● 摘要
磁流变减振器是一种智能减振器，其阻尼力可随外控电流大小而变化。由于其响应速度快，滞后时间短，产生的阻尼力大，工作温度范围宽和输入电流小等，受到了人们的广泛关注。随着经济的发展，人们对汽车乘坐舒适性要求在不断提高，所以研制响应度快，控制能耗小的磁流变减振器具有重要意义。利用电磁学理论和能量法计算了磁流变液中磁性颗粒在外加磁场作用下磁偶极矩之间的相互作用力，建立了磁流变液屈服应力与磁场强度、剪切应变率等参数的数学模型。基于此模型计算了磁性颗粒直径、体积百分比、温度等参数对磁流变液流变特性的影响，同时对磁流变液进行了电磁特性、粘度的温度特性以及剪切变稀测试，验证了此理论模型的可行性。基于连续介质假设和平板流动原理，研制了一套简单而准确的磁流变液流变特性测试装置，对MRF-J型磁流变液分别进行了屈服应力电磁特性和温度特性测试。测试结果验证了磁流变液屈服应力理论计算的正确性。应用流体力学理论，推导了磁流变减振器阻尼力的计算公式，详细系统地计算了减振器各结构参数对阻尼力的影响，提出了磁流变减振器阻尼力的结构设计模型。对减振器结构电磁特性以及磁路能量损耗进行了理论计算，根据磁流变减振器的可控性以及悬架的结构要求，设计了一微型汽车磁流变减振器。利用有限元多场耦合理论对磁流变减振器的流体场、电磁场、温度场等进行了耦合分析计算，分析了在磁流变减振器工作过程中，磁路能量损耗、感应线圈电阻、磁流变液产生的热量对磁流变减振器阻尼力的影响。依照汽车筒式减振器的实验要求和轿车悬架系统的技术条件，利用汽车减振器速度台对所设计的磁流变减振器进行了示功特性、速度特性和温度特性测试，测试结果与理论计算基本吻合。基于磁流变减振器阻尼力结构设计模型和试验得到的阻尼力特性，提出了基于速度、电流及粘度的滞回S型阻尼力模型。联合采用ADAMS和Matlab建立了基于磁磁流变减振器的半主动悬架系统，采用了模糊控制作为控制算法，仿真计算了基于此磁流变减振器的半主动悬架对不同等级路面的相应特性，通过与被动悬架系统进行对比，采用基于本文设计的磁流变减振器阻尼力模型能提高汽车行驶的平顺性，对磁流变减振器实际应用以及半主动悬架开发具有重要理论指导意义。