磁流变减振器结构设计与试验研究

　　磁流变减振器是采用磁流变液体作为工作介质的阻尼可控减振器。具有阻尼力可调，构造简单，响应速度快等优点。是未来半主动悬架应用研究的热点之一［1］。目前国内外对磁流变减振器的研究主要集中在减振器阻尼力计算模型的研究及减振器磁路设计［2］。

　　笔者根据汽车对减振器的性能要求，设计了用于汽车悬架的阻尼可变减振器，并对设计制造的单级和双级磁路磁流变减振器进行的试验研究，对比了两种结构磁流变减振器在同样的激励情况下阻尼力的变化，对比了两种结构减振器在不同激励电流的作用下性能的差别。研究表明: 双级磁路减振器阻尼力的变化范围更大，性能优于同样尺寸的单级磁路减振器，为磁流变减振器的进一步优化提供了依据。

　　1 磁流变减振器的结构模式

　　1． 1 单级磁路式

　　图1 为基于混合模式的单级磁路磁流变减振器结构简化示意。单级磁路是指减振器的活塞上仅有一组激励线圈。图1 中，M 为阻尼活塞的直径; L 为活塞的长度; a 为工作缸筒的厚度; b 为阻尼通道的长度。

　　混合模式集合了流动和剪切两种模式。其工作原理是: 减振器的阻尼活塞在工作缸中作往复运动，磁流变体在流经阻尼通道 b 时，通过改变阻尼通道的磁场可改变磁流变体的流动特性，表现为: 激励电流增大，磁流变体的黏度随之增大。激励电流越大，产生的阻尼力也越大。其阻尼力的大小与激励电流与阻尼通道的间隙和长度密切相关。通过控制激励电流的大小可达到控制减振器阻尼力大小的目的。

　　1．2 多级磁路式

　　多级磁路是指减振器的电磁活塞上绕有两组或两组以上的电磁线圈，有串联与并联两种模式。由于汽车底盘空间与结构上的限制，以及加工工艺和精度的难度增大，车用多级磁路减振器一般采用两级或三级磁路( 图2) 。与单级磁路相比，多级磁路将单一的磁场分布分解成两个或者3 个磁场的叠加，降低了活塞芯内部的磁通密度，增大磁通量饱和的激励电流，优化了磁场的分布，能够增大阻尼力的变化范围［3］。

　　2 磁流变减振器的结构设计

　　笔者设计加工的磁流变减振器是基于混合模式的，其阻尼力理论计算应为流动模式和剪切模式两种模式下阻尼力［4］的合力。

　　式中: Q = Av 表示流经极板间隙的流量; η 无外加磁场磁流变液的黏度; τ 为剪切屈服应力; c 为2 ～ 3 之间的一个常数。

　　磁流变减振器产生的阻尼力大小主要由磁流变体在磁场作用下产生的剪切屈服应力决定。所采用的磁流变液的剪切屈服应力特性曲线如图 3，利用MATLAB 软件编程，采用二次曲线拟合式 ( 2) 中磁感应强度与剪切应力的屈服关系，得到系数 a =42． 927 9，b = 97． 111 4，c = － 4． 237 0。