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        自適應(yīng)磁流變懸架半主動(dòng)控制研究

        2012-12-03 14:51:30蔣學(xué)爭胡紅生宋宏偉
        中國機(jī)械工程 2012年9期
        關(guān)鍵詞:阻尼力電磁感應(yīng)減振器

        蔣學(xué)爭 胡紅生,2 宋宏偉 王 炅

        1.南京理工大學(xué),南京,210094 2.嘉興學(xué)院,嘉興,314001

        0 引言

        磁流變液是一種在外加磁場作用下其黏性、塑性等流變特性會(huì)發(fā)生急劇變化的智能材料,其基本特征是在外加磁場作用下能瞬間(毫秒級)從自由流動(dòng)的液體轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w,呈現(xiàn)可控的屈服強(qiáng)度,而且這種變化是可逆的。磁流變減振器是以磁流變液為工作介質(zhì)的半主動(dòng)振動(dòng)控制結(jié)構(gòu),具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、阻尼力連續(xù)順逆可調(diào)以及方便與計(jì)算機(jī)控制結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)[1],因此廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)半主動(dòng)控制領(lǐng)域[2-4]。特別是在汽車振動(dòng)控制領(lǐng)域,以磁流變減振器為執(zhí)行元件的磁流變半主動(dòng)懸架系統(tǒng)已經(jīng)成為提高汽車舒適性和安全性的研究熱點(diǎn)[5-8],并且已經(jīng)有成品開始裝備到高級轎車上[9]。目前研究的磁流變半主動(dòng)懸架系統(tǒng)需要一套電源設(shè)備來給磁流變減振器活塞線圈提供電流,同時(shí)還需要一套控制系統(tǒng),以便能夠根據(jù)路面激勵(lì)和懸架響應(yīng)來實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)輸入電流的大小,從而保證磁流變減振器能夠根據(jù)外界振動(dòng)條件的變化適時(shí)地改變磁流變減振器輸出阻尼力[10],以實(shí)現(xiàn)對汽車懸架振動(dòng)的智能控制。然而在實(shí)際應(yīng)用過程中,外加的電源和控制設(shè)備會(huì)使整個(gè)控制系統(tǒng)的體積增大,重量增加,從而大大降低系統(tǒng)的可靠性,同時(shí)也會(huì)增加應(yīng)用成本,從而制約磁流變半主動(dòng)懸架技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。針對此問題,本文提出了一種無需外部電源和控制設(shè)備的新型磁流變減振器。

        1 新型磁流變減振器

        1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        本文所設(shè)計(jì)的無需外部電源和控制設(shè)備的新型磁流變減振器包括電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)和電能調(diào)理模塊,能夠?qū)⑼饨缯駝?dòng)能轉(zhuǎn)換成適合磁流變阻尼器使用的穩(wěn)壓直流電,并且收集電能的大小與外界振動(dòng)強(qiáng)弱成正比關(guān)系,從而可以在無外電流輸入的情況下根據(jù)振動(dòng)情況實(shí)時(shí)地改變減振器輸出阻尼力,實(shí)現(xiàn)對振動(dòng)的自適應(yīng)智能控制,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。它主要由磁流變減振器結(jié)構(gòu)、電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)、電能調(diào)理模塊以及相關(guān)連接件和密封件構(gòu)成。其中,電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)的定子與磁流變減振器的缸筒連接在一起,在定子凹槽內(nèi)纏繞著電磁線圈,永磁體構(gòu)成收集電能的動(dòng)子。實(shí)際工作時(shí),在外界環(huán)境振動(dòng)作用下,減振器的活塞桿在缸筒內(nèi)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)的永磁體動(dòng)子通過中間連接桿和減振器的活塞連接在一起,因此在振動(dòng)力作用下,永磁體將隨著減振器活塞桿一起運(yùn)動(dòng),在定子腔內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,這將引起定子上纏繞的電磁線圈內(nèi)部的磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。電能調(diào)理模塊將產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換成適合磁流變減振器使用的穩(wěn)壓直流電,作用到磁流變減振器的活塞線圈上,產(chǎn)生控制磁流變液的磁場。同時(shí)施加到活塞線圈上的電能與外界振動(dòng)強(qiáng)弱成正比關(guān)系,從而可以在外界振動(dòng)較強(qiáng)時(shí)輸出較大的阻尼力,增強(qiáng)振動(dòng)控制能力,實(shí)現(xiàn)對振動(dòng)的自適應(yīng)控制。

