汽车磁流变阻尼器的结构设计
磁流变阻尼器的动力学模型及其在车辆悬架中的应用研究
磁流变阻尼器的动力学模型及其在车辆悬架中的应用研究一、本文概述随着现代科技的不断进步和汽车工业的飞速发展，车辆悬架系统作为影响车辆行驶平稳性和安全性的关键部分，其性能优化越来越受到人们的关注。
其中，磁流变阻尼器作为一种新型智能材料阻尼器件，以其独特的性能调控能力和快速响应特性，在车辆悬架系统中展现出广阔的应用前景。
本文旨在深入研究磁流变阻尼器的动力学模型，探索其在车辆悬架系统中的应用效果，为提升车辆行驶性能提供理论支持和技术指导。
本文将系统介绍磁流变阻尼器的基本原理和特性，包括其工作机理、力学特性和调控方式等。
在此基础上，建立磁流变阻尼器的动力学模型，通过理论分析和数值仿真，探讨其动力学特性及影响因素。
本文将研究磁流变阻尼器在车辆悬架系统中的应用，分析其对车辆振动特性和行驶稳定性的影响。
通过构建车辆悬架系统模型，结合仿真实验和实车测试，评估磁流变阻尼器在改善车辆行驶性能方面的实际效果。
本文还将对磁流变阻尼器在车辆悬架应用中的关键技术问题进行探讨，提出相应的解决方案和优化策略，为其在实际工程中的应用提供参考。
通过本文的研究，旨在推动磁流变阻尼器在车辆悬架系统中的应用发展，为提升车辆行驶性能、增强驾驶舒适性和安全性提供有力支持。
也为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考和借鉴。
二、磁流变阻尼器概述磁流变阻尼器（Magnetorheological Dampers，简称MRDs）是一种基于磁流变液（Magnetorheological Fluid，简称MRF）的智能材料制成的被动或半主动控制元件，因其具有优良的阻尼特性和响应速度快等特性，近年来在车辆悬架系统、建筑振动控制以及军事领域等得到了广泛的应用。
磁流变液是一种由微米级铁磁颗粒和非导磁性载液混合而成的悬浮液，其粘度在磁场的作用下可以迅速并可逆地改变。
磁流变阻尼器正是利用了这一独特的物理特性，通过调整磁场强度，实现对阻尼力的连续、快速和可逆的控制。
基于磁流变阻尼器的汽车座椅悬架系统天棚阻尼控制器
基于磁流变阻尼器的汽车座椅悬架系统天棚阻尼控制器_论文重庆大学本科学生毕业设计(论文) 基于磁流变阻尼器的车辆座椅悬架系统天棚阻尼控制器设计学生:李章洲学号:20083467指导教师:浮洁专业:电子科学与技术重庆大学光电工程学院二O一二年六月Graduation DesignThesis of Chongqing UniversitySkyhook controller design of vehicle seat suspension system based on magnetorheological damperUndergraduate: Li ZhangzhouSupervisor: Lec. Fu JieMajor: Electronic science and technologyCollege of Opto-electronic EngineeringChongqing UniversityJune 2012摘要座椅悬架作为汽车的重要组成部分,其作用是缓和不平路面传传递给乘客或司机的振动,提高乘坐和驾驶的舒适性。
现有座椅悬架多采用被动悬架,其参数不能根据路面的状况实时变化,减振效果不理想。
磁流变座椅悬架是一种半主动悬架,具有阻尼力可调范围大、响应快等优点。
因此,研究基于磁流变减振器的半主动悬架系统对改善座椅悬架的动态性能、提高汽车安全性和舒适性有着重要意义。
本文以磁流变座椅悬架系统为对象,在对悬架系统动力模型分析的基础上,设计天棚控制策略,实现振动衰减。
主要工作如下:(1)对目前座椅悬架系统的发展进行综述,阐述了研究半主动座椅悬架系统的意义,并分析磁流变阻尼器的常用控制策略,提出本文将要开展的工作,了解磁流变阻尼器和半主动悬架系统的国内外研究现状。
(2)了解磁流变液的特性和相关应用,掌握半主动悬架系统的研究方法,建立磁流变座椅悬架系统的动力学模型。
(3)对天棚控制算法进行研究,利用Matlab对悬架模型的传递函数进行幅频特性分析,求解出满足要求的天棚阻尼系数。
轴向绕组磁路结构磁流变液阻尼器设计
Ｒ ｈ
Ｒ ｅ
图 １轴向绕组磁路结构磁流变液阻尼器结构简图
由活塞 １隔片 ２ 工作缸 ３ 内灌注磁流变液 ）励磁线 圈 ４ 、 、 （ 、
（Ｊ ａ （） ｂ
组成 ， 活塞和工作缸形成阻尼问隙通道（ 磁流变液流通通道 ） 。磁
图２单个线圈边的闭合磁 回路
路结构具体特点如下 ： （） １在阻尼器的工作缸壁上沿轴 向开设若 干个线圈槽 ， 电磁 线按链式绕制成分组的励磁线圈 ，线圈首尾或尾首正串连接 ， 按 节距 １ 个槽嵌放在缸壁上 的线圈槽 内， 构成轴向庶极式 线圈绕 组。绕组与活塞轴 、 工作缸以及阻尼间隙通道组成阻尼器的轴 向 绕组磁路结构 ，根据磁极对数又可称作 ２ 极轴向庶极式线圈绕 ｐ
如图 １ 所示 ， 阻尼器结构参数有 ： 活塞杆直径 ｄ 活塞轴直径 ， ，、 Ｊ半径 ｒ阻尼间隙通道长度 ， 阻尼 间隙高度 ｅ磁极高度 ｈ 工 ， Ｊ ， ， ，
作缸壁厚 。 ，磁极沿工作缸圆柱壁面弧长极距 ｕ ，磁极弧长宽度
２３结构设计判定条件 ．
磁流变液的饱和磁致屈服强度是用来表征液体的极限状态 ，
（） ５
（） ２ 因为磁 线 邻两槽槽壁相互平行来设计 ， 这样既可尽量增大磁轭铁芯磁通面
积， 又有利于约束电磁线。
面 ｈ
工作缸壁部分Ⅳ的磁阻为 ：
Ｒ－Ｉ ｒｅｈ ａ ） ｅ ｒ ＋ ＋ ＋／ ／ （ ２ｐ
，
ｎ￡ Ｇ
（） ３在每个线圈槽 口正对 的阻尼间隙通道处 ， 按槽 口宽度 和 式 中： 一空气磁导率 ； 一活塞轴材料磁导率 ；。 一工作缸材料 间隙高度以及间隙通道长度设置一块隔片 ， 防止磁流变液从这些 磁导率 ； 一磁流变液磁导率 ；一磁极对数； ＝ （ Ｄ２ ｐ Ｅ Ｃ＂ ／ ｏ ｒ ｐ ｒ
新型车用磁流变阻尼器设计
结构 领域 上 的广 阔应 用前 景 受到 了各 个 国家 的普
遍关 注 ， 为 目前 国际上 研 究 的热 门课题 之一 ， 成 在 国内也 逐步 受到 重视 ． 目前 ， 磁流 变 阻尼 器理 论设 计 大 多 数 都 是 基 于 Ｂｎ ｈ ｍ 模 型 的平 板 结 构 模 ｉｇ ａ
力 线并 不是 完 全依 照有 效 磁 路 行 进 的 ， 由于 缸 体 的导磁 作用 ， 力线 会沿 着缸 体 向外及 侧 面漏磁 ， 磁 且 使缸 体带 有磁 性 ， 致 缸体 可能 与 外 部 导 磁 零 导 部 件产 生干 扰 ， 而 影 响工作 性 能等 ， 从 而在 机械 结
器成 为 振动控 制 的新 一 代 高 性 能 减 振 器 ， 目前 应
Ｄａ ｐｅ ｏ ｈ ｃ ｅ ｍ ｒ ｆ ｒ Ｖｅ ｉ ｌｓ
ＧＵＯ ａ ｈ ｎ Ｘｉｏ— ｏ ｇ， Ｗ ＡＮＧ ａ Ｈ ｏ
（ ｃｏｌｆＴｅｍ ｌ ｏ ｅ ａｄＥ ｖ ｏｍ ｎａ Ｅ ｇｎｅｉ ， ｈ ｎｈ ｉＵ ｉ ｒｔ ｏ Ｓｈｏ ｏ ｈｒ ａ ｗ ｒ ｎ ｎｉ ｎ ｅｔｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ａ ｇ ａ ｎｖ ｓｙｆ Ｐ ｒ ｎ ｅ ｉ
文 章 编 号 ：１０ ４ ２ （ ００ （ 一 ０ ３— ４ ０ ６— ７ ９ ２ １ ）） ０ ８ ０ ｌ
