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原文传递动力总成磁流变弹性体悬置力学形成机制及控制方法研究

论文题名：	动力总成磁流变弹性体悬置力学形成机制及控制方法研究
关键词：	汽车;动力总成;悬置系统;磁流变弹性体;力学特性;振动控制
摘要：	随着汽车发动机功率和轻量化程度的不断提高，动力总成的振动对汽车NVH(Noise，Vibration and Harshness)性能的影响也越来越明显。为了衰减动力总成引起的振动向车身传递，在动力总成和车身之间设置有悬置元件，然而传统被动悬置元件的力学特性无法根据动力总成复杂的运行工况进行实时调节，难以实现动力总成振动的宽频控制。磁流变弹性体(Magnetorheological elastomer，MRE)作为一种力学性能可控的智能材料，具有刚度连续可调、响应速度快、可逆性好等优点，在动力总成减振技术领域展现出良好的应用前景。本研究将MRE应用到汽车动力总成悬置系统的振动控制中，针对汽车动力总成悬置系统的振动特性以及MRE材料自身的工作特点，进行了MRE粘弹性建模、半主动悬置元件结构设计以及半主动控制算法设计与实验验证等研究工作，初步实现了MRE在动力总成悬置系统减振技术中的应用。本文的主要研究工作可以归纳为以下四个方面: 　　1.提出并验证了一种综合考虑应变、频率和磁场影响的各向同性MRE的粘弹性模型。将MRE的粘弹性分为与应变和频率相关的机械粘弹性以及与应变、频率和外加磁场相关的磁致粘弹性两个部分。基于MRE的微观结构以及磁弹性应变能理论，分别推导了机械粘弹性和磁致粘弹性的数学表达式。同时，实验测试了在不同应变、频率和外加磁场作用下各向同性MRE样品的动力学响应，利用实验结果对模型的参数进行了识别。利用理论表达式计算得到了不同激励条件下MRE的损耗因子，并与实验结果进行对比以检验模型的准确性。　　2.提出、设计并实现了一种新型MRE动力吸振器(Dynamic vibration absorber，DVA)的原理与结构。该MRE DVA由吸振单元和隔振单元组成，其中吸振单元用来吸收动力总成的振动能量，隔振单元用来支撑动力总成的载荷。基于磁路Kirchoff定理，计算得到了MRE DVA电磁回路的最优结构参数，并应用有限元方法对MRE DVA的磁路特性进行了仿真验证。利用磁弹性理论，建立了圆筒状MRE样品的本构模型，理论分析了MRE DVA的移频机理与特性。设计制造了MREDVA的结构原型并测试了其移频性能。　　3.分析并测试了基于MRE DVA的汽车动力总成悬置系统的振动特性。将设计的MRE DVA应用到汽车动力总成悬置系统中替代传统的被动悬置，建立了基于MRE DVA的动力总成悬置系统的动力学模型，并分析了MRE DVA的参数对系统振动特性的影响。搭建了基于MRE DVA的动力总成悬置系统振动测试平台，测试了MRE DVA对动力总成振动的衰减能力。　　4.提出并验证了一种快速、稳定、有效的MRE DVA控制算法——基于相位差的变步长刚度控制算法。根据系统状态重构原理，建立了带Sage-Husa噪声估计器的动力总成悬置系统的全维状态观测模型。利用Kalman滤波器实时估计动力总成悬置系统的状态向量，不断更新计算MRE DVA有效振子对于动力总成的相对位移和动力总成绝对位移之间的相位差信息。采用模糊逻辑实时调整MRE DVA的励磁电流，控制MRE DVA的固有频率快速跟踪动力总成的激励频率，实现对动力总成振动的控制。建立了半主动动力总成悬置系统的MATLAB/Simulink控制模型，在考虑激励噪声、系统延时以及系统参数存在不确定性的情况下，仿真验证了算法的有效性与稳定性。搭建了半主动动力总成悬置系统振动控制实验台架，测试并验证了基于相位差的变步长刚度控制算法对动力总成振动控制的高效性。　　本文建立的MRE粘弹性模型可以准确描述MRE的力学性能与应变、频率和外加磁场之间的关系，为工程应用中设计MRE器件的结构并分析其动力学特性奠定了理论基础。同时，本文设计的MRE DVA结构原型及其半主动控制算法，为解决汽车动力总成悬置系统的振动问题提供了新思路，对后续的研究具有一定的借鉴意义。
作者：	辛付龙
专业：	车辆工程
导师：	钱立军;白先旭
授予学位：	博士
授予学位单位：	合肥工业大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文