李 銳，陳偉民，鄭太雄，廖昌榮

（1.重慶郵電大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)化控制與智能儀器儀表教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065；2.重慶大學(xué) 光電技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044）

動(dòng)力裝置（如發(fā)動(dòng)機(jī)）的振動(dòng)具有復(fù)雜的寬頻、多主頻特性，改善動(dòng)力裝置的隔振能力對(duì)提高運(yùn)載器（車、船、飛機(jī)等）的NVH性能具有重要作用［1-3］。橡膠懸置因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，被廣泛用于動(dòng)力裝置隔振，但該類懸置在高頻時(shí)具有動(dòng)態(tài)硬化趨勢(shì)［1］，只能在振動(dòng)隔離和承受靜載間提供一種折中的效果。近年來研究的被動(dòng)液壓懸置，其阻尼特性與頻率有關(guān)，在低頻下隔振效果較橡膠懸置明顯，但在較高頻疊加激勵(lì)下腔內(nèi)阻尼具有動(dòng)態(tài)硬化趨勢(shì)，隔振效果不理想［2］。目前，磁流變（Magneto-Rheological，MR）液為載體構(gòu)成的阻尼可調(diào)（半主動(dòng)）懸置［1］，只需較小的驅(qū)動(dòng)電流即可工作［4］，成為動(dòng)力裝置隔振發(fā)展的重要方向。

在可調(diào)阻尼懸置的動(dòng)力裝置隔振系統(tǒng)中，學(xué)者們提出了有許多控制方法：如采用開關(guān)策略設(shè)計(jì)的天棚控制器被用來抑制發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，硬件在回路仿真表明它能夠較為有效地隔離30 Hz以下的垂向低頻振動(dòng)［5］；在基于單自由度基礎(chǔ)激勵(lì)的電流變液懸置隔振系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一種開關(guān)邏輯控制器，仿真和實(shí)驗(yàn)表明該控制器能夠降低垂向力傳遞［6］；在基于單自由度浮筏的電流變液懸置隔振中，提出了一種模糊滑摸控制器［7］，仿真表明它比最佳的被動(dòng)阻尼方式具有更明顯優(yōu)勢(shì)；一種多輸入多輸出的寬頻反饋隔振控制被用于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)，閉環(huán)仿真結(jié)果表明該控制能夠有效降低傳遞力［8］。然而，對(duì)動(dòng)力裝置半主動(dòng)隔振的研究，目前主要在懸置原理、控制策略仿真等，幾乎沒有結(jié)合實(shí)際的動(dòng)力裝置振動(dòng)來研究隔振控制的實(shí)現(xiàn)及隔振試驗(yàn)問題。

動(dòng)力裝置的垂向振動(dòng)，是其最主要的振動(dòng)方式之一［3］，且該振動(dòng)能量將通過懸置向運(yùn)載器傳遞。本文將針對(duì)動(dòng)力裝置垂向振動(dòng)隔離問題，在對(duì)磁流變半主動(dòng)懸置工作原理及特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立動(dòng)力裝置隔振系統(tǒng)在最主要振動(dòng)方向（垂向）上的動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，研究基于磁流變懸置系統(tǒng)的動(dòng)力裝置垂向隔振控制方法。最后，為了評(píng)價(jià)基于磁流變懸置的動(dòng)力裝置隔振控制效果，以四缸發(fā)動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行動(dòng)力裝置垂向隔振控制試驗(yàn)研究。

1 磁流變半主動(dòng)懸置研究

1.1 磁流變懸置的工作原理

磁流變液是一種典型的智能材料［4］，在外加磁場(chǎng)下，它們能夠快速地改變自身的流變性質(zhì)，從牛頓流體轉(zhuǎn)換成賓漢流體，且其顆?？膳帕谐膳c外加磁場(chǎng)方向一致的鏈狀，形成屈服應(yīng)力。

通過改變外加磁場(chǎng)的強(qiáng)度，磁流變液的屈服應(yīng)力能夠被快速的可調(diào)可控。因此，基于磁流變液的動(dòng)力裝置懸置具有諸如阻尼（力）連續(xù)可調(diào)、寬頻可控等特點(diǎn)［4］。磁流變懸置一般可按工作原理的差異分為三類，即剪切模式、流動(dòng)模式和擠壓模式。由于動(dòng)力裝置的振動(dòng)位移較?。ê撩准?jí)），不利于采用剪切或流動(dòng)模式。這里，我們提出了一種基于擠壓模式的動(dòng)力裝置磁流變懸置，其基本結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 擠壓模式的磁流變懸置結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of a magneto-rheological mount in squeeze modle

