基于磁流变技术的汽车碰撞仿真与控制研究

摘要

在科学与技术日新月异的今天，汽车已经成为人们最主要的代步工具。但是汽车在带给我们快捷、舒适同时，也因为交通事故的频繁发生带走了无数人宝贵的生命。保险杠作为汽车碰撞时人车安全的第一道保险屏障，对于提高汽车被动安全性，降低交通事故伤亡率具有十分重要的作用。然而目前市场上的保险杠或缓冲效果不理想，或结构过于复杂且只能针对特定的碰撞环境有效，并不能达到人们的需求，需要新的缓冲结构。磁流变缓冲器作为一种智能阻尼器件具有响应速度快、功耗低、阻尼力大且可调的优点，能够弥补目前汽车保险杠的不足，成为未来汽车保险杠的发展趋势之一。因此，本文以汽车碰撞为应用背景，磁流变碰撞缓冲器为研究对象，研究其在高速碰撞下的动力学响应及控制效果。针对目前磁流变器件高速条件下设计理论的不足，基于宾汉塑性非线性流体修正模型，对磁流变碰撞缓冲器进行了优化设计，建立了控制模型；基于多体动力学理论，建立了汽车碰撞缓冲动力学模型；仿真分析了磁流变缓冲器对汽车碰撞安全性的影响。本文的主要工作包括以下几个方面：
　　（1）介绍了汽车安全技术和保险杠的应用等相关背景，并针对目前保险杠存在的问题，阐述了磁流变缓冲器应用于汽车碰撞的重要意义，综述了磁流变缓冲器设计和应用方面的进展。
　　（2）针对高速情况下，用于磁流变缓冲器设计的宾汉模型不再精确的问题，推导了宾汉塑性非线性流体修正模型，并对基于此模型设计出的磁流变缓冲器使用流体力学仿真软件CFD进行了流体仿真，仿真结果证实了修正模型的精确性。
　　（3）使用ANSYS/LS-DYNA软件对磁流变缓冲器应用于汽车保险杠的性能进行了碰撞仿真，证实了磁流变缓冲器对于提高汽车被动安全性的可行性和有效性,为下一步的加工和试验验证提供了依据和保障。
　　（4）设计并搭建了跌落试验平台，测试了四种不同高度冲击下磁流变缓冲器的缓冲特性。通过比较试验值和理论设计值，充分地证明了宾汉塑性非线性流体修正模型的准确性，并基于该模型，建立了适用于高速下磁流变缓冲器的控制模型。
　　（5）以车身加速度和变形量为控制目标，研究对比了开关、天棚、PI和模糊控制对汽车碰撞安全性的影响，结果表明，各种控制方法均能提高碰撞安全性，但是只能取得折衷最优的效果。

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目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 汽车被动安全技术概述

1.3 汽车磁流变缓冲器的研究现状

1.4 汽车磁流变缓冲器的控制研究

1.5 本文主要的研究内容

1.6 本章小结

2 磁流变缓冲器结构的多目标优化设计

2.1 引言

2.2 应用于磁流变缓冲器设计的准静态模型简介

2.3 宾汉模型

2.4 宾汉塑性流体修正模型

2.5 汽车磁流变缓冲器的多目标优化

2.6 流体力学仿真分析

2.7 本章小结

3 基于磁流变缓冲器的汽车碰撞仿真研究

3.1 引言

3.2 软件ANSYS/LS-DYNA概述

3.3 ANSYS/LS-DYNA的算法介绍

3.4 基于ANSYS/LS-DYNA的汽车碰撞模型的建立

3.5 仿真结果处理及分析

3.6 本章小结

4 磁流变缓冲器工作特性的测试及控制模型的建立

4.1 引言

4.2 跌落试验平台的搭建

4.3 跌落试验加载条件及试验结果分析

4.4 磁流变缓冲器控制模型的建立

4.5 本章小结

5 汽车磁流变缓冲器的控制研究

5.1 引言

5.2 碰撞模型的建立

5.3 控制策略的设计

5.4 控制策略的Matlab/Simulink仿真

5.5 不同控制效果的对比

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究工作展望

致谢

参考文献

附录