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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
附 錄
附錄A外文文獻(xiàn)原文
Magnetorheological damper car.
1. Research status of magnetorheological damper
Magnetorheological fluid refers to the additional magnetic field,under the action of rheological materials performance changes took place in the liq- uid.Will magnetorheological fluid into the magnetic fluid damper,though the control of magnetic field intensitymcan realize continuous magnetorhological damper,adjustable steplessly.Magnetorhelolgical damper usually adopts piston cylinder structure ,the pathway of MPF damper is on the piston or separate bypass,in the path of MRF,according to the structure of magnetic field can be divided into a bar and a single piston cylinder structure of dual pole.
Magnetorheological damper can produce bigger,and according to the damping force of the external environment different easy adjustment magnetic field intensity,the change of shock absorber system to reduce vibration damping, achieve the goal.In the development of MFR devices and Lord,the Unites States and Delphi corporation in automobile damping application research holds June In 1995,the Lord of the fifth international electorheological fluids,and r- elated technologies of MRF,demonstrates a large trucks for semi-active sus- pension seat vibration isolation system p.Lord company recently issued a s- uitable automobile suspension of magnetorhological damper and Rheonetie series of current controller RD.3002.American Delphi company has developed magnet- orheological fluid using semi-active suspension system MagneRide team move suspension system applied in Seville Cadillac STS high-grade car,the suspe- nsion system can be changed according to the driving conditions.University ofVirginia utilization of magnetorhological damper Lord company in Volvo truck Fururecar heavy suspension frame for the cars on experiment,made the obvious eggect of vibration reduction.University ofMaryland and development of auto- motive air compensation structure air compensation structure of magnetorhe- ological damper.The damper adopts flow mode,simple stucture,the damping force change range is 250-1500N.Bok.CHOi Seung Korean coach suspension system is developed magnetorheological damper,dual cylinder structure,damping cylinder located at work channels in damper was design of PID controller.Laboratory tests show that:the use of magnetorheological damper can greatly improve the traffic safety and comfort.Ford motor company BASF,Germany,etc have invested heavily rd magnetorheological fluid and related componets.
In the application of magnetoreohological damper is doing a lot of res- earch.Chongqing university of magnetorheological damper Liao Changrong as the design and control methods are studied,Chenjian of Shanghai jiaotong univer- sity for vehicle damping,the design of nanjing university of aeronautics Guo DALEI of magenorthological damper such vehicles in the semi-active control are studied,jingsu university on the adjustable jd.liu semi-active suspension d- amper control methods are studied,etc,damping design and control research has become hot.
2.Semi-active suspension control strategy and research status.
Most current semi-active suspension system is to shock absorber real-time control of damping and adjust,its essence is measured by real-time sensor of vehicles running environment and body state,the data to microprocesser control algorithm is calculated according to the optimal damper,and then control re- gulation,shock absorhers damping force to achieve the ideal damping force, imporve the performance of the suspension,one of the key technologies is to control strategy.In the semi-active suspension of 30 years,and veicle engi- neering half-anf-half active suspension control strategy for a lot of resea- rch,the representative of control method can be summarized as follows:
(1) The optimal control strategy.
The optimal control is simply stated in the given conditions and evaluation function for the performance of the system ,the index optimal control laws.Its theoretical basis is linear optimal control theory,though the establishment of the state equation is proposed control system,target and weighting coeff- icients in the application of target set by the control theory of optimal control law to achieve optimal control.
(2) Predictive control.
Predictive control refers to the road ahead through the sensor will su- spension devices to information in advance,the parameters adjustment and the actual demand synchronization and reflect the real situation in the road..