磁流變懸置結(jié)構(gòu)的工作原理如下所述：該懸置外部為便于承受動(dòng)力裝置靜載的橡膠彈性體，內(nèi)部有磁流變液工作腔，腔外是橫向纏繞的勵(lì)磁線圈；在給線圈施加連續(xù)可控的驅(qū)動(dòng)電流后，工作腔內(nèi)產(chǎn)生可控垂向磁場(chǎng)強(qiáng)度；由于該懸置活塞桿頂部、底部可分別和動(dòng)力裝置、運(yùn)載器機(jī)體（如基座、副車架等）相連，若活塞桿受到動(dòng)力裝置激勵(lì)而垂向上（或向下）運(yùn)動(dòng)時(shí)，則上腔（或下腔）磁流變液體被活塞中部的橫向擋板擠壓，形成橫向流動(dòng)后進(jìn)入下腔（或上腔），由于磁流變液橫向流動(dòng)方向和可控垂向磁場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直，產(chǎn)生磁流變效應(yīng)使得液體流變行為及懸置阻尼迅速改變。且由于采用了橡膠彈性體，當(dāng)隔振系統(tǒng)發(fā)生控制（器）失效或傳感器故障時(shí)，該懸置為被動(dòng)方式，保證了失效安全性。

1.2 磁流變懸置特性

在設(shè)計(jì)好該類磁流變懸置后，我們?cè)趪?guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的MTS臺(tái)架上進(jìn)行了懸置性能測(cè)試。由于磁流變懸置的剛度主要由被動(dòng)的橡膠彈性體決定，只有其阻尼是可調(diào)可控的，因此本文只研究磁流變懸置的阻尼（控制方法）。又由于動(dòng)力裝置的激勵(lì)主頻會(huì)高達(dá)近百赫茲，因此非常有必要考慮工作頻率和激勵(lì)電流等對(duì)磁流變懸置阻尼特性的影響。測(cè)試時(shí)，激勵(lì)頻率（f）取0～90 Hz，驅(qū)動(dòng)電流 （I）取0～1 A。通過對(duì)測(cè)試結(jié)果分析表明，多項(xiàng)式模型［9］可用于表述磁流變懸置的阻尼特性，見下式。

式中：CMR為阻尼；αj，βj為常系數(shù)。

實(shí)際工作中，當(dāng)磁流變懸置的活塞運(yùn)動(dòng)頻率已知時(shí)，可根據(jù)式（1）調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流，以改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，使得阻尼可控。

2 動(dòng)力裝置垂向隔振系統(tǒng)建模

對(duì)本文研究的動(dòng)力裝置，設(shè)垂向振動(dòng)是其最主要的振動(dòng)方式，橫搖（繞輸出軸）和側(cè)傾振動(dòng)非常小，其他方向的振動(dòng)可以被忽略［3，8］（如四缸發(fā)動(dòng)機(jī)）。建立了該類動(dòng)力裝置垂向隔振系統(tǒng)模型，見圖2。

圖2 動(dòng)力裝置垂向隔振系統(tǒng)Fig.2 Vertical vibration isolation system of a power plant

圖2中，動(dòng)力裝置采用4點(diǎn)懸置垂直布置方式，基座和動(dòng)力裝置均看作剛體，忽略懸置質(zhì)量。這里，認(rèn)為基座最多只可沿垂向振動(dòng)。由于動(dòng)力裝置沿垂向、橫搖和側(cè)傾的運(yùn)動(dòng)為小位移，動(dòng)力裝置質(zhì)心和四個(gè)支承點(diǎn)間的垂向位移關(guān)系為：

式中：z為動(dòng)力裝置質(zhì)心垂向位移；zei為動(dòng)力裝置四個(gè)支承點(diǎn)的垂向位移；θ，φ分別為動(dòng)力裝置橫搖、側(cè)傾的角位移；w為懸置與質(zhì)心的橫向距離；a，b分別為前、后懸置與質(zhì)心的縱向距離。當(dāng)i=1，2，3，4時(shí)，依次對(duì)應(yīng)前左、前右、后左、后右位置。

由拉格朗日方程，推出了單自由度的動(dòng)力裝置垂向隔振系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程：

