汽车磁流变减震器研究综述
悬架及磁流变减振器概述
悬架及磁流变减振器概述newmaker1 悬架的构造悬架是车架与车桥之间的一切传力连接装置的总成，它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力（支撑力），纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架（或承载式车身）上，以保证汽车的正常行驶。
现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形式，但一般都有弹性元件、减振器和导向机构三部分组成。
弹性元件：使车架（或车身）与车桥（或车轮）之间做弹性联系，但弹性系统受到冲击后，将产生振动。
持续的振动容易是乘员感到不舒服和疲劳，故悬架还应当具有减振作用，使振动迅速衰减，为此，在许多结构型式的汽车悬架中都设有专门的减振器。
车轮和车架和车身跳动时，车轮（特别是转向轮）的运动轨迹应符合一定的要求，否则，汽车的某些性能（特别是操纵稳定型）有不利的影响。
因此，悬架中某些传力机构同时还承担着使车轮按一定的轨迹相对于车架和车身跳动的任务，因此这些传力机构还起导向作用，故称导向机构。
由此看这三者分别起着：缓冲，减振和导向的作用。
在多数的轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架中还设有辅助弹性元件-----横向稳定器。
1．弹性元件；2.纵向推力杆；3.减振器；4.横向稳定器；5.横向推力杆图1汽车悬架结构示意图并非所有的悬架都设置上述这些单独的装置不可。
例如：常见的钢板弹簧，除了作为弹性元件起缓冲作用而外，当它在汽车上纵向安置，并且一端与车架作固定铰接连接时，既可负担起传递所有各向力和力矩，以及决定车轮运动轨迹的任务，因而就没有必要在另行设置导向机构。
此外，一般钢板弹簧是多片叠成的，它本身即具有一定的减振能力，因而在对减振的要求不高时，在采用钢板弹簧作为弹性元件的悬架中，也可以不装减振器。
由悬架的刚度和悬架弹簧支撑的质量（弹簧质量）所决定的车身自然振动频率（或称振动系统的固有频率）是影响汽车的行驶平顺性的悬架重要性能指标之一，人体所习惯的频率是步行身体上下运动的频率，约为1～6Hz。
磁流变式汽车减振器设计-开题报告
副教授
从事 专业
专业、班级 车辆工程 是否外聘 □是√否
题目名称
磁流变式汽车减振器的设计
一、 课题研究现状、选题目的和意义 （1）课题研究现状
磁流变阻尼器因其具有结构简单、控制方便、响应速度快、消耗功率小、抗污染能力强和输出 力大、阻尼力连续可调等优点，它利用了磁流变液在磁场作用下能在毫秒级的时间内从牛顿流体转变 成具有一定屈服强度的黏塑性体的智能特性，仅需要很小的能量输入就能产生较大的阻尼力，尤其适 合在土木结构的抗风抗震中应用。在汽车、机械、土木建筑等的振动领域得到了广泛的应用和发展。 现有的磁流变阻尼器的工作模式有阀式、剪切式、挤压式、剪切阀式。磁流变阻尼器已成为汽车半主 动悬架系统中的研究热点。
近几年，对于磁流变阻尼器研究主要关于两个方面，对磁流变阻尼器优化方面的研究和对磁流 变阻尼器控制策略的研究。
对于磁流变阻尼器研究关于优化方面的内容主要集中于结构参数的优化以及磁路优化等方面。 现在就这两方面内容对其进行介绍。
1）磁流变阻尼器结构参数优化 为了提高磁流变阻尼器的可调范围和可控力值，需要对磁流变阻尼器的结构参数进行优化，以 使其阻尼性能达到最佳。在早期的磁流变阻尼器的研究中，主要对单一目标函数进行优化，以得到最 佳的结构关键尺寸，如间隙大小，有效长度及线圈匝数等。 西北工业大学的邓长华等人对双出杆磁流变阻尼器结构参数进行优化，其仅选择可调范围作为 目标函数，利用 MATLAB 优化出线圈匝数、阻尼通道厚度以及阻尼通道长度。 西安交通大学的吴龙等人从磁流变阻尼器设计原理入手，采用 Bingham 轴对称理论模型对小型 单出杆式磁流变阻尼器进行了结构参数的优化研究。其选取推导出的有效长度公式为目标函数，利用 MATLAB 优化工具箱进行优化，确定相关参数值代回原阻尼力及可调范围公式反复比对，已达到最 佳效果。 对于阻尼力或可调范围的这种单目标优化，涉及到的设计参数比较少，在计算过程上仅从磁学 角度考虑结构参数对阻尼力的影响，优化的效果上讲，具有一定的局限性。近几年的结果优化中出现 了一些针对阻尼力和可调范围等从力学和磁学双重角度考虑的多目标优化方法。 比较早的是烟台大学的陈义宝等人采用灰色系统理论的关联度计算方法，对磁流变阻尼器的结 构参数进行优化设计，其选定阻尼力可调范围、粘性阻尼力和可调阻尼力作为优化目标，利用优化软 件库 OPB2 对设计主要参数进行多目标参数优化。 哈尔滨工业大学的关新春等人以阻尼力和可调信数为优化目标，以磁流变阻尼器关键结构参数 为变量，；利用多目标遗传算法，在优化软件 modeFRONTIER 中对磁流变阻尼器进行优化设计和分 析。以及南京理工大学的张莉等人，安徽科技学院的易勇等人运用相应的软件工具和方法，对磁流变 阻尼器进行了相应的多目标优化方面的研究。 2）磁流变阻尼器磁路优化 磁流变阻尼器设计磁路的目的是将磁通量引导并集中到环形间隙中的活性磁流变液区，最大限 度地降低磁芯材料及非工作磁流变液区中的能量损失，保证足够的横截面积降低磁芯材料中的磁阻。 在磁路的设计过程中，所得到的结构参数结果是多样化的，而且每种结果使磁流变减振器发挥的效能
汽车磁流变减震器研究综述
F =-
24η Ap l
bh
3
2
+
2η bl
h
v0 -
4 lA p
τ η + 2 bl y
( 3)
式中 : η为磁流变液体的零磁场粘度 ; l 为极板长 度 ; b 为极板宽度 ; h 为极板间距 ; τ y 为屈服应 力 ; A p 为活塞有效作用面积 ; v0 为活塞杆的运动 速度 。
( 1) 流动模式 ( Poiseuille 流动 ) , 如图 6 ( a )
所示 , 在两固定不动的极板之间充满磁流变液 , 外 加磁场经过极板垂直作用于两极板之间的磁流变 液 , 使磁流变液的流动性能发生变化 , 从而使推动 磁流变液流动的活塞所受的阻力发生变化 , 达到外 加磁场控制阻尼力的目的 。利用这种工作模式可以
[7 ]
4 lA p
τ sgn v0 , sgn 为符号函数 。 η + 2 bl y 根据减振器磁流变液体特性测试 , 得到其屈服
。流动模式的两极板固定 , 由装置中存在的压
应力和磁感应强度关系为 -6 2 -3 τ 10 B + 41743 ×10 B - 1 ( 5) y = 1143 × 根据安培环路定律并考虑到间隙磁压远大于磁 芯磁压 , 可得 μIN 2h
第 24 卷 第 4 期
2008 年 7 月
森 林 工 程
FOREST ENGINEERING
Vol124 No14 Jul. , 2008
汽车磁流变减震器研究综述
王 冰 , 韩冰源 , 王 岩 , 艾曦峰
( 东北林业大学 , 哈尔滨 150040)
摘 要 : 在改善汽车的乘坐舒适性和行驶安全性 , 提出一种汽车磁流变半主动悬架的控制策略 。本文中介 绍车用阻尼器的应用与研究现状 ; 磁流变液的组成及磁流变效应基本原理 , 分析磁流变减振器的工作原理及其 数学模型 ; 结合国内外最新研究成果 , 综述用于汽车悬架的 MR 减振器的仿真模型 、控制方法和测试技术 , 并对 今后的研究工作重点进行了探讨 。 关键词 : 半主动悬架 ; 磁流变效应 ; 磁流变减振器 ; 仿真模型 中图分类号 : U472131 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 005X (2008) 04 - 0039 - 05