附錄B外文文獻(xiàn)翻譯
汽車磁流變減振器
1.磁流變減振器的研究狀況
磁流變液體是指在外加磁場(chǎng)的作用下，磁流變材料性能發(fā)生急劇變化的液體。將磁流變液體裝入磁流變減振器，通過(guò)控制磁場(chǎng)強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)磁流變減振器的連續(xù)、無(wú)級(jí)可調(diào)。磁流變減振器通常采用活塞缸結(jié)構(gòu)，磁流變液的通路由位于活塞上的阻尼孔或單獨(dú)的旁通構(gòu)成，在磁流變液的通路上施加磁場(chǎng)，按結(jié)構(gòu)可分為單出桿和雙出桿活塞缸結(jié)構(gòu)。
磁流變減振器能夠產(chǎn)生較大的阻尼力，而且根據(jù)外部的環(huán)境不同很容易調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度，改變減振器系統(tǒng)的阻尼，達(dá)到主動(dòng)減振的目的。在磁流變液和器件開(kāi)發(fā)方面，美國(guó)福特公司和Delphi公司都致力于汽車磁流變減振器的應(yīng)用研究，福特公司早在1995年得第五屆國(guó)際電流變液、磁流變液及相關(guān)技術(shù)研討會(huì)上，展示可一種用于大型載重汽車座椅半主動(dòng)懸架減振系統(tǒng)。福特公司最近開(kāi)發(fā)了適用于汽車懸架的Rheonetie系列磁流變減振器和電流變控制器RD。3002.美國(guó)Delphi公司已經(jīng)利用磁流變液開(kāi)發(fā)出半主動(dòng)懸架系統(tǒng)MagneRide3,被評(píng)為1999年世界一百項(xiàng)重大發(fā)明之一，2002年，MagnenRide把半主動(dòng)懸架系統(tǒng)應(yīng)用在Cadillac高檔車上，此懸架系統(tǒng)能根據(jù)行駛情況自動(dòng)改變阻尼。維吉尼亞大學(xué)利用福特公司的磁流變減振器分別在Volvo 重型卡車和轎車的懸架上進(jìn)行裝車試驗(yàn)，取得了明顯的減振效果。美國(guó)馬里蘭大學(xué)也開(kāi)發(fā)了充氣補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的汽車磁流變減振器。該減振器采用流動(dòng)模式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)答，阻尼力變化范圍在250-1500N。韓國(guó)Seung.Bok Choi 開(kāi)發(fā)了客車懸架系統(tǒng)氣體補(bǔ)償器，雙筒結(jié)構(gòu)，阻尼通道位于工作缸兩端，在阻尼器設(shè)計(jì)膜片隔離氣體補(bǔ)償器，并設(shè)計(jì)了基于天棚阻尼的PID控制器。試驗(yàn)測(cè)試證明：利用磁流變減振器可以大幅度提高車輛的安全性和舒適性。福特公司、德國(guó)BASF等也紛紛投入資金研發(fā)磁流變液和想過(guò)器件。
我國(guó)對(duì)磁流變減振器的應(yīng)用也做了大量的研究。重慶大學(xué)的廖昌榮等對(duì)磁流變減振器的設(shè)計(jì)和控制方法進(jìn)行了研究，上海交通大學(xué)的陳吉安對(duì)用于車輛的磁流變減振器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，南京航天航空大學(xué)的郭大雷等對(duì)磁流變減振器在車輛上的半主動(dòng)控制進(jìn)行了研究，江蘇大學(xué)的陳龍等對(duì)可調(diào)阻尼不主動(dòng)懸架的控制方法進(jìn)行了研究等等，目前磁流變減振器的設(shè)計(jì)及控制研究已經(jīng)逐漸成為熱點(diǎn)。
2車輛半主動(dòng)懸架的控制策略及研究現(xiàn)狀
目前大多數(shù)半主動(dòng)懸架系統(tǒng)勢(shì)對(duì)減振器的阻尼進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)，其本質(zhì)就是通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量車輛的運(yùn)行環(huán)境和車聲狀態(tài)，把數(shù)據(jù)傳給微處理器，根據(jù)控制算法計(jì)算出當(dāng)前的最佳阻尼力，并根據(jù)此控制調(diào)節(jié)減振器阻尼力，使之達(dá)到理想阻尼力，改善懸架性能，其關(guān)鍵技術(shù)之一是控制策略。在半主動(dòng)懸架提出30多年時(shí)間里，國(guó)內(nèi)外車輛工程界對(duì)半主動(dòng)懸架的控制策略進(jìn)行了很多研究，具有代表性的控制方法可以歸納如下：
（1）最優(yōu)控制策略
最優(yōu)控制簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在給定的限制條件和評(píng)價(jià)函數(shù)下，尋找使系統(tǒng)性能指標(biāo)最優(yōu)的控制規(guī)律。其理論基礎(chǔ)是線性最優(yōu)控制理論，通過(guò)建立系統(tǒng)的狀態(tài)方程提出控制目標(biāo)和加權(quán)系數(shù)，在應(yīng)用控制理論所設(shè)目標(biāo)下的最優(yōu)控制規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。