式中：

式中，me為動(dòng)力裝置質(zhì)量；FT為通過4個(gè)懸置傳到基座的傳遞力總和；FI為垂向激勵(lì)力；zb為基座的垂向位移；ci，ki分別為各個(gè)懸置的阻尼系數(shù)，剛度系數(shù)；g為重力加速度。當(dāng)ci可控時(shí)，表示采用磁流變懸置，否則為采用被動(dòng)橡膠懸置。

3 垂向隔振模糊自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)

在建立動(dòng)力裝置垂向隔振動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，可以通過控制懸置系統(tǒng)的阻尼來耗散動(dòng)力裝置的振動(dòng)能量。控制目標(biāo)是在較寬頻激勵(lì)范圍內(nèi)，降低動(dòng)力裝置垂向力向基座的傳遞。這里，選用力絕對(duì)傳遞率（TF）來表征懸置系統(tǒng)的隔振效果，見下式：

由于懸置阻尼、阻尼比、激勵(lì)頻率比、力絕對(duì)傳遞率之間的關(guān)系非常復(fù)雜，這里用模糊控制研究可調(diào)阻尼的動(dòng)力裝置隔振控制問題。此外，由于動(dòng)力裝置工作過程具有不確定性等，各懸置承受的動(dòng)載在不同情況條件下具有差異，為提高模糊控制的適應(yīng)性，采用了比例因子自調(diào)整方法。

在式（3）的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種模糊自適應(yīng)（Fuzzy Adaptive Control，F(xiàn)AC）控制器，來控制磁流變懸置系統(tǒng)的阻尼，見圖3。系統(tǒng)輸入是動(dòng)力裝置激勵(lì)頻率（ω）和力絕對(duì)傳遞率（TF），輸出為懸置系統(tǒng)的阻尼 （c）。kω和kTF是模糊控制器的量化因子，kc為比例因子，它們可分別被可調(diào)參數(shù)η1和η0在線調(diào)整。

3.1 模糊控制器設(shè)計(jì)

根據(jù)單層隔振理論［3］，取TF基本論域?yàn)椋?，10］；設(shè)動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)速為700～2 400 r/min，且基座垂向擾動(dòng)的主頻為動(dòng)力裝置激勵(lì)頻率的2倍，則ω的基本論域可計(jì)算為［0，80π］rad/s；由磁流變懸置的特性測(cè)試結(jié)果，c的基本論域?yàn)椋?00，2 000］Ns/m。輸入輸出變量的模糊集合定義為{ZE，PS，PM，PB，PG}，采用三角形隸屬度函數(shù)。

圖3 動(dòng)力裝置垂向隔振模糊自適應(yīng)控制Fig.3 Fuzzy adaptive control for vertical vibration isolation of a power plant

在設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則時(shí)，對(duì)ω，TF和c的關(guān)系需要進(jìn)行綜合考慮，模糊控制思想為：懸置系統(tǒng)阻尼應(yīng)該隨激勵(lì)頻率的增加而降低；而當(dāng)力絕對(duì)傳遞率大于或接近1時(shí)，應(yīng)該采用盡可能大的阻尼抑制振動(dòng)力傳遞，而當(dāng)力絕對(duì)傳遞率小于1時(shí)，采用較小阻尼。具體的模糊規(guī)則見表1。

表1 動(dòng)力裝置垂向隔振模糊規(guī)則Tab.1 Fuzzy rules for vertical vibration isolation of a power plant

對(duì)表1的模糊規(guī)則，采用MAMDANI法［10］進(jìn)行模糊推理，得到模糊控制器輸出：

式中：μOn為各模糊子集的權(quán)重。

3.2 基于量化、比例因子自調(diào)整的自適應(yīng)算法

設(shè)TF=0是一個(gè)理想的控制目標(biāo)，量化、比例因子自調(diào)整原則如下：當(dāng)TF和ω都較大時(shí)，該調(diào)整算法最主要的任務(wù)是降低TF的實(shí)際值和理想值的偏差（這對(duì)提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)具有重要意義），因此，因子kTF和kω應(yīng)該減少，而輸出量的比例因子kc應(yīng)該放大，以增加輸出阻尼對(duì)TF的抑制作用；當(dāng)TF和ω都較小時(shí)，表明TF的實(shí)際值與理想值較接近，控制系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)階段，需要進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，即模糊控制的輸出應(yīng)該減小，因此，輸入量的量化因子kTF和kω應(yīng)該增加，而輸出量的比例因子kc應(yīng)該縮小，且可調(diào)參數(shù)（η1和η0）設(shè)置為倒數(shù)關(guān)系，即η0=1/η1，（η0，η1＞0）。

