基于流动模式的汽车双筒式磁流变减振器设计与试验研究

　　0 前言

　　现有汽车被动悬架的减振器阻尼力是不可调控的，振动阻尼效果很难满足乘坐的舒适性和安全性要求。为此，国外开发了一种基于可控阻尼的磁流变减振器的半主动悬架系统。磁流变减振器利用磁流变液在外加磁场控制下的粘度可控性，实现阻尼力的可调控制[1]。目前，发达国家已开发了汽车单筒充气式磁流变减振器，并在一些轿车上得到成功应用[2-3]。我国在这方面还处于研发阶段，也未见市场推广应用的报道，对双筒式磁流变减振器的研究内容较少，研究的大多是单筒充气式或剪切模式的双筒磁流变减振器，存在原有结构尺寸约束下工艺复杂和磁场利用率低等问题[4-7]。

　　本文在现有汽车被动悬架双筒式液压减振器的基础上，为了使结构变动最小，研究提出了一种基于流动模式的汽车单出杆、双筒式磁流变减振器的结构与设计原理，并以北京现代品牌某款汽车的减振阻尼要求，自行设计制作了磁流变减振器，对汽车双筒磁流变减振器的设计使用具有指导意义。

　　1 双筒式磁流变减振器结构及工作原理

　　磁流变减振器有两种工作模式[2]：流动模式和剪切模式。流动模式是指两磁极不相对运动，磁流变液在压力驱动下流动产生阻尼；剪切模式是指两磁极产生相对运动，磁流变液形成剪切流动产生阻尼。

　　图 1 所示为基于流动模式的双筒磁流变减振器结构图，基本组成构件包括外筒、内筒、工作缸、活塞、空心活塞杆和底阀等元件，活塞将工作液压缸分为上、下两腔，内部充满磁流变液。电磁线圈绕制在工字形铁心上，经注塑后通过导磁套筒装在活塞内部，线圈通过空心活塞杆引出电源线，工字形铁心与导磁套筒内壁形成环形阻尼通道。电磁线圈通电时产生的磁场垂直穿过环形阻尼通道，输入不同的电流产生不同的磁场，从而控制通道之间磁流变液的粘度，实现对阻尼力大小的控制。为了减振器在压缩时下腔的油液能及时补偿上腔，避免在拉伸行程时出现空行程，工字形铁心中间开设了 4个孔的单向流通阀。

　　活塞杆向上运动时，磁流变液由上腔通过阻尼通道流向下腔，产生拉伸阻尼力，同时储油腔的油液经底阀的补偿阀对下腔进行补偿。活塞杆向下运动时，活塞上 4 个单向流通阀孔打开，下腔的油液一部分经环形阻尼通道和单向流通阀流入上腔，另一部分经底阀的压缩阀流入储油腔，产生压缩阻尼力。

　　2 阻尼力数学模型的建立

　　在外加磁场作用下磁流变液表现为Bingham流体，在平行板间流动时其本构关系可用式(1)来描述