CN108278319A - 一种动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于传动系统扭转减振技术领域，公开了一种动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器，吸振器随轴转动，外部轮廓为旋转对称圆形；具体包括：两个连接主动轴与被动轴的连接盘，动力调谐吸振器，加速度传感器，控制器，用于控制电流并进行计算。本发明将设计的磁流变弹性体动力调谐吸振器连接在轴系动力传递路径适当位置上，利用电流控制吸振器的刚度，使其固有频率跟随外部波动转矩的频率，产生共振，消减动力传递路径上的波动转矩；解决了被动扭转减振器的工作频带窄，主动扭转减振器的能量消耗过大，以及正负刚度半主动控制扭转减振器结构复杂、液压元器件造价昂贵的问题。

Description

一种动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器
技术领域
本发明属于动力传动系统扭转减振技术领域，尤其涉及一种动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器。
背景技术
车辆轴系传动的扭转振动是产生车辆振动与噪声的主要来源，严重影响汽车的舒适性。当传动系持续振动时，会造成发动机曲轴、变速箱齿轮及传动轴等部件的疲劳损伤，影响车辆的动力性能和经济性能。而随着汽车技术的飞速发展，汽车的动力性和经济性得到改进，车辆振动噪声问题则突显出来。为了改进车辆的NVH性能，满足人们对汽车不断提高的要求，各汽车厂商和科研院所对轴系传动的扭转振动问题的关注日益增加。
当前，车辆大多应用被动式扭转减振器，被动式扭转减振器必须同时承担传递动力转矩和消减波动转矩的任务，而这两个任务对于扭转刚度的要求存在不可调和的矛盾，传递大的动力转矩要求高的扭转刚度，而消减波动转矩需要低刚度。导致被动式扭转减振器工作频带狭窄，很难同时满足车辆轴系传动系的怠速减振与高速重载减振。随之主动式扭转减振器出现，目前现有的主动控制型的电动扭转减振器，但其耗能太大，性价比不高。目前现有的正负弹簧并联的半主动控制扭转减振器，解决耗能大，工作频带窄的缺点，但负刚度机构控制复杂，液压元器件造价昂贵，不适宜广泛推广应用。
综上所述，现有技术存在的问题是：
现有技术被动式扭转减振器的工作频带窄和主动式扭转减振器耗能大，控制机构复杂，正负刚度半主动控制扭转减振器液压元器件造价昂贵，制造成本高，不利于广泛的工程应用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器。
本发明是这样实现的，一种动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器，所述磁流变弹性体动力调谐吸振器随轴转动，外部轮廓为旋转对称圆形；具体包括：
两个连接主动轴与被动轴的连接盘，设计足够空间用于传递动力安装调谐吸振器；
两个连接盘靠紧固螺栓连接，在相应位置安装调谐吸振器；
动力调谐吸振器，利用电流产生的电磁场对磁流变弹性体刚度实时控制，进而改变动力调谐吸振器固有频率，使动力调谐吸振器固有频率跟随外部波动转矩的频率，产生共振，消减动力传递路径上的波动转矩；可以在动力系统不同位置安装相应的动力调谐吸振器，用以吸收不同频带的波动转矩，实现动力系统宽频减振效果；
加速度传感器，用于采集输入转矩的激励频率，将加速度信号传递到控制器中；
控制器，用于最佳控制电流并进行计算。吸振器控制跟随原则为，当外部激励进入某一动力吸振器的频率可调范围，利用电流控制磁流变弹性体的刚度，从而控制吸振器的固有频率跟随外部激励频率，其他位置的动力吸振器均保持最优参数被动吸振器状态；当外部激励频率进入其他动力吸振器的频率可调范围，控制亦参照之前的方式。