减震器的研究进展
减震器的研究进展摘要：综述减震器的研究概况及其发展。
减震器因其低能耗和具有很好的宽频减振性能而被广泛研究和使用。
本文总结归纳前人有关减震器的相关研究成果，梳理当前的研究进展，并提炼今后的发展方向。
关键词：减震器；减震性能前言振动是生产和生活中常见的现象，大多数工业机械、工程结构、仪器仪表在运行过程中都会有振动现象发生。
振动容易引起材料和结构的疲劳损伤，影响其使用寿命；振动可能降低仪器仪表的测量精度，致使它们无法正常工作；振动产生的噪声还会影响操作人员的健康而且会对人们的生活环境造成噪声污染等等。
因此，通过一定手段减小有害振动的抑制技术影响着国民经济、人生安全和发展。
在振动控制领域，采用减震器对机械设备进行减震防护已成为工程界研究的重要课题。
1.减震器的分类及其主要特性常用的减震器包括：橡胶减震器、塑料减震器、弹簧减震器、流体减震器和磁流变液减震器。
根据以上分类，分别综述它们的研究现状与进展，并总结其优化设计理论及方法。
1.1橡胶减震器橡胶减震器的工作性能主要表现为对振动系统的阻尼减震，阻尼减震就是将振动能量转变成热能消耗掉，从而达到减震的目的，其方法是依靠提高机械机构的阻尼来降低或消除机械振动以及提高机械的动态稳定性。
橡胶减震器在国外的研制与开发受到广泛重视，发展十分迅速。
早在第二次世界大战前夕，德国就把天然橡胶制成的减震器用于舰船的动力设备上，在实战中获得卓越成效。
同时，在航空、机械制造、电子等工业部门也相继获得应用。
1.2塑料减震器用软质塑料制作的减震器得到了越来越广泛的应用，一般在包装、运输中被经常使用。
这类减震器可以有效的降低及消除宽频带的随机振动以及多共振峰的机械振动，同时也具有良好的缓冲效果和良好的消除噪音的作用。
当前在隔振、降噪和缓冲都兼顾的情况下，使用塑料减震器具有相当的优越性。
由于塑料减震器的静力学特性和动力学特性都有非常明显的非线性特性，对变形的速度相当敏感，因此，塑料减震器一般具有以下的优点：1）有很高的空间利用率；2）易于成型，在使用过程中也不需要维护保养；3）有较高的内阻尼。
自激式磁流变减振器的研究
杨 兴 ，冯 天麟
（ 华 中科技 大 学机 械 学院液 压研 究 中心 ，湖 北武 汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４ ）
摘要 ：介绍磁流变液的力学模型 、减振器的振动模型 、激励 电路设 计以及膜 片与减 振气囊 的设计使 用。基于振 动模 型 的分析 ，用 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ进行相应 的数值计算 以及参数优化 ，得到减振器的结构以及性能参 数。 关键词 ：磁流变液 ；振动模型 ；激励 电路 ；膜片 中图分类号 ：Ｔ Ｈ ７ ０ ３ ． ６ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ １— ３ ８ ８ １（ ２ ０ １ ３ ）１ １— ０ ４ ２ — ４
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ ｒ ｈ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ｌ ａ ｌ ｆ ｕ ｉ ｄ ’ Ｓ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ，ｔ ｈ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ ｒ ｈ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ａ ｌ ｄ ａ ｍｐ ｅ ｒ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｅ ｘ ｅ ｉ — ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ，ｄ ｉ ａ ｐ ｈ ｒ ａ ｇ ｍ ａ ｎ ｄ ｄ ａ ｍｐ ｉ ｎ ｇ ａ ｉ ｒ ｂ ａ ｇ ｗ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｌｙ ａ ｓ ｉ ｓ ， ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ ｗ ａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｍａ ｋ ｅ
ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｌｃ ａ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔ ｈ ｅ ｍａ ｎｅ ｇ ｔ ｉ ｃ ｄ ｍ ｐ ａ ｅ ｒ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ａ ｎ ｄ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｇ ｏ ｔ ｔ ｅ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ ｒ ｈ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ｌ ａ ｌ ｆ ｕ ｉ ｄ ； Ｖｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ；Ｅｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ；Ｄ ｉ ａ ｐ ｈ ｒ ａ ｇ ｍ
车磁流变减振器流变力学特性的研究(精)
第 23卷第 6期 2002年 11月江苏大学学报 (自然科学版Journal o f Jian g su U n ivers it y (N atural S cienceV o l .23N o.6 N ov.2002汽车磁流变减振器流变力学特性的研究谢俊 1, 刘军 2, 马履中 1(1. 江苏大学机械工程学院, 江苏镇江 212013; 2. 江苏大学汽车与交通工程学院, 江苏镇江 212013[摘要]磁流变液是一种新型的功能材料, 属于可控流体 . 它能在强磁场作用下从牛顿流体变为有较高屈服应力的粘塑流体, 这种变化连续可逆且迅速, 用其制成的阻尼器具有结构简单、体积小、能耗低和阻尼可连续调节等优点 . 利用非牛顿粘性流体模型和宾汉流体模型, 设计基于流动模式的汽车用磁流变减振器, 利用ANSYS 有限元分析软件计算其力学性能并进行试验验证 . 结果表明磁流变减振器可实现阻尼无级可调, 将其用于汽车悬架系统, 可改善行驶的平顺性, 获得良好的振动特性 .[关键词]磁流变液; 减振器; 汽车悬架[中图分类号]TB 383[文献标识码]A [文章编号]1671-7775(2002 06-0026-04为加速车架与车身振动的衰减, 以改善汽车的行驶平顺性, 在大多数汽车的悬架系统内都装有减振器 . 