磁偏置內(nèi)旁通式磁流變阻尼器研究.pdf

1、磁流變液作為流變學(xué)特性可控的一種智能材料，引起了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的巨大關(guān)注。利用磁流變液，人們可以開(kāi)發(fā)阻尼器、制動(dòng)器、離合器等通用機(jī)械部件，并通過(guò)它相應(yīng)賦予被控對(duì)象以動(dòng)力學(xué)可控的智能特性，在機(jī)械裝備、國(guó)防等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。由被動(dòng)彈性元件和磁流變阻尼器構(gòu)成的汽車(chē)半主動(dòng)懸架系統(tǒng)也越來(lái)越受到相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，并逐漸成為研究熱點(diǎn)，受到全球汽車(chē)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(zhì)的可控阻尼器件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)迅

2、速、能耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、控制相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，與傳感器和控制器一起組成汽車(chē)半主動(dòng)懸架系統(tǒng)。通過(guò)傳感器將車(chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)反饋到控制器，通過(guò)適當(dāng)?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(yīng)的激勵(lì)電流，達(dá)到對(duì)車(chē)輛進(jìn)行半主動(dòng)控制的目的。 目前的汽車(chē)磁流變阻尼器都由磁流變液通過(guò)磁場(chǎng)可控的流動(dòng)通道，產(chǎn)生壓降來(lái)獲得阻尼力，一般只有單一流動(dòng)通道，以流動(dòng)模式或者混合模式進(jìn)行工作，其阻尼力只能在不施加激勵(lì)電流時(shí)的最小值與施加飽和激勵(lì)電流時(shí)

3、的最大值之間變化。在系統(tǒng)正常運(yùn)作時(shí)，需要持續(xù)向阻尼器提供較高的激勵(lì)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(chē)的安全行駛，甚至威脅駕乘人員和行人的生命安全；同時(shí)，根據(jù)前人的研究成果，單通道的磁流變阻尼器流動(dòng)性能也有待改進(jìn)。基于此，本文研究集成永磁體的磁流變阻尼器，在無(wú)外界激勵(lì)電流條件下，通過(guò)在阻尼器流動(dòng)通道產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生偏置阻尼力來(lái)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(shí)的耗能；同時(shí)，本文提出具有兩個(gè)流動(dòng)通道的磁流變阻尼器內(nèi)旁通工作模式，以期改善磁流變阻尼器的流動(dòng)性能，從而提出磁偏置內(nèi)旁通式磁流變阻尼器的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)該阻尼器進(jìn)行了混合磁路設(shè)計(jì)、流變學(xué)分析建模以及相關(guān)的試驗(yàn)研究，具體研究?jī)?nèi)容如下： ①介紹了磁流變阻尼技術(shù)，闡述了開(kāi)展磁流變阻尼器件研究的重要意義。通過(guò)回顧磁流變阻尼器及其相關(guān)研究的現(xiàn)狀，指出了目前磁流變阻尼器存在的問(wèn)題，并提出了新型磁偏置內(nèi)旁通式磁流

5、變阻尼器，介紹了本文將要開(kāi)展的研究工作。 ②從磁流變材料性質(zhì)及其獲取入手，完成了磁偏置內(nèi)旁通式磁流變阻尼器的總體設(shè)計(jì)。提出了適合汽車(chē)磁流變阻尼器的基本工作模式，并分析了無(wú)外界激勵(lì)電流情況下，磁流變液在阻尼通道內(nèi)為牛頓流時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)，并據(jù)此確定了磁流變阻尼器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。 ③鑒于集成永磁體后磁流變阻尼器磁路結(jié)構(gòu)的復(fù)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(gòu)造及參數(shù)、永磁體的結(jié)構(gòu)以及磁學(xué)參量，以

6、及磁路在沒(méi)有外界激勵(lì)電流條件下的偏置磁場(chǎng)，并對(duì)永磁磁路和電磁磁路共同工作時(shí)的混合磁路進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了磁路設(shè)計(jì)是正確可行的?；谧枘崞鲃?dòng)態(tài)響應(yīng)取決于磁場(chǎng)對(duì)外界激勵(lì)源的響應(yīng)的觀點(diǎn)，對(duì)磁場(chǎng)在不同激勵(lì)源條件下的響應(yīng)進(jìn)行了仿真研究。 ④闡述了幾種不同的磁流變液流變學(xué)模型，并基于Herschel-Bulkley模型，對(duì)阻尼器基本工作模式進(jìn)行了建模。由于內(nèi)旁通工作模式為基本工作模式的復(fù)合，利用基本工作模式建模的成果，對(duì)磁偏置內(nèi)旁通式磁流變

7、阻尼器進(jìn)行了流變學(xué)建模，并對(duì)相關(guān)模型進(jìn)行了求解，給出了相應(yīng)的流變學(xué)結(jié)果。 ⑤設(shè)計(jì)制造了磁偏置內(nèi)旁通式磁流變阻尼器，并開(kāi)展了相應(yīng)的試驗(yàn)研究。三角波激振試驗(yàn)表明，試驗(yàn)結(jié)果與阻尼器流變學(xué)建模結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了阻尼器流變學(xué)建模的正確性。同時(shí)開(kāi)展了阻尼器的示功試驗(yàn)以及溫度特性試驗(yàn)，結(jié)果表明，隨著溫度的升高，阻尼力有一定程度的下降，在實(shí)際應(yīng)用中需要設(shè)計(jì)適合的溫度補(bǔ)償措施。 ⑥開(kāi)展了磁偏置內(nèi)旁通式磁流變阻尼器的建模研究，從工程實(shí)