随着物质生活水平的提高,人们对于车辆乘坐舒适性提出了愈来愈高的要求,座椅作为乘员的直接承载体,与乘坐舒适性密切相关。为了提高驾乘人员的舒适性,一种方法可通过降低输入的振动激励源(如路面激励引起初级悬架簧载质量的振动,以及发动机带来的振动等),这种方法更为有效,但结构较为复杂、成本较高,另一种方法则通过直接调节座椅的刚度和阻尼参数,如采用性能更好的泡沫,这种方法较为简单,能取得一定的效果,但由于刚度和阻尼参数不能随着环境变化(如激励变化和驾乘人员质量变化)自适应变化,舒适性改进较为有限,因此有必要研究一种可随外界环境变化的智能座椅。磁流变阻尼器作为一种智能器件,具有结构简单、输出阻尼力大、动态范围宽、响应快、功耗低等优点,非常适合于座椅的振动控制。目前已有学者和企业将直线式磁流变阻尼器用于汽车座椅以提高乘坐舒适性,能取得较好的效果,但存在以下问题,如系统复杂、成本较高、大规模推广较为困难。因此,有必要研究一种系统简单,成本较低的汽车座椅磁流变减振系统。为解决此问题,论文提出一种基于旋转式磁流变阻尼器的座椅减振系统,通过理论计算、仿真分析、试验验证,开展基于直线式与旋转式磁流变阻尼器的座椅减振系统的对比研究,从而为提高座椅减振系统的集成度和可靠性,降低成本,提供新的研究思路。本文研究工作包括以下几个方面:(1)在总结、分析磁流变液、直线式与旋转式磁流变阻尼器及汽车座椅减振研究现状的基础上,提出本文的研究内容。以改善座椅乘坐舒适性为目的,根据磁流变器件相关设计理论进行直线式与旋转式磁流变阻尼器的设计,包括结构设计、理论力与力矩计算、磁路设计,确定其结构尺寸。(2)根据优化设计参数,分别加工研制直线式与旋转式磁流变阻尼器,在MTS测试系统上对直线式磁流变阻尼器进行示功试验,在自行搭建的试验平台上对旋转式磁流变阻尼器进行扭矩试验,分析直线式磁流变阻尼器的示功特性和速度特性曲线、旋转式磁流变阻尼器在不同电流下的速度扭矩特性。(3)对基于直线式与旋转式磁流变阻尼器的座椅减振系统进行控制仿真研究:建立座椅的单自由度模型;在直线式与旋转式磁流变阻尼器试验结果的基础上分别建立直线式磁流变阻尼器可控阻尼力和控制电流的关系、旋转式磁流变阻尼器可控部分阻尼力矩与电流的关系;基于天棚控制策略设计控制器;对座椅振动进行控制仿真研究,结果表明两种阻尼器用于座椅减振中是有效的,两者有相近的减振效果。(4)开展了磁流变座椅减振系统试验研究,以基于被动液压减振器、直线式磁流变阻尼器、旋转式磁流变阻尼器为基础,搭建了座椅减振试验平台,研究了在不同激励输入下的减振效果,结果表明,旋转式磁流变阻尼器能取得与直线式磁流变阻尼器相当的效果,但基于旋转式磁流变阻尼器的座椅减振系统具有更为紧凑的结构,成本较直线式磁流变阻尼器低,具有更好的应用前景。
