磁流变减振器磁场特性分析及试验研究

　　以磁流变液为工作介质的磁流变减振器具有结构简单、能耗低、阻尼力可调可控的特点，得到人们的重视与研究，在车辆悬架、发动机悬置等方面有着广泛的应用前景。美国内华达大学研制了用于山地自行车、摩托车等的磁流变减振器［1 －2］，大大改善了这些车辆的越野性和舒适性。美国 Lord 公司研制出了磁流变制动器［3］。Delphi 汽车系统公司已研制成功了基于磁流变减振器的汽车半主动悬挂系统，并在高级轿车上进行试装和性能测试。大量的应用实践表明: 应用磁流变减振器的车辆半主动悬架系统可以有效提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性，是未来汽车智能悬挂系统发展的方向［4］。

　　为了提高磁流变减振器的设计效率，尽量增大其动态范围和可控力值，在设计阶段往往需要对其进行性能预估，优化减振器的若干设计参数，推迟其磁饱和现象，增大磁流变液工作间隙的磁通密度，充分发挥磁流变体的可控性能，同时减少试制次数，缩短开发时间，节约开发成本。韩国学者 Nam Y J［5］采用有限元方法对磁流变减振器的磁场进行了分析，研究了其动态特性及可控性; 国内学者张进秋等人［6 －7］叶片式磁流变液减振器进行了优化设计及磁路仿真，得到了磁场分布相对比较理想的结构方案; 重庆大学机械传动国家重点实验室［8 －9］提出了基于磁路设计的结构优化方法，对磁流变减振器的一些关键尺寸进行了优化，并试验验证了经过结构优化的磁流变减振器具有更大的饱和工作电流和最大输出阻尼力。文中利用有限元数值模拟方法研究磁场分布规律，分析磁芯直径、阀体壁厚、阻尼通道长度和线圈电流对阻尼孔附近磁通密度的影响，通过减振器外特性试验，验证了减振器磁路设计的正确性和有效性，并为实现磁流变减振器的半主动悬架控制研究奠定了基础。

　　1 磁路结构及 Bingham 模型

　　自行研制的磁流变减振器磁路结构及关键技术参数如图 1 及表 1 所示。工作缸内充满了磁流变液，当活塞在工作缸中作往复直线运动时，磁流变液流经阻尼通道。磁芯轴上绕有绝缘线圈，给线圈通以一定大小的电流，活塞端部周围产生磁场。

　　在磁场作用下，磁流变体表现出塑性流体的特征，其流体行为可用 Bingham 塑性模型来描述［10］:

　　τ = τy( B) sgn( γ·) + ηγ·( | τ | ＞ | τy| ) ( 1)

　　式中: τ——— 磁流变液的切应力;

　　τy——— 磁流变液剪切屈服应力;

　　η——— 磁流变液的零磁场粘度;