车辆工程毕业设计（论文）开题报告-磁流变式汽车减振器设计.doc

毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 磁流变式汽车减振器设计 院 系 名 称: 汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆工程 学 生 姓 名: 导 师 姓 名: 开 题 时 间: 2011.2.28 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日毕业设计（论文）开题报告学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-11班指导教师姓名职称副教授 从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称磁流变式汽车减振器的设计一、 课题研究现状、选题目的和意义（1）课题研究现状磁流变阻尼器因其具有结构简单、控制方便、响应速度快、消耗功率小、抗污染能力强和输出力大、阻尼力连续可调等优点，它利用了磁流变液在磁场作用下能在毫秒级的时间内从牛顿流体转变成具有一定屈服强度的黏塑性体的智能特性，仅需要很小的能量输入就能产生较大的阻尼力，尤其适合在土木结构的抗风抗震中应用。在汽车、机械、土木建筑等的振动领域得到了广泛的应用和发展。现有的磁流变阻尼器的工作模式有阀式、剪切式、挤压式、剪切阀式。磁流变阻尼器已成为汽车半主动悬架系统中的研究热点。近几年，对于磁流变阻尼器研究主要关于两个方面，对磁流变阻尼器优化方面的研究和对磁流变阻尼器控制策略的研究。对于磁流变阻尼器研究关于优化方面的内容主要集中于结构参数的优化以及磁路优化等方面。现在就这两方面内容对其进行介绍。1）磁流变阻尼器结构参数优化为了提高磁流变阻尼器的可调范围和可控力值，需要对磁流变阻尼器的结构参数进行优化，以使其阻尼性能达到最佳。在早期的磁流变阻尼器的研究中，主要对单一目标函数进行优化，以得到最佳的结构关键尺寸，如间隙大小，有效长度及线圈匝数等。西北工业大学的邓长华等人对双出杆磁流变阻尼器结构参数进行优化，其仅选择可调范围作为目标函数，利用matlab优化出线圈匝数、阻尼通道厚度以及阻尼通道长度。西安交通大学的吴龙等人从磁流变阻尼器设计原理入手，采用bingham轴对称理论模型对小型单出杆式磁流变阻尼器进行了结构参数的优化研究。其选取推导出的有效长度公式为目标函数，利用matlab优化工具箱进行优化，确定相关参数值代回原阻尼力及可调范围公式反复比对，已达到最佳效果。对于阻尼力或可调范围的这种单目标优化，涉及到的设计参数比较少，在计算过程上仅从磁学角度考虑结构参数对阻尼力的影响，优化的效果上讲，具有一定的局限性。近几年的结果优化中出现了一些针对阻尼力和可调范围等从力学和磁学双重角度考虑的多目标优化方法。比较早的是烟台大学的陈义宝等人采用灰色系统理论的关联度计算方法，对磁流变阻尼器的结构参数进行优化设计，其选定阻尼力可调范围、粘性阻尼力和可调阻尼力作为优化目标，利用优化软件库opb2对设计主要参数进行多目标参数优化。哈尔滨工业大学的关新春等人以阻尼力和可调信数为优化目标，以磁流变阻尼器关键结构参数为变量，；利用多目标遗传算法，在优化软件modefrontier中对磁流变阻尼器进行优化设计和分析。以及南京理工大学的张莉等人，安徽科技学院的易勇等人运用相应的软件工具和方法，对磁流变阻尼器进行了相应的多目标优化方面的研究。2）磁流变阻尼器磁路优化磁流变阻尼器设计磁路的目的是将磁通量引导并集中到环形间隙中的活性磁流变液区，最大限度地降低磁芯材料及非工作磁流变液区中的能量损失，保证足够的横截面积降低磁芯材料中的磁阻。在磁路的设计过程中，所得到的结构参数结果是多样化的，而且每种结果使磁流变减振器发挥的效能并不一样，所以必须对结构参数进行优化，使磁路系统发挥最佳的功能。目前，多数采用ansys有限元软件进行分析，得到优化前后的磁感应强度图，优化后的磁路系统在阻尼环内的磁场强度基本都垂直于磁流变液流动的方向，有效地减少漏磁，提高了磁场利用率。除此之外，西安石油大学的王治国等人用正交试验方法对磁流变阻尼磁路进行了优化方面的研究，重庆工学院的富丽娟等人对电控信号变化的响应快、控制范围大为设计目标用最小二乘法对磁流变阻尼器磁路进行了优化方面的研究等等。近年来，国内外学者应用控制理论提供的方法在汽车半主动悬架控制系统的研究反面做了大量的研究工作。汽车半主动悬架是一个非线性系统，动力学模型参数具有不确定性，考虑到半主动悬架控制的实时性，提高系统的响应时间是非常关键的，不宜采用过于复杂的算法。目前，在汽车半主动悬架中应用的悬架主要有以下几种：1）天棚阻尼控制方法天棚阻尼控制方法是1974年由美国karnopp教授提出的一种半主动悬架基本控制方法。该方法的原理是在车身上施加一个正比于车身绝对速度的阻尼力，通过合理选择相关参数，可彻底清除系统共振现象。天棚阻尼控制法简单、易行，但由于粘度特性的限制，理想的天棚控制效果是无法实现的，且阻尼系数的频繁、小连续切换要求阻尼器具有较宽的频率。2）自适应控制方法自适应控制研究始于80年代初，由于车辆悬架模型有误差，存在非线性和受控车辆结构参数变化，许多学者认识到自适应控制的必要性。基于线性时不变控制方法能使系统当参数发生变化时，其性能趋于理性的系统。它主要用于受控对象及其参数存在严重不确定性的情况。3）最优控制方法最优控制是半主动悬架控制中应用比较广泛的一种方法。