（2）預(yù)測(cè)控制
預(yù)測(cè)控制是指通過(guò)傳感器將車輛前方路面信息預(yù)先傳給懸架裝置，使參數(shù)的調(diào)節(jié)與實(shí)際需求同步。這個(gè)理論的關(guān)鍵技術(shù)是要獲得具有一定精度、不受干擾和反應(yīng)路面真實(shí)情況的信息。
7
SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
學(xué)生姓名
潘鵬山
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程07-11班
指導(dǎo)教師姓名
安永東
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
磁流變式汽車減振器設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義
分析磁流變減振器的工作模式，結(jié)合現(xiàn)有汽車液壓筒式減振器的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，對(duì)磁流變減振器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)磁流變減振器的磁路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法）
（一）主要設(shè)計(jì)內(nèi)容
磁流變減振器的磁路設(shè)計(jì)；減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；對(duì)減振器的性能進(jìn)行分析。
（二）主要技術(shù)指標(biāo)、要求
零場(chǎng)粘度低，在相同剪切屈服應(yīng)力的條件下，使磁流變的阻尼器調(diào)節(jié)范圍更大；.在外加磁場(chǎng)作用下，磁流變體的剪切屈服強(qiáng)度至少達(dá)30-50kpa；在相當(dāng)寬的溫度范圍(-40--100'C)具有良好的穩(wěn)定性；磁流變響應(yīng)時(shí)間短(毫秒級(jí))，使磁流變阻尼器能跟上控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度；
三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果
1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，1.5萬(wàn)字以上；
2、磁流變減振器裝配圖一張、零件圖若干張，折合三張A0圖紙。對(duì)所設(shè)計(jì)的磁流變減振器進(jìn)行性能仿真，分析仿真結(jié)果，小論文一篇。
四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排
1、進(jìn)行文獻(xiàn)檢索查，查看相關(guān)資料，對(duì)課題的基本內(nèi)容有一定的認(rèn)識(shí)和了解。完成開(kāi)題報(bào)告。第1-2周（2月28日～3月11日）
2、初步確定設(shè)計(jì)的總體方案，討論確定方案；對(duì)磁流變減振器進(jìn)行初步設(shè)計(jì)和選取。第3-6周（3月14日～4月8日）
3、提交設(shè)計(jì)草稿，進(jìn)行討論，修定。第7周（4月11日～4月15日）
4、詳細(xì)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，設(shè)計(jì)非標(biāo)件，繪制減振器裝配圖及零件圖。第8-12周（4月18日～5月20日）
5、提交正式設(shè)計(jì)，教師審核。第13-14周（5月23日～6月3日）
6、按照審核意見(jiàn)進(jìn)行修改。第15周（6月6日～6月10日）
7、整理所有材料，裝訂成冊(cè)，準(zhǔn)備答辯。第16周（6月13日～6月17日）
五、主要參考資料
[1] 賀建民等，磁流變減振器的分析與設(shè)計(jì)，第五屆全國(guó)磁流變液及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議，2008.10
[2] 徐偉，汽車懸架阻尼匹配研究機(jī)減振器設(shè)計(jì)，農(nóng)也裝備與車輛工程，2009.6
[3] 李連進(jìn)，磁流變阻尼器的參數(shù)優(yōu)化與特征仿真，蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006.4
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
磁流變減振器基于Matlab的仿真分析
潘鵬山
