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汽车动力总成悬置系统的动特性仿真与主动控制理论研究

作　者: 闵海涛
导　师: 林逸
学　校: 吉林大学
专　业: 车辆工程
关键词: 动力总成动特性键合图法液压悬置压电作动器主动控制
分类号: U463
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

主动控制式动力总成悬置系统是解决汽车动力总成隔振问题的关键技术。本文以键合图法为理论研究基础，以半主动和主动液压悬置为研究对象，对悬置系统结构、工作原理以及压电作动器和主动控制系统设计等关键问题开展了较为深入的研究和探讨工作，对半主动悬置动态特性进行了仿真分析和试验研究。设计出带有压电作动器的主动悬置，应用模糊控制策略设计了主动控制系统，利用计算机仿真技术分析和验证了主动悬置的隔振效果。论文所作的研究工作为应用键合图法进行动力总成悬置仿真分析提供了理论依据和技术基础，对半主动悬置的产品开发以及国产化工作具有重要的实际工程应用价值，也为主动悬置设计开发及应用进行了探索性的研究和技术准备。论文对国内外动力总成悬置系统的研究成果和现状进行了分析和总结，探讨了动力总成悬置的发展趋势和市场前景。重点论述了键合图理论在汽车动力总成悬置动特性研究中的应用，以某国产轿车采用的半主动液压悬置为研究对象，在深入分析其结构和工作原理的基础上，建立了悬置系统的键合图模型与数学模型，进行了悬置动特性的实验研究和仿真分析，验证了键合图模型的正确性和适用性。论文还对压电作动器的工作原理和动特性影响因素进行了研摘要里，巨巴里组口，，照组巴里.，巴究和试验分析，在此基础上设计了压电式主动悬置，建立了主动悬置控制系统模型，研究出一种用于主动悬置系统的混合型模糊一PID控制器以实现发动机振动的主动控制。最后通过仿真分析验证了主动悬置的隔振效果。全文共分六章: 第一章论述了动力总成悬置对整车NVH特性的重要影响。提出动力总成悬置系统的设计要求及理想性能指标。探讨了动力总成悬置的发展趋势和市场前景，阐述了本项研究工作的重要意义。详细介绍了本文具体的研究内容。第二章简要介绍了本文研究工作的理论基础一键合图方法的发展历史、特点及其基本原理。重点论述了键合图法在动力总成悬置系统仿真分析中的应用，以某国产轻型客车和轿车采用的被动式和半主动控制式液压悬置为研究对象，深入分析了悬置系统的结构及其工作原理，在此基础上，建立了惯性通道一解祸盘式被动悬置和节流孔开度可调式半主动悬置的键合图模型和数学模型，为应用键合图方法进行悬置系统动态特性的研究和仿真分析奠定了理论基础。第三章首先介绍了液压悬置动特性的定义以及动特性的实验方法和原理。对某国产轿车采用的控制节流孔开度的ON一OFF式半主动液压悬置的动态特性进行了试验研究，进一步了解并验证了半主动悬置的控制原理及其动特性指标。为研究和开发半主动悬置提供了实验依据。同时应用键合图法所建立的悬置系统模型，采用状态变量的方式详细、准确地对系统参数进行了描述，利用M户a，LAB工具软件对悬置的动态特性进行了计算和仿真分析。仿真结果与实验结果具有良好的一致性，验证了键合图模型的正确性和适用性。第四章论述了构成作动器的压电陶瓷的基本原理和特性，分析了压电堆物理参数、压电连接层及预加载荷等因素对压电主动构件性能特性的影响。建立了压电主动构件的机电祸合动力学模型。同时对主动悬置实际采用的电致伸缩作动器样品进行了定性的试验研究，验证了作动器位移与电压平方成正比的理吉林大学博士学位论文论关系。第五章对带有压电作动器的主动悬置进行了结构设计，应用键合图方法建立了主动悬置系统模型。简要论述了主动悬置的隔振原理，并应用模糊控制策略对主动悬置的控制系统进行了设计。研究开发了一种针对动力总成主动悬置的混合型模糊一PID控制器，控制压电作动器产生的作动力，实现发动机振动的主动控制。应用MATLAB工具软件建立了主动悬置的系统模型，仿真分析和比较了主动悬置系统在简谐激励力作用下的动态特性，验证了主动悬置控制系统的隔振效果。第六章是本文的总结和对课题发展的展望。动力总成主动悬置技术目前在国内尚处于空白状态，国外研究成果也鲜有报道。因此，本文所开展的研究工作具有较高的学术水平和一定的理论指导意义。主动悬置是动力总成隔振技术的发展趋势，代表了未来悬置的发展方向，拥有广阔的市场发展前景，因而本文的研究工作也具有重要的工程实用价值。

