基于磁流變液懸置的發(fā)動機隔振方法與試驗研究.pdf

1、發(fā)動機是運載器(車輛、船舶、飛機等)上的主要振源之一，采用懸置(支承)系統(tǒng)在較寬頻激振范圍內(nèi)有效降低發(fā)動機振動能量的傳播，對提高運載器的性能具有重要意義。目前，車輛發(fā)動機一般采用被動橡膠懸置或液壓懸置隔振，難以滿足寬頻隔振降噪的要求。基于磁流變技術的磁流變液懸置，其阻尼實時可調(diào)，且具有很寬的動態(tài)范圍、較高的響應速度、較低的功耗、相對簡單的結(jié)構(gòu)，是當前動力裝置隔振的重要發(fā)展方向。目前，磁流變液懸置的結(jié)構(gòu)設計與特性研究尚處于起步階段，且基于

2、磁流變液懸置的發(fā)動機隔振系統(tǒng)是一個復雜非線性動力學系統(tǒng)，隔振(控制)方法的設計極富挑戰(zhàn)性，現(xiàn)有的(半)主動隔振方法很少從整機多方向、多主頻振動隔離的角度對懸置系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)解耦控制。論文以各類發(fā)動機振動中具有典型代表意義的某四缸四沖程直列發(fā)動機為隔振研究對象，采用理論分析、數(shù)值仿真和試驗驗證方式，對發(fā)動機隔振系統(tǒng)動力學分析與參數(shù)識別方法、磁流變液懸置測試與建模方法、隔振控制方法、隔振系統(tǒng)仿真、隔振多功能試驗平臺設計與試驗實現(xiàn)進行了研究，具

3、體如下：
　　 (1)闡述了發(fā)動機磁流變液懸置隔振研究的重要意義，綜述了發(fā)動機懸置、隔振動力學模型、參數(shù)識別方法與隔振控制方法的研究現(xiàn)狀，在對該領域目前存在的若干問題進行剖析的基礎上，提出了論文的主要工作。
　　 (2)在對發(fā)動機激振源進行深入分析的基礎上，建立了能夠反映四缸發(fā)動機最主要的垂向、橫搖、縱搖振動的整機隔振系統(tǒng)動力學模型和運動學方程；在剖析發(fā)動機振動動力學行為的基礎上，針對傳統(tǒng)的發(fā)動機慣性參數(shù)和激振參數(shù)識別分

4、別采用不同識別方法、測試手段復雜且不能完全反映真實環(huán)境下發(fā)動機參數(shù)實際特性的問題，提出并深入研究了一種基于隔振系統(tǒng)力學模型的、在真實工作環(huán)境下進行慣性參數(shù)和激振源參數(shù)集成識別的發(fā)動機多參數(shù)識別方法，并對參數(shù)識別結(jié)果做了誤差分析；利用單層隔振理論，研究了發(fā)動機激勵、懸置阻尼和剛度等參量變化對發(fā)動機隔振性能的影響，為隔振控制方法設計奠定了基礎。
　　 (3)在分析一種基于擠壓模式的磁流變液懸置的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎上，根據(jù)強迫振動中

5、的力學原理，提出了在寬頻、小位移激振和可調(diào)電流驅(qū)動下的懸置特性測試方法，利用電液伺服系統(tǒng)測試并對比分析了橡膠懸置、磁流變液懸置的動靜態(tài)特性；針對目前磁流變阻尼器件建模中存在的問題，建立了一種簡單且有較高精度的發(fā)動機磁流變液懸置阻尼控制模型。
　　 (4)為了解決發(fā)動機最主要的垂向振動隔離問題，設計了天棚控制、模糊控制等垂向隔振控制方法；針對四缸發(fā)動機寬頻、多主頻、垂向-橫搖耦合激振和磁流變液懸置非線性特性帶來的隔振難題，提出了一

6、種頻率加權(quán)模糊自適應隔振控制方法，利用階次分析技術獲取發(fā)動機各階激振狀態(tài)，分別在垂向和橫搖振動的隔離中對具有較大能量的各階振動進行阻尼加權(quán)模糊控制，并利用微粒群算法對各磁流變液懸置阻尼值進行自適應優(yōu)化計算，以獲得最小的整機垂向-橫搖隔振性能指標。
　　 (5)搭建了基于Matlab/Simulink的磁流變液懸置隔振仿真研究平臺；在穩(wěn)態(tài)工況下，對發(fā)動機激振參數(shù)識別進行了仿真分析，結(jié)果表明各激振源參數(shù)的識別值與理論值吻合很好；在相

7、同的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)仿真工況下，對比研究了無懸置、被動橡膠懸置、被動液壓懸置、磁流變液懸置(采用垂向天棚隔振控制、模糊隔振控制和垂向-橫搖振動的頻率加權(quán)模糊自適應控制)的整機隔振效果，結(jié)果表明頻率加權(quán)模糊自適應控制的整機隔振性能最好，可在較寬頻范圍內(nèi)把垂向力和橫搖力矩的絕對傳遞率都降低到20％以下。
　　 (6)為了驗證論文提出的發(fā)動機多參數(shù)識別與隔振控制方法，在設計具有剛性基座的發(fā)動機單層隔振多功能試驗臺架的基礎上，集成了隔振試驗

8、的關鍵軟硬件系統(tǒng)，研制出一個基于虛擬儀器技術的發(fā)動機磁流變液懸置隔振多功能綜合試驗平臺，深入研究了集發(fā)動機多參數(shù)識別、隔振測試、隔振控制功能于一體的隔振臺架試驗方法與實現(xiàn)：1)在各種穩(wěn)態(tài)工況激勵下，進行了基于隔振系統(tǒng)力學模型的發(fā)動機慣性參數(shù)和激振參數(shù)的集成識別，試驗誤差分析表明各參數(shù)試驗識別值與理論值的最大相對誤差在3％～7％。2)在各種穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)工況激振下，研究了無懸置、基于被動(橡膠、液壓)懸置、磁流變液懸置(采用不同隔振控制方法