《基于磁流变智能弹簧的汽车主动减振悬架系统的应用技术研究毕业论文 湘潭大学土木工程与力学学院》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于磁流变智能弹簧的汽车主动减振悬架系统的应用技术研究毕业论文 湘潭大学土木工程与力学学院（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于磁流变智能弹簧的汽车主动减振悬架系统的应用技术研究基于磁流变智能弹簧的汽车主动减振悬架系统的应用技术研究Research on the application technology of automobile active vibration control suspension system based on magnetorheological intelligent spring 湘潭大学土木工程与力学学院湘潭大学土木工程与力学学院 游世辉游世辉( (按国家自然科学基金项目申请书编写）按国家自然科学基金项目申请书编写）1摘摘 要要磁流变材料主要包括磁流变液、磁流变泡沫和磁流变弹性体等
2、，基于磁流变技术，可以开发出磁流变阻尼器和磁流变智能弹簧等器件。一般的主动振动控制系统应可以实时调控刚度、阻尼和高度（位移或车辆动态姿态） ，而目前的汽车减振悬架系统的研究主要集中在基于调整阻尼的磁流变阻尼器的半主动悬架系统。为此，本项目希望发展一种基于磁流变技术、集成智能弹簧和阻尼器、可实时调控刚度、阻尼和高度的汽车主动减振悬架系统。本项目主要研究：1）磁流变智能弹簧的多学科设计与优化，基于磁流变智能弹簧的汽车主动减振悬架系统的集成设计。2）基于磁流变智能弹簧的汽车主动减振悬架系统的动力学模型及动态性能匹配设计。3）基于磁流变智能弹簧的汽车主动减振悬架系统的移频控制理论，以及集成磁流变智能弹
3、簧与磁流变阻尼器的汽车主动减振悬架系统的混合移频控制和调控阻尼的主动控制策略。4）磁流变智能弹簧和汽车主动减振悬架系统的实验和应用技术。2AbstractMagnetorheological materials mainly include magnetorheological fluids, magnetorheological foams and magnetorheological elastomers, based on magnetorheological technology, and the device such as the magnetorheological damper
4、 and the magnetorheological intelligent spring can be developed. The general active vibration control system should control real-time stiffness, damping and height (displacement), but the suspension system of automobile are mainly concentrated in the semi-active suspension system adjusting damping b
5、ased on magnetorheological damper. Therefore, we hope to develop an active vibration control suspension system of adjusting stiffness, damping and the height of the automobile integrated magnetorheological intelligent spring and damper. The project mainly studies：1) multidisciplinary design and opti
6、mization of the magnetorheological intelligent spring, and the integrated design of active suspension system of automobile based on magnetorheological intelligent spring. 2) the dynamic model and the matching design of the dynamic performance of active suspension system of automobile based on magnet
7、orheological intelligent spring. 3)the frequency shift control theory of active vibration control suspension system of automobile based on magnetorheological intelligent spring, and active control strategy for hybrid frequency control and damping regulation of active suspension system of integrated
8、magnetorheological intelligent spring and damper of automobile. 4)the experiments and application techniques of the active suspension system of automobile and the magnetorheological intelligent spring.3报告正文报告正文（一）立项依据与研究内容（不超过（一）立项依据与研究内容（不超过 10000 字）字）1. 项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及发展动态分析项目的立项依据（研究意义、国内外研