新 型 车 用 磁 流 变 阻 尼 器 设 计
过 啸鸿 ，王 吴
２０９ ） ００ ０
（ 海 电力学院 能源与环境 工程学院 ， 海 上 上
摘
要 ：基 于磁流变液 的混合 运动模式和双极线 圈分 布 ， 结构类 型 、 件材料 、 从 元 零件 连接 、 工程应用 等多 角
度考虑 ， 设计 出一种 结构合理 、 能优 良、 性 零部 件较少并适合 于加工 的新型车用磁流变阻尼器 ．
磁流变MR阻尼器的磁路设计优化及仿真
磁流变MR阻尼器的磁路设计优化及仿真摘要：磁流变现象应用广泛，其中利用其原理制作而成的磁流变MR阻尼器是一种性能优良的半主动控制装置，其结构简单、响应快、动态范围大、耐久性好，具有很强的可靠性。
要使磁流变MR阻尼器的性能最佳，需要考虑诸多方面的因素，这其中阻尼器的磁路设计尤为关键。
1.MR阻尼器的磁路设计磁流变（MR）阻尼器种类多样，根据MRF在MR阻尼器内受力方式的不同，通常将MR阻尼器按结构型式划分为剪切式MR阻尼器、阀式MR阻尼器、剪切阀式MR阻尼器和挤压式MR阻尼器，剪切阀式综合了阀式和剪切式的双重特点，其综合性能好，易加工制造，且其磁路设计也比较简单。
鉴于此，在本次研究中，我们选用剪切阀式作为本文研究的微型MR阻尼器的结构型式，受力形式和活塞运动方式上，选择双出杆直动型。
当MR阻尼器的励磁线圈有电流通过时，产生的磁场会使缸筒内部的磁流变液状态瞬间发生改变，从而在活塞运动过程中产生阻尼力。
考虑到本次所设计的MR阻尼器尺寸很小，线圈内绕极其困难，不便操作。
因此本文研究的MR阻尼器采用线圈外绕的方法，现详细说明其磁路的设计。
首先绘出磁路计算简图如图1-1所示：图1-1线圈外绕磁路计算简图根据磁路欧姆定律可得：（1-1）式中，N是缠绕在缸筒表面的铜线匝数；I是通过前面铜线的电流；为整个回路的磁通；和h分别为MR阻尼器磁路的平均长度和阻尼间隙；和分别为磁芯和空气的磁导率。
MR阻尼器中心轴段部分的磁阻为：（1-2）侧翼磁阻为：（1-3）MR阻尼器间隙内的磁阻为：（1-4）MR阻尼器缸筒内的磁阻为：（1-5）在式（2-8）到（2-9）中，为磁流变液的相对磁导率，为缸筒材料（即铝合金）的相对磁导率，为活塞杆材料（即硅钢）的相对磁导率。
该阻尼器磁路的总磁阻可表示为：（1-6）根据磁路欧姆定律[3]，该MR阻尼器所需要的磁动势为：（1-7）上式中，为MR阻尼器的活塞与缸筒内部的磁感应强度，为该处磁通面积。
汽车悬架磁流变阻尼器的试验建模_高国生
2004168汽车悬架磁流变阻尼器的试验建模*高国生杨绍普 陈恩利 邢海军(北京交通大学,北京 100044)(石家庄铁道学院,石家庄 050043)[摘要] 依据汽车悬架用磁流变阻尼器的阻尼特性试验结果,提出了一种描述阻尼器动态特性的力学模型,即修正的Bouc -Wen 模型。
并用优化的方法确定了模型的参数。
该模型能够较精确地描述磁流变阻尼器在改变电流强度时的动态特性。
叙词:磁流变阻尼器,悬架,半主动控制A Study on the M odeling of M agnetorheological Dampersfor V ehicle Suspension Based on Ex perimentsGao GuoshengYang Shaopu,Chen Enli &Xing HaijunBeij ing Jiaotong Univ ersity ,Beij ing 100044S hijiazhuang Railw ay Institute ,Shij iaz huang 050043[Abstract] Using the results of magnetorheological(M R)damper performance testing ,a mathematical model,modified Bouc -Wen model,for M R damper is proposed 1With optim ization method,parameters of the model are determined 1It show s that the model can rather accurately describe the dynam ic characteristics of MR damper under fluctuating current 1Keywords:Magnetorheological damper,Suspension system,Sem-i active control*国家自然科学基金资助项目(10172060)。
(完整版)磁流变阻尼器的基本原理和结构
第二章磁流变阻尼器的基本原理和结构2.1磁流变阻尼器的工作模式磁流变技术研究的一个重要目标是利用磁流变液在外磁场作用下改变流变 特性这一特点，开发各种用途的磁流变阻尼器，MR 阻尼器的工作模式有下列几 种：（1） 压力驱动模式或流动模式。
如图 2.1（a 所示，这是目前应用最多的一种工作模式。
其原理，磁流变液在压力作用下通过固定的磁极， 磁流变液流动 的方向与磁场方向垂直，可通过改变励磁线圈的电流控制磁场的变化， 使得磁流 变液的流动性能发生变化，从而使磁流变阻尼器的阻尼力发生变化。
该系统可用 于伺服控制阀，阻尼器和减震器。
（2） 直接剪切模式。
如图2.1 （b ）所示，只有一个磁极固定，另一个磁极 作平行于固定磁极的运动或绕固定磁极旋转， 磁流变液在可移动磁极的作用下通 过可控磁场，同样磁场方向垂直于磁流变流体流动，适合于磁极运动的使用场合。
这种系统可用于离合器，制动器，锁紧装置和阻尼器等磁流变器件。
（3） 挤压模式。
如图2.1 （ c ）所示，磁极移动方向与磁场方向相同，磁场方向与磁流变液的流动方向垂直，磁流变液在磁极运动时同时受到挤压和剪切作 用。
磁流变液在磁极压力的作用下向四周流动磁极移动位移较小， 磁流变液产生 的阻尼力较大，可应用于低速小位移（一般少于lmm ）大阻尼力的磁流变阻尼器 和减振设备等。
这一模式中不均匀磁场导致悬浮颗粒聚集， 阻尼力随时间不断增 长，无法实现对振动的稳定控制［10］。
2.2磁流变阻尼器的基本结构2.2.1磁流变阻尼器的结构分析磁流变阻尼器是通过改变控制装置的参数来实现对结构的可调控制，其主要特点是所需外加能量很少、装置简单、不易失稳，摒弃了被动控制和主动控制Fig.2.1 Basic working modes for MR fluid（c ）.挤压模式的缺点，兼顾了它们的优点。
磁流变阻尼器可在一定的范围内通过调整磁场强度 来调整减振器的阻尼系数，实现振动的半主动控制。
磁流变材料阻尼器的结构设计与性能研究
磁流变材料阻尼器的结构设计与性能研究磁流变材料阻尼器是一种先进的阻尼器，在波浪荡漾、地震或机械振动等方面有广泛的应用。
它能够通过施加磁场来改变其内部阻尼阻力，以达到减振和减震的效果。
在本文中，我们将探讨磁流变材料阻尼器的设计和性能研究。
一、磁流变材料阻尼器的工作原理磁流变材料阻尼器的工作原理基于其材料本身的特性。
其外观类似于一个圆柱形的管子，内部则填充有磁流变材料。
当施加磁场时，磁流变材料会发生磁致变形，从而改变管子内部的液体位置和流动。
在运动过程中，液体会产生阻力，从而达到减震和减振的作用。
二、磁流变材料阻尼器的性能研究磁流变材料阻尼器的性能研究涉及到其结构设计和使用效果。
以下是该阻尼器的性能分析：1、阻尼器的结构设计阻尼器的结构设计对其性能具有重要影响。
