正负刚度并联半主动扭转减振器研究

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1、正负刚度并联半主动扭转减振器研究李华2015年6月中图分类号：U463UDC分类号：621正负刚度并联半主动扭转减振器研究作者姓名李华学院名称机械与车辆学院指导教师项昌乐教授答辩委员会主席闫清东教授申请学位工学博士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月Studyonsemi-activetorsionvibrationisolatorBasedoncombinedpositiveandnegativestiffnessCandidateName：LiHuaSchoolorDepartment:School

2、ofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.XiangChangleChair,ThesisCommittee：Prof.YanQingdongDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文

3、中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要随着汽车工业的发展，特别是一些以提高汽车动力性和燃油经济性的技术和措施的应用，如发动机高速轻量化技术、废气涡轮增压技术、高压共轨直喷技术等，在显著改善汽车的动力性与经济性的同时，也在不同程度上加剧了汽车动力传动系统的振动和噪声。传统的离合器从动盘式扭转

4、减振器已逐渐不能满足传动系统关于减振降噪需要，双质量飞轮式扭转减振器具有较好的减振效果，但也存在弹性元件易于磨损，尚未国产化问题。本文结合国家自然科学基金项目，为了提高汽车传动系统的减振特性，提出了正负刚度并联半主动扭转减振器概念（为叙述方便，本文在下面的表述中简称半主动扭转减振器或减振器），开展了半主动扭转减振器的结构设计，深入研究了半主动扭转减振器的动力学特性，分析了其减振机理；开展了半主动扭转减振器控制方法研究；提出了半主动扭转减振器设计方法，对减振器主要参数进行了优化设计；进行了样机研制与试验研究。论文的主要研究内容和创新性

5、成果如下：(1)通过对汽车动力传动系统扭转减振器减振要素进行分析，提出了正负刚度并联半主动扭转减振器概念，论述了其工作原理。开展了半主动扭转减振器弹性元件、阻尼元件和控制方式设计研究，完成了半主动扭转减振器主要结构设计。建立了半主动扭转减振器弹性元件的刚度表达式，分析其弹性特性。利用Adams软件对设计的半主动扭转减振器进行了动力学仿真，结果表明，半主动扭转减振器能够实现极低的固有频率，可以有效抑制怠速工况下汽车动力传动系统的扭振。(2)通过分析半主动扭转减振器刚度特性，揭示了半主动扭转减振器的减振机理。建立了半主动扭转减振器数学模

6、型，分析了其固有频率。针对所建立的半主动扭转减振器模型的强非线性特性，通过采用刚度拟合的方法，运用增量谐波平衡算法，得到半主动扭转减振器的稳态工况动力学响应，分析了其减振效能。通过绘制幅频特性曲线、动态分叉图，开展了半主动扭转减振器的稳定性研究。(3)应用混杂系统理论，建立了半主动扭转减振器切换控制系统模型，分别采用开关控制策略和滑模变结构控制策略，对半主动减扭转振器动态工况的减振性能进行了仿真，结果表明，采用滑模变结构控制策略能够有效减小由于采用开关控制策略所导致的减振器系统刚度突变所带来的振动冲击。(4)基于扭转刚度匹配原则，提

7、出了半主动扭转减振器设计方法。在此基础上，I北京理工大学博士学位论文开展了半主动扭转减振器弹性元件、阻尼元件和控制系统参数的优化设计，完成了半主动扭转减振器样机设计。(5)针对所研制的半主动扭转减振器样机，设计和搭建了测试系统，开展了台架试验。主要测试了半主动扭转减振器在怠速、空载、加载和控制工况下减振器输入、输出端的转矩和转速信号，通过对测试结果的处理和分析，证明了半主动扭转减振器在车辆动力传动系统常用工作频带内都具有优异的减振效果，同时也验证了半主动扭转减振器理论建模和相关理论研究的正确性。关键词：扭转减振器；减振机理；强非线性

8、特性；正负刚度并联；半主动II北京理工大学博士学位论文AbstractWiththedevelopmentoftheautomobileindustry,especiallysometechnologyapplicationssuch