减振器和弹性元件是并联安装的 . 试验研究证明, 悬架系统中理想的阻尼特性应该是随着使用因素 (如道路条件、载荷的变化而改变, 即减振器的阻尼力应和悬架系统的参数有恰当的匹配关系:在悬架压缩行程内, 减振器阻尼力应较小, 以便充分利用弹性元件的弹性, 以缓和冲击; 在悬架伸张行程内, 减振器的阻尼力应大, 以求迅速减振; 当车桥 (或车轮与车架的相对速度过大时, 减振器应能使阻尼力始终保持在一定限度内, 以避免承受过大的冲击载荷 . 即悬架系统的某一参数发生变化时, 减振器的阻尼力也应随之而改变, 从而可保证悬架系统有良好的振动特性 [2].磁流变液(M a g netorheo lo g ical F lui d ,简称 M RF 属于可控流体, 由高磁导率、低磁滞性的微小软颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体, 是智能材料研究领域中较为活跃的一种 . M RF 在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性; 而在强磁场作用下, 则呈现出高粘度、低流动性的宾汉流体特性 . 由于 M RF 在磁场作用下的流变是瞬间、可逆的, 而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系, 因此是一种用途广泛、性能优良的智能材料, 用其制成的阻尼器具有结构简单、体积小, 能耗低、可连续调节等优点, 是结构实施主动控制的理想装置 [3]. M R 阻尼器是—种通过调整磁流变阀中的磁场强度, 来达到调节阻尼参数目的的智能装置, 将其用于汽车悬架系统, 可改善行驶的平顺性, 获得良好的振动特性 .! 汽车磁流变减振器工作模式的分析磁流变液装置的工作模式有流动模式、剪切模式和挤压模式, 三种基本模式的工作情况如图 1所示 [4].在流动模式下, 磁流变液被限制在静止的磁极之间, 在压力差作用下产生流动, 流动阻力通过磁场强度来控制 . 汽车用磁流变减振器就是一种典型的流动模式阻尼器 .根据汽车减振器工作特点, 设计了基于流动模式的减振器, 图 2所示其结构与双向作用筒式减振器相似 . 从筒壁引入导线控制磁场变化, 磁场变化可以改变从工作活塞轴向孔隙中流过的 M RF 的粘度, 进而改变阻尼力的大小, 这种调节是连续的 .[收稿日期]2002-05-21[基金项目]江苏省汽车工程重点实验室开放基金资助项目 (K 2091 [作者简介]谢俊 (1968- , 女, 江苏镇江人, 江苏大学讲师、博士生 !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! .图 1磁流变液装置的基本工作模式 F i g .1B as ic m odes o f o p eration f or M RFdevices图 2汽车磁流变液减振器F i g .2A l tom o tive M RF shock absorber由于磁流变液在阻尼通道中的流动是沿着减振器轴向流动的, 在周向和径向的流动速度为零, 为了简化, 假设磁流变液在阻尼通道内沿轴向是线性变化的, 流体不可压缩, 则由流体力学得圆管内流体均匀流动方程式为[1]! =2L(1式中! ———磁流变液的剪切应力 ! 1———阻尼通道两端的压力差 L ———阻尼通道的长度管壁处! W =! R 2L(2磁流变液属于非牛顿流体中非时变粘性流体———宾汉流体, 其本构方程为[1]-d T =" p! -! 0(3式中u ———流体轴向流速分量 ! 0———屈服值 "p ———塑性粘度 ! 0, " 1在一定的温度和压力下是常数 . 由式 (1 可知, 切应力在管轴线处为零, 在管壁处最大, 在断面上切应力成直线分布 . 根据宾汉流体的特性, 在切应力小于屈服值 ! 0的区域内, 流体将不发生相对运动 . 如果管壁处切应力小于屈服值, 则整个断面上流速都等于零 . 则宾汉流体在管内流动的条件为 !W ! ! 0, 即 ! R 2L ! ! 0或 ! L ! 2! 0R(4在半径为 T 0处的切应力等于宾汉流体的屈服值 ! 0, 这样在 T " T 0区域内, 其切应力大于屈服值 ! 0, 能产生流动; 而在 T #T 0区域内, 切应力小于屈服值 ! 0, 因而不能产生相对运动, 只能像固体一样随着半径为 T 0处的液体向前滑动 . 这样管内固液两态并存, 流动分为两个区域, 流体质点间无相对运动的部分流体称流核区, 流核区以外的称速梯区, 如图 3所示 [1].72第 6期谢俊等:汽车磁流变减振器流变力学特性的研究图 3宾汉流体流速分布F i g .3F low i n g ve locit y o f b i n g ha m屈服应力发生在两区的交界面上, 当 T =T 0时, T =T, 代入式 (1 , 可得T 0= 2T 0L! P(5将宾汉流体一元流动本构方程式 (3 与均匀流动方程式 (1 联立, 即可得圆管层流的参数 [1].流速分布M =!4L T pR 2-T 2 -T 0T pR -T流量G = " ! R 48L T p1-3TR +3T 0 ( R ]4当流量较大, T0! R时, 上式可简化为G = " ! R 48L T p1-3 T 0 R平均流速U =R 28L T p! P -3T 0L R压降! P =R 2+3R上式中等号右侧的第一项就是当塑性粘度和牛顿粘度相等时的牛顿流体的压降, 第二项是由于宾汉流体存在屈服值 T所引起的压降 .阻尼力F =! P A式中 A ———活塞的截面面积2A N S Y S 数值模拟某磁流变液的性能曲线如图 4所示, 该曲线表征了磁感应强度 B 、磁流变液剪切率 Y 和剪切应力 T 之间的关系 . 其中母液的运动粘度为 100> 10-6m2#S , 牛顿流体的表观动力粘度 T P =0.1Pa ・ S , 流体的密度 P =1200k g #m 3, 剪切屈服值 T 0=4 000Pa. 减振器的阻尼孔结构参数为 D =3mm , L =5mm . 根据减振器活塞的相对运动速度 O 及减振器的有关结构尺寸, 即可求出压降 ! P 和阻尼力 F.图 4M RF 性能曲线F i g .4M RF p ro p ert y curve但上述 ! P 的计算公式仅适用于 L " D 的情况, 且没有考虑流体进出口处的收缩和扩散损失, 故计算结果偏小 . 在给定磁流变减振器的结构参数 D 、 L 和磁流变液的特性参数的情况下, 利用 ANSYS 有限元分析软件对汽车用磁流变减振器的力学性能进行数值模拟 . 其压力分布等值图及流速分布等值图如图 5、图 6(活塞运动速度 0.75m #S 、 M RF 动力粘度 0.1Pa ・ S 所示.图 5压力分布等值图F i g .5ISo p ieSticS d ia g ram图 6流速分布等值图F i g .6ISove locit y d ia g ra m对不同的活塞运动速度和 M RF 动力粘度进行数值模拟, 并与试验数据进行对比, 其阻尼力 F 与活塞运动速度 U 及磁流变液的粘度 T 之间的关系如82江苏大学学报 (自然科学版第 23卷图 7所示 . 