【導(dǎo)讀】磁流變阻尼器作為優(yōu)秀的半主動控制器件，已被廣泛運(yùn)用于各種場合的振動控制。為改善汽車的乘坐舒適性和行駛安全性，提出一種汽車磁流變半主動懸架的控制策略。本文中介紹車用阻尼器的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀；磁流變液的組成及磁流變效應(yīng)基本原。于汽車懸架的MR減振器的仿真模型、控制方法。磁流變液作為流變學(xué)特性可控的一種。智能材料，應(yīng)用十分的廣泛。

　　

【正文】 21221 D DDp sn ）（??MPa （ ） a355s MP?? 求得 np ? 由于額定工作壓力 np =20MPa，所以滿足要求； 同時額定工作壓力也應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生： rln pp )( ?? rlp ：缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力， MPa DDrl ? （ ） 求得： rlp = 22 4 MPn ?? 由于額定工作壓力 a20MPpn ? 所以滿足要求； (3)工作缸長度需要根據(jù)活塞行程，活塞桿長度，及整體裝配時確定 活塞行程 S 初步確定時，主要按實(shí)際工作需要的長度來考慮，但這一行程并不一定是液壓缸的穩(wěn)定性所允許的行程。 S=kFEI2? （ ） E：材料的彈性模量。鋼材 的 E= 510? N/ 2mm I:活塞桿橫截面的慣性矩，單位 4mm I= 4d d:活塞桿直徑 kF ：活塞桿彎曲失穩(wěn)定臨界壓縮力 求得： S=160mm (4)活塞桿的強(qiáng)度計算 活塞桿在穩(wěn)定工況下，只受軸向推力或拉力，可以近似地使用直桿受拉壓載荷的簡單強(qiáng)度計算公式進(jìn)行計算： pF ??? ???26d410 （ ） F：活塞桿的作用力， N F=2131262N MP ?? p? ：材料的許用應(yīng)力，對 45號鋼， p? =50MPa 由于 p? ?? 所以滿足要求； 本章小結(jié) 本章對所設(shè)計的磁流變減振器 進(jìn)行了主要部分的計算，給出了阻尼力的計算公式，通過理論計算確定了磁流變減振器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，討論了阻尼通道長度和間隙、電流強(qiáng)度對阻尼力的影響。研究表明，合理設(shè)計阻尼通道長度，選擇合適的間隙，對提高減振器的阻尼力和可調(diào)范圍很重要。 23 第 4 章 磁流變減振器基于 Matlab 的仿真分析 基于磁流變減振器在汽車懸架減振系統(tǒng)半主動控制中的廣泛應(yīng)用，根據(jù)磁流變液 24 的特點(diǎn)和磁流變減振器阻尼力與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，設(shè)計了新型的磁流變減振器，并對影響磁流變減振器性能的參數(shù)進(jìn)行了仿真。仿真表 明，該磁流變減振器設(shè)計計算是一種能優(yōu)化阻尼力的有效算法。 減振器的阻尼力計算模型 本文選用剪切閥式磁流變阻尼器工作模式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在結(jié)構(gòu)設(shè)計前，必須明確該工作模式磁流變液的流變方程，繼而推導(dǎo)出磁流變阻尼力的計算模型，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的依據(jù)所在。基于剪切閥式磁流變阻尼器的阻尼通道的寬度遠(yuǎn)大于其阻尼間隙，因而可簡化成磁流變液在兩相對運(yùn)動平板之間的運(yùn)動。為了簡化分析，工作于剪切閥式的磁流變阻尼力可以看成是在閥式工作模式下的阻尼力和剪切工作模式下阻尼力的疊加。 在外加磁場作用下，磁流變液表現(xiàn) Bingham 流體，其磁流變液在平板的流動和速度分布如圖 ，其本構(gòu)關(guān)系可用下列方程描述： yuyuy dddd ??? ?????????? s g n y??? （ ） 0?dydu y??? （ ） 圖 磁流變液在平板中的流動和速度分布 在閥式工作模式下磁流變液的速度分布如圖 所示。假設(shè)磁流變液的體積流速Q(mào) 在 x方向上一維流動，在 y方向上不流動。設(shè)兩平板之間的間隙為 h，長度為 L，寬度為 b，由流體力學(xué)可得下列微分方程： ???????? ?????????????? yuvxuutuyx yxxx ??? （ ） 25 式中 u、 v 分別是磁流變液在 x、 y方向上的流動速度； xxy??? 是磁流變液在 x方向的壓力梯度，為了簡化將壓力梯度是為 x 方向線性變化 xxy??? = lp? ， l 是阻尼通道的長度；p? 是阻尼通道兩端的壓力差； ? 