        圖1 新型磁流變減振器結(jié)構(gòu)簡圖

        在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,采取了一系列措施來提高永磁體磁場利用率和電能收集效率,以便能夠捕獲足夠的供磁流變減振器使用的電能,具體措施有:①連接固定永磁體的連接桿使用不導(dǎo)磁的材料鋁制成,這樣可以迫使磁力線向四周發(fā)散通過定子形成閉合回路,避免磁力線通過連接桿形成閉合回路,減少磁力線的泄漏;②鋁桿上相鄰永磁體的磁極化方向相反,同時(shí)永磁體之間設(shè)置一個(gè)由高磁導(dǎo)率材料制成的磁極,從而在其同極結(jié)合處,兩組磁力線因同極相斥而被密集壓縮并正交垂直地穿過空氣隙,這就可以大大地減小磁力線實(shí)際穿過的空氣隙厚度,從而增強(qiáng)發(fā)電磁場強(qiáng)度,提高產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的值;③電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)的定子內(nèi)部采用T形齒結(jié)構(gòu),可以有效地增大磁力線與定子的接觸面積,從而使更多的磁力線穿過空氣隙和定子形成閉合回路,增加發(fā)電量,提高發(fā)電效率。

        1.2 電能收集理論建模

        在振動(dòng)環(huán)境作用下,電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)的永磁體動(dòng)子在減振器活塞桿帶動(dòng)下在定子內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng),繞制在定子上的電磁線圈切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生電能,將一部分振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示,主要包括定子、永磁體、磁極、電磁線圈等。定子內(nèi)部采用T形齒結(jié)構(gòu),并且在相鄰T形齒的凹槽內(nèi)繞制有電磁線圈,這樣可以最大化地穿過磁力線,從而提高永磁體磁場的利用率,增加收集的電能。鋁桿將圓環(huán)形永磁體和磁極連接在一起構(gòu)成電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)的動(dòng)子,永磁體的磁極化方向?yàn)槠漭S向方向,并且相鄰永磁體的極化方向相反。實(shí)際實(shí)驗(yàn)器件加工時(shí),永磁體采用NdFeB35制成;定子和磁極用電磁純鐵DT4制成,因?yàn)镈T4的磁導(dǎo)率高、磁阻低,永磁體產(chǎn)生的磁力線就容易穿過磁極、氣隙和定子,形成磁力線回路,提高發(fā)電效率。根據(jù)磁路原理設(shè)計(jì)加工的電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示,可見定子內(nèi)部極靴的占空比為40%,永磁體在定子內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)有1638匝電磁線圈參與切割磁感應(yīng)線進(jìn)行發(fā)電。

        圖2 電磁感應(yīng)能量捕獲內(nèi)部結(jié)構(gòu)

        當(dāng)永磁體在定子內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),針對其中一個(gè)電磁線圈,其等效磁路模型如圖3所示,其中,F(xiàn)rem為永磁體的剩余磁動(dòng)勢;Rm為永磁體自身的磁阻;Rm′為鋁桿引起的磁漏;Rp為磁極的磁阻;Rg為氣隙的磁阻;Rc為定子的磁阻。實(shí)際加工時(shí)定子和磁極用高導(dǎo)磁材料電磁純鐵DT4制成,磁阻非常小,所以Rp和Rc可以忽略不計(jì)。同時(shí)因?yàn)椴牧箱X不導(dǎo)磁,所以鋁桿引起的磁漏非常小,Rm′也可以忽略不計(jì)。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為線圈內(nèi)磁通的變化率。所以在外界振動(dòng)作用下,電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電動(dòng)勢為

        表1 能量捕獲結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)

