用有限元方法研究半主動座椅懸架系統 的振動磁流變液阻尼器

汽車設計當中，座椅在確保乘客舒適性方面發揮著重要作用，特別是在長途駕駛時。如今大多數制造商更多關注座椅的靜態舒適性，而對動態舒適性關注有限。韋洛爾大學的這個學生項目幫助我們進一步了解動態舒適性的重要性。

利用Adams仿真工具，學生們設計了一個模型，用PID控制 器和新設計的磁流變液阻尼器來考察半主動座椅懸架系統的性能。

該軟件幫助學生們在物理模型和測試之前，利用虛擬模型和虛擬測試技術，實時、經濟地對他們的模型進行測試。

挑戰

韋洛爾理工學院成立于1984年，是印度首屈一指的教育機構。 VIT有數量眾多的青年學生投身于研究與工程領域，并且提供 廣泛的課程。來自機械與建筑科學學院（SMBS）的學生正在 研究一個應用程序，該應用程序使用磁流變（MR）阻尼器控 制半主動座椅懸架系統振動。該項目采用PID控制器和新設計的磁流變液阻尼器對座椅半主動懸架系統進行性能分析。

汽車懸架可分為三類，即被動、主動和半主動懸架系統。該項目小組旨在建立一個半主動座椅懸架，能在保持高頻的高性能外，減少低頻率上的振動傳遞。因此半主動系統采用了如磁流 變（MR）和電流變（ER）等流體。這些流體中懸浮著微米大小的鐵顆粒。當電壓施加到流體上時，鐵顆粒在外部磁場中對齊，并改變流體的剛度。事實上，建造和測試座椅懸架系統的物理實驗是極其麻煩和昂貴的。如何建立座椅懸架系統的數學模型是一項挑戰。

圖：  座椅懸架整體模型

方案

該項目小組旨在通過使用仿真模擬來解決這個問題。學生們使用MSC軟件的Adams多體動力學仿真解決方案來探索、構建和測試虛擬設計。該項目采用圖形化編程環境和控制方程在Adams軟件中對數學模型進行了仿真。

韋洛爾理工學院成立于1984年，是印度首屈一指的教育機構。VIT有數量眾多的青年學生投身于研究與工程領域，并且提供廣泛的課程。來自機械與建筑科學學院（SMBS）的學生正在研究一個應用程序，該應用程序使用磁流變（MR）阻尼器控制半主動座椅懸架系統振動。該項目采用PID控制器和新設計的磁流變液阻尼器對座椅半主動懸架系統進行性能分析。汽車懸架可分為三類，即被動、主動和半主動懸架系統。該項目小組旨在建立一個半主動座椅懸架，能在保持高頻的高性能外，減少低頻率上的振動傳遞。因此半主動系統采用了如磁流變（MR）和電流變（ER）等流體。這些流體中懸浮著微米大小的鐵顆粒。當電壓施加到流體上時，鐵顆粒在外部磁場中對齊，并改變流體的剛度。

事實上，建造和測試座椅懸架系統的物理實驗是極其麻煩和昂貴的。如何建立座椅懸架系統的數學模型是一項挑戰。懸架系統受到兩個關鍵的路面激勵（即隨機輸入）。利用控制方程在仿真模型中建立四分之一半主動懸架系統的數學模型。如下示意圖描述了座椅的多自由度模型。另外學生們發現可以通過應用控制器達到所需的效果，為此他們也使用了比例積分微分（PID）控制器，幫助控制阻尼力和路面力之間的誤差，并在半主動系統中使用了磁流變阻尼器來降低振動。

Adams及其全面的部件、關節和力庫意味著學生能夠以圖形方式建立機械系統模型，而不需要學生為機械設計編寫復雜的運動方程。

反之他們可以在圖形化編程環境中模擬具有全運動行為的設計，用動畫將結果可視化，并使用Adams后處理進行繪圖。該圖詳細介紹了學生使用控制器和減振器研究受控自適應懸架的方法。速度和加速度只能在垂直位移下計算。

這些變量顯示了汽車的性能指標和可以通過仿真加以改進的參數。

成果

汽車設計當中，座椅在確保乘客舒適性方面發揮著重要作用，特別是在長途駕駛時。如今大多數制造商更多關注座椅的靜態舒適性，而對動態舒適性關注有限。韋洛爾大學的這個學生項目幫助我們進一步了解動態舒適性的重要性。利用Adams仿真工具，學生們設計了一個模型，用PID控制器和新設計的磁流變液阻尼器來考察半主動座椅懸架系統的性能。

該軟件幫助學生們在物理模型和測試之前，利用虛擬模型和虛擬測試技術，實時、經濟地對他們的模型進行測試。

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