通常，设计者会考虑以下主要因素：外部形状、内部填充材料和磁场生成器。
以外部形状为例，可以设计成不同形状，如梯形、V形或菱形。
这些形状对于磁流变材料的分布和内部阻尼效果具有明显的影响。
此外，内部填充材料的选择也至关重要，不同的材料具有不同的粘度和导电性能，因此对阻尼器的实际性能会产生重要的影响。
2、使用效果的测试除了设计结构以外，测试阻尼器的使用效果同样至关重要。
例如，可以通过实验来测量阻尼器在减震和减振方面的效果以及其对于振动频率和波形的响应。
此外，还可以对阻尼器的耐久性进行测试，以确保其能够在长时间内稳定工作。
三、磁流变材料阻尼器的应用磁流变材料阻尼器广泛应用于工业和车辆领域，如摩托车减震器、建筑物和桥梁结构减震器、汽车悬挂器等等。
在汽车领域，磁流变材料阻尼器已经被广泛应用于各大汽车制造商的高端品牌车型。
例如，美国福特公司的F-150皮卡车已经采用了该技术。
磁流变材料阻尼器可以大幅度提高车辆的行驶舒适性和安全性，从而更好地吸引消费者。
四、结论磁流变材料阻尼器是一项重要的技术，其在各大领域的应用也正在不断增加。
设计良好的阻尼器不仅可以提高机器和设备的性能，还可以减少因振动产生的损坏和磨损。
第二章磁流变阻尼器的基本原理和结构
第二章磁流变阻尼器的基本原理和结构2.1 磁流变阻尼器的工作模式磁流变技术研究的一个重要目标是利用磁流变液在外磁场作用下改变流变特性这一特点，开发各种用途的磁流变阻尼器，MR阻尼器的工作模式有下列几种:（1）压力驱动模式或流动模式。
如图 2.1（a）所示，这是目前应用最多的一种工作模式。
其原理，磁流变液在压力作用下通过固定的磁极，磁流变液流动的方向与磁场方向垂直，可通过改变励磁线圈的电流控制磁场的变化，使得磁流变液的流动性能发生变化，从而使磁流变阻尼器的阻尼力发生变化。
该系统可用于伺服控制阀，阻尼器和减震器。
（2）直接剪切模式。
如图 2.1（b）所示，只有一个磁极固定，另一个磁极作平行于固定磁极的运动或绕固定磁极旋转，磁流变液在可移动磁极的作用下通过可控磁场，同样磁场方向垂直于磁流变流体流动，适合于磁极运动的使用场合。
这种系统可用于离合器，制动器，锁紧装置和阻尼器等磁流变器件。
（3）挤压模式。
如图 2.1（c）所示，磁极移动方向与磁场方向相同，磁场方向与磁流变液的流动方向垂直，磁流变液在磁极运动时同时受到挤压和剪切作用。
磁流变液在磁极压力的作用下向四周流动磁极移动位移较小，磁流变液产生的阻尼力较大，可应用于低速小位移(一般少于lmm )、大阻尼力的磁流变阻尼器和减振设备等。
这一模式中不均匀磁场导致悬浮颗粒聚集，阻尼力随时间不断增长，无法实现对振动的稳定控制[10]。
(a). 压力驱动或流动模式(b). 剪切模式(c). 挤压模式图2.1磁流变流体的基本工作模式Fig.2.1 Basic working modes for MR fluid2.2 磁流变阻尼器的基本结构2.2.1 磁流变阻尼器的结构分析磁流变阻尼器是通过改变控制装置的参数来实现对结构的可调控制,其主要特点是所需外加能量很少、装置简单、不易失稳，摒弃了被动控制和主动控制的缺点，兼顾了它们的优点。
磁流变阻尼器可在一定的范围内通过调整磁场强度来调整减振器的阻尼系数，实现振动的半主动控制。
汽车磁流变减振器设计原理与实验测试
一
下 十
十
十
由于不 考 虑 磁路 的 漏 磁 ， 由磁 路 的安 培 环路 定理 ， 磁路 的磁通
Ｎ Ｉ
ｒ ｒ 尺一 （） ） 一 ２ ； ２ｎ ］ 一 云 一 ｒ Ｒ Ｉ云卜 —－ ｎ ） 。 （
“ （ ｌ 三ｒ≤ ２ ２ｒ ≤ 三ｒ ）一 “ （ １ Ｉｒ ）一 “ （２ ３ｒ ）
（ ７ ）
（） ８
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式 中， 为线 圈的匝数 。 Ⅳ
（一 ｒ 尺一ｒ（ ） ｒ ２ ； ２ｎ ］ ） 一 ｇ意 ＋ ｌ ｒ Ｒ＿２ 意］ — ｚ ｒ （） Ｉ ｎ
模 式 和 剪 切 模 式 【 进 行 设 计 的 。流 动 模 式 见 图 １ ］
尼 通道 内压 力 Ｐ沿轴 向 是线 性 变化 的 ， 式 （ ） 则 １ 简 化 为
害 手一ｌ 十 一 ＋ 了一
２ 磁 流 变 减 振 器 设 计
２ １ 阻尼 力 的计 算 方 法 ．
（ ２ ）
在 两 相 对 运 动 的极 板 之 间充 满 磁 流 变 体 ， 加 磁 外 场 经 过极 板垂 直作 用 于 两 极 板 之 间 的 磁 流 变 体 ， 使 磁 流变 体 的 流动 性 能 发 生 变 化 ， 而 使 推 动 极 从
板运 动 的 活塞 所 受 阻力 发 生 变 化 ， 到 外 加 磁 场 达
区域 ２
“（ ｌ ｒ≤ ｒ ）一 ｆ ｒ≤ ２
式中， ｃ为常 数 。
为了简 化 ， 计惯 性 力 的作 用 ， 设 在 同一阻 不 并
・１３ ２ ・ ９
区域 ３
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汽车磁 流变减振器设 计原理 与实验 测试—— 廖 昌荣 余 淼 陈伟 民等
基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统控制器设计
基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统控制器设计赵新龙; 秦雯; 吴双江【期刊名称】《《噪声与振动控制》》【年(卷),期】2019(039)004【总页数】5页(P130-133,140)【关键词】振动与波; 磁流变阻尼器; 迟滞; 变增益模糊控制【作者】赵新龙; 秦雯; 吴双江【作者单位】浙江理工大学机械与自动控制学院杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】TP273车辆悬架系统的主要功能是减小不平坦路面所造成的振动冲击，提高乘坐的舒适度和稳定性[1-2] 。
特别是半主动悬架（SAS）具有较好的稳定性和减振效果。
当控制系统发生故障时，半主动悬架仍可以处于被动状态运行。
另外，半主动悬架的优点在于不需要大功率的执行器和驱动电源[2] 。
磁流变液具有能耗低、稳定性好、反应灵敏等优点。
近年来以磁流变液为代表的新型智能材料的应用促进了半主动控制技术的发展[3-4] 。
磁流变阻尼器可以通过连续改变磁流变液黏度来产生可控的阻尼力。
然而，阻尼力和速度、电流之间存在的迟滞非线性会降低控制性能，需要建立迟滞的数学模型并基于模型设计控制器来消除不良影响。
在建模方面，Spencer提出改进的Bouc-Wen模型[5] 来描述磁流变阻尼器的迟滞特性。
该模型可以准确描述力-位移和力-速度滞环特性，但需要辨识的参数较多。
周强提出修正的Dahl模型[6] ，克服了Bouc-Wen模型参数过多的缺点。
Stanway提出非线性双黏性模型[7] ，该模型可以较好拟合力-位移曲线，但该模型相对复杂且不是光滑的分段连续曲线。
Olsson提出了LuGre模型[8] ，该模型在速度接近零时误差相对较大。
在磁流变阻尼器的控制器设计方面，学者提出了自适应控制[9] 、神经网络控制[10] 、模糊控制[11] 等控制方法。
其中模糊控制融入了人的经验，不需要依赖大量的训练数据，被广泛应用于磁流变阻尼器的控制器设计。