摘要：基于磁流變減振器在汽車懸架減振系統(tǒng)半主動(dòng)控制中的廣泛應(yīng)用，根據(jù)磁流變液的特點(diǎn)和磁流變減振器阻尼力與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，設(shè)計(jì)了新型的磁流變減振器，并對(duì)影響磁流變減振器性能的參數(shù)進(jìn)行了仿真。仿真表明，該磁流變減振器設(shè)計(jì)計(jì)算是一種能優(yōu)化阻尼力的有效算法。
關(guān)鍵詞：磁流變減振器；半主動(dòng)控制；磁流變液
1.1減振器的阻尼力計(jì)算模型
本文選用剪切閥式磁流變阻尼器工作模式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，必須明確該工作模式磁流變液的流變方程，繼而推導(dǎo)出磁流變阻尼力的計(jì)算模型，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的依據(jù)所在?；诩羟虚y式磁流變阻尼器的阻尼通道的寬度遠(yuǎn)大于其阻尼間隙，因而可簡(jiǎn)化成磁流變液在兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)平板之間的運(yùn)動(dòng)。為了簡(jiǎn)化分析，工作于剪切閥式的磁流變阻尼力可以看成是在閥式工作模式下的阻尼力和剪切工作模式下阻尼力的疊加。
在外加磁場(chǎng)作用下，磁流變液表現(xiàn)Bingham流體，其磁流變液在平板的流動(dòng)和速度分布如圖1.1所示，其本構(gòu)關(guān)系可用下列方程描述：
（1.1）
（1.2）
圖1.1 磁流變液在平板中的流動(dòng)和速度分布
在閥式工作模式下磁流變液的速度分布如圖1.1所示。假設(shè)磁流變液的體積流速Q(mào)在x方向上一維流動(dòng)，在y方向上不流動(dòng)。設(shè)兩平板之間的間隙為h，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度為b，由流體力學(xué)可得下列微分方程：
（1.3）
式中u、v分別是磁流變液在x、y方向上的流動(dòng)速度；是磁流變液在x方向的壓力梯度，為了簡(jiǎn)化將壓力梯度是為x方向線性變化=，l是阻尼通道的長(zhǎng)度；是阻尼通道兩端的壓力差；是磁流變液的密度；t是時(shí)間變量；由于流動(dòng)速度低，可不計(jì)慣性效應(yīng)，；令沿x的剪切應(yīng)力，由于磁流變流動(dòng)的連續(xù)性，沿x方向的速度不變即則方程（1.3）簡(jiǎn)化為：
（1.4）
對(duì)其積分可得：
（1.5）
D是待定的積分常數(shù)。
由公式（1.4）可知，磁流變液受到的剪切應(yīng)力沿平板間隙是按線性分布的，靠近平板的磁流變液受到的剪切力最大，而中間對(duì)稱面上的磁流變液受到的剪切應(yīng)力最小，根據(jù)極板兩端壓差產(chǎn)生的剪切應(yīng)力與極板附近磁流變液的臨界剪切屈服應(yīng)力比較，當(dāng)前者小于后者磁流變液靜止不動(dòng)；當(dāng)前者大于后者將產(chǎn)生如圖1.1所示的流體狀態(tài)，即靠近平板處得磁流變液流動(dòng)；而中間對(duì)稱區(qū)間的磁流變液不流動(dòng)?？蓪⒋藭r(shí)的磁流變液的流動(dòng)分為屈服流動(dòng)，剛性流動(dòng)，屈服流動(dòng)三個(gè)區(qū)域。
區(qū)域?：屈服流動(dòng) 剪切應(yīng)變率，由公式（1.1）可得：
（1.6）
將公式（1-6）代入公式（1.5）中，并注意u（0）=0，求解微分方程如下：
（1.7）
（1.8）
（1.9）
區(qū)域?：剛性流動(dòng)，剪切應(yīng)變率，同理可得：
（1.10）
區(qū)域?：屈服流動(dòng)，剪切應(yīng)變率
（1.11）
將公式（1.11）代入公式（1.5），已知u(h)=0，，求解微分方程得：
（1.12）
（1.13）
由公式和（1.8）公式（1.13）相減可得剛性流動(dòng)區(qū)得厚度為
（1.14）
由于存在，由公式（1.9）和公式（1.13）可得
（1.15）
（1.16）
由公式（1.14）和公式（1.16）可得：
； （1.17）
流經(jīng)平板間隙的磁流變液的體積流量Q可有下列得到：
（1.18）
代入化簡(jiǎn)可得
（1.19）
經(jīng)進(jìn)一步化簡(jiǎn)可得壓差近似公式：
（1.20）
考慮到阻尼器的實(shí)際阻尼通道為環(huán)形通道，流動(dòng)模式下的阻尼力可以表示為：
(1.21)
式中為活塞受壓的有效面積。
在移動(dòng)平板的影響下，磁流變液發(fā)生屈服流動(dòng)，剪切模式下磁流變液的速度分布如圖1.2所示。剪切應(yīng)變率，則由公式（1.1），剪切應(yīng)力可表示為：
(1.22)
假如磁流變液的速度是沿y方向分布如圖1.2所示，即
圖1.2 剪切模式下磁流變液的速度分布
剪切模式下的阻尼力：
(1.23)
混合工作模式的阻尼力可視為流動(dòng)模式、剪切模式兩種工作模式下的阻尼力的疊加。即，由于符號(hào)的正負(fù)只反映活塞運(yùn)動(dòng)的方向，因此，整理上式得：
(1.24)
式中參數(shù)c變化范圍2-3，本文c=2，因此剪切閥式磁流變阻尼器阻尼力為：
(1.25)
；
公式可以改為：
(1.26)
(1.27)
(1.28)
