以某型轮式车辆为对象,为回收悬挂振动能量,设计了齿轮齿条式电磁作动器(Electric Actuator,EA),并建立相应的1/4车悬挂动力学模型。利用结构振动分析方法,推导了考虑惯性质量的悬挂性能指标传递特性计算公式。通过改变惯性质量大小,分析其对悬挂幅频特性的影响。基于三角冲击激励及随机激励,分析惯性力对悬挂振动特性的影响。结果表明惯性质量的引入会使车身及车轮共振点提前,两共振点以前频段内处于恶化状态,且在高频段恶化更明显,而在两共振点后的频段内对悬挂性能有一定改善作用;三角冲击及随机激励下,惯性质量会引起振动特性曲线的振荡,相位存在滞后,且随时间累加,恶化悬挂性能。

以羰基铁粉为软磁性颗粒,以履带车辆专用减振液为母液,以硬脂酸、高岭土和Fe2O3为添加剂,通过正交试验法制备出多种磁流变液(MRF)的样品。并对MRF的沉降稳定性、零场粘度、剪切屈服强度、温度影响和MRF减振器的示功特性进行了研究。结果表明,当硬脂酸为2%,高岭土为1%和Fe2O3为2%时所制备的MRF的剪切屈服强度为77.6kPa(电流为1A,120r/min),并且沉降稳定性好,零场粘度低;在MRF减振器的示功特性试验中,当施加的电流从0到0.75A时,MRF减振器的峰值复原阻尼力增加了2.7倍,峰值压缩阻尼力增加了2.4倍。

为了研究磁性颗粒包覆厚度对磁流变液性能的影响,通过改变水溶液中聚乙烯醇的浓度来获取不同包覆厚度的磁性颗粒,以此配制磁流变液;对包覆颗粒的表面形貌、粒径及静磁性能进行表征,并测试不同包覆厚度的磁性颗粒制备的磁流变液的零场黏度、剪切屈服应力和沉降稳定性性能。结果表明颗粒包覆厚度对磁流变液的零场黏度影响不大,对剪切屈服应力影响作用由弱到强再减弱;包覆层厚度增大,大颗粒团聚物更易形成,导致磁流变液沉降稳定性降低。

为了研究磁流变液(magnetorheological fluid,简称MRF)在高剪切率应用场合的流变特性,设计了一种基于流动模式的MRF流变特性测试装置。利用平行板模型得到了MRF的性能参数关于阻尼通道的结构参数、压力梯度的解析解,并分析了流体的流态变化,为高剪切率条件下MRF流变特性的测试提供了理论依据。通过实验得到了阻尼通道中磁感应强度与励磁电流的关系,分析并排除了MRF流变特性测试的影响因素。最后,使用该装置对本研究小组配置的MRF试样进行了测试。结果表明,MRF的剪切屈服强度随活塞速度的增大而减小,设计的流变测试装置的剪切率可达到2.5×105/s,能满足高剪切率条件下MRF流变性能测试的特殊要求。

针对MRF再分散性性能没有量化标准及测试方法的问题,提出了采用搅拌静置6个月MRF至均匀分散状态,测量电机扭矩和转速,计算这一过程中消耗电机功率的方法,以消耗功对MRF再分散性进行量化。设计开发了测试系统,对3种MRF进行了测试,结果说明测试系统性能可靠,测试方法实用性强。

由于磁流变液的应用前景广阔,而市场上磁流变液性能测试系统相对短缺,为了更好地促进磁流变液的工程应用,有必要研究磁流变液的性能测试仪。通过理论计算和实验验证的方法,设计了一种磁流变旋转式测试仪,用实测的办法验证了磁场理论计算的正确性。测试表明,当电流为1.6A时磁场达到0.5582T,MRF4的剪切应力达到70.12KPa,当电流为1.4A,磁场为0.5483T,剪切屈服强度51.6KPa。

针对剪切阀式磁流变液阻尼器运动过程中存在活塞杆晃动、活塞行程受导向环影响而减小等问题,设计了一种新型阀式磁流变液阻尼器,推导了其阻尼力模型.利用ANSYS软件对设计的阻尼器活塞进行磁路仿真,从而选取合适材料,并通过测试其阻尼特性,结合推导的阻尼力模型,分析了阻尼力的影响因素.结果发现:所设计的阻尼器属于外径大、行程小的阻尼器,其活塞运动速度对阻尼力具有较大影响.

磁流变半主动悬挂系统是一种新型的悬挂系统。基于磁流变阻尼器,设计了一种以理想天棚阻尼控制为参考模型的自适应控制策略,应用Lyapunov稳定性理论推导了渐近自适应控制规律,结合磁流变阻尼器控制力的特点,给出了半主动控制算法;分析悬置质量变化对悬置质量加速度以及动行程的影响,并对悬挂系统在不同控制状态下的响应进行了仿真分析。仿真结果表明,模型参考自适应控制不仅能够很好地跟踪理想天棚控制,并能适应悬置质量等悬架参数因素的变化。

磁流变阻尼器(Magnetorheological damper,MRD)是实现车辆悬架半主动控制的理想器件,然而传统MRD的控制模型及控制过程复杂,严重制约MRD的工程应用。针对上述问题,提出具有并联常通孔的MRD,当电流为零时,磁流变液从常通孔和感应通道流过,实现最小阻尼系数;电流加载至最大时,感应通道被发生流变效应的磁流变液堵塞而充当限压阀的作用,在磁流变液屈服前,液体仅从常通孔流过,实现最大阻尼系数。建立新型阻尼器的阻尼力计算模型,为其设计和阻尼特性分析提供理论依据,并通过磁路仿真和阻尼特性试验验证设计方案的可行性。该MRD尤其适用于与开关类控制策略相结合,不需要复杂的逆模型求解,极大地简化了控制过程,具有较好的实际应用价值。

分别以传统的磁流变液制备工艺和改进的磁流变液制备工艺,以羰基铁粉为软磁性颗粒,以专用减振液为母液,制备了2种磁流变液,并对其零场粘度、悬浮稳定性和剪切屈服强度进行了测试和分析。试验结果表明,改进型工艺制备的磁流变液零场粘度比传统工艺制备的磁流变液稍高,但其沉降稳定性和剪切屈服强度均优于以传统工艺制备的磁流变液。