電流變液體減振器及其阻尼介質(zhì)特性研究.pdf

1、電流變技術(shù)是一門研究電流變效應(yīng)及其工程應(yīng)用的技術(shù)。電流變效應(yīng)是指某種特殊流體在電場作用下，其流變特性發(fā)生變化的效應(yīng)。通常是指電流變流體在外加電場作用下其流動(dòng)阻力，抗剪切能力增加的效應(yīng)。這種流變特性的變化具有時(shí)間響應(yīng)快、變化可逆、變化范圍大、可連續(xù)控制等特點(diǎn)，控制外加電場強(qiáng)度可以方便地控制電流變流體的力學(xué)參數(shù)。它在工程應(yīng)用領(lǐng)域存在巨大的潛力。結(jié)合科研題目，本論文以電流變液體減振器及其阻尼介質(zhì)特性為研究重點(diǎn)，在以下方面進(jìn)行了深入的研究并取得

2、了重要的成果： 1.在分析筒式電流變液體減振器內(nèi)部電流變閥中流體的流動(dòng)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用流變力學(xué)理論和液壓理論，推導(dǎo)出筒式電流變液體減振器阻尼力與振動(dòng)速度、外加電場強(qiáng)度之間的數(shù)學(xué)模型。該模型為筒式電流變液體減振器的設(shè)計(jì)以及分析減振器的速度特性提供了非常有價(jià)值的理論依據(jù)。 減振器是汽車懸架系統(tǒng)中的阻尼元件，它的性能對乘座舒適性、車輪動(dòng)載荷及懸架動(dòng)行程等有直接的影響，其數(shù)學(xué)模型的建立一直是國內(nèi)外汽車動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中的重要研究課題。以

3、前的相關(guān)研究電流變減振器時(shí)，都將電流變閥視為平行板的結(jié)構(gòu)作為重點(diǎn)，而討論同心圓筒式電流變閥的很少，本論文對同心圓筒電流減振器的數(shù)學(xué)模型詳細(xì)研究。 2.從汽車懸架系統(tǒng)的角度，建立了電流變液體減振器動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)采用模型參數(shù)在線辨識與最小方差自校正調(diào)節(jié)器相結(jié)合的自適應(yīng)控制策略，實(shí)現(xiàn)對電流變液體減振器組成的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的控制。 目前，有關(guān)應(yīng)用自適應(yīng)控制策略的車輛半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的研究有兩類：隨機(jī)次優(yōu)參數(shù)自適應(yīng)控制系統(tǒng)和自校正

4、控制系統(tǒng)。前者是利用擴(kuò)大狀態(tài)變量法，把線性系統(tǒng)的參數(shù)自適應(yīng)控制問題化為一類等價(jià)的非線性隨機(jī)控制問題。是以狀態(tài)模型描述的隨機(jī)自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其算法一般者較復(fù)雜。后者是根據(jù)受控系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)、在線辨識對象參數(shù)，并自動(dòng)調(diào)整節(jié)器或控制器參數(shù)，使系統(tǒng)在某一性能指標(biāo)下運(yùn)行在最優(yōu)或次優(yōu)狀態(tài)。 對于由電變液體減振器構(gòu)成的車輛半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)，由于實(shí)際系統(tǒng)地面隨機(jī)激勵(lì)、電流變液體結(jié)構(gòu)參數(shù)和系統(tǒng)模型參數(shù)的不確定性，傳感器測量噪聲以及溫度對電流變

5、液體性能的影響，采用了模型參數(shù)在線辨識與最小方差自校正調(diào)節(jié)器相結(jié)合的自適應(yīng)控制策略。 3.分析了電流變液體減振器阻尼介質(zhì)的特性，對典型電流變材料聚苯胺的合成條件進(jìn)行了研究，并對影響電流變效應(yīng)的因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。 通過對電流變效應(yīng)的機(jī)理研究，在對其宏觀性能實(shí)驗(yàn)和微觀結(jié)構(gòu)觀察的基礎(chǔ)上，通過對電流變效應(yīng)影響因素的分析，從合成條件(聚合溫度、酸度和滴加方式)和去摻雜條件(堿的類型、pH值、浸泡時(shí)間)等方面，研究這些因素對聚苯胺

6、/硅油體系的電流變液性能的影響，提出了低溫合成聚苯胺的方法。 4.設(shè)計(jì)并試制了一種結(jié)構(gòu)簡單的充氣式電流變液體減振器，對影響減振器性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了分析討論，給出了減振器設(shè)計(jì)中參數(shù)選擇的一般原則和應(yīng)注意的問題。 為了實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)減振器阻尼力大小，在減振器結(jié)構(gòu)上盡可能讓大部分的電流變液通過外加電場的間隙，確保電流變液發(fā)揮最大的效能；從結(jié)構(gòu)上保證，作為正極和負(fù)極的兩部分要有很高的絕緣性，以避免擊穿和電暈現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)上保證在

7、壓縮行程和回復(fù)行程中不出現(xiàn)空程；通過調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)壓縮行程時(shí)的阻尼力小于回復(fù)行程的時(shí)阻尼力；至于當(dāng)車輪與車架的相對運(yùn)動(dòng)速度大時(shí)，減振器的阻尼力應(yīng)保持在一定的范圍內(nèi)，可以通過傳感器檢測其相對運(yùn)動(dòng)速度，來控制阻尼力大小。 5.討論了電流變減振器的速度特性和示功特性，按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了電流變減振器的臺架實(shí)驗(yàn)。通過臺架實(shí)驗(yàn)，對所設(shè)計(jì)的電流變液體減振器性能進(jìn)行了考察，主要考察了不同電流變液配方、不同充氣壓力、不同內(nèi)外筒間隙下電流變減振器的示功圖