        式中,ψPM為永磁體的磁鏈;z為外界振動(dòng)引起的永磁體動(dòng)子與定子間的相對位移;t為運(yùn)動(dòng)時(shí)間;N 為電磁線圈的匝數(shù);Φg為定子和永磁體之間氣隙的磁通量。

        圖3 等效磁路模型

        同時(shí)由磁路原理[11]可知,定子和永磁體之間的氣隙磁通量可用下式計(jì)算:

        式中,μ0為真空磁導(dǎo)率;Brem為永磁體的剩余磁通密度;Hc為永磁體的磁矯頑力;Ag為氣隙的截面積;Am為圓環(huán)形永磁體的截面積。

        化簡式(1)和式(2)可得這個(gè)線圈切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為

        1.3 電能調(diào)理電路

        由式(4)可知,定子內(nèi)電磁線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢不是一個(gè)定值,其大小與振動(dòng)強(qiáng)弱成正比,方向隨著振動(dòng)方向的變化不斷變化。圖4為永磁體在外界振動(dòng)力作用下,沿著其軸線在定子內(nèi)部做振幅為10mm、頻率f分別為1.59Hz和4.77Hz的正弦運(yùn)動(dòng)時(shí)收集的感應(yīng)電動(dòng)勢與時(shí)間的關(guān)系圖。由圖4可知,在外界振動(dòng)作用下,電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)收集的電動(dòng)勢是大小和方向不斷變化的交流電壓,而磁流變減振器工作時(shí)需要向活塞線圈中輸入固定直流電流來產(chǎn)生控制磁流變液的電磁場,所以收集的感應(yīng)電動(dòng)勢不能直接被磁流變減振器使用。因此,需要一個(gè)電能調(diào)理模塊將電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成適合磁流變減振器使用的穩(wěn)壓直流電。

        圖4 感應(yīng)電動(dòng)勢與時(shí)間關(guān)系

        為了將電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)收集的交流電轉(zhuǎn)換成適合磁流變減振器使用的直流電,依照電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)而設(shè)計(jì)的調(diào)理電路如圖5所示。該調(diào)理電路由一個(gè)直流整流電路和一個(gè)存儲(chǔ)電容C1組成,直流整流電路用來將方向不斷變化的感應(yīng)電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換成方向不變的直流電壓,存儲(chǔ)電容用來存儲(chǔ)從直流整流電路輸出的電能,并通過電容充放電功能將其轉(zhuǎn)換成適合磁流變阻尼器使用的穩(wěn)壓直流電。為了驗(yàn)證調(diào)理電路的有效性,在電路仿真軟件PSPICE中對設(shè)計(jì)的調(diào)理電路進(jìn)行仿真研究,如圖5所示,其中,電壓輸入V1與時(shí)間的關(guān)系如圖4所示。圖5中,R1表示繞制在定子內(nèi)電磁線圈的電阻值(28.26Ω);R2表示磁流變阻尼器活塞線圈的電阻值(1.26Ω)。在交流電壓源V1的激勵(lì)下,經(jīng)過電能調(diào)理電路,R2兩端的電壓與時(shí)間關(guān)系如圖6所示。

        圖5 電磁感應(yīng)能量捕獲調(diào)理電路

        圖6 調(diào)理電路輸出電壓與時(shí)間關(guān)系

        圖6a所示為f=1.59Hz振動(dòng)條件下,經(jīng)過電能調(diào)理電路之后施加到R2兩端的電壓U2(即施加到磁流變減振器兩端的電壓)與時(shí)間的關(guān)系曲線,電壓經(jīng)過約3s的上升時(shí)間后,從第3s開始在固定值1.0V上下波動(dòng),并且波動(dòng)的幅度較小,約為0.025V,這種波動(dòng)是由存儲(chǔ)電容C1的充放電引起的。圖6b所示為f=4.77Hz振動(dòng)條件下,R2兩端的電壓U2與時(shí)間的關(guān)系曲線,同樣,電壓在3s內(nèi)從0上升到固定值3V,并在3V上下波動(dòng),此時(shí)電壓波動(dòng)幅度比f=1.59Hz振動(dòng)作用時(shí)小得多,基本上穩(wěn)定在3V。由于電壓波動(dòng)比較小,可以忽略不計(jì),因此在振幅為10mm、頻率f分別為1.59Hz和4.77Hz的振動(dòng)作用下產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢經(jīng)過電能調(diào)理電路轉(zhuǎn)換之后,可以分別在磁流變減振器活塞線圈中產(chǎn)生0.7A和2.3A左右的直流電。由此可以說明:本文設(shè)計(jì)的電能調(diào)理電路可以將電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)收集的交流電壓轉(zhuǎn)換成適合磁流變阻尼器使用的穩(wěn)壓直流電壓。