本文首先提出了基于动态迟滞单元（DHO）的磁流变阻尼器迟滞模型。
汽车悬架双筒式磁流变阻尼器设计与试验研究
ｍａ ｎ ｔ－ｈ ｏｏ ｉ ａ ｅ ｒｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｇ ｅｏ ｒ ｅ ｌｇｃ ｄ ｍｐ ｌ ａ ａｅ ｎｔｅｍｉｅ ｘ ｄｍｏ ｅｏ Ｂ ｎ ｈ ｄ ｆ ｉｓ ￣ ｍｏ ｅ ｗ ｓｄ ｖ ｌｐ ｄ．Ｔ ｅｗ ｒ ｉｇｐ ｎ ｉｌ ， ｃ ｃ ｌｔ ｎｍｏ － ｄ ｌ ａ ｅ ｅｏ ｅ ｈ ｏｋ ｎ ｒ ｃｐｅ ｉ ｌ ａ ｕａ ｏ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｃｕ ａ ｅ ｉ ｅｅ ｄ ｓｒ ｅ ｎ ｅ ｄ ｍｐ ｒｂ ｎ ｈ ｔｓ ｗ ａ ｒ ｕ ｆ ｒｔｅ ｔ ｔ ｒ ｔ ｙ ｅＷ ｎ ｆｃｕ ｅ ．Ｔ ｔ ｌ ｄ ｓ ｕ ｔｒｌｄ ｓ ｎ ｗ ｒ ｅｃ ｂ ｄ ａ ｄ ｔ ａ ｅ ｅ ｃ ｔ ａ ｃ ｒ ｅ ｏ ｔａ ｅ ｏｏ ｐ ａ ｍａ ｕａ ｔｒ ｄ ａ ｒ ｇ ｉ ｈ ｅ ｓ ｉ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｔ ｓ ｓ ｓ ｅ
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变阻尼电磁阻尼器的结构设计计算及应用分析_徐传波
4 变阻尼电磁阻尼器的参数设计与应 用可行性分析
取励磁线圈的半径 r 为 0.03mm， 铜导线直径取 0.5mm， 匝数 为 100 匝的单层螺线管， 螺线管长度 l 为 0.07m （考虑导线绝缘处
参考文献
1 龙振新，马国新. 车辆悬挂系统电磁阻尼器的研究［ J］ . 车辆与动力技术， 2006 （3 ） ： 47～49 2 钟文定. 技术磁学 ［M］ . 北京： 科学出版社， 2009 （1 ） 3 秦曾煌. 电工学 （第五版 ） ［ M］ . 北京： 高等教育出版社， 1999 （6 ）
采用有限元分析对产品的使用性能进行仿真， 可以方便观测设计 更改对产品性能的影响， 选择最优设计。这样不仅能够保证设计
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产品的质量， 而且大大加速产品开发过程， 提高设计一次成功率。
参考文献
1 王勖成， 邵敏. 有限单元法基本原理和数值方法 ［ M］ . 北京： 清华大学出版 社， 2003
由计算可知， 当励磁电流为 1.3， 速度为 0.5 时， 磁性材料不 饱和， 根据额定电流与导线截面积的关系可知， 励磁线圈与感应 线圈可载电流为 2A 和 8A， 所以励磁线圈和感线圈均不过载。根 据阻尼器的结构参数可知， 阻尼器的结构形状大小可以在汽车上 应用， 提供的阻尼力也包含了乘用车常用的阻尼范围。因此此结 构的阻尼器在小型车辆上应用具有可行性。
设励磁线圈 1 和励磁线圈 2 产生的磁感应强度为 B， 则阻尼 ） 表示， 对于特定的的电磁阻尼器感应线圈长 力大小可用公式 （4 线圈电阻 R 是固定的， 只有磁感应强度 B 度 L 的大小是固定的， 是一可控变量。由公式 （4 ） 可得阻尼 C 的计算公式： 2 2 F B L C= ＝ （5 ） v R ） 可知： 当B 为定值时， 阻尼器为以被动悬挂， 是一 由公式 （5 种线性阻尼器。由结构设计可知 B 由励磁线圈产生， 故可以通过 控制励磁电流来控制 B 的变化， 从而控制电磁阻尼的变化。B 与 励磁电流的关系可以用以下方法求出： 首先做如下设定： （1 ） 设励磁线圈为单层螺线管； （2 ） 设感应 线圈运动范围都在两励磁线圈端部附近， 可认为线圈切割的磁感 ） 感应线圈在励磁线圈内部， 线强度都为励磁线圈端部的强度； （3 为简便计算， 不考虑漏磁影响； （4 ） 认为两励磁线圈磁场没有相互 叠加影响， 用两线圈在于扩大高强度磁场范围并使高强度磁场处 。 （5 ） 设在 于阻尼器的中部 （如相互影响按实测引入一系数即可 ） 励磁电流的变化范围内， 导磁材料都处于不饱和状态。励磁线圈 产生的磁场强度 H 在线圈端部可用下式计算： H = 1 ni 2 2l 2 1/2 =ni 2 l 2 1/2 （6 ） 2 （r + 4l） （r + 4l） n —励磁线圈每米长度的匝数； i —励磁线圈的电流， 单位为 式中： A； l —励磁线圈线圈长度，单位为 m； r —励磁线圈半径， 单 位为 m， 所以[3]： B = μr μ0 H ＝ μr μ0 ni 2 l 2 1/2 （7 ） （r + 4l） μr —磁性材料的相对磁导率； μ0 —真空磁导率，值为 4π× 式中： 10-7N · A-2。 综合式 （5 ） 与式 （7 ） 可得： 2 2 （ μ ） L r μ0 nil c＝ 2 （8 ） r + 4l2 R 由公式 （8 ） 可知此种结构的电磁阻尼器阻尼系数 c 与励磁线 圈电流 i 成平方关系， 因此在实际应用中可通过改变励磁电流来 控制阻尼器的阻尼系数。
基于磁流变阻尼器的汽车悬架半主动控制系统设计
基于磁流变阻尼器的汽车悬架半主动控制系统设计王伟【摘要】为了提高汽车悬架控制的可行性,需要研究对汽车悬架的控制系统.针对使用当前方法对汽车控制系统进行设计时存在能耗高和控制效果差的问题,提出一种基于磁流变阻尼器的汽车悬架半主动控制系统设计方法,通过Bouc-Wen模型描述汽车运动过程中减震器的特性,通过汽车的状态方程和输出方程计算汽车悬架在运动状态下的半主动控制阻尼力,根据计算结果构建汽车1/4运动模型.在汽车1/4运动模型的基础上,对外加磁场进行调节,对汽车的阻尼器进行实时的控制和调节,进而控制汽车的悬架,完成汽车悬架控制系统的设计.实验结果表明,所提方法的能耗低、控制效果好.【期刊名称】《内蒙古民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(034)001【总页数】6页(P76-81)【关键词】磁流变阻尼器;汽车悬架;控制系统【作者】王伟【作者单位】滁州学院机械与汽车工程学院,安徽滁州 239000【正文语种】中文【中图分类】TP273根据车辆振动控制的方法可以将车辆的悬架控制方法分为三个类型，分别是主动、半主动和被动［1］.汽车行驶过程中的稳定性和乘客乘坐的满意度可以通过主动悬架得以优化，但可靠性差、价格高、结构复杂和能耗高都是主动悬架的缺点，以上缺点对主动悬架的发展造成了约束.不能根据道路的情况和汽车运行过程中的状态对调节汽车的悬架是被动悬架系统的缺点，降低了被动悬架控制系统的控制效果［2］.半主动悬架与以上两种方式相比，存在价格合理、能耗少和结构清晰的特点，逐渐被使用在汽车悬架的设计中.磁流变液是近几年新发展的一种材料，具有温度稳定性高、强度高、滞回现象少、粘度低的特点，磁流变液还具有引入杂质不敏感的特点，被广泛地应用到制动器、机械、建筑工程等行业阻尼器的制作中［3］.将磁流变液作为主材料，得到的阻尼器连续调节、结构简单、阻尼力大、耐性好、响应快，被应用在车辆控制系统的设计中.当前车辆控制系统设计方法存在能耗高和控制效果差的问题，需要对车辆控制系统设计方法进行研究［4］.汪若尘等［5］提出了一种汽车混合悬架半主动控制系统设计方法，通过构建汽车的动力学模型，对汽车回路电流在不同模式下的变化进行分析，在控制参考力概念的基础上采用粒子群算法确定半主动控制的最优参数，完成车辆控制系统的设计，该方法对汽车悬架进行控制时，能耗较高.