通过建立半主动悬架系统的状态方程，考虑不同的性能指标并提出控制目标函数，来分析当汽车受到路面随机激励时，半主动悬架性能指标的最优控制方案。应用于车辆悬架系统的最优控制可以分为线性最优控制，最优预报控制等等。4)智能控制方法智能控制是一个新兴的研究领域，善于解决那些传统方法难解决的复杂系统的控制问题，并具有较强的容错能力、学习能力、自适应能力和自组织能力，是一类无需人为干预就能独立地驱动智能机器，实现其目标的自动控制。它研究的对象不是被控对象而是控制器本身。智能控制主要包括模糊控制、神经网络控制以及遗传算法控制等。（2）选题目的和意义汽车在行驶过程中，由于路面的不平坦，导致作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力起伏波动，通过悬架传递到车身，从而产生振动与冲击。这些振动与冲击传到车架与车身时可能引起汽车机件的早期损坏，传给乘员和货物时，将使乘员感到极不舒适，货物也可能受损伤，严重影响车辆的平顺性和操纵稳定性以及车辆零部件的疲劳寿命。为了缓解冲击，在汽车悬架中装有弹性元件，但弹性系统在冲击时产生振动。持续的振动易使乘员感到不舒适和疲劳，因此汽车悬架中装有阻尼器。传统被动悬架不能适应复杂的道路激励和不断变化的行驶工况，因此开发一种能够根据路面情况和车辆运行状态的变化、实时调节其特性，既能保证汽车的操纵稳定性，又能使汽车的乘坐舒适性达到最佳状态的智能悬架系统势在必行。今年来，半主动悬架系统，能够大幅度提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性，非常适合用于车辆悬架系统的特点，使对它的研究有了较大发展。磁流变阻尼器作为半主动悬架的执行元件，以磁流变液为介质，通过对输入电流的控制，使其外加磁场强度发生变化，进而可在毫秒级使磁流变液的磁流性能发生变化，实现流体和半固体之间的转变，从而能够提供可控阻尼力，因此，对双筒式磁流变阻尼器的设计以及结构优化的理论研究十分的必要。分析磁流变减振器的工作模式，结合现有汽车液压筒式减振器的结构和工作特点，对磁流变减振器进行结构设计，对磁流变减振器的磁路进行设计。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、主要设计内容（1）磁流变减振器的磁路设计；（2）减振器的结构设计；（3）对减振器的性能进行分析，磁流变减振器进行性能仿真，分析仿真结果。2、拟解决的主要问题（1）设计是在利用简化模型设计出磁路结构的基础上，对减振器进行磁饱和分析。（2）确定减振器几个主要结构尺寸对磁饱和现象的影响，在此基础上对磁路结构尺寸进行优化，以避免磁饱和现象过早发生，提高减振器的阻尼力可调范围。（3）磁流变减振器结构材料的选择。（4）磁流变阻尼器的动态范围的确定。（5）阻尼间隙的选取对减振器性能的影响，阻尼通道有效长度的选取对减振器性能的影响。调查研究三、技术路线（研究方法）减振器工作要求、主要技术指标的分析数据计算、分析、处理磁流变减振器结构设计、磁路设计基于bingham模型的平板结构模型工作缸外径、内径以及活塞杆直径基本尺寸确定。阻尼间隙、活塞有效长度、线圈匝数确定磁流变减振器性能进行性能优化仿真一定振幅和频率正弦激励下的阻尼力-位移曲线、阻尼力-速度曲线确定最终设计结果四、进度安排1、进行文献检索，查看相关资料，对课题的基本内容有一定的认识了解。完成开题报告。第1-2周（2月28日3月11日）2、初步确定设计的总体方案，讨论确定方案；对磁流变减振器进行初步设计和选取。第3-6周（3月14日4月8日）3、提交设计草稿，进行讨论，修正。第7周（4月11日4月15日）4、详细设计液压系统，设计非标件，绘制减振器装配图及零件图。第8-12周（4月18日5月20日）5、提交正式设计，教师审核。第13-14周（5月23日6月3日）6、按照审核意见进行修改。第15周（6月6日6月10日）7、整理所有材料，装订成册，准备答辩。第16周（6月13日6月17日）五、参考文献1贺建民等，磁流变减振器的分析与设计，第五届全国磁流变液及其应用学术会议，2008.102徐伟，汽车悬架阻尼匹配研究机减振器设计，农也装备与车辆工程，2009.63李连进，磁流变阻尼器的参数优化与特征仿真，兰州理工大学学报，2006.44廖昌荣汽车悬架系统磁流变阻尼器研究学位论文20015王棋民.徐国梁.金建峰磁流变液的流变性能及其工程应用期刊论文-中国机械工程2002（3）6关新春，欧进萍.磁流变耗能器的阻尼力模型及其参数确定，2001,20（1）：5-87王金钢，等.磁流变阻尼器阻尼性能仿真研究j.石油机械，2006,34（10）：19-238蒙延佩，等.汽车磁流变阻尼器磁路设计及相关问题j.功能材料，2006（5）：768-7709司诰，等.磁流变阻尼器管道流动特性研究j.功能材料,2006（5）：831-83310蒋建东.梁锡昌.张博适用于车辆的旋转式磁流变阻尼器研究期刊论文-汽车工程2005（1）11徐永兴.曹民.磁流变减振器优化的设计计算j.上海交通大学学报,2004，38（8）：1423-142712王乾龙.王昊.李延成磁流变阻尼器设计中的基本问题分析期刊论文-机床与液压2004（11）13郭大蕾车辆悬架振动的神经网络半主动控制学位论文200114lai c y,liao w h.vibration control of a suspension system via a magnetorheo logical fluiddam