图中可以看出:利用 ANSYS 数值模拟的阻尼力较实际阻尼力要小, 这主要因为数值模拟时没有考虑活塞与缸体之间的摩擦阻尼 [5].图 7阻尼力随活塞运动速度和 M RF 粘度的变化曲线F i g .7D a m p i n g f orce curve w it h ve locit y o f p iston and vis-cos it y o f M RF3结论根据磁流变减振器的工作原理, 设计基于流动模式的汽车磁流变减振器, 利用ANSYS 有限元分析软件对其 M RF 的流变力学特性进行数值模拟,并进行试验验证 . 结果表明:磁流变减振器与传统的可控减振器相比, 结构简单; 通过调节励磁电流可实现阻尼力无级可调, 以满足不同路况对汽车悬架的要求, 具有广泛的应用前景 .[参考文献][1]沈崇棠, 刘鹤年 . 非牛顿流体力学及其应用 [M ]. 北京:高等教育出版社, 1989. [2]陈家瑞 . 汽车构造 [M ]. 第三版 . 北京:人民交通出版社, 1994. [3]董平, 唐家祥 . M R 智能材料在结构振动控制中的应用 [J ]. 工程抗震, 2000(2 :15-23. [4]汪建晓, 孟光 . 磁流变液装置及其在机械工程中的应用 [J ]. 机械强度, 2001, 23(1 :50-56.[5]单春贤, 张冰蔚, 陆勇 . 摩托车前减震器阻尼特性数学模型的建立 [J ]. 江苏理工大学学报(自然科学版 , 2001, 22(5 :25-28.S t ud y on Rheo l o g ical pro p erties of V ehicle MRF Shock A bsor berX I E JMn 1, L I U JMn 2, M A L -zhon g1(1.S choo l of M echan ical e n g i neeri n g , Jian g su U n ivers it y , Zhen j ian g , Jian g su 212013, Ch i na ; 2. S choo l o f A utom ob ile and t raffic e n g i neeri n g , Jian-g su U n ivers it y ,Zhen j ian g , Jian g su 212013, Ch i na Abstract :M a g netorheo lo g ical fl ui d (M RF is a ki nd o f novel m aterial . lt belon g s to a contro llable fl ui d andcan be chan g ed from N e w tonian fl ui d to viscoelastic flui d b y a pp l y i n g m a g netic field. this chan g e is successi ve , reversi ble and ra p i d. the auto da m p er m ade o f M RF has t he f eat ures o f si m p le , s m all size , low consu m p tion p ow er ,and ad j ustable successi vel y . Rheo lo g ical p ro p erties o f M RF shock absorber have been p ro p osed usi n g non-N e w tonian fl ui d m odel and b i n g ha m p lastic m odel . A utom oti ve M RF shock absorber based on flow m odehas been desi g ned ,som e m echanical p ro p erties have been anal y zed b y ANSYS and com p ared w it h testi n g re-sults. the results show t hat vehicle M RF shock absorber allow s da m p i n g -f orce ad j ustable conti nuousl y , i m -p roves ri di n g harshness ,and is ver y eff ecti ve i n iso lati n g t he vi bration o f vehicle sus p ensions. K e y words :m a g netorheo lo g ical flui d ; shock absorber ; vehicle sus p ension(责任编辑王云华92第 6期谢俊等:汽车磁流变减振器流变力学特性的研究。
汽车单筒充气磁流变减振器特性的试验研究
汽车单筒充气磁流变减振器特性的试验研究汽车单筒充气磁流变减振器是一种新型的减震装置，具有性能稳定、动态性能良好等特点。
为了更好地理解该装置的特性，本文通过实验研究的方式，探究了其在不同充气压力和磁场强度下的特性。
首先，我们使用了一台测试用的单筒充气磁流变减震器测试台，该测试台能够模拟车辆行驶中的路面不平坦情况，通过测量减震器的行程、力-速度曲线等指标，观察减震器的响应。
实验中，我们采用了不同的充气压力和磁场强度进行测试。
首先在没有充气和磁场作用的情况下，测量了减震器的基本参数。
随后，我们调整充气压力和磁场强度，观察其对减振器特性的影响。
实验结果表明，单筒充气磁流变减震器具有一定的压力敏感性。
当充气压力逐渐增加时，减震器的阻尼系数也相应增大，但是在一定范围内，过高的充气压力反而会导致减震器的性能下降，因为太高的压力会导致减震器内部气压不稳定。
因此，只有选取合适的气压范围，才能取得最佳的减震效果。
同样的，当磁场强度增加时，减震器的阻尼系数也会随之增大。
但是，过高的磁场强度会导致减振器的响应时间变长，影响减震效果。
因此，磁场强度的选择也需要合理。
此外，在测试中还发现了单筒充气磁流变减震器具有较好的稳定性和动态性能。
它的阻尼特性与车速呈正相关，且具有良好的响应速度和可控性。
综上所述，单筒充气磁流变减震器作为一种新型的车用减震装置，具有明显的优势。
其特性的研究与实验能够帮助我们更好地理解其工作原理，从而为其在汽车工程中的应用提供参考。
未来，我们将继续深化其性能研究，不断优化其技术参数和应用，为汽车行业提供更好的服务。
除了在实验室中进行特性研究外，单筒充气磁流变减震器的实际应用也十分值得关注。
在汽车工程中，减震装置是很重要的安全配件之一。
它能够吸收和分散车辆行驶中的震动、颠簸和冲击，保护车辆和乘客，提高行驶稳定性和舒适性。
而单筒充气磁流变减震器作为一种新型的减震装置，其特性和优势也在逐渐得到广泛认可和应用。
汽车悬架的磁流变减振器阻尼力调节特性的研究_喻晶
列, 即设 G= 014P a# s; l = 0108m; A p = 010095m2; D =
0 1203m; h = 01015m; N = 60; ( R2 - R1 ) = 01002m;
v0 ( t ) = v1 ( t ); K = 010691; B= 1128; I = 0时, 被动悬架 上常用减振器的阻尼力 Fc ( t)、磁流变减振器的阻尼 力 F r ( t)与时间 t 的关系如图 1所示。