式中粘滯阻尼力系數(shù)：；庫(kù)倫阻尼力：；為磁流變阻尼器活塞運(yùn)動(dòng)速度；sgn為符號(hào)函數(shù)；為30-50K
從上式可以看出磁流變阻尼器的阻尼力由兩部分組成，一部分由液體流動(dòng)時(shí)液體粘性產(chǎn)生的粘滯阻尼力，而另一部分由磁流變效應(yīng)產(chǎn)生的庫(kù)倫阻尼力組成。
1.2磁流變減振器的仿真分析
磁流變減振器的數(shù)學(xué)模型采用公式1.25，建立磁流變減振器的仿真模型如圖1.3所示。
圖1.3 仿真模型
圖1.4Matlab 仿真圖
由公式（1.25）作為數(shù)學(xué)模型可進(jìn)行計(jì)算。
F=（）+
（）
=1504.5+2108
上式的計(jì)算結(jié)果是在阻尼間隙為0.6mm是計(jì)算而得。在不同的速度下可計(jì)算出不同的磁流變阻尼力的值。
圖1.4是磁流變減振器的間隙在0.6mm時(shí)，各個(gè)速度下阻尼力的大小。從圖中可以看出磁流變減振器的阻尼力隨速度的增大而增大。這符合磁流變減振器對(duì)阻尼力的要求。
如上變化可繪制在不同的間隙和不同的速度下，阻尼力的變化關(guān)系，表1.1就是磁流變減振器在不同縫隙和不同速度下的阻尼力大小。
表1.1 磁流變減振器的阻尼力隨縫隙和速度的變化關(guān)系
縫隙mm
速度
0.4
0.5
0.7
0.9
1
0.5
2709.8
2860.25
3161.15
3462.05
3612.5
0.8
1455.12
1491.9
1565.46
1639.02
1675.8
1.0
983.4
1002.25
1039.95
1077.65
1096.5
1.5
810.48
816.1
827.34
838.58
844.2
2.0
597.56
599.95
604.73
609.51
611.9
由上表中可以看出，隨之縫隙的增加，在一定的速度下，阻尼力是隨之縫隙的增加而減小的，在一定的縫隙大小的情況下，隨著速的增加，阻尼力是增大的，這與汽車實(shí)際的行駛情況是一致的。
1.3總結(jié)
本章是對(duì)磁流變阻尼器的仿真，在仿真的過(guò)程中，首先要建立磁流變減振器的數(shù)學(xué)模型，因?yàn)橹挥薪⒘舜帕髯儨p振器的數(shù)學(xué)模型，才能為下一步的建立仿真打下基礎(chǔ)。仿真運(yùn)用的軟件為Matlsb軟件，在建立了模塊后，輸入不同頻率和電流來(lái)找到最大的阻尼力。并分析了影響減振器阻尼力大小的速度和電流的因素。得出了減振器的阻尼力與電流和頻率的關(guān)系。
參考文獻(xiàn)：
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
設(shè)計(jì)（論文）題目: 磁流變式汽車減振器設(shè)計(jì)
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 車輛工程
學(xué) 生 姓 名: 潘鵬山
導(dǎo) 師 姓 名: 安永東
開(kāi) 題 時(shí) 間: 2011.2.28
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
潘鵬山
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程07-11班
指導(dǎo)教師姓名
安永東
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是√否
題目名稱
磁流變式汽車減振器的設(shè)計(jì)
一、 課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
（1）課題研究現(xiàn)狀
磁流變阻尼器因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、響應(yīng)速度快、消耗功率小、抗污染能力強(qiáng)和輸出力大、阻尼力連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，它利用了磁流變液在磁場(chǎng)作用下能在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)從牛頓流體轉(zhuǎn)變成具有一定屈服強(qiáng)度的黏塑性體的智能特性，僅需要很小的能量輸入就能產(chǎn)生較大的阻尼力，尤其適合在土木結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)抗震中應(yīng)用。在汽車、機(jī)械、土木建筑等的振動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。現(xiàn)有的磁流變阻尼器的工作模式有閥式、剪切式、擠壓式、剪切閥式。磁流變阻尼器已成為汽車半主動(dòng)懸架系統(tǒng)中的研究熱點(diǎn)。
近幾年，對(duì)于磁流變阻尼器研究主要關(guān)于兩個(gè)方面，對(duì)磁流變阻尼器優(yōu)化方面的研究和對(duì)磁流變阻尼器控制策略的研究。
對(duì)于磁流變阻尼器研究關(guān)于優(yōu)化方面的內(nèi)容主要集中于結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化以及磁路優(yōu)化等方面?，F(xiàn)在就這兩方面內(nèi)容對(duì)其進(jìn)行介紹。
