智能型电致伸缩液压悬置隔振特性研究

发布时间：2020-07-02 05:47

【摘要】：随着汽车技术的发展，人们希望汽车更舒适，更安全，更环保。目前各国政府制定了了一系列的法规，对汽车的燃油经济性，污染物排放情况提出了越来越严格的要求。为了满足这些要求，各个汽车厂商采用了诸如轻量化设计，发动机稀薄然烧技术，发动机怠速时缺缸燃烧技术等。这些技术在提高汽车经济性和降低发动机污染物排放的同时却带来了一个副作用：直接或间接引起整车振动和噪音水平上升。要想解决好这个矛盾，关键的部分是减少发动机产生的振动到车体的传播，这样也就没有减少了汽车板壳件的二次振动的能量来源。当前各国汽车厂家都十分重视动力总成隔振元件的开发，尤其以日本和韩国为最。在传统动力总成悬置设计不能完全满足性能要求的情况下，各个厂家都希望能够通过引入主动控制环节削减发动机振动，减少车内振动和噪声，同时也减少汽车噪声对环境的污染。目前世界上各大汽车公司及科研单位争相投入经费研究主动悬置，以期更好地解决汽车振动噪声问题。振动主动控制是指利用传感器获取结构的振动情况，经过控制模块计算决策后产生控制信号驱动作动元件，使作动器产生反作用力叠消或削弱由振动激励源传递过来的振动。对于汽车动力总成隔振而言，可以拾取发动机转速、动力总成加速度等与振动之间或间接相关的信号，经过控制器计算处理后产生控制信号，经过功率放大后驱动主动悬置的作动器，使其产生与传递到其上的振动相反的力，从而削弱动力总成的振动及传递到车身的力。本文从上述的原理出发，设计了一个采用电致伸缩作动器的主动悬置，研究采用合适的控制方法来隔离发动机的振动，使通过悬置传递到车身的力最小。文中的主要内容包括有： 1、在阅读大量参考文献的基础上，系统阐述了考察国内、外发动机悬置系统的研究现状，概述悬置系统的发展过程及各自的优劣，重点介绍了主动、半主动悬置的几个典型结构，得出现代动力悬置发展的趋势是采用主动半主吉林大学硕十学位论文动控制的手段，通过借助现代电子、电机及智能材料技术，使得汽车悬置能够适应发动机工况变化，使得动力总成既能在发动机工作的全频域范围内具有良好减振性能，同时又能够满足一些对传统被动悬置来说近乎自相矛盾的要求。 2、考察了压电作动器和电致伸缩作动器的优缺点，考虑到在相同的驱动电压下，电致伸缩材料能够获得更大的位移，决定采用电致伸缩材料制作作动器。随后研究了电致伸缩材料的特性，找到影响电致伸缩作动器性能的关键因素，并建立作动器的物理和电学模型，并通过实验测定压电作动器的物理参数，确定模型参数。 3、分析常用作振动主动控制的控制方法和理沦。指出简单的反馈系统相当于改变了系统的结构参数，挪动了系统的共振频率或改变了系统的阻尼比，进而改变了系统某些频段的隔振性能。但是对于汽车动力总成悬置工作的工况，很难同时满足低频和高频段内的隔振要求。采用最优控制在理论上讲是一个较好的方案，但是在实际应用中难以满足其所要求的所有状态变量可测可观，同时其控制器设计较为复杂。另外文中还讨论了固定特性的前馈控制系统。从理论上讲，没有反馈的最理想的控制器就是前馈控制器。然而在实际的系统中，系统的参数并不是一成不便的，如果控制器不能够适应这些变化，那么它不仅不能够很好的衰减振动，反而可能因为控制量的引入而加剧系统的振动情况。自适应最小均方算法是一种改进的前馈控制实施方案，它通过引入残余振动误差作为反馈量，调整前馈控制器的参数，进向调整控制器的特性，使其能够适应系统参数变化，使系统的性能总是能够保持在最佳状态。自适应最小均方算法很好地避免了固定特性前馈控制的缺点，同时保持了前馈控制器不改变系统零极点的特性，使得主动控制系统在抵消系统中与参考信号信号相关的振动的同时，不影响系统其它频段的隔振能力。这是一种比较理想的隔振控制方案。与信号处理领域不一样，在本文研究的振动主动控制中，控制信号不直接和初始振动相加，而是经过作动路径传递到误差传感器后形成误差信号。采用有限脉冲滤波器来表征控制作动器路径振动的传递函数来估计振动的传递，可以降自适应最小均方算法改进成滤波后的、最小均方算法。本文研究摘要理军典单皿即坦...旦粤口叫钾口采用该方法作为电致伸缩主动液压悬置的控制算法。文中详细介绍了其算法推导和应用是权值收敛的各种条件。 4、介绍了发动机振动的形成原因，给出了其振动模型的数学表达式。同时建立了采用电致伸缩作动器的液压悬置的非线性数学模型，并考虑到车身弹性支承对振动的影响，建立了包含汽车车身质量和悬架刚度的的小系统数学模型。 5、最后在前面建立的数学模型的基础上，建立系统的Simuhnk模型，对系统进行仿真研究。系统仿真的结果表明，对于从600转/分钟到5000转/分钟的宽大转速范围内，最小均方的权系数从零开始在20秒的时间内可以将传递到车身的力的幅值降为不施加控制前的l%以下。在预先设定一个权系数的情
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U463
【图文】：

结构示意图,电致伸缩,电致伸缩陶瓷,多片

考虑到电致伸缩陶瓷的电致伸缩系数M很小，通常在10一’6m2那2量级。在实际使用中要用到较大的的电致伸缩变形时，通常采用多片叠加的方法。这样!J以以相对较低的电川、获得所需要的位移。图2一4是一个多层压电堆的}钊}}浪

照片,实验场,信号发生器,多通道

多多通道傅立叶分析仪仪仪多普勒激光测量仪仪CCCF一52200000LV一161000图2一8压电作动器动特性实验原理一图2一9是实验是实验时的照片，包括有所采用的全部设备。它主要包括两部分，一部分是信号发生器及其数据处理器，见图2一10:图2一9实验场景图2一10信号发生器和多通道快速傅立叶变换仪另一部分，是测试部分，分为两种情况作的测试，一为作动器在无负载情况下的作动器位移输出，另一为作动器负载12.5kg时其位移输出的情况。具体见如下图2一n和图2一12所示:图2一11尤载何狈四试‘清况图Z一!Z们软何盯次U试阴‘哺沉

【引证文献】