這里，仍然采用模糊推理方法來實(shí)現(xiàn)因子的自調(diào)整，自調(diào)整的輸入量同前面的垂向隔振模糊控制器，輸出量η1的模糊集合定義為{IB，IS，OK，DS，DB}，且采用三角形隸屬度函數(shù)。自調(diào)整規(guī)則見表2。

表2 因子自調(diào)整規(guī)則Tab.2 Factor self-turning rules

采用最大隸屬度法［10］進(jìn)行推理計(jì)算η1，模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)的輸入輸出因子可采用下式進(jìn)行調(diào)整。

4 垂向隔振天棚控制器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

為了對(duì)比分析垂向隔振模糊自適應(yīng)控制的效果，還可以設(shè)計(jì)另外一種控制策略。我們知道，天棚控制（Skyhook control）在抑制振動(dòng)能量上具有簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)［5］。在動(dòng)力裝置單自由度振動(dòng)方程的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種天棚控制器來調(diào)節(jié)磁流變懸置系統(tǒng)的阻尼，其主要目的是通過抑制動(dòng)力裝置的振動(dòng)來降低能量傳遞。根據(jù)天棚控制策略，各個(gè)磁流變懸置的理想阻尼為：

式中：Csi為天棚增益系數(shù)。

天棚阻尼的計(jì)算取決于（動(dòng)力裝置、基座間振動(dòng)的）相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度［5］，式（7）是一個(gè)理想的模型，在實(shí)際的動(dòng)力裝置磁流變懸置隔振中，需要對(duì)該理想控制模型進(jìn)行改進(jìn)，采用一種等效的控制方法在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)ci的控制，見下式：

式中：cM為磁流變懸置的最大可調(diào)阻尼。

最后，取ci為模糊自適應(yīng)控制器（或天棚控制器）的輸出，去控制四個(gè)磁流變懸置的可控阻尼。設(shè)各個(gè)磁流變懸置活塞運(yùn)動(dòng)的頻率（f）近似為動(dòng)力裝置最大振動(dòng)激勵(lì)主頻的N倍（N為整數(shù)），在f和ci已知的情況下，可根據(jù)式（1），反解出各磁流變懸置的驅(qū)動(dòng)電流（Ii），見式（9）。

同樣，當(dāng)i取 1，2，3，4 時(shí)，依次代表前左、前右、后左、后右位置。

5 動(dòng)力裝置隔振的臺(tái)架試驗(yàn)研究

為了驗(yàn)證基于被動(dòng)橡膠懸置系統(tǒng)和磁流變懸置系統(tǒng)的動(dòng)力裝置隔振效果，在對(duì)基于磁流變懸置的動(dòng)力裝置垂向隔振器進(jìn)行仿真優(yōu)化和參數(shù)整定后，有必要在實(shí)驗(yàn)室建立一個(gè)真實(shí)的動(dòng)力裝置隔振臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)。在這之前，已用MTS測(cè)試了動(dòng)力裝置被動(dòng)橡膠懸置（Rubber mount）的剛度和阻尼，以為設(shè)計(jì)和測(cè)試基于擠壓模式的磁流變懸置提供參考。

5.1 動(dòng)力裝置隔振測(cè)控系統(tǒng)

本文以氣缸工作順序?yàn)?-3-4-2的某型號(hào)四缸直列發(fā)動(dòng)機(jī)為代表，研究動(dòng)力裝置的垂向振動(dòng)隔離問題；采用與地面平齊的剛性大平臺(tái)為基座，用以代表運(yùn)載器機(jī)體；發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)采用如圖2所示的四點(diǎn)懸置垂向支承方式；輸出軸通過雙十字萬(wàn)向節(jié)與測(cè)功機(jī)相連。搭建了基于磁流變懸置的發(fā)動(dòng)機(jī)隔振測(cè)試和控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)包括：5只加速度傳感器、4只力傳感器、1只位于輸出軸旁的光電式轉(zhuǎn)速傳感器、1套采集控制設(shè)備，1個(gè)電壓-電流轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)器，1臺(tái)計(jì)算機(jī)和4只磁流變懸置。其中，4只加速度傳感器分別放于懸置正上方的發(fā)動(dòng)機(jī)下部位置，1只加速度傳感器放于發(fā)動(dòng)機(jī)正下方的基座上，4只力傳感器分別安裝在各懸置與基座間，電壓-電流轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)器受模糊自適應(yīng)控制器或天棚控制器的輸出電壓控制（以轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)電流去驅(qū)動(dòng)磁流變懸置），且把模糊自適應(yīng)控制和天棚控制的程序?qū)懭肟刂圃O(shè)備中，在發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下控制磁流變懸置系統(tǒng)。