        圖7所示為振幅為10mm,不同振動(dòng)頻率下,經(jīng)電能調(diào)理電路之后R2兩端的電壓U2與時(shí)間的關(guān)系關(guān)系。由圖7可見,在相同振幅下,振動(dòng)頻率越大,R2兩端的電壓越大,施加到磁流變減振器兩端的電流越大,減振器輸出阻尼力越大。由此可以說明:本文設(shè)計(jì)的新型磁流變減振器可以根據(jù)外界振動(dòng)強(qiáng)弱實(shí)時(shí)地調(diào)整輸出阻尼力,實(shí)現(xiàn)對振動(dòng)的自適應(yīng)智能控制。

        圖7 不同振動(dòng)頻率下R2兩端的電壓

        2 自適應(yīng)磁流變懸架系統(tǒng)

        針對汽車懸架振動(dòng)控制,利用本文設(shè)計(jì)的新型磁流變減振器可以構(gòu)建無需外部電源和控制設(shè)備的汽車自適應(yīng)磁流變懸架半主動(dòng)控制系統(tǒng),如圖8所示。

        圖8 自適應(yīng)磁流變半主動(dòng)懸架1/4模型

        根據(jù)圖8所示的模型,可以建立以下動(dòng)力學(xué)方程:

        式中,F(xiàn)m、Ce分別為磁流變減振器的可調(diào)庫侖阻尼力和黏性阻尼系數(shù);ks、ku分別為懸架彈簧剛度和輪胎剛度;ms、mu分別為簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量;xr、xu、xs分別為路面位移、非簧載質(zhì)量位移和簧載質(zhì)量位移。

        針對設(shè)計(jì)的新型磁流變減振器結(jié)構(gòu)特點(diǎn),根據(jù)磁流變減振器阻尼力相關(guān)公式[12],其庫侖阻尼力和黏性阻尼系數(shù)分別可用下式計(jì)算:

        式中,Dc、dc分別為磁流變減振器活塞和活塞桿直徑;L為磁流變減振器的有效通道長度;η為磁流變液的零場黏度;h為阻尼通道間隙厚度;v為磁流變減振器活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度;τy為磁流變液的剪切屈服應(yīng)力。

        由式(6)可知,磁流變減振器的庫侖阻尼力Fm與磁流變液的剪切屈服應(yīng)力τy成正比,所以通過控制輸入到減振器活塞線圈上的電流可以實(shí)時(shí)地控制磁流變液的剪切屈服應(yīng)力τy,從而控制減振器輸出不同的阻尼力,實(shí)現(xiàn)對汽車懸架的智能控制。由上文分析可知(圖7),外界振動(dòng)越強(qiáng),電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)收集的電能越多,施加到磁流變減振器活塞線圈上的電壓越大,輸出的阻尼力也就越大,所以本文設(shè)計(jì)的自適應(yīng)磁流變減振器可以根據(jù)外界振動(dòng)的強(qiáng)弱來“自行”控制輸出阻尼力的大小,在無需外界控制設(shè)備的條件下實(shí)現(xiàn)對汽車懸架的智能控制。因此,本文構(gòu)建的自適應(yīng)磁流變懸架系統(tǒng)的控制策略是:依靠新型磁流變減振器自身對外界振動(dòng)強(qiáng)弱的“感知”能力自行調(diào)節(jié)輸出振動(dòng)控制力,當(dāng)汽車懸架振動(dòng)較強(qiáng)時(shí),減振器輸出較大的阻尼力以消耗更多的振動(dòng)能,提高汽車操作穩(wěn)定性;而當(dāng)振動(dòng)較弱時(shí),減振器輸出較小的阻尼力以提供更好的乘坐舒適性,并且無需外界電源設(shè)備,從而實(shí)現(xiàn)對汽車懸架系統(tǒng)的自適應(yīng)控制。

