面向整车振动抑制的磁流变阻尼器结构/控制一体化设计方法研究

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国家经济的发展和人民生活水平的提高,使得消费者对汽车的乘坐舒适性和行驶安全性提出了更高的要求。研究高性能悬架系统,以满足现代社会的发展,从而改善汽车的乘坐舒适性和行驶安全性是当前亟需解决的问题,也是本文的主要研究方向。汽车的悬架系统作为底盘的主要构件,能够抑制由汽车所产生的绝大部分振动,进而提高车辆的行驶平顺性和安全性。因此,研发高性能的悬架系统对提高车辆行驶姿态具有重要意义。磁流变液是新型的智能物质,在强磁效应下可以在毫秒内由液态变成半固态,并形成可控的屈服应力,并且具有可逆性,在半主动悬架系统中具有广阔的应用前景。磁流变阻尼器为半主动悬架的主要构件,具有控制力强、能耗少、反应速度快等优势。因此,本文以磁流变阻尼器为研究对象,从磁流变液出发,设计一款锥形流动模式磁流变阻尼器,并基于整车动力学模型对其进行结构/控制一体化分析,以此提高汽车的乘坐舒适性和行驶安全性。论文主要研究内容包括:(1)通过阐述分析磁流变阻尼器结构设计、结构优化、控制策略设计等国内外研究现状,对不同学者的研究成果加以总结,并剖析当前研究中存在的不足,提出本文的重点研究内容及研究思路;(2)通过介绍磁流变液的工作原理及工作模式,设计一款锥形流动模式磁流变阻尼器,根据磁流变液的粘塑性流动模型,推导出磁流变阻尼器的动力学模型,确定其输出阻尼力,并对其进行仿真分析;(3)考虑车身的垂向运动、侧倾运动、俯仰运动及四个车轮的垂向运动,建立七自由度整车动力学模型,并对路面激励进行分析,确定车辆的仿真工况。在此基础上设计了模糊PID控制器,并对磁流变阻尼器的输出阻尼力进行实时控制;(4)通过响应面法得到磁流变阻尼器阻尼力与电流和结构参数之间的关系,并通过多学科优化软件ISIGHT将响应面模型、整车动力学模型、控制器模型集成,搭建面向整车振动抑制的磁流变阻尼器结构/控制一体化设计平台,获得车辆的固有频率,并对车辆动力学响应的时频特征进行提取;(5)通过灵敏度分析甄选出对车辆行驶时车身姿态影响较大的磁流变阻尼器结构参数,并将其作为设计变量。以提高车辆匀速行驶工况、过减速带工况和紧急制动工况下的乘坐舒适性和行驶安全性为目标进行磁流变阻尼器结构/控制一体化设计。结果表明:以初始设计的时域振动加速度均方根值为约束,以关键频段内的振动峰值作为优化目标,不仅能够在整个时域范围内减小振动,还能降低在关键频段的振动,能够较好的改善车辆行驶时的车身姿态。
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