胡红生等［6］提出了一种基于模糊算法的悬架控制系统设计方法，该方法在电磁学原理的基础上构建汽车动力学模型和阻尼器力学特性模型，根据模糊算法规则得到控制策略，通过控制策略完成汽车悬架的控制，该方法对汽车悬架控制时，汽车车身的加速度较高，控制效果差.韩忠磊等［4］提出了一种基于不变性原理的悬架控制系统设计方法，该方法根据阻尼器的运作方式，引入电磁阀和永磁体，对汽车的阻尼器进行设计，在不变性原理的基础上建立汽车悬架模型，得到反馈控制律，根据反馈控制律控制汽车悬架，完成车辆控制系统的设计，该方法存在能耗高的问题.为了解决上述方法中存在的问题，以磁流变液作为主材料，制作阻尼器应用到悬架的控制中，提出一种基于磁流变阻尼器的汽车悬架半主动控制系统设计方法.1 悬架控制系统悬架控制系统主要包括控制软件、磁流变阻尼器、数据采集系统、功率放大器、激振源、传感器、计算机和测控版等［7］（图1）.模拟悬架机械装置：该装置主要由底座、立柱、轮胎、直线导轨、悬架非簧载质量、悬架弹簧和悬架簧载质量构成，是一种两自由的悬架系统模型，可以在垂直方向模拟1/4汽车悬架系统的振动.功率放大器和磁流变阻尼器：悬架控制系统中的执行元件是阻尼器，在汽车的悬架系统中安装阻尼器，可以得到汽车在运行过程中可以控制的阻尼力.传感检测系统：在运行状态下汽车的悬架系统可以通过传感器检测系统测量得到，传感检测系统主要由激振源内力、位移传感器，加速度、位移传感器构成.悬架控制系统在运行过程中的中心是控制计算机和测控版，运算、处理测量得到的信号，将控制信号传送到执行元件中［8］.控制元件：半主动控制系统通过控制软件统一协调元件的工作.例如，处理子程序和数据采集等.振源：激振汽车的悬架系统，通过模拟实际路面在系统中输入状态.数据采集系统：通过采集系统中存在的信号评价测试结果.悬架控制系统的具体工作方式如下：初始化控制系统，并对其进行调试，运行系统的软件以及硬件，使控制系统处于保持运转状态.通过振源对汽车进行激振，采用测控版采样将传感器采集的信号输入数据采集系统和计算机中，根据控制规律对控制信号进行判别，通过测控版将信号传送到各执行元件中，完成悬架的控制［9］. 图1 系统组成图Fig.1 System composition diagram2 阻尼器力学模型和悬架动力学模型在工程界中，非参数和参数建模方法是阻尼器的核心建模方法.其中参数建模包括黏弹塑性模型、非线性双黏性模型、Bouc-Wen模型和非线性滞回双黏性模型等；非参数建模包括Chebychev多项式模型、Takagi-Sugeno模型等.在上述模型中选用Bouc-Wen模型对汽车磁流变减震器的特性进行表述，该模型如图2所示.式中，c代表的是阻尼系数；a为系数，与迟滞回线高度有关；z代表的是粘度系数；x1、x0代表的是位移.图3为1/4汽车悬架模型.图3中，m1代表的是汽车悬架的簧上质量；m2代表的是汽车悬架的簧下质量；k1代表的是汽车悬架中弹簧的刚度；k2代表的是汽车轮胎的刚度；c1代表的是汽车悬架系统的线性黏性尼阻系数.设Fzhi代表的是汽车减震器在运动过程中的阻尼力，其计算公式如下：图2 Bouc-Wen模型Fig.2 Bouc-Wen model图3 悬架模型Fig.3 Suspension model汽车悬架的运动微分方程的表达式如下：式中，x1、x2代表的是阻尼系数、q代表的是路面位移；u代表的是控制向量.通过上式得到汽车悬架的状态向量X和输出向量Y：通过状态向量得到汽车悬架在运动状态下的状态方程，根据输出向量得到汽车悬架在运动状态下的输出方程.状态方程和输出方程的表达式如下：式中，A、B、C、D、L为运动参数，w＝q̇.设J表示指标函数，J的表达式如下：式中，a1代表的是轮胎变形；a2代表的是轮动载荷；a3代表的是悬架变形；a4代表的是汽车加速度；Ru2代表的是控制力.通过性能指标函数得到汽车悬架的线性半主动控制阻尼力F，F的计算公式如下：式中，con、coff均为阻尼系数，coff=0.05con.通过汽车悬架的线性半主动控制阻尼力F得到汽车1/4运动模型：式中，q(t)代表的是路面激励.3 半主动控制通过上述分析可知，磁流变阻尼器在汽车运动过程中的阻尼力主要是由2个阻尼力构成，其中的一部分为粘滞阻尼力，与普通流体相似；另一部分是库伦阻尼力，是根据外加磁场生成.因此，可以通过实时调节外加磁场进而实时控制汽车的磁流变阻尼器，不同的磁流变阻尼器的控制力通过对应的控制策略得到.3.1 被动控制策略1该策略是不打开汽车在运动过程中的磁流变阻尼器电源，使磁流变液从运动开始到运动结束一直都是牛顿流体，此时得到最小的汽车阻尼力Fumin(t)，即：式中，阻尼系数u(t)的计算公式如下：式中，̇(t)代表的是非悬挂部分在汽车运动过程中的速度；̇(t)代表的是汽车在运动过程中的整体速度.3.2 被动控制策略2该策略是打开汽车运动过程中磁流变阻尼器的电源，将磁场调节到最大值，此时汽车磁流变阻尼器中为Bingham流体，汽车的阻尼力达到最大值Fumax(t)，Fumax(t)的计算公式如下：3.3 半主动控制策略通过公式（5）得到汽车悬架的状态方程，引入性能指标函数J，在最优控制理论的基础上得到汽车悬架的最优控制力 (t)，(t)的计算公式如下：式中，R表示汽车控制力向量在最优控制力下对应的权矩阵，可以通过权矩阵R 对控制力和汽车悬架系统反映之间的重要程度进行调整.采用Riccati方程求解参数P：式中，S代表的是状态向量的权矩阵，可以通过权矩阵S对控制力和汽车悬架系统反映之间的重要程度进行调整.可以对磁场强度进行调整，改变车辆的阻尼力，汽车的阻尼力不能在较短的时间内变为最优控制力，只有对磁场强度进行调整，使阻尼力不断地趋近最优控制力，在饱和控制理论和最优控制理论基础上得到悬架控制策略Fu(t)：4 实验结果与分析为了验证所提方法的整体有效性，需要对所提方法进行测试，本次测试的实验平台为Matlab，分别采用所提方法（方法1）、基于模糊算法的悬架控制系统设计方法（方法2）、基于不变性原理的悬架控制系统设计方法（方法3）进行测试，通过能耗系数n对比3种不同方法控制汽车悬架的能耗，方法1、方法2和方法3的测试结果如图4所示.图4（a）为所提方法的测试结果，由图4（a）可知，采用所提方法进行测试时，在多次迭代中的能耗系数均在3以下，表明采用所提方法对汽车悬架进行控制时的能耗较低；图4（b）为基于模糊算法的悬架控制系统设计方法的测试结果，由图4（b）可知，采用基于模糊算法的悬架控制系统设计方法进行测试时，在多次迭代中能耗系数均在3以上，高达5.4，表明基于模糊算法的悬架控制系统设计方法对汽车悬架进行控制时的能耗较高；图4（c）为基于不变性原理的悬架控制系统设计方法的测试结果，由图4（c）可知，使用基于不变性原理的悬架控制系统设计方法进行测试时，在多次迭代中能耗系数的波动较大，表明基于不变性原理的悬架控制系统设计方法的稳定性较差.对比3种不同方法的测试结果可知，所提方法的能耗系数较低，因为该方法将磁流变阻尼器应用到车辆悬架的控制和设计中，磁流变阻尼器的阻尼力大、耐性好、响应快，降低了控制过程中的能耗，验证所提方法的能耗较低.