        3 實(shí)驗(yàn)

        為了驗(yàn)證汽車自適應(yīng)磁流變懸架半主動(dòng)控制系統(tǒng)對振動(dòng)的控制效果,在博仕樂液壓機(jī)械有限公司加工了新型磁流變減振器試件,并且在加工過程中將減振器和汽車彈簧集成在一起,以便能夠更快捷有效地搭建懸架半主動(dòng)控制系統(tǒng)。首先測試設(shè)計(jì)加工的新型磁流變減振器的自身阻尼特性,測試過程中將電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)和磁流變減振器斷開,向減振器線圈中施加大小不同的固定電流,其阻尼力曲線如圖9所示。由圖9可見,隨著外界輸入電流從0逐漸增大到1.6A,磁流變減振器輸出阻尼力峰值也由200N逐漸增大到1600N左右,這表明所設(shè)計(jì)的磁流變減振器可以達(dá)到預(yù)先設(shè)定的振動(dòng)控制目標(biāo),可以通過控制輸入電流來控制其對外輸出不同的阻尼力。

        圖9 不同電流激勵(lì)下的阻尼力

        同時(shí)測試振幅為10mm,不同振動(dòng)頻率的正弦激勵(lì)下電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)收集的電能,并與理論仿真結(jié)果進(jìn)行對比,以驗(yàn)證新型磁流變減振器的電能捕獲能力,對比結(jié)果如圖10所示。由圖10可見,隨著振動(dòng)頻率的增大,電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)收集的電壓也逐漸增大,這表明外界振動(dòng)越強(qiáng),收集的電能越多,施加到磁流變減振器上的電流也就越大,從而輸出更大的阻尼力來控制振動(dòng),即減振器輸出阻尼力受外界振動(dòng)強(qiáng)弱的控制。同時(shí)對比圖10中實(shí)驗(yàn)所得曲線和仿真曲線可見,在相同振動(dòng)條件下,實(shí)驗(yàn)測得的曲線在仿真曲線之下,實(shí)際所獲電能比理論值略小,其能量捕獲效率約為58%。經(jīng)分析,這是由于仿真過程中忽略了實(shí)際工作時(shí)永磁體向外界環(huán)境磁場泄漏,同時(shí)繞制在定子凹槽里面的線圈繞組的電阻值也比理論值稍大,以及測量誤差等原因,并不影響理論設(shè)計(jì)計(jì)算的正確性。

        在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了磁流變減振器自身特性以及電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)正確可行的情況下,在PA-20-Z型電液伺服汽車懸架實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(長春科新實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn))上對構(gòu)建的自適應(yīng)磁流變1/4懸架系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,測試振動(dòng)作用下懸架系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng),驗(yàn)證搭建的汽車自適應(yīng)磁流變懸架對振動(dòng)的控制能力。實(shí)際搭建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖11所示,自適應(yīng)磁流變減振器和彈簧集成在一起,減振器上端連接模擬汽車簧載質(zhì)量的質(zhì)量塊,下端連接在模擬汽車非簧載質(zhì)量的質(zhì)量塊上,非簧載質(zhì)量塊通過底端彈簧連接在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架激振頭上,底端彈簧用來模擬汽車輪胎。實(shí)驗(yàn)時(shí),工控機(jī)控制臺(tái)架激振頭產(chǎn)生振動(dòng),并通過模擬輪胎的底端彈簧帶動(dòng)非簧載質(zhì)量塊、磁流變減振器集成和簧載質(zhì)量塊沿著導(dǎo)軌上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),模擬汽車實(shí)際行駛時(shí)懸架的振動(dòng),并通過測量簧載質(zhì)量的加速度來衡量懸架系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)。為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理的準(zhǔn)確性,加速度傳感器選用德國Kistler公司的8932型單向壓阻式加速度傳感器,數(shù)據(jù)采集硬件選用美國國家儀器(NI)有限公司的PXI-4472B振動(dòng)采集系統(tǒng)。

