)理，得出磁流變懸架系統(tǒng)臨界時(shí)滯與可調(diào)阻尼減振器的基值阻尼c、可調(diào)阻尼c之間的非線性關(guān)系，為系統(tǒng)的時(shí)滯控制研究奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)臨界時(shí)滯數(shù)值解理論，結(jié)合工程計(jì)算的一般原則，運(yùn)用模糊內(nèi)模摔制對(duì)磁流變半主動(dòng)懸架進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償控制，對(duì)模糊控制和含時(shí)滯補(bǔ)償模糊控制的懸架系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值仿真，結(jié)果表明，進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償控制后，簧載質(zhì)量加速度和車輪動(dòng)