进一步，所述动力调谐吸振器控制跟随原则为，当外部激励进入某一动力吸振器的频率可调范围，利用电流控制磁流变弹性体的刚度，从而控制吸振器的固有频率跟随外部激励频率，其他位置的动力吸振器均保持最优参数被动吸振器状态；当外部激励频率进入其他动力吸振器的频率可调范围，控制亦参照之前的方式。
进一步，所述磁流变弹性体动力调谐吸振器还包括：
电源，与控制器利用导线通过导电滑环与电磁线圈相连，用于动力调谐吸振器的供电与磁场控制；导电滑环的用于防止动力调谐吸振器工作时导线缠绕，影响供电和控制。
进一步，所述动力调谐吸振器由上下两个磁轭、两块剪切方向磁流变弹性体、两个电磁线圈组成；
上下两个磁轭与两块磁流变弹性体构成一个封闭的磁路；两个电磁线圈安装在剪切方向的磁流变弹性体附近，两端安装限位块，用于防止电磁线圈在磁轭上滑动；电磁线圈利用导线通过导电滑环分别与电源和控制器相连；
在下磁轭与连接盘连接部位安装阻磁片，阻磁片采用阻磁材料用于防止封闭磁路漏磁，阻磁片将下磁轭与连接盘阻隔，形成夹层。
进一步，上下磁轭采用到导磁良好的20号钢，利用热塑胶将磁流变弹性体与磁轭粘连。
进一步，加速度传感器安装在动力输入轴，与控制器通过导线相连。
本发明的优点及积极效果为：
本发明设计的扭转减振器利用消减扭转振动方法为动力调谐吸振原理，即在轴系动力传递路径上附加一个或多个变刚度的磁流变弹性体动力调谐吸振器，利用电流产生的电磁场对磁流变弹性体刚度实时控制，进而改变动力调谐吸振器固有频率，跟随输入振动激励频率，促使附加吸振系统共振，来消减动力传递路径上的波动转矩，这种磁流变弹性体动力调谐吸振器解决了被动式的工作频带窄和主动式耗能大的问题，同时利用新型智能材料—磁流变弹性体作为智能控制元件，可简化控制机构，剔除造价昂贵的液压元器件，制造成本低，有利于广泛的工程应用。
本发明将设计的磁流变弹性体动力协调吸振器连接在轴系动力传递路径上，利用电流控制吸振器的刚度，使其固有频率跟随外部波动转矩的频率，产生共振，消减动力传递路径上的波动转矩。解决了被动扭转减振器的工作频带窄，主动扭转减振器的能量消耗过大，以及正负刚度半主动控制扭转减振器液压元器件造价昂贵的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器示意图。
图2为本发明实施例提供的动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器120°整体图。
图3为本发明动力调谐吸振器正视图。
图4为本发明实施例提供的动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器原理图。
图中：1、上磁轭；2、电磁线圈；3、剪切方向的磁流变弹性体；4、下磁轭；5、紧固螺栓；6、主动连接盘；7、连接盘紧固螺栓；8、环状夹板；9、紧固螺栓；10、阻磁片；11、被动连接盘；12、导线；13、导电滑环；14、电源；15、控制器；16、加速度传感器；17、动力输入轴。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明设计的扭转减振器利用消减扭转振动方法为动力调谐吸振原理，即在轴系动力传递路径上附加一个或多个变刚度的磁流变弹性体动力调谐吸振器，利用电流产生的电磁场对磁流变弹性体刚度实时控制，进而改变动力调谐吸振器固有频率，跟随输入振动激励频率，促使附加吸振系统共振，来消减动力传递路径上的波动转矩，这种磁流变弹性体动力调谐吸振器解决了被动式的工作频带窄和主动式耗能大的问题，同时利用新型智能材料—磁流变弹性体作为智能控制元件，可简化控制机构，剔除造价昂贵的液压元器件，制造成本低，有利于广泛的工程应用。
下面结合附图对本发明的作详细描述。