測(cè)試和評(píng)價(jià)系統(tǒng)包括：上面提到的各類傳感器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（含信號(hào)處理模塊和分析軟件等）。

動(dòng)力裝置臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)主要測(cè)控部分見圖4。

5.2 隔振臺(tái)架試驗(yàn)

圖4 動(dòng)力裝置隔振臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.4 The vibration isolation test system of a power plant

由前面的理論分析知道，要完成發(fā)動(dòng)機(jī)隔振的控制和評(píng)價(jià)，需要獲取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率、發(fā)動(dòng)機(jī)垂向激勵(lì)力、發(fā)動(dòng)機(jī)四個(gè)角底部的加速度、通過各懸置的傳遞力等，這些參量可以通過測(cè)試或計(jì)算得到。實(shí)際中，可采用如下的多種方式來獲?。簩掝l激勵(lì)下發(fā)動(dòng)機(jī)的各階激勵(lì)頻率，可以用基于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)加速度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的階次分析法［8］求得，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，取最大幅值對(duì)應(yīng)的頻率為發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)主頻，并以此作為控制器輸入；此外，除了發(fā)動(dòng)機(jī)垂向激勵(lì)力無法直接測(cè)量外，上面提到的其他參數(shù)都可用相應(yīng)的傳感器直接獲??；采用間接的方式來計(jì)算出垂向激勵(lì)力（已知在試驗(yàn)臺(tái)架中，懸置與發(fā)動(dòng)機(jī)和基座間均為剛性連接）。首先，基座受到的總傳遞力（FT）為各懸置傳遞力（Fi）的總和：

其次，可以從前面的式（2）推出發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心加速度（）：

最后，根據(jù)式（3），可以推出發(fā)動(dòng)機(jī)垂向激勵(lì)力（FI）：

試驗(yàn)時(shí)，用測(cè)控裝置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)隔振系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，采樣頻率為2 000 Hz。

發(fā)動(dòng)機(jī)采用負(fù)荷特性工作方式，設(shè)怠速和最大轉(zhuǎn)速約分別為700 r/min和2 400 r/min。在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速情況下，自動(dòng)調(diào)節(jié)油門開度，在不同的扭矩及功率下進(jìn)行測(cè)試。

5.3 隔振試驗(yàn)結(jié)果分析

動(dòng)力裝置懸置隔振的效果可用力（絕對(duì)）傳遞率來評(píng)價(jià)。在試驗(yàn)中，測(cè)得振動(dòng)加速度和傳遞力后可通過式（10）～（12）來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)力進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算，再結(jié)合通過力傳感器測(cè)得的總傳遞力，從而可計(jì)算力（絕對(duì)）傳遞率。給出了激勵(lì)力、總的傳遞力的功率譜密度（PSD）見圖5、圖6。這兩幅圖分別展示發(fā)動(dòng)機(jī)在800 r/min和1 800 r/min時(shí)，采用最大扭矩輸出方式的隔振效果（激勵(lì)力、傳遞力）對(duì)比。此外，懸置系統(tǒng)隔振效果也可用力絕對(duì)傳遞率（TF）均方根值（RMS）評(píng)價(jià)。根據(jù)測(cè)試的數(shù)據(jù)，把TF的RMS值描述為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)，其效果見圖7。

圖5、圖6表明，根據(jù)式（12）計(jì)算出的發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)力，其激勵(lì)的各階主頻與實(shí)測(cè)的基座傳遞力的各階主頻是一致的，且發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)力的振幅比傳遞力的振幅要大。試驗(yàn)得到的發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)力頻率、振幅等特征與理論分析相符合［1，3］，這表明論文提出的基于牛頓力學(xué)定律的發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)力計(jì)算是有效性的，可以用于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)隔振效果的分析評(píng)價(jià)。

圖5 800 r/min時(shí)的激勵(lì)力和傳遞力Fig.5 Excitation force and transmitted force at 800 r/min

圖6 1 800 r/min時(shí)的激勵(lì)力和傳遞力Fig.6 Excitation force and transmitted force at 1 800 r/min

圖7 不同轉(zhuǎn)速下力絕對(duì)傳遞率的RMSFig.7 RMS of absolute force transmissibillity ratio at different engine speed

