基于磁流變技術(shù)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔振系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化

杜鵬飛

【摘 要】針對(duì)傳統(tǒng)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔振系統(tǒng)隔振參數(shù)不可調(diào)的問題，利用磁流變隔振器件參數(shù)可調(diào)的特點(diǎn)，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔振系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化建模。為減少振動(dòng)對(duì)車內(nèi)人員的影響確立了降低力傳遞率為優(yōu)化目標(biāo)，同時(shí)為減少振動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響確立了降低加速度傳遞率為優(yōu)化目標(biāo)，根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)多目標(biāo)問題進(jìn)行全局尋優(yōu)。通過對(duì)復(fù)雜激勵(lì)下的磁流變隔振器進(jìn)行隔振參數(shù)優(yōu)化仿真，結(jié)果表明傳遞到車身上的力的有效值減少了45.27%，加速度的有效值減少了28.13%，驗(yàn)證了磁流變技術(shù)應(yīng)用在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔振系統(tǒng)中的有效性。

【關(guān)鍵詞】汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；磁流變隔振器；參數(shù)優(yōu)化

0 引言

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是一種動(dòng)力裝置，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理，因發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的慣性力和氣體爆炸沖擊力作用，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生多頻多振幅的復(fù)雜振動(dòng)，具有寬頻、多主頻、多振幅的特點(diǎn)。如何減少汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，近年來(lái)成為廣大學(xué)者研究的熱點(diǎn)。目前被動(dòng)隔振系統(tǒng)（彈簧隔振系統(tǒng)、橡膠隔振系統(tǒng)）在動(dòng)力裝置隔振領(lǐng)域已經(jīng)有較為廣泛的應(yīng)用。然而，由于被動(dòng)隔振系統(tǒng)器的隔振參數(shù)難以根據(jù)多變的激勵(lì)進(jìn)行調(diào)節(jié)[1]，磁流變材料的出現(xiàn)，為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔振自適應(yīng)調(diào)節(jié)其隔振參數(shù)提供了方法。

磁流變液（MRF）是一種智能材料，通過控制驅(qū)動(dòng)電流的大小改變外加磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而改變了磁流變液（MRE）中顆粒的順序及緊密層度，進(jìn)而改變了其阻尼特性。利用這一特性，廣大學(xué)者開始了對(duì)磁流變隔振器的研究，磁流變隔振器具有響應(yīng)速度快、能耗低、出力大、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)[2]。目前該類研究的重點(diǎn)是磁流變隔振器設(shè)計(jì)和性能測(cè)試分析，針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜激勵(lì)、小位移的難題，如何利用磁流變隔振器隔振參數(shù)可調(diào)的特點(diǎn)，使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔振系統(tǒng)適應(yīng)復(fù)雜激勵(lì)下的振動(dòng)，并使隔振效果達(dá)到最優(yōu)的研究是非常有意義的。

1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔振系統(tǒng)模型

由于實(shí)際的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔振系統(tǒng)較為復(fù)雜，僅以四缸四沖程的發(fā)動(dòng)機(jī)為例，進(jìn)行隔振系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化和模型化研究。由于四缸發(fā)動(dòng)機(jī)有偶數(shù)個(gè)缸組成，其不平衡力通過相互平衡過后，對(duì)于隔振系統(tǒng)來(lái)說(shuō)主要存在一個(gè)垂向的不平衡力。因此，可將此隔振系統(tǒng)簡(jiǎn)化為單自由度隔振系統(tǒng)進(jìn)行研究，如圖1所示。

由于隔振系統(tǒng)的復(fù)雜性，本文做以下幾點(diǎn)假設(shè)：

（1）將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)看作是復(fù)合的振源；

（2）僅對(duì)垂向激勵(lì)進(jìn)行研究；

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)本身可視為剛體。

1.1 隔振系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型

由圖3知，優(yōu)化隔振的隔振效果明顯優(yōu)于被動(dòng)隔振，提高了整個(gè)隔振系統(tǒng)的隔振性能。

5 結(jié)論

根據(jù)磁流變隔振器隔振參數(shù)可調(diào)的特點(diǎn)，建立多優(yōu)化目標(biāo)，結(jié)合磁流變隔振器和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性，通過仿真驗(yàn)證了將磁流變隔振器應(yīng)用到復(fù)雜激勵(lì)條件下的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隔振系統(tǒng)是可行的和有效的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]范讓林，呂振華.三代液阻懸置非線性動(dòng)特性的試驗(yàn)研究及其參數(shù)識(shí)別方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2006，42（5）：174-181.

[2]Xiaocong Zhu，Xingjian Jing，Li Cheng.Magnetorheologi-cal fluid dampers：A review on structure design and analysis[J].Journal of Intelligent Material Systems and Structures，2012，23（8）：839–873.

[3]陳世嵬，蹇開林，李銳.車用發(fā)動(dòng)機(jī)磁流變懸置的剛度優(yōu)化[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（12）：29-35.

[責(zé)任編輯：許麗]