2 被动悬架的磁流变减振器阻尼力调节特性
由汽车系统动力学原理可知, 1 / 4单轮车辆模型 中的被动悬架阻尼力 Fc 可表示为 [ 5] :
Fc = ce (#x sf - #xuf ) = ce v1 …………………… ( 4) 式中: ce 为被动悬架中常用减振器的阻尼系数; x# sf 为车 身振动速度; #xuf为轮胎振动速度; v1 为悬架振动速度。
图 1 Fc ( t)、Fr ( t)与 t的关系曲线
图 3 Fr ( t)、xg ( t) 与 t关系的比较图
75
现代制造工程 2009年第 2期
制造工艺 /工艺装备
从图 3可知, F r ( t)可以很好地跟踪道路情况, 起 到衰减悬架振动的效果。
根据汽车悬架系统最优控制理论, 当 F r ( t )等于 半主动悬架的最优控制力 F t ( t )时, 汽车的平顺性指 标为最优, F t ( t )可根据线性随机最优控制理论求出, 即 [ 5] :
当采用高斯白噪声作为路面输入模型时, 即 [ 5] :
#xg ( t) = - 2Pf 0xg ( t) + 2P G0 U0w ( t) …… ( 5) 式中: xg 为路面位移; t为作用时间; G0 为路面不平度 系数, 一般取 G 0 = 510 @ 10- 6; U0 为车速; w ( t )为均值 为零的 高 斯 白 噪 声; f 0 为下 截 止 频 率, 一 般 取 f 0 = 011H z。
磁流变减振器简介与原理
磁流变减振器简介与原理磁流变减振器利用电磁反应，以来自监测车身和车轮运动传感器的输入信息为基础，对路况和驾驶环境做出实时响应。
这种控制系统以经济、可靠的部件结构提供快速、平顺、连续可变的阻尼力，减少了车身振动并增加了轮胎与各种路面的附着力。
与传统的减振系统不同，磁流变减振器中没有细小的阀门结构，也不是通过液体的流动阻力达到减振效果。
这项被通用汽车公司称作“磁行车控制系统”的技术是一种高性能、半主动的悬架控制系统。
2005年3月初，随着通用汽车2006款凯迪拉克SRX 进入中国市场，德尔福公司的磁流变减振器（MagneRideTM）技术首次亮相中国市场，该技术的应用使2006款凯迪拉克SRX独具特色。
磁流变减振器（通用汽车称之为“磁行车控制系统”）与德尔福的电子稳定控制系统、紧急刹车辅助器、四轮驱动牵引控制系统（可选择的）以及自适应式巡航控制制动系统（可选择的）集成在一起，可以帮助车主更好地驾驭豪华车和运动轿车。
磁行车控制系统有助于提供出色的车身控制并缓冲每个车轮所受的反冲力，从而最大程度地提高车辆的稳定性，增进驾驶性能和舒适程度——这也是凯迪拉克的共同优点。
磁行车控制系统应用磁流变（MR）液体和不带机电控制阀的减振器提供反应迅速、减振性能强大的阻尼力控制。
磁流变液体是一种由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁体液体混合而成的磁性软粒悬浮液，这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的特性，而在强磁场作用下，呈现出高粘度、低流动性的液体特性。
正是磁流变液的这种流变可控性使其能够实现阻尼力的连续可变，从而达到对振动的主动控制之目的。
当液体被注入减振器活塞内的电磁线圈后，线圈的磁场将改变其流变特性（或产生流体阻力），从而在没有机电控制阀且机械装置简单的情形下产生反应迅速、可控性强的阻尼力。
车装控制器根据从4个悬挂位移感应器、一个车侧加速率传感器和一个方向盘角度感应器上获得的数据，以百万分之一秒的频率连续不断地调节阻尼力的大小。
机械制造及其自动化专业毕业论文--磁流变减振器设计分析
摘要磁流变液是可磁极化的固体微颗粒在基液中形成的悬浮液，其流变特性可由外加磁场连续控制。
在不加磁场时，它表现为牛顿流体；在外加磁场作用下，磁流变液能够在 1ms 内快速、可逆地由流动性良好的牛顿流体转变为高粘度、低流动性的宾汉塑性固体，具有一定的抗剪屈服应力，且其屈服应力随外界磁场的增加而增加。
基于磁流变液的流变特性，结合机械设计的方法，分析了磁流变液在减振器间隙中的流动情况，建立了磁流变减振器的设计理论和方法。
本文的主要研究工作如下：(1) 介绍了磁流变液材料的组成、磁流变液效应、磁流变液的主要性能和五种常用的磁流变液材料及其性能。
(2) 根据阻尼力的要求，确立了减振器的基本结构参数尺寸，以此为基础进行了磁路设计，得出了活塞的长度尺寸。
AbstractMagnetorheological (MR) fluids are suspensions of micron-sized, magnetizable particles in a carrier fluid such as synthetic oil and silicone oil, which are regarded as the intelligent materials that respond to an applied magnetic field with a change in their rheological properties. In the absence of an applied magnetic field, MR fluids exhibit Newtonian-fluid-like behavior. Upon application of a magnetic field, MR fluids can change from Newtonian fluids to Bingham plastic solids of high viscosity and low flow momently reversibly，which have a certain yield stress, and it increase with the magnetic field strength increasing.Base on the rheological properties of MR fluids, combined with the method of Machine design, the gap' flow state of shock absorber is analysed.The main research of the paper are as follows:(1) Constitute of MR fluids , MR effect, the main performance and five kinds of MR fluids and performance are introduced.(2)Base on damping force' requirement, the basic structural parameter and dimension are confirmed, and base on it, magnetic back track is designed, the length of piston is gained.第一章绪论1.1 引言在工程技术中，机器的振动是一种普遍存在而且正日益受到人们关注的现象。
单出杆汽车磁流变减振器设计及试验研究