        圖11 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

        實(shí)驗(yàn)時(shí)測量兩種情況下的懸架響應(yīng):第一種是OFF狀態(tài),即電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)與磁流變減振器不連接,在此條件下沒有電流輸入到磁流變減振器活塞中,磁流變減振器相當(dāng)于一個(gè)常規(guī)液壓減振器,靠自身的黏性阻尼力控制懸架振動(dòng),此時(shí)懸架系統(tǒng)相當(dāng)于目前汽車上通常配備的被動(dòng)液壓懸架系統(tǒng);第二種是ON狀態(tài),此時(shí)電磁感應(yīng)能量捕獲結(jié)構(gòu)與磁流變減振器連接,其收集的電能施加到磁流變減振器上,產(chǎn)生控制磁流變液的電磁場,控制磁流變減振器輸出不同的阻尼力。同時(shí)因?yàn)槭占碾娔芘c外界振動(dòng)強(qiáng)弱成正比關(guān)系,懸架系統(tǒng)能夠根據(jù)外界振動(dòng)激勵(lì)的強(qiáng)弱實(shí)時(shí)地改變輸出阻尼力,實(shí)現(xiàn)對汽車懸架的自適應(yīng)振動(dòng)控制。

        實(shí)驗(yàn)過程中,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工控機(jī)中輸入路譜振動(dòng)數(shù)據(jù),控制激振頭產(chǎn)生相當(dāng)于汽車以72km/h的車速行駛在路譜D級路面上時(shí)懸架所受的振動(dòng)激勵(lì),利用PXI-4472B數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別采集上述兩種條件下的簧載質(zhì)量加速度,并進(jìn)行加速度時(shí)域和頻域分析,處理后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如圖12、圖13所示。由圖12、圖13可知,在路譜波振動(dòng)作用下,與被動(dòng)懸架系統(tǒng)相比,自適應(yīng)磁流變半懸架半主動(dòng)控制系統(tǒng)有效地減小了汽車懸架簧載質(zhì)量的垂直振動(dòng)加速度,使懸架簧載質(zhì)量的垂直振動(dòng)降低了30%左右,改善了汽車行駛的平順性及乘坐的舒適性,并具有良好的魯棒性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,自適應(yīng)磁流變懸架系統(tǒng)可以很好地控制車輛懸架振動(dòng),說明利用本文設(shè)計(jì)的新型磁流變減振器構(gòu)建的自適應(yīng)磁流變半主動(dòng)懸架是可行的。

        4 結(jié)論

        圖12 被動(dòng)懸架響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        圖13 自適應(yīng)磁流變半主動(dòng)懸架響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        本文設(shè)計(jì)了一種新型磁流變減振器,可以在無需外部電源和控制設(shè)備的情況下實(shí)現(xiàn)對振動(dòng)的自適應(yīng)控制。建立了其電能收集的理論模型和電能調(diào)整電路,進(jìn)行了仿真分析,結(jié)果表明,在不同的振動(dòng)條件下,新型磁流變減振器可以根據(jù)外界振動(dòng)強(qiáng)弱程度輸出不同阻尼力,實(shí)現(xiàn)了對振動(dòng)的自適應(yīng)控制。利用新型磁流變減振器構(gòu)建了無需外部電源和控制設(shè)備的汽車自適應(yīng)磁流變半主動(dòng)懸架,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:與常規(guī)被動(dòng)液壓懸架相比,自適應(yīng)磁流變半主動(dòng)懸架明顯地抑制了汽車垂直振動(dòng),改善了汽車行駛的平順性,說明利用所設(shè)計(jì)的新型磁流變減振器對汽車懸架進(jìn)行自適應(yīng)控制是可行的。

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