电流变减振器结构与控制研究

发布时间：2017-07-07 04:00

  本文关键词：电流变减振器结构与控制研究

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【摘要】：悬架系统是衡量汽车质量水平的一个重要指标,其性能与汽车的舒适性具有直接关系,随着国家公路水平上升的同时汽车的行驶速度也在不断提高,这就要求更高质量的悬架系统,半主动悬架应运而生。电流变液体是一种智能材料,可以通过控制施加给电流变液体的电场强度大小来改变电流变液体的性质,从而使电流变液体产生具备固体特征的抗剪切屈服应力,这就表明电流变液体可以作为减振器的一种阻尼介质,并且使得减振器成为智能可控的电流变减振器。本文将半主动悬架和电流变减振器结合,使得电流变减振器成为半主动悬架的关键执行元件,并对电流变半主动悬架的控制策略进行研究,主要内容如下:首先,本文研究了面向电流变减振器的电流变特性,对电流变技术、电流变效应进行介绍分析,然后阐述了电流变液体的组成以及组成成分的性能要求,对电流变液体的力学特性进行分析,探究了电流变液体的三种工作模式,配制了性能良好的电流变液体,并通过实验获取电流变液体的抗剪切屈服应力与电场强度的关系,为后续研究提供基础。其次,本文对电流变减振器的结构进行设计,提出了电流变减振器的设计思路和设计要求,在基于电流变液体性质的基础上,对电流变减振器的主体结构——电流变阀进行设计,参考普通液压减振器对阻尼力的要求,设计了充气式结构的电流变减振器并确定了补偿气室的位置在减振器的顶部,讨论了活塞与活塞杆直径的关系,对电流变减振器进行了整体结构集成设计,并阐述了电流变减振器的具体工作原理。再次,本文对电流变减振器在压缩行程和拉伸行程中的阻尼力进行了数学建模,确定了电流变减振器的阻尼力可视为由固定阻尼力和可控阻尼力两部分组成,并通过matlab/simulink软件对电流变减振器在压缩和拉伸行程的阻尼力进行仿真模型搭建,参考某被动液压减振器,确定了电流变减振器的缝隙宽度、补偿气室气压等主要参数,建立了被动悬架模型和基于电流变减振器的半主动悬架模型,为后续控制研究做准备。最后,本文建立了随机路面模型,以电流变减振器为基础,建立了天棚阻尼控制器、PID控制器以及模糊-PID控制器,将三种控制策略与被动悬架在车身垂直加速度、悬架动挠度以及轮胎动变形三方面进行了对比,得出基于电流变减振器的半主动悬架,天棚阻尼控制策略可以加强汽车的操纵稳定性,但汽车的行驶平顺性并没有增加;PID控制使汽车在行驶平顺性和操纵稳定性方面都有不同程度的提高,较之PID控制策略,模糊-PID控制策略对两者的兼顾更加明显。电流变减振器克服了传统被动减振器阻尼系数单一,不能兼顾汽车行驶平顺性和操纵稳定性的缺点,为半主动悬架系统的研究提供了新思路,为汽车悬架性能的提高具有重大研究意义。
【关键词】：电流变液体 电流变减振器 半主动悬架 模糊-PID控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.335.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及意义12-14
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 国外研究现状14-15
• 1.2.2 国内研究现状15-17
• 1.3 研究内容及章节安排17-20
• 1.3.1 研究内容17-18
• 1.3.2 章节安排18-20
• 第2章 面向减振器的电流变特性研究20-28
• 2.1 概述20
• 2.2 电流变技术20-21
• 2.2.1 电流变效应20-21
• 2.2.2 电流变液体21
• 2.2.3 电流变技术的应用21
• 2.3 电流变液体特性分析21-23
• 2.4 电流变液体的工作模式23-24
• 2.4.1 剪切模式23-24
• 2.4.2 流动模式24
• 2.4.3 复合模式24
• 2.5 电流变液体的制备和选择24-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 电流变减振器的结构设计28-42
• 3.1 电流变减振器的设计思路及设计要求28-29
• 3.1.1 电流变减振器的设计思路28
• 3.1.2 电流变减振器的设计要求28-29
• 3.2 电流变阀的设计29-35
• 3.2.1 液体的流动状态29-30
• 3.2.2 电流变阀的工作原理30-31
• 3.2.3 电流变阀的结构型式31-35
• 3.3 补偿气室的设计35-38
• 3.4 活塞及活塞杆38-39
• 3.5 电流变减振器整体结构集成及工作原理39-41
• 3.5.1 电流变减振器整体结构集成设计39-41
• 3.5.2 电流变减振器的工作原理41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 电流变减振器仿真模型的建立及结构参数选择42-58
• 4.1 电流变减振器的数学模型42-45
• 4.1.1 压缩行程中数学模型的建立42-44
• 4.1.2 拉伸行程中数学模型的建立44-45
• 4.2 电流变减振器仿真模型的搭建45-47
• 4.2.1 仿真模型的搭建思路及仿真参数的意义45-46
• 4.2.2 压缩行程simulink仿真模型的搭建46-47
• 4.2.3 拉伸行程simulink仿真模型的搭建47
• 4.3 电流变减振各结构参数的选择47-53
• 4.3.1 缝隙宽度47-50
• 4.3.2 补偿气室压力50-52
• 4.3.3 工作缸及活塞杆52-53
• 4.3.4 活塞行程53
• 4.4 电流变半主动悬架模型的建立53-56
• 4.4.1 悬架振动系统的简化53-54
• 4.4.2 二自由度被动悬架模型的建立54-55
• 4.4.3 电流变半主动悬架模型的建立55-56
• 4.5 本章小结56-58
• 第5章 基于电流变减振器的半主动悬架控制研究58-82
• 5.1 路面不平度及随机路面输入模型的建立58-61
• 5.1.1 路面不平度的功率谱密度58-59
• 5.1.2 空间与时间频率功率谱密度的转化59-60
• 5.1.3 随机路面输入模型的建立60-61
• 5.2 基于电流变减振器的天棚阻尼控制策略61-65
• 5.2.1 天棚阻尼控制模型的建立61-63
• 5.2.2 simulink仿真模型的搭建及仿真分析63-65
• 5.3 基于电流变减振器的PID控制策略65-70
• 5.3.1 PID控制策略65-67
• 5.3.2 PID控制模型的搭建及仿真分析67-70
• 5.4 基于电流变减振器的模糊PID控制策略70-81
• 5.4.1 模糊控制原理70-72
• 5.4.2 模糊-PID控制策略72
• 5.4.3 模糊-PID控制器的设计及仿真分析72-81
• 5.5 本章小结81-82
• 第6章 全文总结与展望82-84
• 6.1 全文总结82-83
• 6.2 全文展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88

【参考文献】

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本文编号：528726