汽车磁流变减振器设计原理与实验测试

磁流变减振器原理
磁流变减振器是一种利用磁力学原理来减少振动的装置，它可以有效减少机械系统中的振动，从而提高系统的稳定性和可靠性。

磁流变减振器的原理是利用磁场的交互作用，通过调节磁场的强度来减少振动。

当一个磁场与另一个偶合磁场交互时，磁力会把振动磁场中的能量转化成热量，从而减少振动。

这意味着，当振动到达磁流变减振器时，它会被转换成热量，从而减小振动。

磁流变减振器的结构并不复杂，一般由磁铁和铁芯组成，磁铁的强度和电流的强度有关。

当电流通过磁铁时，磁铁会产生一个磁场，电流的强度越大，磁场的强度也就越大。

当磁场的强度达到一定程度时，它就能够抵消掉振动磁场中的能量，从而减少振动。

磁流变减振器的优势在于它的结构简单，可以有效减少振动，并且能够有效抑制振动频率的变化。

此外，它还可以有效降低电气系统的噪声，从而提高系统的可靠性。

磁流变减振器是一种先进的减振装置，它可以有效减少振动，提高系统的可靠性，是许多机械系统和电气系统的理想选择。

磁流变减振器原理
1 磁流变减振器原理
磁流变减振器是一种利用磁流变原理来控制并消除振动的仪器设备，是一种用于降低振动幅度和消除振动噪声的工程设备。

它具有快速响应、自动控制和高效减振的特点，可以提高机器运行的稳定性，减少机器损坏的风险，非常适用于车间、工厂和机场的工业应用。

磁流变减振器的工作原理很简单：首先，将磁流变器安装在振动源上，然后将振动源接入电源。

当振动到达一定程度时，磁流变器会发出一个电信号，并将信号发送到控制系统。

控制系统收到信号后，会通过控制器控制磁流变器，使磁流变器在每次振动极端出现时产生一种抵消振动的波形特性，从而抵消振动。

在磁流变减振器的控制系统中，还使用非线性控制系统来避免由于振动的力的变化而影响振动的控制，从而提高消除振动的效率。

磁流变减振器有很多优点，但是也存在一定的缺点：由于磁流变器应用于振动控制，因此通常需要大量电能，因此操作成本较高；此外，它通常没有传统振动控制器的简洁性，因此操作起来比较复杂；最后，由于磁流变技术的发展相对较慢，因此还不能满足市场对更高精度和更稳定的控制技术的要求。

综上所述，磁流变减振器的工作原理非常简单，它可以有效控制和消除振动，非常适用于大规模的工业应用，但是由于技术发展不够快，还不能满足市场对更高精度和更稳定控制技术的要求。

摘要磁流变阻尼器作为优秀的半主动控制器件，已被广泛运用于各种场合的振动控制。

为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。

采用磁流变减振器的车辆半主动悬架系统，由于磁流变阻尼器结构简单、能耗低、反应迅速且阻尼可调，正在成为新型车辆悬挂的发展方向，本文基于磁流变可控流体本构关系的Bingham模型，对影响车用磁流变减振器的阻尼力的各种因素进行了综合分析。

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。

磁流变液作为流变学特性可控的一种智能材料，应用十分的广泛。

关键词：半主动悬架；磁流变效应；磁流变减振器；仿真模型；磁流变液ABSTRACTMagnetorheological damper is one of the most excellent new devices for semi-active control.A control strategy of automobile magneto-rheological semi-active suspension was proposed to improve the riding comfortableness and traveling safety of automobile.Mage- torhological dampers will be an ideal componet of semi-active vibration control in vehicle suspension system for reasons of structure,small volume,energy saving,rapid response and smooth damping.In this paper,based on Bingham model,the damping force of a MRF da- mper is analyzed.And all the factors that affect the damping force of an MRF damper are discussed.In addition the application and research status of automobile damper were intro- duce as well as the principle of magneto-rheological effect and the composition of the mag- neto-rheological fluid.Working principles and models of the automobile magneto-rheologi- acl damper was analyzed and the future focus was discussed after summaring the simulation models,control method and testing technology of automobile mageneto-rheologiacl damper of automobile suspensionAs a kind of controllable smart material,magneto-rheological fluid has gained the extensive attention.Key words: Semi-active suspension；Magneto-rheological effect；Magneto-rheological damper；Simulation model；Magneto-rheologica fluid目录摘要......................................................................................................................................... ІAbstract ................................................................................................................................ Π第1章绪论 .. (1)1.1 概述 (1)1.2 磁流变液的研究 (1)1.3 磁流变阻尼器研究现状 (2)1.4 研究的主要内容 (3)第2章磁流变阻尼器的力学模型 (5)2.1磁流变液效应及流变机理 (5)2.2 磁流变阻尼器工作模式 (6)2.3 参数计算模型 (7)2.4 本章小结 (9)第3章磁流变阻尼器的设计 (10)3.1 磁路设计的影响因素 (10)3.1.1密封件的选择 (10)3.1.2 漏磁分析 (11)3.1.3磁性材料的选择 (12)3.1.4退磁 (13)3.1.5磁流变阻尼器的动态范围 (13)3.1.6阻尼间隙的选取对阻尼器性能的影响 (13)3.1.7阻尼通道有效长度的选取对阻尼器性能的影响 (13)3.1.8磁路结构的分析 (14)3.2磁流变减振器线圈的设计 (14)3.3磁流变减振器的结构设计 (15)3.3.1结构方案的确定 (15)3.3.2磁流变减振器结构优点 (16)3.4磁流变减振器磁路的设计 (16)3.4.1有关参数的初步确定 (16)3.4.2已有参数的确定 (17)3.5磁路相关参数的计算 (19)3.5.1 磁路的计算 (19)3.6 工作缸的计算 (20)3.7 本章小结 (22)第4章磁流变减振器基于Matlab的仿真分析 (23)4.1减振器的阻尼力计算模型 (24)4.2磁流变减振器的仿真分析 (28)4.3本章小结 (29)结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)附录 (34)附录A外文文献原文 .................................................................... 错误！未定义书签。