如图1和图2所示，动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器主要由主动连接盘6、被动连接盘11、动力调谐吸振器、加速度传感器16、控制器15及电源14组成。主动连接盘6和被动连接盘11利用连接盘紧固螺栓7连接，用于传递动力。主动连接盘盘6和被动连接盘11靠紧固螺栓连接，中间有阻磁片10将动力调谐吸振器与连接盘隔开，形成夹层，防止磁场泄漏。
如图3所示，动力调谐吸振器由上磁轭1、电磁线圈2、剪切方向磁流变弹性体3、下磁轭4、环状夹板8、紧固螺栓9组成。上下磁轭采用到导磁良好的20号钢，与剪切作用的磁流变弹性体连接成封闭磁路，利用热塑胶将磁流变弹性体与磁轭粘连。加速度传感器16安装在动力输入轴17，与控制器15相连。电磁线圈2利用导线12通过导电滑环13与电源14和控制器15相连。当扭转吸振器不工作时，磁流变弹性体动力调谐吸振器的电磁线圈2不供电不工作。当吸振器开始传递转矩时，主动轴与被动轴通过连接盘传递扭矩，加速度传感器16采集动力输入轴转矩的扭转加速度信号，传入控制器15，控制器15计算最佳电流控制电源14，通过导电滑环13进入吸振器电磁线圈2中，调节吸振器的刚度，控制其固有频率跟随激励频率，使吸振器产生共振，消减附加波动转矩，减轻传递路径上的扭转振动。
动力传动系统的工况复杂，传动系统附加的波动转矩包括单频激励、多频激励、稳态激励、瞬态激励，车辆行驶过程的启动、停车以及加减速过程，多种因素交错使得动力传动系统的宽频带减振问题复杂化，被动吸振器必然不能适应不断变化的工况，突出表明对动力吸振器进行主动控制的必要性。吸振器控制跟随原则为，当外部激励进入某一动力吸振器的频率可调范围，利用电流控制磁流变弹性体的刚度，从而控制吸振器的固有频率跟随外部激励频率，其他位置的动力吸振器均保持最优参数被动吸振器状态；当外部激励频率进入其他动力吸振器的频率可调范围，控制亦参照之前的方式。
本发明利用消减扭转振动方法为动力调谐吸振原理，在轴系动力传递路径上附加一个或多个变刚度的智能控制元件磁流变弹性体组成动力调谐吸振器。利用电流产生的电磁场对磁流变弹性体刚度实时控制，进而改变动力调谐吸振器固有频率，使动力调谐吸振器固有频率跟随外部波动转矩的频率，产生共振，消减动力传递路径上的波动转矩。
为了在动力传动系统整个工作宽频带中达到较好的减振效果，必须消减系统固有共振频率处的振动幅值。根据动力学模型计算系统各阶固有频率，并进行固有频率相对于各转动惯量的灵敏度分析，得到影响各阶固有频率最大的惯量，确定各动力吸振器的安装位置，并利用动力系统参数优化配置各个吸振器的参数，采用最优频率比和最佳阻尼比原则设计最优参数的被动吸振器，如图4所示。J1、J2、J3、J4为动力系统发动机、离合器、变速器及传递路径其他转动惯量；k1、k2、k3、k4为各转动惯量间的扭转刚度；c1、c2、c3、c4为各转动惯量间的扭转阻尼；JA1、JA2、JA3为各吸振器动惯量；kA1、kA2、kA3和cA1、cA2、cA3分为吸振器可变刚度、阻尼；T1(t)为输入转矩。当T1(t)存在波动转矩时，波动转矩激励信号的频率进入某一动力吸振器的频率可调范围，利用电流控制磁流变弹性体的刚度，从而控制吸振器的固有频率跟随外部激励频率，其他位置的动力吸振器均保持最优参数被动吸振器状态；当外部激励频率进入其他动力吸振器的频率可调范围，控制亦参照之前的方式。
本发明应用动力调谐吸振原理，以磁流变弹性体为核心智能控制元件开发设计了动力协调吸振器，将其连接在轴系动力传递路径上，利用电流控制吸振器的刚度，使其固有频率跟随外部波动转矩的频率，产生共振，消减动力传递路径上的波动转矩。
本发明实施例提供的动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器，两个连接主动轴与被动轴的连接盘，设计足够空间用于传递动力安装调谐吸振器。
动力调谐吸振器由上下磁轭、两块剪切方向磁流变弹性体、两个电磁线圈、组成。上下两个磁轭与两块磁流变弹性体构成一个封闭的磁路；两个电磁线圈安装在剪切方向的磁流变弹性体附近，两端安装限位块，防止电磁线圈在磁轭上滑动。在下磁轭与连接盘连接部位安装阻磁片，阻磁片采用阻磁材料用于防止封闭磁路漏磁，阻磁片将下磁轭与连接盘阻隔，形成夹层。
