[发明专利]一种基于组合悬置的发动机隔振系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体涉及一种基于组合悬置的发动机隔振方法。

背景技术

发动机是车船等运载器上的主要振源，能在宽频范围隔振的悬置系统，可有效降低发动机振动能量的传播，提高运载器的耐久性和乘坐舒适性。

目前，发动机普遍采用橡胶弹性体制成的被动悬置隔振系统，其结构简单、成本不高，在低频范围有较好的隔振效果，但阻尼偏小；在高频时橡胶会出现动态硬化，动刚度显著增大，而阻尼几乎不变，不能满足发动机在高频范围隔振降噪的性能要求。近年研究的液压悬置，能够抑制发动机共振，但仍存在低频阻尼偏小、液体高频动态硬化等问题，致使发动机宽频隔振的目标仍然难以实现。

随着智能材料的发展，采用电/磁流变液等可控流体的悬置成为动力装置隔振的重要发展方向。但电流变悬置需要较高的工作电压，用于运载器的发动机隔振实现中有一定的技术难度。用磁流变液制成的阻尼器，能够在可控电流产生的可控磁场下，改变磁流变液的流动特性，从而在宽频范围实现阻尼可调。目前，国内外对磁流变阻尼器件的研究已经基本成熟，广泛应用于车辆、机械、土木工程、航空航天等。

近年来，在发动机隔振系统中，有采用橡胶和电/磁流变阻尼器组成并联悬置的隔振方式，需在各支承点都加装电/磁流变阻尼器和配置多个传感器，因此隔振系统较为复杂且价格较为昂贵。为了提高发动机隔振系统的性价比和实用性，在原有的多个橡胶弹性体的基础上，加上单个磁流变阻尼器，可构成组合悬置隔振系统，从而充分利用橡胶弹性体的被动刚度特性和磁流变阻尼器的可控阻尼优势进行隔振。

目前，在发动机的隔振控制方法上，只针对装有多个阻尼可控悬置的隔振系统进行了研究，且普遍采用的是单一控制策略，很难在宽频动态隔振范围取得满意效果。由于发动机隔振的动态过程具有不确定性，难以建立精确数学模型，因此需要寻求一种不依赖数学模型的、采用多种控制策略的半主动控制方法，在发动机不同的振动激励频率和阻尼器不同的运动状态下，探索宽频激励下基于组合悬置的发动机隔振控制问题，这具有重要的现实意义。

发明内容

本发明提出一种基于组合悬置的发动机隔振系统及控制方法，其目的有两个。一是从提高运载器发动机隔振系统性价比的角度出发，充分利用多个橡胶弹性体被动刚度特性和单个磁流变阻尼器可控阻尼优势，构成基于组合悬置的可控阻尼发动机隔振系统。二是针对发动机隔振动态过程具有不确定性、单一控制策略很难使发动机在宽频范围获取满意隔振效果的问题，采用一种不依赖于精确模型的、包括两种控制策略的半主动控制方法，根据发动机振动激励频率、基座受力和阻尼器运动状态改变组合悬置系统的阻尼力，在降低发动机自身振动的情况下，抑制发动机振动能量向运载器机体的传递，使发动机在宽频范围内有效隔振。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：设计一种隔振系统，具体包括：多个橡胶弹性体分别放置于基座上的各个支承点，单个磁流变阻尼器斜置在发动机中部和基座之间，且所在平面过发动机质心并与发动机输出轴垂直，构成基于组合悬置的发动机单层隔振系统；一个二维加速度传感器安装在靠近磁流变阻尼器上端的发动机机体上，一个力传感器安装在位于磁流变阻尼器下端的基座上，分别在线提取发动机机体垂向、横向振动加速度和基座垂向振动力；算法模块计算发动机振动激励频率和横向振动速度，建立垂向隔振模糊控制规则和横向减振状态控制规则，确定磁流变阻尼器的斜向控制力；控制器根据斜向控制力确定阻尼器驱动电流，输入磁流变阻尼器，改变阻尼器中通电线圈产生的磁场强度，以实时调节组合悬置的阻尼力，使发动机在宽频范围有效隔振。

本发明还提出一种基于组合悬置系统的发动机隔振控制方法，该控制方法包括如下步骤：

(1)加速度传感器和力传感器分别在线提取与磁流变阻尼器相连的发动机机体的垂向、横向振动加速度和基座垂向振动力；

(2)算法模块计算发动机振动激励频率和横向振动速度，建立垂向隔振模糊控制规则和横向减振状态控制规则，根据激励频率和垂向振动力求解垂向阻尼力F_Z；根据横向振动加速度和横向振动速度确定横向阻尼力F_Y；由垂向阻尼力和横向阻尼力合成磁流变阻尼器的斜向控制力F，计算公式为F＝|F_Z/sinθ+F_Y/cosθ|，其中θ为磁流变阻尼器与基座的夹角；

(3)控制器根据磁流变阻尼器输入输出特性和斜向控制力确定阻尼器驱动电流；