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。

磁流变减振器的原理
磁流变减振器是一种运用磁流变材料的特殊技术，用于产生和调节磁场力的减振装置。

它一般由永磁体、蜗杆、磁流变油缸、控制电路和传感器组成。

其工作原理是通过将磁流变液体置于磁场中，可使其流变性能发生改变，从而实现减振或控制系统振动的效果。

在磁场的作用下，磁流变液体的流变性能将发生由液体本身的粉状矿物受到磁场作用而使其状态在磁场中旋转的改变，即磁流变体的粒子朝向发生了变化。

当电流通过磁流变油缸时，它将产生一个磁场，使得液体中的磁粉朝向发生改变，从而使磁流变油缸内的磁流变液体的流变性能发生改变。

磁流变油缸内的磁流变液体通过管道与机械结构相连，机械结构位于磁流变油缸的两端，它是通过蜗杆传动运动的。

当实际工作中受到外部振动时，机械结构的振动将被传递到磁流变油缸，磁流变液体中的磁粉将因磁场的影响而排列成一定的结构，使油缸内磁力线的分布发生变化。

在变化过程中，液体阻尼则随之发生变化，阻尼损失的能量被磁粉吸收、散射，这样就达到了减振的目的。

磁流变减振器具有自适应、实时性强、对控制电路的要求相对较低、响应速度快等优点。

同时，它也具有功率密度大、重量小等特点，被广泛应用于航空航天、汽车、铁路交通、建筑、桥梁、振动台、大型机械等工业领域。

总之，磁流变减振器是一种创新的减振装置，它利用磁流变材料的特殊性质实现振动控制。

在实际工作中，磁流变减振器能够实时响应振动，并通过控制电路对磁场进行调节，从而使得磁流变液体的流变性能发生变化，实现了减振或控制系统振动的效果。

磁流变液减振器结构设计及仿真结果分析由于结构设计和磁路仿真是一个相互优化的过程，首先通过理论确定基本参数，然后通过磁路仿真设计磁路，通过修改设计参数来优化磁路，最终确定具体尺寸。

基本结构如图1所示。

一、基本结构设计图1 减振器的基本结构(1) 磁流变液减振器阻尼力：根据宾汉姆模型，考虑到压力补偿00203123sgn()4p g gp p y F PA P A F F P A LQ L d A A v P Dh h ητπηππτ=∆+=++=++ 当活塞拉伸时，活塞有效作用面积应为()224p D d A π-=，当活塞压缩时，活塞的有效作用面积为24p D A π=。

p Q A v =为流速，,D d 分别为活塞杆外径内(2) 已确定的尺寸：根据最大阻力和缸内的最大强度近似估计工作缸的直径:由公式1D = 取减振器拉伸行程的最大卸荷力max 2500F N =，缸内最大容许压力[]4P MPa =，0.3λ取，得出1=30D ，由此得d=9，若取d=12.4，反算max =2344N F ，仍然满足要求。

工作缸内径130D =，活塞头直径D=28，活塞杆直径d=12.4；工作间隙h=1(3)有效长度： 我国公路路面B, C 及路面占的比重大，建立普通减振器仿真模型，可知减振器的速度一般在O.15m/s 以下，所以根据减振器实验结果，设在O.15m/s,I=OA 时，压缩阻尼力为360N()222203336044L D d d F v p Dh πηπ-=+=零场粘度η=0.8，气体压力02p MPa =,v=0.15m/s由此得出有效长度30L =(4)线圈匝数：当工作电流为2A 时，最大可调阻尼力()22max 3360234436019844y L D d F F N h τπτ-==-=-=44.5y k P a τ=由MRF-J01磁流变液y B τ-曲线最小二乘法拟合得：140y B τ=由于活塞、缸筒等材料的磁导率要比磁流变液高出许多，相对气隙的磁阻来说很小，可以忽略。

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。