加速度传感器用于采集输入转矩的激励频率，将加速度信号传递到控制器中，用于最佳控制电流计算。电源和控制器是利用导线通过导电滑环与电磁线圈相连，用于动力调谐吸振器的供电与磁场控制，导电滑环的作用为防止扭转吸振器工作时导线缠绕，影响供电和控制。
本发明将设计的动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器连接在轴系动力传递路径上，利用电流控制吸振器的刚度，使其固有频率跟随外部波动转矩的频率，产生共振，消减动力传递路径上的波动转矩。解决了被动扭转减振器的工作频带窄，主动扭转减振器的能量消耗过大，以及正负刚度半主动控制扭转减振器结构复杂、液压元器件造价昂贵的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器，其特征在于，所述磁流变弹性体动力调谐吸振器随轴转动，外部轮廓为旋转对称的圆形；所述调谐吸振器具体包括：
两个连接主动轴与被动轴的连接盘，设计足够空间用于传递动力安装调谐吸振器；
两个连接盘靠紧固螺栓连接，在相应位置安装调谐吸振器；
动力调谐吸振器，利用电流产生的电磁场对磁流变弹性体刚度实时控制，进而改变动力调谐吸振器固有频率，使动力调谐吸振器固有频率跟随外部波动转矩的频率，产生共振，消减动力传递路径上的波动转矩；可以在动力系统不同位置安装相应的动力调谐吸振器，用以吸收不同频带的波动转矩；
加速度传感器，用于采集输入转矩的激励频率，将加速度信号传递到控制器中；
控制器，用于控制电流并进行计算。吸振器控制跟随原则为，当外部激励进入某一动力吸振器的频率可调范围，利用电流控制磁流变弹性体的刚度，从而控制吸振器的固有频率跟随外部激励频率，其他位置的动力吸振器均保持最优参数被动吸振器状态；当外部激励频率进入其他动力吸振器的频率可调范围，控制亦参照之前的方式。
2.如权利要求1所述的动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器，其特征在于，所述动力调谐吸振器控制跟随原则为，当外部激励进入某一动力吸振器的频率可调范围，利用电流控制磁流变弹性体的刚度，从而控制吸振器的固有频率跟随外部激励频率，其他位置的动力吸振器均保持最优参数被动吸振器状态。
3.如权利要求1所述的动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器，其特征在于，所述磁流变弹性体动力调谐吸振器还包括：
电源，与控制器利用导线通过导电滑环与电磁线圈相连，用于动力调谐吸振器的供电与磁场控制；导电滑环的用于防止动力调谐吸振器工作时导线缠绕，影响供电和控制。
4.如权利要求1所述的动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器，其特征在于，所述动力调谐吸振器由上下两个磁轭、两块剪切方向磁流变弹性体、两个电磁线圈组成；
上下两个磁轭与两块磁流变弹性体构成一个封闭的磁路；两个电磁线圈安装在剪切方向的磁流变弹性体附近，两端安装限位块，用于防止电磁线圈在磁轭上滑动；电磁线圈利用导线通过导电滑环分别与电源和控制器相连；
阻磁片采用阻磁材料用于防止封闭磁路漏磁，阻磁片将下磁轭与连接盘阻隔，形成夹层。
5.如权利要求5所述的动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器，其特征在于，上下磁轭采用到导磁良好的20号钢，利用热塑胶将磁流变弹性体与磁轭粘连。
6.如权利要求1所述的动力系统宽频带磁流变弹性体动力调谐吸振器，其特征在于，加速度传感器安装在动力输入轴，与控制器通过导线相连。
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