在圖5中，在800 r/min時(shí)，其2階激勵(lì)頻率（約27Hz）處的振動(dòng)能量在整個(gè)頻域中是最主要的，且對(duì)應(yīng)的橡膠懸置、基于天棚控制和模糊自適應(yīng)控制的磁流變懸置的力絕對(duì)傳遞率（TF）約分別為33%，28%和17%。圖6中，1 800 r/min時(shí)的測(cè)試表明，在發(fā)動(dòng)機(jī)的1、2、4、6階激勵(lì)頻率處具有明顯的振動(dòng)峰值，但2階激勵(lì)頻率（約60 Hz）處振幅最大；在60 Hz以上，橡膠懸置系統(tǒng)取得的力絕對(duì)傳遞率（TF）接近1；在60 Hz處，天棚控制取得的TF約為52%，模糊自適應(yīng)控制取得的TF約為23%。

在圖5、圖6的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的情況下，改變發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、功率進(jìn)行隔振效果測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)仍具有類似的試驗(yàn)結(jié)果，這表明影響隔振效果的最主要因素是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（激勵(lì)頻率）。

圖7表明，采用橡膠懸置的隔振系統(tǒng)，在300 r/min附近出現(xiàn)了力絕對(duì)傳遞率峰值，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率為10 Hz，可以認(rèn)為是隔振系統(tǒng)的固有頻率點(diǎn)。而在除300 r/min以外的其他轉(zhuǎn)速下，采用模糊自適應(yīng)控制或天棚控制的磁流變懸置系統(tǒng)獲得了較低的力絕對(duì)傳遞率。

圖5～7的效果對(duì)比表明，磁流變液懸置在較高轉(zhuǎn)速（如1 800 r/min）的隔振效果比較低轉(zhuǎn)速（如800 r/min）的效果差，且當(dāng)我們?cè)谠囼?yàn)中把發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高到2 400 r/min后，磁流變液懸置隔振效果下降。這說明，磁流變液懸置在動(dòng)力裝置低轉(zhuǎn)速（低頻）時(shí)隔振效果好于高轉(zhuǎn)速（高頻），其主要原因應(yīng)該是磁流變液懸置雖然阻尼可控，但在較高頻激勵(lì)下，其阻尼變化變?nèi)?，也存在液壓懸置在高激?lì)頻率下的腔內(nèi)液體“硬化”趨勢(shì)。因此，若把磁流變液懸置用于中低速動(dòng)力裝置（如船用發(fā)動(dòng)機(jī)組）隔振，可望具有良好應(yīng)用前景。

發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)表明：被動(dòng)橡膠懸置系統(tǒng)的低頻（除在10 Hz附近外）隔振性能好于高頻，磁流變懸置系統(tǒng)，其隔振能力好于橡膠懸置；同樣是采用磁流變懸置隔振，對(duì)考慮了力絕對(duì)傳遞率、激勵(lì)頻率的模糊自適應(yīng)控制，比只考慮通過抑制發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)來降低力傳遞率的天棚控制，其寬頻隔振效果更好，這說明在對(duì)復(fù)雜寬頻的動(dòng)力裝置隔振中，同時(shí)考慮不同頻率下的振動(dòng)能量傳遞關(guān)系，且引入模糊自適應(yīng)方式來提高振動(dòng)隔離效率，比只根據(jù)振動(dòng)幅度來隔振是更有效的。

6 結(jié)論

（1）在建立動(dòng)力裝置垂向隔振模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了基于磁流變懸置系統(tǒng)的垂向隔振控制器。臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明，采用不同控制方法的磁流變懸置系統(tǒng)的寬頻隔振能力優(yōu)于被動(dòng)橡膠懸置系統(tǒng)，且在低轉(zhuǎn)速工況下效果尤為明顯。這說明，基于擠壓工作模式和可控阻尼技術(shù)設(shè)計(jì)的磁流變懸置系統(tǒng)，可望為諸如發(fā)動(dòng)機(jī)類的動(dòng)力裝置在中低轉(zhuǎn)速下提供一種有效的新隔振方式。

（2）提出了一種計(jì)算動(dòng)力裝置垂向激勵(lì)力的方法，并通過臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性；兼顧力絕對(duì)傳遞率、激勵(lì)頻率的模糊自適應(yīng)控制比天棚控制具有更好的隔振能力，可在較寬頻激勵(lì)范圍內(nèi)把力絕對(duì)傳遞率抑制在低于25%，能夠更好地提高運(yùn)載器的NVH性能。

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