用有限元方法研究半主动座椅悬架系统的振动磁流变液阻尼器

汽车设计当中，座椅在确保乘客舒适性方面发挥着重要作用，特别是在长途驾驶时。如今大多数制造商更多关注座椅的静态舒适性，而对动态舒适性关注有限。韦洛尔大学的这个学生项目帮助我们进一步了解动态舒适性的重要性。

利用Adams仿真工具，学生们设计了一个模型，用PID控制器和新设计的磁流变液阻尼器来考察半主动座椅悬架系统的性能 。该软件帮助学生们在物理模型和测试之前，利用虚拟模型和虚拟测试技术，实时 、 经济地对他们的模型进行测试。

挑战

韦洛尔理工学院成立于1984年，是印度首屈一指的教育机构。 VIT有数量众多的青年学生投身于研究与工程领域，并且提供广泛的课程。来自机械与建筑科学学院（SMBS）的学生正在研究一个应用程序，该应用程序使用磁流变（MR）阻尼器控制半主动座椅悬架系统振动。该项目采用PID控制器和新设计的磁流变液阻尼器对座椅半主动悬架系统进行性能分析。

汽车悬架可分为三类，即被动、主动和半主动悬架系统。该项目小组旨在建立一个半主动座椅悬架，能在保持高频的高性能外，减少低频率上的振动传递。因此半主动系统采用了如磁流变（MR）和电流变（ER）等流体。这些流体中悬浮着微米大小的铁颗粒。当电压施加到流体上时，铁颗粒在外部磁场中对齐，并改变流体的刚度。

事实上，建造和测试座椅悬架系统的物理实验是极其麻烦和昂贵的。如何建立座椅悬架系统的数学模型是一项挑战。

图1： 座椅悬架整体模型

方案

该项目小组旨在通过使用仿真模拟来解决这个问题。学生们使用MSC软件的Adams多体动力学仿真解决方案来探索、构建和测试虚拟设计。该项目采用图形化编程环境和控制方程在Adams软件中对数学模型进行了仿真。

悬架系统受到两个关键的路面激励（即随机输入）。利用控制方程在仿真模型中建立四分之一半主动悬架系统的数学模型。如下示意图描述了座椅的多自由度模型。另外学生们发现可以通过应用控制器达到所需的效果，为此他们也使用了比例积分微分（PID）控制器，帮助控制阻尼力和路面力之间的误差，并在半主动系统中使用了磁流变阻尼器来降低振动。

Adams及其全面的部件、关节和力库意味着学生能够以图形方式建立机械系统模型，而不需要学生为机械设计编写复杂的运动方程。

反之他们可以在图形化编程环境中模拟具有全运动行为的设计，用动画将结果可视化，并使用Adams后处理进行绘图。

该图详细介绍了学生使用控制器和减振器研究受控自适应悬架的方法。速度和加速度只能在垂直位移下计算。这些变量显示了汽车的性能指标和可以通过仿真加以改进的参数。

成果

汽车设计当中，座椅在确保乘客舒适性方面发挥着重要作用，特别是在长途驾驶时。如今大多数制造商更多关注座椅的静态舒适性，而对动态舒适性关注有限。韦洛尔大学的这个学生项目帮助我们进一步了解动态舒适性的重要性。利用Adams仿真工具，学生们设计了一个模型，用PID控制器和新设计的磁流变液阻尼器来考察半主动座椅悬架系统的性能。

该软件帮助学生们在物理模型和测试之前，利用虚拟模型和虚拟测试技术，实时、经济地对他们的模型进行测试。

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