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原文传递发动机曲轴系的磁流变扭转减振器控制策略研究

论文题名：	发动机曲轴系的磁流变扭转减振器控制策略研究
关键词：	汽车发动机;曲轴系;磁流变扭转减振器;半主动控制;力学性能
摘要：	随着汽车向大功率、智能化的方向发展，汽车发动机曲轴系存在的扭转振动问题变得越来越突出，这不仅严重影响了汽车的驾驶性能也破坏了人们的乘坐舒适性。因此解决曲轴系的扭振问题有着十分重要的现实意义，这也吸引了不少学者对这方面展开研究。目前对曲轴系的扭振减振大多通过对曲轴设计结构的改进和采用被动控制等方式来实现，但是这样的减振方式效果比较有限，难以抑制车辆发动机曲轴系在各种不同工况下的振动。半主动控制方法的出现给扭转振动的复杂情况带来了更好的解决办法，它能够实现在宽频激励下对曲轴扭振的有效抑制。磁流变材料是一种新出现的可变应力的智能材料，用它研制的磁流变阻尼器件具有结构简便、阻尼可调、耗能低和响应快等优点。磁流变材料目前主要应用在一些工程设备以及车辆悬架等领域，其中对于直线式磁流变减振器的研究现在已经较为成熟，但是在磁流变扭转振动控制方面国内外相关的研究应用还比较少,特别是曲轴扭振的研究还主要是以磁流变减振器件的结构设计为主。本文为了解决传统阻尼不可调的橡胶和硅油扭转减振器在不同谐振频率下不能有效控制扭振的问题，利用磁流变材料可变阻尼的特点，设计了一种新型的曲轴磁流变扭转减振器，并提出了天棚半主动控制和基于神经网络的模糊控制方法，仿真验证其有效的抑制了多谐次扭转共振下曲轴的扭振。本文的主要工作有以下几个方面: 　　(1)建立简化扭转减振器和曲轴系的两自由度当量模型，讨论了扭转减振器的设计理论和对系统振动的主要影响因素。分析了扭转减振器相关设计参数对曲轴振动系统的影响从而推出变阻尼实现减振的可行性。总结了磁流变减振器的基本工作模式，并且对磁流变减振器结构进行设计以及不同电流时模型的等效分析,推出了改变阻尼实现曲轴减振的方法。　　(2)为了得出曲轴磁流变扭转减振器的力学性能，完成了磁流变扭转减振器实验系统测试平台的搭建以及对相关设备的选型。按照设计的实验方案施加不同激励，在扭振试验台上测试得到磁流变曲轴扭振减振器的相关力学关系。根据实验结果，通过参数辨识拟合建立扭振减振器的双曲正切控制模型，为后面实现磁流变扭振减振器的控制策略设计做铺垫。　　(3)搭建了某汽车发动机曲轴系的简化离散模型，用MATLAB进行自由振动的分析计算，得到了曲轴系统的固有频率和振型。并通过AMESIM软件建立曲轴工作模型，计算发动机的激励力矩从而进行曲轴的强迫振动仿真分析。通过对曲轴系统在加速和匀速情况下的自由端扭振分析，探究了不同阻尼对曲轴扭转振动的影响，验证了不同阻尼时对曲轴共振频率的移频效果。　　(4)依据曲轴的扭振分析和建立的磁流变减振器数学模型，设计了基于曲轴扭振的天棚半主动控制和基于神经网络逆模型的模糊控制策略。通过AMESIM和MATLAB软件的联合仿真，得到曲轴在加速和匀速两种情况下这两种控制策略对曲轴扭振的减弱效果，并将两种控制算法的控制效果作对比，说明了设计的基于神经网络的模糊控制策略相比于天棚控制以及被动控制具有更好的减振效果。
作者：	何伟
专业：	机械工程
导师：	欧阳青;杨亮亮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江理工大学
学位年度：	2023