详情

原文传递磁流变可调阻尼减振器的特性研究

论文题名：	磁流变可调阻尼减振器的特性研究
关键词：	磁流变减振器;半主动悬架;流场特性;温度特性;响应时间;时滞补偿
摘要：	相对于被动悬架，半主动悬架可以同时兼顾平顺性和操纵稳定性的双重要求，成为车辆悬架技术研究的重要内容。磁流变减振器作为一种有前途的悬架系统半主动控制可调阻尼减振器件，己引起了广泛的关注。国外已有商品化的磁流变减振器，并开始应用在某些高档轿车上，但使用过程中还存在着如流变液特性不稳定、工作温升、耐久性、响应特性等方面的问题，技术有待进一步提高和完善，国内对磁流变减振器技术的研究还处于起步阶段。本文简述了车辆悬架及减振器技术的发展趋势，磁流变技术及磁流变减振器的发展过程和研究现状，结合当前磁流变液及磁流变减振器使用及研究较为集中的问题，对磁流变减振器的阻尼特性、流场特性、温度特性、响应特性，从理论分析和实验研究的角度进行较为深入的探讨。为磁流变减振器的性能提高和在车辆悬架上的应用提供研究依据。综合分析了磁流变减振器阻尼力常用计算模型的特点，探讨减振器阻尼力的计算模型参数变化规律。对所研究的Lord RD-1005-3磁流变减振器阻尼特性进行实验测试，结果表明了磁流变减振器阻尼力的可控特性和迟滞性。根据采用三角波激励的磁流变阻尼特性测试数据，拟合了其库仑力一电流的关系曲线，拟合方程可以用于系统控制。同时，拟合曲线表明，在小电流范围内两者近似成线性关系，在电流达到1.2A以后，随电流增加库仑力的变化趋势保持平稳，表明了材料磁饱和特性对磁流变减振器阻尼性能的影响。以流动模式磁流变减振器的流量模型、湍流运动控制方程和计算方法、初始边界条件设定和计算网格划分为主要内容，在Fluent中建立了基于流动模式磁流变减振器的三维动态模型。对流场内压力分布、流场的速度矢量进行数值模拟，分析磁流变减振器内部流场分布的影响因素及流场对减振器阻尼特性的影响。计算结果表明，流场分布与阻尼通道上下表面及活塞结构形状有关，几何形状越复杂越容易导致流场出现紊流，在所计算的速度范围内，都会在压缩复杂表面的几何变化处形成紊流，紊流大小与活塞运动速度成正比，且和振动速度的方向有关。压力分布是影响示功特性的主要因素，正反行程的压力图变化规律极其相似，只是高低压刚好相反，说明了减振器示功图对称的原因。通过台架实验研究了磁流变减振器阻尼力的高温衰退特性，建立了基于台架实验的磁流变减振器温度变化的理论模型，建立的理论模型可以预测磁流变减振器温度变化历程。试验和理论分析表明，外界激励方式和工作电流大小是导致磁流变减振器工作过程中温度升高的主要因素。提出了考虑散热因素的磁流变减振器结构参数设计条件。建立了基于模糊控制策略的半主动悬架系统振动模型，研究磁流变半主动悬架中减振器发热量的理论模型，分析了行驶车速、路面等级和悬架参数对磁流变减振器发热量的影响。路面等级是影响减振器发热的主要因素，行驶车速对减振器的发热量也有影响，簧载质量的影响较小，非簧载质量和轮胎刚度的变化对发热量有影响，随着非簧载质量和轮胎刚度增加导致磁流变减振器发热量上升幅度增大。在磁流变减振器的选型设计和系统匹配时要综合考虑悬架系统的振动隔离要求和减振器的发热性能。在对磁流变减振器响应特性研究现状回顾的基础上，理论分析了影响磁流变减振器响应时间的因素，磁流变减振器响应时间和电磁线圈的电感、电阻以及流变液的动力粘度、平板间隙有关。在三角波激励条件下，使磁流变减振器保持匀速率、稳态工作状况时，改变控制电流，测试了磁流变减振器的响应时间，测试表明，电流施加方式和系统特性对磁流变减振器的响应时间有影响，在系统控制过程要考虑环境因素的影响来减小响应时间。基于对车辆磁流变半主动悬架系统和磁流变减振器动态响应特性的研究，分析了时滞对悬架系统的影响。在时滞动力系统的运动稳定性理论基础上，得出磁流变半主动悬架系统的临界时滞数值解的求值方法，讨论了磁流变半主动悬架动态性能的影响及系统失稳机理，得出磁流变悬架系统临界时滞与可调阻尼减振器的基值阻尼c、可调阻尼c之间的非线性关系，为系统的时滞控制研究奠定了基础。根据临界时滞数值解理论，结合工程计算的一般原则，运用模糊内模摔制对磁流变半主动悬架进行时滞补偿控制，对模糊控制和含时滞补偿模糊控制的悬架系统进行数值仿真，结果表明，进行时滞补偿控制后，簧载质量加速度和车轮动载荷也得到了有效改善，基于磁流变减振器的车辆半主动悬架系统的时滞补偿控制可以进一步改善悬架性能。
作者：	刘韶庆
专业：	车辆工程
导师：	周孔亢
授予学位：	博士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文