汽车座椅磁流变阀控减振技术研究

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汽车尤其是商用车及工程车辆经常在复杂路况以及工地等恶劣路况中行驶,这会导致乘坐人员尤其是驾驶员长期处于低频大振幅的恶劣振动环境。座椅悬架作为路面激励到驾驶员的振动路径的最后环节,其减振性能至关重要,直接影响了驾驶人员的舒适性与安全性。磁流变减振器作为半主动智能器件可以有效改善座椅振动情况,但成本高、质量大的弊端限制了其应用。针对现在汽车座椅悬架减振器的性能设计需求和以上磁流变减振器的设计弊端,以密度更低、成本低廉的液压油替换磁流变液作为基本介质,以少量磁流变液作为控制介质,提出一种磁流变阀控减振器并应用于半主动座椅悬架系统。通过对磁流变阀控减振器的工作原理分析、理论建模、磁场仿真、参数优化、器件性能测试与系统仿真分析,验证磁流变阀控减振器设计思路的正确性,及该减振器在座椅悬架的振动控制效果。本文工作由以下几个方面组成:(1)磁流变阀控减振器的工作原理及力学模型建立。根据座椅悬架减振器的设计需求(安装需求以及阻尼输出需求)确定磁流变阀控减振器的结构方案,包括磁流变阀活塞总成的结构方案。分析推导阀控减振器的阻尼输出力学模型,并通过磁场仿真分析磁路设计的有效性与正确性。(2)磁流变阀控减振器的参数优化。根据座椅减振需求,基于已确定的结构方案对磁流变阀活塞总成关键参数进行优化。首先选取磁流变液材料并测试其性能数据,根据零场输出需求选择复位弹簧并进行刚度测试,然后结合设计参数的边界条件及优化目标的设计要求进行分析,利用多目标优化软件对关键结构参数进行优化处理,最终确定尺寸参数,按照方案确定图纸并进行加工。(3)磁流变阀控减振器性能测试与分析。为了验证提出的磁流变阀控减振器设计原理的正确性与有效性,根据上述的理论计算与优化分析结果,基于测试条件与装配条件,加工并装配了一套磁流变阀控减振器样机。使用MTS测试系统对该样机的变阻尼力学特性进行测试并分析结果,研究阻尼输出跟随变电流、变激励(振幅、频率)的变化规律。(4)磁流变半主动座椅悬架隔振仿真分析。为验证磁流变阀控减振器在汽车座椅悬架的减振效果,建立磁流变阀控减振器阻尼力输出关于电流和速度的力学模型;获取随机路面的信号输入,并根据汽车的振动传递路径获取座椅悬架底板的输入激励;最终通过MATLAB与Adams的多体动力学联合仿真,分析磁流变半主动悬架在天棚控制策略下的隔振效果,验证磁流变阀控减振器的有效性。
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