图4 三种不同方法的能耗系数Fig.4 Energy consumption coefficient of three different methods为了进一步验证所提方法的整体有效性，分别采用所提方法（方法1）、基于模糊算法的悬架控制系统设计方法（方法2）、基于不变性原理的悬架控制系统设计方法（方法3）进行测试，通过车体加速度，对比方法1、方法2和方法3的控制效果，测试结果如图5所示.图5 三种不同方法的车体加速度Fig.5 Car body acceleration with three different methods图5（a）为所提方法的车体加速度，由图5（a）可知，采用所提方法对汽车进行控制时，汽车的车身加速度在-0.05～0.05 m·s-2区间内波动；图5（b）和图5（c）为基于模糊算法的悬架控制系统设计方法和基于不变性原理的悬架控制系统设计方法的车体加速度，由图5（b）和图5（c）可知，采用基于模糊算法的悬架控制系统设计方法、基于不变性原理的悬架控制系统设计方法对汽车进行控制时，汽车车身加速度在-0.05～0.05 m·s-2区间外波动，对比3种不同方法的测试结果可知，所提方法对汽车控制时的加速度衰减较为明显，因为所提方法通过调整磁场强度，改变车辆运行过程中阻尼器产生的阻尼力，使汽车运行过程中阻尼器产生的阻尼力不断趋近于车辆悬架的最优控制力，衰减车辆车身在运动过程中产生的加速度，提高所提方法的控制效果.5 结束语汽车悬架受轮胎状况、车身载荷和路面激扰等因素的影响，是一个多自由度的振动系统，控制汽车悬架可以保证乘客的舒适度，减少振动.当前悬架控制系统设计方法存在能耗高和控制效果差的问题，提出一种基于磁流变阻尼器的汽车悬架半主动控制系统设计方法，将磁流变阻尼器应用到悬架控制中，降低了能耗，衰减了车身的加速度，解决了当前方法中存在的问题，被广泛应用到汽车悬架的控制中.参考文献【相关文献】［1］张丽萍，弓栋梁.时域硬约束下汽车主动悬架-H2/H∞保性能控制［J］.计算机仿真，2017，34（8）：190-196.［2］高振刚，陈无畏，汪洪波，等.基于故障补偿的汽车半主动悬架容错控制［J］.汽车工程，2016，38（6）：705-715.［3］陈士安，王骏骋，姚明.车辆半主动悬架全息最优滑模控制器设计方法［J］.交通运输工程学报，2016，16（3）：72-83，99.［4］韩忠磊，胡三宝，刘继鹏.基于不变性原理解耦的半主动悬架控制仿真研究［J］.武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2017，41（5）：828-832.［5］汪若尘，焦宇，钱金刚，等.混合悬架半主动控制器设计与试验［J］.农业机械学报，2017，48（6）：334-340.［6］胡红生，肖平，江民，等.野草入侵模糊算法的半主动空气悬架研究［J］.传感技术学报，2017，30（10）：1497-1503.［7］陈龙，施德华，汪若尘，等.基于混合控制策略的馈能悬架半主动控制［J］.北京理工大学学报，2016，36（3）：252-257.［8］康耀东，庞辉，刘凯，等.多级可调阻尼半主动空气悬架的天棚控制研究［J］.机械科学与技术，2016，35（5）：778-783.［9］陈士安，祖广浩，姚明，等.磁流变半主动悬架的泰勒级数-LQG时滞补偿控制方法［J］.振动与冲击，2017，36（8）：190-196，243.。
磁流变阻尼器设计及汽车平顺性分析开题报告拟解决的问题
磁流变阻尼器设计及汽车平顺性分析开题报告拟解决的问题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。
Bingham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。
车辆悬架系统磁流变阻尼器的结构原理与应用研究
车辆悬架系统磁流变阻尼器的结构原理与应用研究
悬架系统作为车辆的一个重要组成部分，有着重要的作用，它能够保证车辆在行驶过
程中的平稳性、舒适性和稳定性，但在行驶过程中，由于路况和车速的不同，车辆的悬架
系统需要不断地调整和适应，以保持最佳的行驶状态，这就需要悬架系统具备一定的自适
应性和智能化。
磁流变阻尼器是一种利用磁流变效应来实现阻尼调节的装置，它可以通过通过改变磁
场强度来调整阻尼力大小，具备一定的智能化和自适应性，已经广泛应用于车辆悬架系统中，对于提高车辆的悬架性能、减少振动和噪音、延长车辆寿命等方面起到了积极的作
用。
磁流变阻尼器的结构原理主要由磁铁、油缸、工作油液和阀体组成，其中磁铁是磁流
变阻尼器的关键部件，通过改变磁场强度来调整阻尼力大小。
改变磁场强度的方式可以通
过改变磁铁的电流大小和方向来实现。
当电流通过磁铁时，磁铁内部形成一个磁场，在油
缸内的磁流变流体受到磁场的影响，分子间发生排列，从而形成阻尼力。
磁流变阻尼器的工作原理是，在车辆行驶过程中，当车轮碰触到路面上的颠簸时，悬
架系统内的磁流变阻尼器会感应到这种变化，通过改变磁场强度来实现阻尼力大小的调节，从而使车辆在行驶过程中的平稳性和舒适性得到最佳的保障。
磁流变阻尼器的应用研究表明，它可以有效地降低车辆纵向和横向的振动和噪音，使
车辆操作更加舒适稳定；另外，它还可以提高车辆的路面适应性、操纵性和转向稳定性，
减少轮胎磨损，延长车辆的使用寿命。
正是这些显著的优点，使得磁流变阻尼器成为现代
汽车悬架系统的重要部分，并在越来越多的国产汽车中得到了应用。
汽车磁流变阻尼器的结构设计完整版
汽车磁流变阻尼器的结构设计Structure design of AutomobileMagneto-rheological Damper摘要磁流变阻尼器是一种以新型的智能材料磁流变体作为阻尼器的工作液，并在阻尼器的活塞轴上缠绕电磁线圈，线圈产生的磁场作用于磁流变液，通过控制电磁线圈电流的大小来改变磁流变体的粘度，达到阻尼力可调要求的装置。
磁流变阻尼器作为优秀的半主动控制器件, 具有结构简单、体积小、能耗低、响应速度快、阻尼力连续可调、易于与计算机控制相结合等优点。
目前，磁流变阻尼器已被广泛运用于各种场合的振动控制，汽车磁流变阻尼器也已被广泛研究和应用。
本文在研究了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，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材料的选用，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尺寸数，并应用AutoCAD及UG制图软件，画出汽车磁流变阻尼器的装配图，建立磁流变阻尼器的三维立体模型，分析影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素。
