基于磁流变技术的汽车碰撞仿真与控制研究

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1、基于磁流变技术的汽车碰撞仿真与控制研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：丁飞耀指导教师：董小闵教授专业：机械设计制造及其自动化学科门类：工学重庆大学机械工程工程学院二O一三年五月ResearchonVehicleCollisionSimulationandControlBasedontheMagnetorheoolgicalTechnologyAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegr

2、eeofEngineeringByDingFeiyaoSupervisedbyProf.DongXiaominSpecialty:MechanicalManufacturingandAutomationCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2013中文摘要摘要在科学与技术日新月异的今天，汽车已经成为人们最主要的代步工具。但是汽车在带给我们快捷、舒适同时，也因为交通事故的频繁发生带走了无数人宝贵的生命。保险杠作为汽车碰撞时人车安全的

3、第一道保险屏障，对于提高汽车被动安全性，降低交通事故伤亡率具有十分重要的作用。然而目前市场上的保险杠或缓冲效果不理想，或结构过于复杂且只能针对特定的碰撞环境有效，并不能达到人们的需求，需要新的缓冲结构。磁流变缓冲器作为一种智能阻尼器件具有响应速度快、功耗低、阻尼力大且可调的优点，能够弥补目前汽车保险杠的不足，成为未来汽车保险杠的发展趋势之一。因此，本文以汽车碰撞为应用背景，磁流变碰撞缓冲器为研究对象，研究其在高速碰撞下的动力学响应及控制效果。针对目前磁流变器件高速条件下设计理论的不足，基于宾汉塑性非线性流体修正模型，对磁流变碰撞缓

4、冲器进行了优化设计，建立了控制模型；基于多体动力学理论，建立了汽车碰撞缓冲动力学模型；仿真分析了磁流变缓冲器对汽车碰撞安全性的影响。本文的主要工作包括以下几个方面：（1）介绍了汽车安全技术和保险杠的应用等相关背景，并针对目前保险杠存在的问题，阐述了磁流变缓冲器应用于汽车碰撞的重要意义，综述了磁流变缓冲器设计和应用方面的进展。（2）针对高速情况下，用于磁流变缓冲器设计的宾汉模型不再精确的问题，推导了宾汉塑性非线性流体修正模型，并对基于此模型设计出的磁流变缓冲器使用流体力学仿真软件CFD进行了流体仿真，仿真结果证实了修正模型的精确性。

5、（3）使用ANSYS/LS-DYNA软件对磁流变缓冲器应用于汽车保险杠的性能进行了碰撞仿真，证实了磁流变缓冲器对于提高汽车被动安全性的可行性和有效性,为下一步的加工和试验验证提供了依据和保障。（4）设计并搭建了跌落试验平台，测试了四种不同高度冲击下磁流变缓冲器的缓冲特性。通过比较试验值和理论设计值，充分地证明了宾汉塑性非线性流体修正模型的准确性，并基于该模型，建立了适用于高速下磁流变缓冲器的控制模型。（5）以车身加速度和变形量为控制目标，研究对比了开关、天棚、PI和模糊控制对汽车碰撞安全性的影响，结果表明，各种控制方法均能提高碰撞

6、安全性，但是只能取得折衷最优的效果。关键字：汽车碰撞，磁流变缓冲器，碰撞仿真，跌落试验，控制I重庆大学硕士学位论文II英文摘要ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,todayvehiclehasbecomethemaintransportationmethod.Butithastakenawaymanypeople’slifewhilebringineffectiveandcomfortabletrip.Asthefirstguardofvehiclesafet

7、y,bumpersplayanimportantroleinenhancingvehicles’passivesafetyandreducingtrafficaccidentcasualtyrates.However,thebumpersincurrentmarketcan’tsatisfytherequirementsofpeoplebecausetheyneitherhaveanidealbufferingeffectnoronlyhaveacertaineffectinspecificconditionsthatiswith

8、averycomplexstructure.Inthisconditionanewbufferingstructureisrequired.Amagnetorheological(MR)fluidabsorber,asasmartdampingde