单出杆汽车磁流变减振器设计及试验研究*摘要：磁流变减振器是实现汽车半主动控制，提高车辆行驶平顺性的重要部件。
本文在分析磁流变减振器工作模式基础上，结合汽车减振器的工作要求，分别完成了混合模式和流动模式磁流变减振器的结构设计，建立了两种模式下的数学模型并进行了相关的仿真研究，设计制作出了产品并进行了试验研究。
从工程实现和控制角度看，混合工作模式可以减少阻尼孔的堵塞并具有较大的可控倍数，其性能要明显优于流动模式减振器。
比较分析发现，二者阻尼力在低速时差异不大，但是在高速时，两种类型的减震器阻尼力差异较大。
通过试验证明，本文建立的模型、提出的设计思路和方法符合工程要求，可以为后续车辆磁流变减振器改进设计和车辆半主动控制研究提供参考和技术支持。
关键词：磁流变液 减振器 设计 试验1 引言悬架系统主要用以缓冲和吸收因路面不平而产生的激振力，衰减路面激振力所引起承载系统的振动。
传统的被动悬架，结构参数一经选定，即使经过优化，也只能在特定的车速和路面下才能达到最佳，无法随汽车运行的工况和激励的变化进行调节，不能满足使用工况的变化，减振性能的提高受到限制。
随着汽车车速的不断提高，人们对汽车行驶平顺性的要求也越来越高。
1954年GM公司Federspiel-Labrosse在悬架设计中首先提出了主动悬架的思想[1]。
主动悬架可以根据外界环境和车辆运行状态，通过控制系统产生相应的阻尼力，达到期望的平顺性和安全性。
这种悬架系统可以显著提高车辆的行驶安全性和乘座舒适性[2]。
但由于其制造成本太高，控制系统复杂，仍未发展到推广实际应用阶段。
70年代，Crobsy和Karnopp[3]等人提出了半主动悬架的概念，阻尼力可以在一定范围内实现有级或连续的变化，改善了车辆的行驶性能，其控制相对简单，成本低、耗能小、可靠性高的优异品质使得它备受青睐。
由于主动与半主动悬架可以有效提高乘坐舒适性及操控安全性，国内外对其展开了大量的研究，已经发展到多系统的集成控制研究[4、5]。
浅析磁流变阻尼减震器的工作原理
安徽机电职业技术学院毕业论文浅析磁流变阻尼器工作原理系别专业班级姓名学号2013 ～ 2014 学年第一学期目录摘要 (Ⅰ)第一章绪论 (1)1.1课题背景 (2)1.2磁流变技术的研究与发展 (4)第二章磁流变阻尼器工作原理及结构模式 (7)2.1磁流变阻尼器的工作模式 (7)2.2磁流变阻尼器的基本结构 (7)2.3磁流变减震器的构造及工作原理图 (11)第三章磁流变阻尼器的设计 (13)3.1磁流变阻尼器设计准则 (13)3.2磁流变阻尼器的结构参数的计算 (13)3.3磁流变阻尼器的优化设计 (15)第四章磁流体阻尼器在车辆上的具体应用 (18)4.1磁流变阻尼器在悬架系统中的应用和发展情况 (18)4.2磁流体阻尼器在车辆半主动悬架上的应用 (19)4.3可调磁流体阻尼器的发展 (19)摘要磁流变液（Magnetorheological Fluid简称MRF）是一种智能材料。
在磁场作用下，它能在液态和类固态之间进行快速转化。
同时转化的过程是可控、可逆的。
具有在外加磁场作用下快速可逆地改变流体性能的特点。
磁流变液与过去常用的电流变液相比，具有许多优点: （1）屈服应力更大（2)温度范围宽（3）稳定性好（4）在装置中用量较小，使用装置紧凑、质量更轻（5)安全性高，因而可以广泛应用于航空航天、机械工程、汽车工程、精密加工工程、控制工程等领域。
本文研究了磁流变磁流变液材料的组成、磁流变液效应及其主要特征、磁流变液的主要性能的基础上，在根据阻尼力的要求和机械设计基本理论，确立了磁流变阻尼器的基本结构参数尺寸及主要部件的选用，并以此为基础进行了磁路设计，得出了活塞的磁路结构。
在机械设计基本理论的指导下，计算得出磁流变阻尼器的结构参数尺寸，并应用AutoCAD制图软件，画出了磁流变阻尼器的装配图，分析影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素。
本文同时研究了磁流变阻尼器的工作原理，先对磁流变液和磁流变阻尼器的发展及应用趋势及其在汽车悬架控制技术中的应用发展情况进行研究。
自传感自供能磁流变减振器研究现状综述
过 综合 分析 当前 研 究 中存 在 的 问题 ， 阐 明 了其 未 来的发展 方向 。
关键词： 磁 流 变减振 器 ； 自传 感 ； 自供 能 ： 现 状
中 图分类 号 ： Ｔ Ｈ１ ３ ７； Ｔ Ｈ ７ ０ ３ ． ６ ３ 文献标 志码 ： Ｂ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ０ － ４ ８ ５ ８ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ４ － ０ ０ ９ ６ － ０ ６
ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｂ ｒ ｉ ｅ ｌｙ ｆ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕｒ ｒｅ ｎ ｔ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｍａ ｇ ｎｅ ｔ ｏ ｒ ｈ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｄａ ｍｐ ｅ ｒ，ｔ ｈ ｅ ｐａ ｐ ｅ ｒ ｐｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｅ ｍｓ ｉ ｎ ｒ ｅ ｓ ｔ ｉｃ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ ｉ ｔ ｓ ｗ ｉ ｄ ｅ ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄ ｕ ｓ ｅ ，ａ ｎ ｄ ｐ ｕ ｔ ｅ ｍｐ ｈ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ｏ ｆ ｓ ｅ ｌ ｆ －
ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ａ ｂ ｌ ｅ ｄ ａ ｍｐ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ，ｌ ｏ ｗ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ Ｏ ｏ ｎ，ｓ ｏ ｉ ｔ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｈ ｏ ｔ ｓ ｐ ｏ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ． Ｏｎ ｔ ｈ ｅ
基于DSP的汽车磁流变减振器控制器设计正文+参文+致谢
1 引言1.1本课题研究背景随着经济社会的发展，汽车已逐步走入普通家庭，成为人们生活和出行必不可少的工具，人们对汽车的安全舒适性能也提出了更高的要求。
汽车行驶时，由于路面不平及发动机、传动系、车轮等旋转部件激发汽车的振动，这些振动直接影响到汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性和可靠性。
而传统的被动悬架所采用的减振器由于其自身的局限性无法满足上述要求。