1）磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化
為了提高磁流變阻尼器的可調(diào)范圍和可控力值，需要對(duì)磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以使其阻尼性能達(dá)到最佳。在早期的磁流變阻尼器的研究中，主要對(duì)單一目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以得到最佳的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸，如間隙大小，有效長(zhǎng)度及線圈匝數(shù)等。
西北工業(yè)大學(xué)的鄧長(zhǎng)華等人對(duì)雙出桿磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，其僅選擇可調(diào)范圍作為目標(biāo)函數(shù)，利用MATLAB優(yōu)化出線圈匝數(shù)、阻尼通道厚度以及阻尼通道長(zhǎng)度。
西安交通大學(xué)的吳龍等人從磁流變阻尼器設(shè)計(jì)原理入手，采用Bingham軸對(duì)稱理論模型對(duì)小型單出桿式磁流變阻尼器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化研究。其選取推導(dǎo)出的有效長(zhǎng)度公式為目標(biāo)函數(shù)，利用MATLAB優(yōu)化工具箱進(jìn)行優(yōu)化，確定相關(guān)參數(shù)值代回原阻尼力及可調(diào)范圍公式反復(fù)比對(duì)，已達(dá)到最佳效果。
對(duì)于阻尼力或可調(diào)范圍的這種單目標(biāo)優(yōu)化，涉及到的設(shè)計(jì)參數(shù)比較少，在計(jì)算過(guò)程上僅從磁學(xué)角度考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)阻尼力的影響，優(yōu)化的效果上講，具有一定的局限性。近幾年的結(jié)果優(yōu)化中出現(xiàn)了一些針對(duì)阻尼力和可調(diào)范圍等從力學(xué)和磁學(xué)雙重角度考慮的多目標(biāo)優(yōu)化方法。
比較早的是煙臺(tái)大學(xué)的陳義寶等人采用灰色系統(tǒng)理論的關(guān)聯(lián)度計(jì)算方法，對(duì)磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其選定阻尼力可調(diào)范圍、粘性阻尼力和可調(diào)阻尼力作為優(yōu)化目標(biāo)，利用優(yōu)化軟件庫(kù)OPB2對(duì)設(shè)計(jì)主要參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)的關(guān)新春等人以阻尼力和可調(diào)信數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)，以磁流變阻尼器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)為變量，；利用多目標(biāo)遺傳算法，在優(yōu)化軟件modeFRONTIER中對(duì)磁流變阻尼器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和分析。以及南京理工大學(xué)的張莉等人，安徽科技學(xué)院的易勇等人運(yùn)用相應(yīng)的軟件工具和方法，對(duì)磁流變阻尼器進(jìn)行了相應(yīng)的多目標(biāo)優(yōu)化方面的研究。
2）磁流變阻尼器磁路優(yōu)化
磁流變阻尼器設(shè)計(jì)磁路的目的是將磁通量引導(dǎo)并集中到環(huán)形間隙中的活性磁流變液區(qū)，最大限度地降低磁芯材料及非工作磁流變液區(qū)中的能量損失，保證足夠的橫截面積降低磁芯材料中的磁阻。在磁路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，所得到的結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)果是多樣化的，而且每種結(jié)果使磁流變減振器發(fā)揮的效能并不一樣，所以必須對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使磁路系統(tǒng)發(fā)揮最佳的功能。目前，多數(shù)采用ANSYS有限元軟件進(jìn)行分析，得到優(yōu)化前后的磁感應(yīng)強(qiáng)度圖，優(yōu)化后的磁路系統(tǒng)在阻尼環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度基本都垂直于磁流變液流動(dòng)的方向，有效地減少漏磁，提高了磁場(chǎng)利用率。