【关键词】磁流变阻尼器；磁流变液；磁路设计；AutoCAD；UGAbstractMagneto-rheological damper is a damper that using a variant of magnetic flow material as the working fluid damper, and the piston axis in damper on magnetic coil winding, coils in the field of MRF, through controlling the size of the magnetic coil currents to change the viscosity of the magnetic fluid variant, damping adjustable requirements. MR damper as excellent semi-active control device, it has simple structure, small volume, low energy consumption, fast response and damping force of continuous adjustable, easy and combining computer control etc. At present, MR damper has been widely used in various occasions.The main research of the paper are that introduces MR fluid material composition, MR fluid effect and the main characteristics of MRF. According to the requirements of the damping force and the basic theory of mechanical design, to establish the basic structure size of the MR damper and main material selection of parts. To calculation the size of the structure, draw AutoCAD drawings of MR damper automobile assembly. Using UG software, establish 3d modeling of MR damper. Analysis on the main factors of MR effect.【Key words 】MR damper；Magneto-rheological(MR)fluids；magnetic circuit design；AutoCAD；UG目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)前言 (1)第一章概论 (2)1.1引言 (2)1.2 国内外研究现状 (2)1.3汽车减振器的技术简介 (4)1.4汽车磁流变阻尼器发展现状 (7)1.5研究的意义与主要内容 (9)第二章磁流变液材料及其性能 (10)2.1磁流变液的组成 (10)2.1.1磁性颗粒 (10)2.1.2基础液 (10)2.1.3添加剂 (11)2.2磁流变效应及其主要特征 (12)2.3磁流变液的主要性能 (13)2.4本章小结 (16)第三章汽车磁流变阻尼器的设计 (17)3.1阻尼器的基本结构参数尺寸选择 (17)3.2磁路设计 (17)3.2.1磁路设计步骤 (18)3.2.2磁芯材料的特性分析 (18)3.2.3磁性材料的选择 (20)3.3阻尼器零件结构参数 (23)3.4磁流变阻尼器立体建模 (27)3.5影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素 (30)3.6本章小结 (33)第四章结论与展望 (34)4.1结论 (34)4.2工作展望 (34)参考文献 (35)谢辞 (36)前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。
基于DSP的汽车磁流变减振器控制器设计正文
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]。
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汽车磁流变阻尼器的结构设计Structure design of AutomobileMagneto-rheological Damper摘要磁流变阻尼器是一种以新型的智能材料磁流变体作为阻尼器的工作液，并在阻尼器的活塞轴上缠绕电磁线圈，线圈产生的磁场作用于磁流变液，通过控制电磁线圈电流的大小来改变磁流变体的粘度，达到阻尼力可调要求的装置。
磁流变阻尼器作为优秀的半主动控制器件, 具有结构简单、体积小、能耗低、响应速度快、阻尼力连续可调、易于与计算机控制相结合等优点。
目前，磁流变阻尼器已被广泛运用于各种场合的振动控制，汽车磁流变阻尼器也已被广泛研究和应用。
本文在研究了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，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材料的选用，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尺寸数，并应用AutoCAD及UG制图软件，画出汽车磁流变阻尼器的装配图，建立磁流变阻尼器的三维立体模型，分析影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素。
【关键词】磁流变阻尼器；磁流变液；磁路设计；AutoCAD；UGAbstractMagneto-rheological damper is a damper that using a variant of magnetic flow material as the working fluid damper, and the piston axis in damper on magnetic coil winding, coils in the field of MRF, through controlling the size of the magnetic coil currents to change the viscosity of the magnetic fluid variant, damping adjustable requirements. MR damper as excellent semi-active control device, it has simple structure, small volume, low energy consumption, fast response and damping force of continuous adjustable, easy and combining computer control etc. At present, MR damper has been widely used in various occasions.The main research of the paper are that introduces MR fluid material composition, MR fluid effect and the main characteristics of MRF. According to the requirements of the damping force and the basic theory of mechanical design, to establish the basic structure size of the MR damper and main material selection of parts. To calculation the size of the structure, draw AutoCAD drawings of MR damper automobile assembly. Using UG software, establish 3d modeling of MR damper. Analysis on the main factors of MR effect.