磁流变阻尼器是一种在磁场作用下阻尼可控的器件，与传统汽车悬架系统相比，装有磁流变阻尼器的半主动悬架系统可以根据路面状况和车辆运行状态，在计算机的控制下自动调节阻尼力的阻尼器，大大提高汽车的舒适性和行车安全性。
磁流变阻尼器的工作原理是改变励磁线圈中的电流从而获得不同强度的磁场，使工作腔中的磁流变液的流动特性发生变化，从而改变阻尼力的大小。
因此，控制器只要能实时精确调节磁流变阻尼器的驱动电流，就能达到控制磁流变阻尼器的目的[1]。
随着汽车结构和功能的不断改进和完善，研究汽车振动，设计新型电控系统从而将汽车振动控制到最低水平已经成为提高现代汽车品质的重要措施。
研究性能可靠，调节方便的可调阻尼减振器将是半主动悬架走向大众的必经之路。
1.2汽车悬架系统简介悬架是连接车身和车轮之间全部零部件的总称，是减少动载荷引起的零部件损坏、提高车辆平顺性(乘座舒适性)和安全性(操纵稳定性)的关键(平顺性和操纵稳定性是汽车的最重要的性能指标之一)。
悬架系统主要由弹性元件(如钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆等)、减振器和导向机构组成。
悬架系统中减振器的主要作用是提供阻尼力，加速车架与车身振动的衰减，从而改善车辆行驶平顺性。
按照系统组成有无控制环节，车辆悬架系统可粗略分为被动悬架系统和智能悬架系统，智能悬架根据作用原理又可以粗分为主动悬架和半主动悬架两类。
目前汽车上普遍采用的被动悬架其参数足以对车辆乘座舒适性和操纵稳定性要求的折衷设计，采用保守弹性元件(弹簧)和耗能元件(减振器)，弹簧刚度和减振器阻尼系数等参数同定，减振器的阻尼力不可调，其弹簧的弹性特性和减振器的阻尼特性不能随着车辆运行工况的变化而进行调节，优点是结构简单，成本低；缺点是缺乏灵活性，一旦设计定型，悬架参数就无法调解了，所以采用被动悬架的车辆的减振效果只能是在特定路况和车况下才能达到最优，难以满足要求越来越高的平顺行和操纵稳定性的要求[2]。
浅析磁流变减震器磁流变效应的影响因素
浅析磁流变减震器磁流变效应的影响因素摘要磁流变液属可控流体，是智能材料中研究较为活跃的一支，是可磁化的固体微颗粒在基液中形成的悬浮液，其流变特性可由外加磁场连续控制，在不加磁场时，它表现为牛顿流体；在外加磁场作用下，磁流变液能在1ms内快速、可逆地由流动性良好的牛顿流体转变为高粘度、低流动性的宾汉塑性固体，具有一定的抗剪屈服应力，且其屈服应力随外界磁场的增加而增加。
汽车磁流变减震器是利用磁流变液的流变特性和机械设计方法相结合而设计开发的减震器。
影响磁流变效应的因素主要有磁场强度、磁饱和强度、温度等。
关键词磁流变液；减震器；磁场；影响因素一、磁流变液减振器原理（一）磁流变液及其效应磁流变液是将微米尺寸的磁激化颗粒分散溶于绝缘基液中形成的特定非胶性悬浮液体。
磁流变液效应是指在未加磁场下，磁流变液表现为牛顿流体特性；在外加磁场的作用下，磁流变表现为宾汉流体的特性。
当磁流变液受到强磁场时，其悬浮颗粒被感应极化，彼此间相互作用形成粒子链，并在极短的时间相互作用，由流体变为具有一定剪切屈服应力的粘塑体。
（二）磁流变液流变特此特性及应用（1）磁流变液具有高粘度、低流动性的特点，其表观粘度發生变化的过程是连续的、无级的，是非线性的。
（2）磁流变效应的响应时间为毫秒级，响应过程是可逆的可控的。
（3）磁流变效应所需的能耗低，可以采用低电压，大电流控制磁场强度的强弱，进而控制磁流变效应。
基于磁流变液表现的各种特点，设计开发流体控制阀、阻尼器等磁流变器件，使它更能够满足汽车半主动悬架的减振控制要求。
二、磁流变效应的影响因素（一）外加磁场的磁场强度在没有外加磁场作用时，磁流变液无屈服应力；在外加磁场作用下，磁流变液具有一定的屈服应力，并且屈服应力随外加磁场的增加而增加，这种现场被认为是磁流变效应的主要标志。
（二）颗粒的磁饱和强度提高磁饱和磁他强度可提高屈服应力。
当悬浮相微粒磁化饱和后，剪切应力随磁场强度的增大变缓。
随悬浮相体积分数的增大，剪切应力虽有较大幅度的增加，但同时会带来零场粘度的增大，屈服应力下降。
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汽车磁流变减震器研究综述Research Review of Automobile Magnetorheological Damper 摘要：在改善汽车的乘坐舒适性和行驶安全性, 提出一种汽车磁流变半主动悬架的控制策略。
本文中介绍车用磁流变减震器的应用与研究现状; 磁流变液的组成及磁流变效应基本原理, 分析磁流变减振器的工作原理、工作模式；结合国内外最新研究成果，综述用于汽车悬架的磁流变减振器的仿真模型、控制方法和测试技术, 并对今后的研究工作重点进行了探讨。
关键词：磁流变效应; 磁流变减振器;Abstract：A control strategy of automobile magneto-rheological semi-active suspensionwas proposed to improve the riding comfortableness and traveling safety of automobile. In addition the application and research status quo of automobile damper were introduced as well as the principle of magneto-rheological effect and the composition of the magneto-rheological fluid. Working principles and models of the automobile magneto-rheological damper was analyzed and the future focus was discussed after summarizing the simulation models , control method and testing technology of automobile magneto-rheological damper of automobile suspension.Key words：magneto-rheological effect ; magneto-rheological damper1 引言;车辆悬架系统的主要功能之一是提供支撑、有效地隔离路面引起的振动和冲击。
目前有3 种车辆悬架系统: 传统的被动悬架系统、主动悬架系统和半主动悬架系统。
传统的被动悬架系统, 其主要元件是有固定刚度的弹簧和固定阻尼力的减振器, 它不能满足不同道路条件和车辆行使状态的要求; 采用可调节阻尼力和弹簧刚度的主动悬架系统可根据道路条件和车辆行驶条件改变阻尼力和弹簧刚度的大小, 以满足不同乘坐舒适性和行驶安全性的要求, 但由于主动悬架系统的结构复杂, 成本昂贵,使其在国内仅处于实验室探索阶段; 由被动弹簧和可调节阻尼力的主动减振器所组成的半主动悬架系统, 以其价格低廉、制造工艺相对简单、减震效果较好, 正逐渐成为现代汽车悬架系统的发展方向(如图1) , 具有广阔的应用前景【1-3】美国德尔福公司推出的磁流变减振器如图2 所示是一种高性能、半主动控制系统。