除此之外，西安石油大學(xué)的王治國(guó)等人用正交試驗(yàn)方法對(duì)磁流變阻尼磁路進(jìn)行了優(yōu)化方面的研究，重慶工學(xué)院的富麗娟等人對(duì)電控信號(hào)變化的響應(yīng)快、控制范圍大為設(shè)計(jì)目標(biāo)用最小二乘法對(duì)磁流變阻尼器磁路進(jìn)行了優(yōu)化方面的研究等等。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用控制理論提供的方法在汽車半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)的研究反面做了大量的研究工作。汽車半主動(dòng)懸架是一個(gè)非線性系統(tǒng)，動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)具有不確定性，考慮到半主動(dòng)懸架控制的實(shí)時(shí)性，提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間是非常關(guān)鍵的，不宜采用過(guò)于復(fù)雜的算法。目前，在汽車半主動(dòng)懸架中應(yīng)用的懸架主要有以下幾種：
1）天棚阻尼控制方法
天棚阻尼控制方法是1974年由美國(guó)Karnopp教授提出的一種半主動(dòng)懸架基本控制方法。該方法的原理是在車身上施加一個(gè)正比于車身絕對(duì)速度的阻尼力，通過(guò)合理選擇相關(guān)參數(shù)，可徹底清除系統(tǒng)共振現(xiàn)象。天棚阻尼控制法簡(jiǎn)單、易行，但由于粘度特性的限制，理想的天棚控制效果是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，且阻尼系數(shù)的頻繁、小連續(xù)切換要求阻尼器具有較寬的頻率。
2）自適應(yīng)控制方法
自適應(yīng)控制研究始于80年代初，由于車輛懸架模型有誤差，存在非線性和受控車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)變化，許多學(xué)者認(rèn)識(shí)到自適應(yīng)控制的必要性?；诰€性時(shí)不變控制方法能使系統(tǒng)當(dāng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，其性能趨于理性的系統(tǒng)。它主要用于受控對(duì)象及其參數(shù)存在嚴(yán)重不確定性的情況。
3）最優(yōu)控制方法
最優(yōu)控制是半主動(dòng)懸架控制中應(yīng)用比較廣泛的一種方法。通過(guò)建立半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的狀態(tài)方程，考慮不同的性能指標(biāo)并提出控制目標(biāo)函數(shù)，來(lái)分析當(dāng)汽車受到路面隨機(jī)激勵(lì)時(shí)，半主動(dòng)懸架性能指標(biāo)的最優(yōu)控制方案。應(yīng)用于車輛懸架系統(tǒng)的最優(yōu)控制可以分為線性最優(yōu)控制，最優(yōu)預(yù)報(bào)控制等等。
4)智能控制方法
智能控制是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，善于解決那些傳統(tǒng)方法難解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問(wèn)題，并具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力、學(xué)習(xí)能力、自適應(yīng)能力和自組織能力，是一類無(wú)需人為干預(yù)就能獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器，實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制。它研究的對(duì)象不是被控對(duì)象而是控制器本身。智能控制主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及遺傳算法控制等。
（2）選題目的和意義
汽車在行駛過(guò)程中，由于路面的不平坦，導(dǎo)致作用于車輪上的垂直反力、縱向反力和側(cè)向反力起伏波動(dòng)，通過(guò)懸架傳遞到車身，從而產(chǎn)生振動(dòng)與沖擊。這些振動(dòng)與沖擊傳到車架與車身時(shí)可能引起汽車機(jī)件的早期損壞，傳給乘員和貨物時(shí)，將使乘員感到極不舒適，貨物也可能受損傷，嚴(yán)重影響車輛的平順性和操縱穩(wěn)定性以及車輛零部件的疲勞壽命。為了緩解沖擊，在汽車懸架中裝有彈性元件，但彈性系統(tǒng)在沖擊時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒適和疲勞，因此汽車懸架中裝有阻尼器。