9、究现状及发展动态分析,需结合科学研需结合科学研究发展趋势来论述科学意义究发展趋势来论述科学意义; 或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录）关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录）自1948年美国国家标准署工程师Jacob Rabinow发现了磁流变效应以来，磁流变(Magnetorheological，MR)技术就引起了人们的广泛关注，一直到20世纪80年代初，由于材料科学的快速发展，特别是工程领域对机电一体化的迫切要求大大增加了对新型功能材料的需求，这再次引起了磁流变技术的研究热潮。磁流变材料
10、主要包括磁流变液(MR Fluids)、磁流变泡沫(MR Foams)和磁流变弹性体(MR elastomers)等。磁流变材料由于具有在外部磁场作用下流变性能急剧变化的机电耦合特性和其它相关的高技术特征，且其响应速度快、可逆性好，以及可以通过调节磁场大小来控制材料的力学、电学、磁学等性能连续变化的特点，近年来磁流变材料在航空航天、车辆、机械、建筑和振动控制等领域显现出广泛的应用前景。目前，磁流变液和相关器件已经在机械工程、航空航天、精密加工、汽车工业、建筑工程等领域得到了广泛的应用。磁流变弹性体是一类由柔软弹性基体嵌入磁性敏感颗粒制成的磁弹性智能材料，兼有磁流变材料和弹性体的优点，如响应快、
11、可逆性好、可控能力强等。这种复合材料能承受大应变和表现出磁弹性效应，如磁致应力、变形和有效模量的变化1 2。磁流变弹性体材料具有许多潜在的应用，如变刚度轴衬、可调吸振器和阻尼器、减噪系统、隔振器、冲击缓冲器、磁流变弹性体夹层梁、梁式吸振器和传感器 1 2和磁流变（弹性体）橡胶空气弹簧3 等。为了提高磁流变弹性体的力学性能，游仕平和申请人等（2010, 2012）使用天然橡胶和合成橡胶混合的并用橡胶，并在基体中加入短纤维和尼龙帘线来使材料达到可实用化的机械性能4 5。将普通的橡胶空气弹簧的主体外囊橡胶材料改造成短纤维和尼龙帘线增强型磁流变橡胶材料，并在适当的位置配置可变化的外加磁场，可以制成磁流
12、变（弹性体）橡胶空气弹簧（申请人等，2008) 6。磁流变橡胶空气弹簧是一种在磁场变化条件下可以实时控制和改变高度和刚度的弹簧。在外加磁场和控制系统失效时，可保持一般普通橡胶空气弹簧的正常工作。4将普通的橡胶空气弹簧与磁流变液相结合，并在适当的位置配置可变化的外加磁场，可以制造出磁流变液压橡胶弹簧（申请人等，2010) 7。磁流变液压橡胶弹簧可以通过改变磁流变液压按其机械响应时间在较大范围内调整其刚度和高度，其在较大范围内调整的刚度和高度与普通液压橡胶弹簧类似。同时，磁流变液压橡胶弹簧还可以通过改变电磁体与线圈产生的电磁场强度在一定范围内对其刚度和高度进行实时地调整。在外加磁场和控制系统失效时
13、，可保持一般普通液压橡胶弹簧的正常工作。将普通的橡胶空气弹簧与磁流变液压橡胶弹簧相结合，并在适当的位置配置可变化的外加磁场，可以制造出磁流变液压橡胶空气弹簧（申请人等，2010) 8。磁流变液压橡胶空气弹簧通过改变气压和磁流变液压按其机械响应时间在较大范围内可以调整其刚度和高度，其在较大范围内调整的刚度和高度与普通橡胶空气弹簧和磁流变液压橡胶弹簧相类似。磁流变液压橡胶空气弹簧还可以通过改变电磁体与线圈产生的电磁场强度对其刚度和高度进行实时地调整。在外加磁场和控制系统失效时，可保持一般普通液压橡胶空气弹簧的正常工作。磁流变橡胶空气弹簧、磁流变液压橡胶弹簧和磁流变液压橡胶空气弹簧等基于磁流变技术的
14、智能弹簧可以广泛应用于航空、航天、汽车、火车、舰船、机械和土木工程等领域。一般的主动振动控制系统（如车辆动态姿态的控制系统）需要具有实时刚度和高度控制特性的（空气）弹簧来实现，而磁流变体阻尼器在磁场变化条件下可以实时控制和改变阻尼；从而可以将两者集成为一种实时可控刚度、阻尼和高度的智能型主动振动控制系统。在国家政策支持方面， “低能耗与新能源汽车”、 “智能材料与结构技术”均已经被列入了国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006年-2020 年） 。国家“十二五”科学和技术发展规划包括“新能源汽车”， “现代交通技术”和“高端装备制造”。国家自然科学基金“十二五”发展规划中， “复杂机电系统的
15、功能原理与集成科学” 被列为重点领域。2012 年国家自然科学基金委和中国科学院联合出版的“未来10 年中国学科发展战略”包括下列相关的支持方向：“随机系统动力学与控制”、“动力学系统的演化模式、设计方法与控制理论”、 “多场耦合理论与智能材料及结构力学”、 “振动与噪声控制与利用”和“面向机-电-液-声-光-磁-信息等多学科交叉、多场耦合分析与设计的方法研究”9。在国民经济发展需求和学科发展趋势的驱使下，我们提出本项研究课题，探讨基于磁流变技术的智能弹簧在汽车主动减振悬架系统中的应用技术以及相关的实验技术，可以为汽车减振降噪提供理论基础。下面，我们综合分析国内外基于磁流变技术的汽车主动和半主
16、动悬架系统5的应用技术的研究现状及发展动态10。美国 Lord 公司是世界上最大的磁流变液供应商，也是磁流变技术商业开发的先驱，其工程技术人员开发了一种汽车磁流变半主动座椅悬架系统-Motion Master，并申请了专利。美国马里兰大学航空工程系在磁流变阻尼器的设计理论方面一直处于领先地位，代表世界先进水平，他们也开发了充气补偿结构的汽车磁流变阻尼器。世界最大的汽车零部件制造和系统集成商-美国德尔夫(Delphi)公司与Lord公司合作开发了汽车磁流变半主动悬架系统MagneRide，并获得了1999年度世界百大科技成果奖。在2005年底特律北美国际汽车展上又向公众展示了应用于通用公司轿车上的磁流变减振器。美国维吉尼亚工学院车辆动力学高级实验室(AVDL)利用Lord公司提供的磁流变阻尼器设计了半主动控制系统，并在Volvo VN重型卡车和Future car轿车的悬架上进行了道路试验。内华达大学机械工程系复合智能材料实验室的研究人员和CSA工程公司的工程技术人员开发了军用高机动多用途轮式车(HMMWV)磁流变阻尼器。2005年
