基于磁流变悬置的动力装置垂向隔振控制与试验研究

　　动力装置( 如发动机) 的振动具有复杂的宽频、多主频特性，改善动力装置的隔振能力对提高运载器( 车、船、飞机等) 的 NVH 性能具有重要作用［1 －3］。橡胶悬置因结构简单、成本低，被广泛用于动力装置隔振，但该类悬置在高频时具有动态硬化趋势［1］研究的被动液压悬置，其阻尼特性与频率有关，在低频下隔振效果较橡胶悬置明显，但在较高频叠加激励下腔内阻尼具有动态硬化趋势，隔振效果不理想［2］。目前，磁流变( Magneto-Rheological，MR) 液为载体构成的阻尼可调( 半主动) 悬置［1］，只需较小的驱动电流即可工作［4］，成为动力装置隔振发展的重要方向。

　　在可调阻尼悬置的动力装置隔振系统中，学者们提出了有许多控制方法: 如采用开关策略设计的天棚控制器被用来抑制发动机振动，硬件在回路仿真表明它能够较为有效地隔离30 Hz 以下的垂向低频振动［5］;在基于单自由度基础激励的电流变液悬置隔振系统中，设计了一种开关逻辑控制器，仿真和实验表明该控制器能够降低垂向力传递［6］; 在基于单自由度浮筏的电流变液悬置隔振中，提出了一种模糊滑摸控制器［7］，仿真表明它比最佳的被动阻尼方式具有更明显优势;一种多输入多输出的宽频反馈隔振控制被用于车辆发动机悬置系统，闭环仿真结果表明该控制能够有效降低传递力［8］。然而，对动力装置半主动隔振的研究，目前主要在悬置原理、控制策略仿真等，几乎没有结合实际的动力装置振动来研究隔振控制的实现及隔振试验问题。

　　动力装置的垂向振动，是其最主要的振动方式之一，且该振动能量将通过悬置向运载器传递。本文将针对动力装置垂向振动隔离问题，在对磁流变半主动悬置工作原理及特性进行分析的基础上，建立动力装置隔振系统在最主要振动方向( 垂向) 上的动力学及运动学方程，研究基于磁流变悬置系统的动力装置垂向隔振控制方法。最后，为了评价基于磁流变悬置的动力装置隔振控制效果，以四缸发动机为例进行动力装置垂向隔振控制试验研究。

　　1 磁流变半主动悬置研究

　　1. 1 磁流变悬置的工作原理

　　磁流变液是一种典型的智能材料［4］，在外加磁场下，它们能够快速地改变自身的流变性质，从牛顿流体转换成宾汉流体，且其颗粒可排列成与外加磁场方向一致的链状，形成屈服应力。

　　通过改变外加磁场的强度，磁流变液的屈服应力能够被快速的可调可控。因此，基于磁流变液的动力装置悬置具有诸如阻尼( 力) 连续可调、宽频可控等特点［4］。磁流变悬置一般可按工作原理的差异分为三类，即剪切模式、流动模式和挤压模式。由于动力装置的振动位移较小( 毫米级) ，不利于采用剪切或流动模式。这里，我们提出了一种基于挤压模式的动力装置磁流变悬置，其基本结构见图 1。