在实际控制中, 根据监测车身和车轮运动状况的传感器输入的信息, 对路况和驾驶环境作出实时响应, 以便减少车身振动和增加车轮在各种路面的附着力。
2 磁流变技术简介2.1 磁流变技术的发展磁流变技术研究的主要目标就是利用磁流变液在外加磁场作用下改变流变特性这一特点，开发出能智能控制的磁流变阻器。
1948年，美国国际标准化协会学者Jack Rabinow 发明了磁流变液材料；1994年，美国Lord 公司的Carlson 等人先后申请了磋流变液与磁流变设备的专利。
2.2 磁流变液的组成和成分特性磁流变液是一种在磁场下粘度发生明显变化的新型液体材料, 其基本特征是在强磁场作用下能在瞬间(毫秒级) 从自由流动液体转变为半固体, 呈现可控的屈服强度, 而且变化是可逆的。
磁流变液由3 部分组成: 1、温度效应较小的载体液, 即基液，基液要求具有低粘度、高沸点、低凝点高化学稳定性、抗“磁击穿”等特性.2、可在磁场中产生极化的离散微粒, 即磁性颗粒，磁性颗粒要求具有低的粘度和高的屈服应力；3、 防止粒子结团和沉降的稳定剂。
2.3 磁流变液的流变特性和特征磁流变效应是指磁流变液在未加磁场时，表现为牛顿（Newton ）流体的特性．其剪切应力等于粘度与剪切率的乘积；在外加磁场的作用下．磁流变液表现为宾汉(Bingham)流体的特性，其剪切应力由液体的粘滞力和屈服应力两部分维成．其流变特性的改变表现为屈服应力随磁场强度的增加而单调增加．而渣体的粘度不变，在强磁场作用下能在瞬间从自由流动的渍体转变为半固体．呈现可控的屈服强度．而且这种变化是可逆的。
磁流变液在外加磁场作用下的屈服过程由屈服前区、屈服区和屈服后区三个阶段组成．如下图所示．剪切应变与应力关系图由于磁流变液工作状态基本都处于屈服后区．因此．为了简化磁流变减震器阻尼力的计算．磁流变液的本构关系近似取为Bingham 流体。
其本构关系可用下列方程（1）来描述。
0d u d u sg n +d r d r ττη=（） 0ττ>du =0drττ≤ 式中．τ为磁流变液剪切应力；0τ为临界剪切屈服应力，它与磁场强度有关；η为磁流变液的塑性粘度：u 为磁流变液的流动速度，r 是径向坐标。
总结之磁流变效应应具有下列特征:(1) 在外加磁场的作用下, 磁流变液的表观粘度发生变化的过程是连续的、无级的, 但 这一变化过程是非线性的。
(2) 磁流变效应的响应时间为毫秒级。
(3) 磁流变效应所需的能耗低, 这为磁流变液在车辆工程中的应用提供方便。
(4) 磁流变效应是可逆的。
(5) 磁流变效应对杂质不敏感。
(6) 可以采用低电压,大电流控制磁场强度的强弱,进而控制磁流变效应。
3 磁流变减震器的研究3.1汽车磁流变减震器的工作原理、工作模式和仿真模型3.1.1 工作原理磁流变减振器的原理是利用磁流变液在外加磁场作用下,随机分布的磁化微粒的磁化运动方向大致平行于磁场方向,磁化运动使微粒首尾相联,形成链状结构或复杂的网状结构,从而使磁流变液的流变特性发生变化来实现减振器阻尼力控制[2]。
3.1.2工作模式磁流变减霞器的工作模式可分为流动模式。
剪切模式和挤压模式。
（1）流动模式在两固定不动的极板之间充满磁流变液, 外加磁场经过极板垂直作用于两极板之间的磁流变液, 使磁流变液的流动性能发生变化, 从而使推动磁流变液流动的活塞所受的阻力发生变化, 达到外加磁场控制阻尼力的目的。
利用这种工作模式可以设计开发流体控制阀、阻尼器等磁流变器件。
（2）剪切模式在两相对运动的极板之间充满磁流变液, 外加磁场经过极板垂直作用于两极板运动的活塞所受阻力发生变化, 达到外加磁场控制阻尼力的目的。
利用这种工作模式可以设计开发流体离合器、制动器、机床夹具和阻尼器等磁流变器件。
（3）挤压模式两极板之间充满磁流变液, 磁流变液受极板的挤压向四周流动, 外加磁场经过极板作用于两极板之间的磁流变液, 极板的运动的活塞所受阻力发生变化, 达到外加磁场控制阻尼力的目的。
利用这种工作模式可以设计开发行程较小的阻尼器等磁流变器件。
由于汽车悬架阻尼器的行程较大，且在结构尺寸和强度上有严格要求。
目前通常采用流动和剪切模式混合的模式进行设计。
3.1.3 仿真模型磁流变减震器设计的关键是建立起模型。
目前主要有数学模型和力学模型。
数学模型分为参数化模型和非参数化模型[12]。
（1）参数化模型。
Stanway 提出了Bingham 模型，该模型可较好地拟合阻尼器的力- 位移响应, 但是对于力- 速度的非线性响应尤其是速度很小且位移与速度同向时, 模拟效果很差。
Gamato 和Filisko在Bing - ham 模型基础上提出了参数化的粘弹塑性模型, 但这一模型不能很好地拟合阻尼器低速时的恢复力衰减现象, 而且数值计算较复杂耗时, 不利于工程应用。
（2）非参数化模型。
1996 年, Gavin 等用以减振器速度和加速度的Chebychev 多表示的阻尼力进行电流变减振器的设计, 这种方法也可以用磁流变减振器的设计, 但其模型非常复杂, 且依赖于实验进行数值拟合或逼近求解, 一般只用于参考。
磁流变液减震器的力学模型主要有Bouc-Wen模型“、改进的Bouc一Wen模型、Bingham 塑性模型、非线性双粘性模型非线性滞回双粘性模型和非粘性弹性一塑性模型等[5]。
3.2 汽车磁流变减震器的结构形式、控制方法和测试技术3.2.1 汽车磁流变减震器的结构形式结构设计是磁流变减震器的重要设计部分，主要包括机械部分和磁路部分的设计，在设计中必须把机械和磁路结合起来考虑。
磁流变减震器的结构形式按活塞杆与缸筒的匹配分为单杠单筒单杠双筒和双杆单筒3种形式。
3.2.2 汽车磁流变减震器的控制方法磁流变减振器的整体系统由控制器、传感器、作动器三部分组成, 控制器在其中接收传感器传来的信息, 加以分析计算后通过作动器对汽车悬架进行控制。
可以看出控制器处于整个系统的核心位置。
然而对于流变性质十分复杂的磁流变液如何实施实时而且仿真效果好的控制, 是磁流变减振器研究的焦点。
国内外也提出了许多控制方法，如①,天棚阻尼控制方法。
天棚阻尼控制方法是最早提出的半主动悬架控制方法, 该方法的原理是在车身上施加一个正比于车身绝对速度的阻尼力,通过合理选择有关参数, 可彻底清除系统共振现象。
但天棚阻尼控制没有很好地解决操纵稳定性问题, 而且仅是一种理论实现, 在实际车辆中是不可能实现的。
②,最优控制方法。
最优控制是一种现代控制理论, 与天棚阻尼控制方法比较, 最优控制方法对系统中更多变量的影响加以考虑, 因而控制效果较好。
应用于车辆悬架控制系统的最优控制算法可以分为线性最优控制、H最优控制和最优预报控制等3种。
③,模糊半主动控制。
模糊控制中计算机通过采样获取信号, 经信号处理、与给定要求量比较得误差信号, 以误差信号和误差信号的微分输入模糊控制器, 通过模糊量化处理, 再根据模糊控制规则进行决策而得出模糊控制量, 再经非模糊化处理后得到控制量, 控制量经 D /A发送到执行机构对被控对象实施控制.模糊控制核心部分是模糊控制器的设计。
④，神经网络自适应控制。
神经网络控制是近几年来兴起的人工神经网络研究的一个分支。
神经网络具有自适应能力, 使采用神经网络方法设计的控制系统具有更强的适应性。
3.2.3 汽车磁流变减振器的控制效果测试方法常用的测试方法[3]如下:①，利用Matlab 等仿真软件进行测试。
运用软件在计算机进行测试, 试验快速, 成本低, 但是与实际路面行驶时有一定的差距, 使得试验的可信度有一定的降低。