是磁流變液的密度； t是時間變量；由于流動速度低，可不計慣性效應(yīng)， 0???yu；令沿 x的剪切應(yīng)力 ?? ?xy ，由于磁流變流動的連續(xù)性，沿x 方向的速度不變即 0????????? tuyuxu則方程（ ）簡化為： lp??dyd? （ ） 對 其積分可得： 1p Dyl ???? （ ） D 是待定的積分常數(shù)。 由公式（ ）可知，磁流變液受到的剪切應(yīng)力沿平板間隙是按線性分布的，靠近平板的磁流變液受到的剪切力最大，而中間對稱面上的磁流變液受到的剪切應(yīng)力最小，根據(jù)極板兩端壓差產(chǎn)生的剪切應(yīng)力與極板附近磁流變液的臨界剪切屈服應(yīng)力比較 ，當(dāng)前者小于后者磁流變液靜止不動；當(dāng)前者大于后者將產(chǎn)生如圖 所示的流體狀態(tài)，即靠近平板處得磁流變液流動；而中間對稱區(qū)間的磁流變液不流動。可將此時的磁流變液的流動分為屈服流動，剛性流動，屈服流動三個區(qū)域。 區(qū)域 ?：屈服流動 1y0 y?? 剪切應(yīng)變率 0d ?dyu，由公式（ ）可得： dydu??? ?? y （ ） 將公式（ ）代入公式（ ）中，并注意 u（ 0） =0， 0dydu 1 ??yu求解微分方程如下： 1y DyLpdydu ?????? （ ） 26 1y1 yLpD ???? （ ） ? ? ? ?122u yyyLpy ??? ? （ ） 區(qū)域 ?：剛性流動 21 yyy ?? ，剪切應(yīng)變率 0d ?dyu，同理可得： ? ? ? ? 211 2 yLpyuyu ????? （ ） 區(qū)域 ?：屈服流動 hyy ??2 ，剪切應(yīng)變率 0?dydu dydu??? ?? y （ ） 將公式（ ）代入公式（ ），已知 u(h)=0， 0du2 ??yudy，求解微分方程得： 2y1 yLpD ??? ? （ ） ? ? ? ?? ?22222)(u yhyyLpy ????? ? （ ） 由公式和（ ）公式（ ）相減可得剛性流動區(qū)得厚度 ? 為 pLy y???? ?? 2y 12 （ ） 由于存在 ? ? ? ?21 yuyu ?? ，由公式（ ）和公式（ ）可得 221 )(22 p yhLpyL ???? ?? （ ） hyy ?? 12 （ ） 由公式（ ）和公式（ ）可得： pLhy y??? ?21 ；pLh y??? ?2y2 （ ） 流經(jīng)平板間隙的磁流變液的體積流量 Q可有下列得到： ????????? ? ? ?? 1 21 2020 )()()()(y yyhyhp dyyudyyudyyubdyybuvAQ （ ） 27 代入化簡可得 ? ? ? ?? ?? Lp LphLphbQ yy 22122 ? ?????? （ ） 經(jīng)進(jìn)一步化簡可得壓差近似公式： yp hcLbh LA ?? ??? 312p （ ） 考慮到阻尼器的實(shí)際阻尼通道為環(huán)形通道，流動模式下的阻尼力可以表示為： yPpp hc L Avbh LApAF ?? 2242 0321 ?????? () 式中 pA 為活塞受壓的有效面積。 在移動平板的影響下，磁流變液發(fā)生屈服流動，剪切模式下磁流變液的速度分布如圖 所示。剪切應(yīng)變率 0?dydu，則由公式（ ），剪切應(yīng)力可表示為： dydu??? ?? y () 假如磁流變液的速度是沿 y 方向分布如圖 所示，即hvdyu 0d ?? 圖 剪切模式下磁流變液的速度分布 剪切模式下的阻尼力： ybLvhbLLF ??? 22b2 02 ???? () 混合工作模式的阻尼力可視為流動模式、剪切模式兩種工作模式下的阻尼力 28 的疊加。即 21 FFF ?? ，由于符號的正負(fù)只反映活塞運(yùn)動的方向，因此，整理上式得： ypp bLhc L AvhLbbh LAF ??? ?????? ???????? ?? 22224032 () 式中參數(shù) c變化范圍 23，本文 c=2，因此剪切閥式磁流變阻尼器阻尼力為： ypp bLhLAvhLbbh LAF ??? ?????? ???????? ?? 24224032 () 公式可以改為： re FvCFFF ???? 0?? () 0032 224 vCvhLbbhLAF ep ??????? ?? ??? () )(s240vgnbLhLAF yp ?? ?????? ?? () 式中粘滯阻尼力系數(shù)： hLbbhLAC p ?? 22432e ??；庫倫阻尼力：)s gn (24 0vbLhLAF yp ?? ?????? ?? ； 0v 為磁流變阻尼器活塞運(yùn)動速度； sgn 為符號函數(shù) 從上式可以看出磁流變阻尼器的阻尼力由兩部分組成，一部分由液體流動時液體粘性產(chǎn)生的粘滯阻尼力，而另一部分由磁流變效應(yīng)產(chǎn)生的庫倫阻尼力組成。 磁流變減振器的仿真分析 磁流變減振器的數(shù)學(xué)模型采用公式，建立磁流變減振器的仿真模型如圖 所示