基于磁流变液悬置的发动机隔振方法与试验研究

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1、中文摘要摘要发动机是运载器(车辆、船舶、飞机等)上的主要振源之一，采用悬置(支承)系统在较宽频激振范围内有效降低发动机振动能量的传播，对提高运载器的性能具有重要意义。目前，车辆发动机一般采用被动橡胶悬置或液压悬置隔振，难以满足宽频隔振降噪的要求。基于磁流变技术的磁流变液悬置，其阻尼实时可调，且具有很宽的动态范围、较高的响应速度、较低的功耗、相对简单的结构，是当前动力装置隔振的重要发展方向。目前，磁流变液悬置的结构设计与特性研究尚处于起步阶段，且基于磁流变液悬置的发动机隔振系统是一个复杂非线性动力学系统，隔振(控制)方法的设计极富挑战性，现有的(半)主动隔

2、振方法很少从整机多方向、多主频振动隔离的角度对悬置系统进行协调解耦控制。论文以各类发动机振动中具有典型代表意义的某四缸四冲程直列发动机为隔振研究对象，采用理论分析、数值仿真和试验验证方式，对发动机隔振系统动力学分析与参数识别方法、磁流变液悬置测试与建模方法、隔振控制方法、隔振系统仿真、隔振多功能试验平台设计与试验实现进行了研究，具体如下：(1)阐述了发动机磁流变液悬置隔振研究的重要意义，综述了发动机悬置、隔振动力学模型、参数识别方法与隔振控制方法的研究现状，在对该领域目前存在的若干问题进行剖析的基础上，提出了论文的主要工作。(2)在对发动机激振源进行深入

3、分析的基础上，建立了能够反映四缸发动机最主要的垂向、横摇、纵摇振动的整机隔振系统动力学模型和运动学方程；在剖析发动机振动动力学行为的基础上，针对传统的发动机惯性参数和激振参数识别分别采用不同识别方法、测试手段复杂且不能完全反映真实环境下发动机参数实际特性的问题，提出并深入研究了一种基于隔振系统力学模型的、在真实工作环境下进行惯性参数和激振源参数集成识别的发动机多参数识别方法，并对参数识别结果做了误差分析；利用单层隔振理论，研究了发动机激励、悬置阻尼和刚度等参量变化对发动机隔振性能的影响，为隔振控制方法设计奠定了基础。(3)在分析一种基于挤压模式的磁流变液

4、悬置的结构和工作原理的基础上，根据强迫振动中的力学原理，提出了在宽频、小位移激振和可调电流驱动下的悬置特性测试方法，利用电液伺服系统测试并对比分析了橡胶悬置、磁流变液悬置的动静态特性；针对目前磁流变阻尼器件建模中存在的问题，建立了一种简单且有较高精度的发动机磁流变液悬置阻尼控制模型。(4)为了解决发动机最主要的垂向振动隔离问题，设计了天棚控制、模糊控制等垂向隔振控制方法；针对四缸发动机宽频、多主频、垂向一横摇耦合激振和磁流变重庆大学博士学位论文液悬置非线性特性带来的隔振难题，提出了一种频率加权模糊自适应隔振控制方法，利用阶次分析技术获取发动机各阶激振状态

5、，分别在垂向和横摇振动的隔离中对具有较大能量的各阶振动进行阻尼加权模糊控制，并利用微粒群算法对各磁流变液悬置阻尼值进行自适应优化计算，以获得最小的整机垂向一横摇隔振性能指标。(5)搭建了基于Matlab／Simulink的磁流变液悬置隔振仿真研究平台；在稳态工况下，对发动机激振参数识别进行了仿真分析，结果表明各激振源参数的识别值与理论值吻合很好；在相同的稳态和非稳态仿真工况下，对比研究了无悬置、被动橡胶悬置、被动液压悬置、磁流变液悬置(采用垂向天棚隔振控制、模糊隔振控制和垂向一横摇振动的频率加权模糊自适应控制)的整机隔振效果，结果表明频率加权模糊自适应控

6、制的整机隔振性能最好，可在较宽频范围内把垂向力和横摇力矩的绝对传递率都降低到20％以下。(6)为了验证论文提出的发动机多参数识别与隔振控制方法，在设计具有刚性基座的发动机单层隔振多功能试验台架的基础上，集成了隔振试验的关键软硬件系统，研制出一个基于虚拟仪器技术的发动机磁流变液悬置隔振多功能综合试验平台，深入研究了集发动机多参数识别、隔振测试、隔振控制功能于一体的隔振台架试验方法与实现：1)在各种稳态工况激励下，进行了基于隔振系统力学模型的发动机惯性参数和激振参数的集成识别，试验误差分析表明各参数试验识别值与理论值的最大相对误差在3％～7％。2)在各种稳态

7、和非稳态工况激振下，研究了无悬置、基于被动(橡胶、液压)悬置、磁流变液悬置(采用不同隔振控制方法)的发动机整机隔振试验效果，结果表明磁流变液悬置在中低频激振范围内的隔振效果优于被动悬置和无悬置，且在采用频率加权模糊自适应控制时效果最好，能够把力绝对传递率、横摇力矩绝对传递率在更宽频激振范围内分别降低到5％,--20％和lO％之5％以下，取得了优良的整机隔振性能。关键词：发动机隔振，磁流变液悬置，参数识别，频率加权模糊自适应控制，台架试验Ⅱ英文摘要ABSTRACTEnginesareoneofthemostcriticalsourcesofnoiseand

8、vibrationinvehiclessuch弱automotivevehicl