傳統(tǒng)被動(dòng)懸架不能適應(yīng)復(fù)雜的道路激勵(lì)和不斷變化的行駛工況，因此開(kāi)發(fā)一種能夠根據(jù)路面情況和車輛運(yùn)行狀態(tài)的變化、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)其特性，既能保證汽車的操縱穩(wěn)定性，又能使汽車的乘坐舒適性達(dá)到最佳狀態(tài)的智能懸架系統(tǒng)勢(shì)在必行。今年來(lái)，半主動(dòng)懸架系統(tǒng)，能夠大幅度提高車輛的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性，非常適合用于車輛懸架系統(tǒng)的特點(diǎn)，使對(duì)它的研究有了較大發(fā)展。
磁流變阻尼器作為半主動(dòng)懸架的執(zhí)行元件，以磁流變液為介質(zhì)，通過(guò)對(duì)輸入電流的控制，使其外加磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，進(jìn)而可在毫秒級(jí)使磁流變液的磁流性能發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)流體和半固體之間的轉(zhuǎn)變，從而能夠提供可控阻尼力，因此，對(duì)雙筒式磁流變阻尼器的設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論研究十分的必要。
分析磁流變減振器的工作模式，結(jié)合現(xiàn)有汽車液壓筒式減振器的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，對(duì)磁流變減振器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)磁流變減振器的磁路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
1、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容
（1）磁流變減振器的磁路設(shè)計(jì)；
（2）減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
（3）對(duì)減振器的性能進(jìn)行分析，磁流變減振器進(jìn)行性能仿真，分析仿真結(jié)果。
2、擬解決的主要問(wèn)題
（1）設(shè)計(jì)是在利用簡(jiǎn)化模型設(shè)計(jì)出磁路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)減振器進(jìn)行磁飽和分析。
（2）確定減振器幾個(gè)主要結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)磁飽和現(xiàn)象的影響，在此基礎(chǔ)上對(duì)磁路結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，以避免磁飽和現(xiàn)象過(guò)早發(fā)生，提高減振器的阻尼力可調(diào)范圍。
（3）磁流變減振器結(jié)構(gòu)材料的選擇。
（4）磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)范圍的確定。
（5）阻尼間隙的選取對(duì)減振器性能的影響，阻尼通道有效長(zhǎng)度的選取對(duì)減振器性能的影響。
調(diào)查研究
三、技術(shù)路線（研究方法）
減振器工作要求、主要技術(shù)指標(biāo)的分析
數(shù)據(jù)計(jì)算、分析、處理
磁流變減振器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、磁路設(shè)計(jì)
基于Bingham模型的平板結(jié)構(gòu)模型
工作缸外徑、內(nèi)徑以及活塞桿直徑基本尺寸確定。阻尼間隙、活塞有效長(zhǎng)度、線圈匝數(shù)確定
磁流變減振器性能進(jìn)行性能優(yōu)化仿真
一定振幅和頻率正弦激勵(lì)下的阻尼力-位移曲線、阻尼力-速度曲線
確定最終設(shè)計(jì)結(jié)果
四、進(jìn)度安排
1、進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，查看相關(guān)資料，對(duì)課題的基本內(nèi)容有一定的認(rèn)識(shí)了解。完成開(kāi)題報(bào)告。第1-2周（2月28日—3月11日）
2、初步確定設(shè)計(jì)的總體方案，討論確定方案；對(duì)磁流變減振器進(jìn)行初步設(shè)計(jì)和選取。第3-6周（3月14日—4月8日）
3、提交設(shè)計(jì)草稿，進(jìn)行討論，修正。第7周（4月11日—4月15日）
4、詳細(xì)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，設(shè)計(jì)非標(biāo)件，繪制減振器裝配圖及零件圖。第8-12周（4月18日—5月20日）
5、提交正式設(shè)計(jì)，教師審核。第13-14周（5月23日—6月3日）
6、按照審核意見(jiàn)進(jìn)行修改。第15周（6月6日—6月10日）
7、整理所有材料，裝訂成冊(cè)，準(zhǔn)備答辯。第16周（6月13日—6月17日）
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日