磁偏置內旁通式磁流變阻尼器研究.pdf

1、磁流變液作為流變學特性可控的一種智能材料，引起了學術界和產業(yè)界的巨大關注。利用磁流變液，人們可以開發(fā)阻尼器、制動器、離合器等通用機械部件，并通過它相應賦予被控對象以動力學可控的智能特性，在機械裝備、國防等工業(yè)領域具有廣泛的應用前景。由被動彈性元件和磁流變阻尼器構成的汽車半主動懸架系統(tǒng)也越來越受到相關研究機構的關注，并逐漸成為研究熱點，受到全球汽車制造商的青睞。磁流變阻尼器是一種采用磁流變液作為工作介質的可控阻尼器件，具有結構簡單、響應迅

2、速、能耗低、動態(tài)范圍大、控制相對簡單等優(yōu)點，與傳感器和控制器一起組成汽車半主動懸架系統(tǒng)。通過傳感器將車輛運動狀態(tài)參數(shù)反饋到控制器，通過適當?shù)目刂扑惴ù_定需要的阻尼力大小，并向磁流變阻尼器施加相應的激勵電流，達到對車輛進行半主動控制的目的。 目前的汽車磁流變阻尼器都由磁流變液通過磁場可控的流動通道，產生壓降來獲得阻尼力，一般只有單一流動通道，以流動模式或者混合模式進行工作，其阻尼力只能在不施加激勵電流時的最小值與施加飽和激勵電流時

3、的最大值之間變化。在系統(tǒng)正常運作時，需要持續(xù)向阻尼器提供較高的激勵電流，增加能量消耗；一旦磁流變阻尼器供電失效或者控制系統(tǒng)失效的情況下，磁流變阻尼器提供的阻尼力極小，影響汽車的安全行駛，甚至威脅駕乘人員和行人的生命安全；同時，根據(jù)前人的研究成果，單通道的磁流變阻尼器流動性能也有待改進。基于此，本文研究集成永磁體的磁流變阻尼器，在無外界激勵電流條件下，通過在阻尼器流動通道產生偏置磁場，從而產生偏置阻尼力來防止供電及控制失效條件下的安全隱患

4、，降低磁流變阻尼器在正常使用時的耗能；同時，本文提出具有兩個流動通道的磁流變阻尼器內旁通工作模式，以期改善磁流變阻尼器的流動性能，從而提出磁偏置內旁通式磁流變阻尼器的設計方案，并對該阻尼器進行了混合磁路設計、流變學分析建模以及相關的試驗研究，具體研究內容如下： ①介紹了磁流變阻尼技術，闡述了開展磁流變阻尼器件研究的重要意義。通過回顧磁流變阻尼器及其相關研究的現(xiàn)狀，指出了目前磁流變阻尼器存在的問題，并提出了新型磁偏置內旁通式磁流

5、變阻尼器，介紹了本文將要開展的研究工作。 ②從磁流變材料性質及其獲取入手，完成了磁偏置內旁通式磁流變阻尼器的總體設計。提出了適合汽車磁流變阻尼器的基本工作模式，并分析了無外界激勵電流情況下，磁流變液在阻尼通道內為牛頓流時的流動狀態(tài)，并據(jù)此確定了磁流變阻尼器的主要結構參數(shù)。 ③鑒于集成永磁體后磁流變阻尼器磁路結構的復雜性，從電磁磁路、永磁磁路的角度出發(fā)，分別確定了阻尼器的電磁磁路構造及參數(shù)、永磁體的結構以及磁學參量，以

6、及磁路在沒有外界激勵電流條件下的偏置磁場，并對永磁磁路和電磁磁路共同工作時的混合磁路進行了分析，驗證了磁路設計是正確可行的。基于阻尼器動態(tài)響應取決于磁場對外界激勵源的響應的觀點，對磁場在不同激勵源條件下的響應進行了仿真研究。 ④闡述了幾種不同的磁流變液流變學模型，并基于Herschel-Bulkley模型，對阻尼器基本工作模式進行了建模。由于內旁通工作模式為基本工作模式的復合，利用基本工作模式建模的成果，對磁偏置內旁通式磁流變

7、阻尼器進行了流變學建模，并對相關模型進行了求解，給出了相應的流變學結果。 ⑤設計制造了磁偏置內旁通式磁流變阻尼器，并開展了相應的試驗研究。三角波激振試驗表明，試驗結果與阻尼器流變學建模結果基本吻合，驗證了阻尼器流變學建模的正確性。同時開展了阻尼器的示功試驗以及溫度特性試驗，結果表明，隨著溫度的升高，阻尼力有一定程度的下降，在實際應用中需要設計適合的溫度補償措施。 ⑥開展了磁偏置內旁通式磁流變阻尼器的建模研究，從工程實