新型结构磁流变减震器的设计与仿真研究

论文摘要

随着汽车技术的飞速发展,人们对于车辆性能的要求也越来越高。悬架作为影响汽车操纵稳定性和行驶平顺性的主要部件,其振动控制一直备受关注。要提高汽车悬架的性能,必须优化悬架系统的参数,然而传统被动悬架的弹簧和减震器参数一旦设定后就不能改变,因此无法在不断变化的道路状况下始终保持最佳性能。将磁流变液(MR Fluid)应用于悬架的减震器中,由于磁流变液的粘性状态能够由磁场控制,从而通过控制磁场大小就能够改变液体的剪切应力,即改变减震器的阻尼值。根据路面输入情况,实时调节减震器的阻尼,就能在不改变操纵性的前提下始终保证车辆的平顺性。本文以提高汽车减震器性能,改善车辆行驶平顺性与操纵稳定性为目标,针对微型汽车的悬架系统进行了研究,设计了一款用于半主动悬架的磁流变减震器,并对其进行了仿真与分析。首先分析了磁流变减震器的工作模式和原理,并建立了不同模式下的减震器阻尼力学模型,通过分析减震器结构参数对性能的影响,为减震器的设计奠定基础。其次对减震器进行了设计及分析,本文设计的减震器在不额外增加空间尺寸的前提下,通过将阻尼通道设计成工字型,增加了有效阻尼通道的长度,通过对其进行外特性仿真分析表明,有效阻尼通道长度的增加使阻尼力的最大出力增加,阻尼力调节范围调整至与汽车路面行驶要求相符。对减震器进行磁路设计与电磁场有限元分析,通过将磁路改为双级磁路,有效降低了活塞中的磁感应强度,从而给阻尼通道中的磁感应强度的增加提供更多的空间,同时还改善了磁场分布的均匀性。最后,选择了模糊控制方法对安装有磁流变减震器的微型车悬架系统在Simulink中进行模拟仿真,并与安装有传统液力减震器的被动悬架进行对比仿真,结果表明:半主动悬架的车身加速度在模糊控制方法下得到很好的控制,改善了平顺性;缩短了悬架行程,能有效预防悬架与限位块相撞造成操纵稳定性下降。同时,对半主动悬架在不同路面状况与不同速度下的性能进行仿真,结果表明,路面不平度对车辆悬架性能影响最大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 车辆悬架系统简介
• 1.3 磁流变液在汽车悬架上的应用与研究现状
• 1.3.1 磁流变液在工程中的应用
• 1.3.2 磁流变减震器的研究现状
• 1.4 课题的研究内容
• 第2章 磁流变减震器工作原理及阻尼力模型
• 2.1 磁流变减震器的工作模式
• 2.2 阻尼力计算模型
• 2.2.1 剪切式减震器阻尼力模型
• 2.2.2 流动式减震器阻尼力模型
• 2.2.3 混合式减震器阻尼力模型
• 2.3 结构参数对阻尼力的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 减震器的结构设计与磁路设计
• 3.1 结构设计
• 3.1.1 缸筒的设计
• 3.1.2 活塞的设计
• 3.1.3 活塞杆的设计
• 3.1.4 其他零部件的设计
• 3.1.5 减震器材料的选择
• 3.2 磁路设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 减震器的磁路有限元分析与外特性分析
• 4.1 磁流变减震器的ANSYS 有限元分析
• 4.1.1 ANSYS 有限元分析步骤
• 4.1.2 结果分析
• 4.2 外特性仿真分析
• 4.2.1 建模及仿真
• 4.2.2 外特性分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 半主动悬架系统在 Simulink 中的模拟仿真
• 5.1 悬架性能的衡量指标
• 5.2 悬架模型的建立
• 5.2.1 悬架动力学模型的建立
• 5.2.2 悬架状态空间模型的建立
• 5.3 路面输入模型的建立
• 5.3.1 路面不平度的描述
• 5.3.2 路面输入信号的计算机仿真
• 5.4 模糊控制方法的实现
• 5.4.1 确定控制器的输入输出量
• 5.4.2 基本论域、论域的确定
• 5.4.3 模糊控制规则的建立
• 5.4.4 模糊推理及解模糊化
• 5.5 半主动悬架模糊控制器仿真
• 5.5.1 Fuzzy logic 在 Simulink 中的应用
• 5.5.2 半主动悬架与被动悬架在 Simulink 中的仿真
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录（攻读硕士学位期间发表的学术论文）