全文目录

第一章绪论  8-26
  1.1 动力总成悬置系统与汽车NVH特性  8
  1.2 动力总成悬置的设计要求  8-10
  1.3 动力总成悬置的发展  10-23
    1.3.1 悬置的发展历史  10-14
    1.3.2 典型的汽车动力总成悬置  14-22
    1.3.3 动力总成悬置的发展前景  22-23
  1.4 本文研究内容与意义  23-26
    1.4.1 研究背景及其意义  23-24
    1.4.2 本文主要研究工作  24-26
第二章键合图法及其在动力总成悬置系统建模仿真中的应用  26-46
  2.1 键合图法概述  26-28
    2.1.1 键合图法的产生背景  26-27
    2.1.2 键合图法的发展历史  27
    2.1.3 键合图法的特点  27-28
  2.2 键合图法的基本原理  28-30
    2.2.1 通口、键、键接  28-29
    2.2.2 广义变量  29
    2.2.3 基本键图元件  29-30
    2.2.4 数学模型表达形式  30
  2.3 键合图法在动力总成悬置系统仿真分析中的应用  30-45
    2.3.1 惯性通道-解耦模式被动悬置模型的建立  31-36
    2.3.2 半主动控制式液压悬置模型的建立  36-45
  本章小结  45-46
第三章半主动悬置系统动特性实验研究与仿真分析  46-66
  3.1 液压悬置动特性  46-47
  3.2 动力总成悬置系统动特性实验研究  47-57
    3.2.1 实验方法概述  47
    3.2.2 实验原理  47-48
    3.2.3 实验内容  48-53
    3.2.4 实验结果分析  53-57
  3.3 动力总成悬置系统动特性仿真计算  57-65
    3.3.1 仿真工具介绍  57-58
    3.3.2 仿真模型的建立  58-59
    3.3.3 参数的获取  59-62
    3.3.4 初始条件的建立  62
    3.3.5 仿真计算结果与实验结果的比较  62-65
  本章小结  65-66
第四章压电作动器设计理论和实验研究  66-82
  4.1 压电陶瓷基本原理  67
  4.2 压电陶瓷基本特性  67-70
    4.2.1 位移特性  67-69
    4.2.2 温度特性  69-70
    4.2.3 迟滞特性  70
  4.3 压电作动器及其性能的影响因素  70-75
    4.3.1 压电堆  70-72
    4.3.2 压电堆的物理参数  72
    4.3.3 压电片连接层影响因素  72-73
    4.3.4 预加载荷的影响  73-75
  4.4 压电主动构件的机电耦合力学模型  75-77
  4.5 压电作动器实验研究  77-81
  本章小结  81-82
第五章主动悬置系统设计与仿真分析  82-107
  5.1 主动悬置结构设计  83-85
  5.2 主动悬置模型的建立  85-90
    5.2.1 主动悬置力学模型  85
    5.2.2 主动悬置键合图模型  85
    5.2.3 主动悬置数学模型  85-90
  5.3 主动悬置隔振原理  90-93
    5.3.1 振动主动控制原理  90-91
    5.3.2 主动悬置隔振原理  91-93
  5.4 主动悬置控制系统设计  93-102
    5.4.1 受控对象模型的建立  93
    5.4.2 控制系统结构图  93-94
    5.4.3 模糊控制器设计  94-101
    5.4.4 混合型模糊-PID控制器设计  101-102
  5.5 主动悬置系统仿真  102-106
    5.5.1 悬置系统参数及初始条件  102-103
    5.5.2 控制系统仿真  103-106
    5.5.3 仿真结果分析  106
  本章小结  106-107
第六章全文总结  107-110
参考文献  110-119
作者攻读博士期间发表的论文和相关研究成果  119-120
致谢  120-121
摘要  121-124
ABSTRACT  124-128

汽车动力总成悬置系统的动特性仿真与主动控制理论研究

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