【Key words 】MR damper；Magneto-rheological(MR)fluids；magnetic circuit design；AutoCAD；UG目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)前言 (1)第一章概论 (2)1.1引言 (2)1.2 国内外研究现状 (2)1.3汽车减振器的技术简介 (4)1.4汽车磁流变阻尼器发展现状 (7)1.5研究的意义与主要内容 (9)第二章磁流变液材料及其性能 (10)2.1磁流变液的组成 (10)2.1.1磁性颗粒 (10)2.1.2基础液 (10)2.1.3添加剂 (11)2.2磁流变效应及其主要特征 (12)2.3磁流变液的主要性能 (13)2.4本章小结 (16)第三章汽车磁流变阻尼器的设计 (17)3.1阻尼器的基本结构参数尺寸选择 (17)3.2磁路设计 (17)3.2.1磁路设计步骤 (18)3.2.2磁芯材料的特性分析 (18)3.2.3磁性材料的选择 (20)3.3阻尼器零件结构参数 (23)3.4磁流变阻尼器立体建模 (27)3.5影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素 (30)3.6本章小结 (33)第四章结论与展望 (34)4.1结论 (34)4.2工作展望 (34)参考文献 (35)谢辞 (36)前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:被动悬架系统，主动悬架系统和半主动悬架系统。
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。
可调节阻尼力的主动减振器中最有代表性的磁流变减振器可以凭借磁流变阻尼器等重要组成部件根据不同路况，实行连续可调，改变阻尼刚度，总能使汽车的舒适性和操作稳定性的综合性能达到最佳，因此，对磁流变阻尼器的研究具有很大的实用意义。
磁流变阻尼器是一种以磁流变体这种新型的智能材料作为阻尼器的工作液，并在阻尼器的活塞轴上缠绕电磁线圈，线圈产生的磁场作用于磁流变液，通过控制电磁线圈电流的大小来改变磁流变体的粘度，达到阻尼力可调的装置。
它具有结构简单、体积小、能耗低、响应速度快、阻尼力连续可调、易于与计算机控制相结合等优点。
根据磁流变液在阻尼器中的受力状态和流动形式的不同，磁流变阻尼器可分为流动模式、剪切模式、挤压模式以及这三种基本模式的任意组合。
本文主要工作内容如下：(1)介绍了磁流变液材料的组成、磁流变液效应及其主要特征和磁流变液的主要性能；(2)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材料的选用，并以此为基础进行了磁路设计，得出了活塞的磁路结构；(3)根据计算得出的结构参尺寸数，应用AutoCAD制图软件，画出汽车磁流变阻尼器的装配图；(4)应用UG三维建模软件，建立磁流变阻尼器的三维立体模型；(5)分析影响磁流变阻尼器工作性能的主要因素。
第一章概论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。
在车辆上产生的振动，主要是由于车辆行驶中路面的不平坦，导致作用于车轮上的垂直反力(支承力)、纵向反力(牵引力和制动力)和侧向反力起伏波动，通过悬架传递到车身，从而产生振动与冲击。
这些振动与冲击会严重影响车辆的平顺性和操纵稳定性以及车辆零部件的疲劳寿命，减振性能的好坏成为车辆在市场竞争中的一个重要指标。
减振器是车辆减振的主要部件，因此，减振器的研究对车辆有着重要的意义。
磁流变液主要是由非导磁性液体和均匀分散于其中的高磁导率、低磁滞性的微小磁性颗粒组成。
其流变特性随外界磁场变化而急剧变化，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。
磁流变液的这种力学特性使其能应用在汽车、机械、医疗等各个领域。
汽车磁流变阻尼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新型阻尼器。
这种阻尼器的力学特性可由外加磁场连续控制。
为了开发这种磁流变阻尼器，本文将磁流变液的力学特性和机械设计的方法结合起来，进行了磁流变阻尼器的磁路设计和结构设计。
1.2 国内外研究现状磁流变液(Magneto-rheological Fluid，简称MRF)最早是由美国国家标准局发明和研制的。
由于与在电场作用下同样可以产生流变效果的电流变液相比，MRF 存在悬浮稳定性差，应用装置磁路设计复杂的缺点，磁流变液在20世纪80年代中期之前没得到应有的关注。
从20世纪80年代中后期开始，由于流变后的电流变液的剪切屈服强度太低(仅有几千帕)的“瓶颈”始终无法突破，磁流变液的研究才真正得到开展在随后的几十年里，磁流变液及其相关的装置的研究取得了惊人的进展，不仅研制成功了剪切屈服强度可达100 kPa、性能稳定的磁流变液，而且相关应用也扩展到了阀门、密封、自动化仪表、传感器、研磨(抛光)及车辆、机械和设备减振等领域。
特别是磁流变液阻尼器，因其具有能耗低、出力大、响应速度快、结构简单、阻尼力连续顺逆可调，并可方便地与微机控制结合等优良特点，已经成为新一代高性能和智能化的减振装置，并已经得到了初步的应用，展现出良好的应用前景。
进入20世纪90年代，磁流变液的研究重新焕发了生机，特别是自1995年起，两年一届的国际电流变液会议也易名为国际电流变液与磁流变液会议，促进了磁流变液的研究和开发。
美国Lord材料公司的研究人员在磁流变液及应用研究方面取得了突出成果，如Carson等人对磁流变器件进行了研究，并申请了磁流变阻尼器及减振器、制动器等的多项专利，该公司研究出的产品性能卓越，其应用也非常广泛，如图1.1所示。
（a）磁流变阻尼器（b）磁流变制动器（c）触觉型反馈装置（d）车辆控制系统产品（e）磁流变设备控制器图1.1 Lord公司生产的磁流变产品美国David等人研究了用于重型卡车的磁流变阻尼器的性能；美国Exxon 工程研究公司的Rosensweig等人研究了磁流变液的静态屈服应力；Laun等人研究了磁流变液的剪切流动；法国Nice大学Cutillas和Bossis等人对磁流变液的物理机制进行了分析。
美国德尔福公司推出了磁流变液减振器(Delphi MagneRide)，其中指出，在磁流变液(MR)的半主动悬架系统中，磁流变液(MR流体)这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的流体特性，而在强磁场作用下，呈现了高粘度、低流动性的特性，磁流变液属可控流体，是瞬间的、可逆的，而且其磁流变后的剪切强度和磁场强度具有稳定的对应关系。