基于特性要求的磁流变减振器阻尼通道宽度的设计方法

摘要

本发明涉及基于特性要求的磁流变减振器阻尼通道宽度的设计方法，属于减振器技术领域。目前国内、外对于磁流变减振器环形阻尼通道宽度尚未给出可靠的设计方法，大都是凭经验在一设计范围内选择一设计值，因此，很难得到可靠的设计参数，而且不能保障在断电情况下的车辆行驶平顺性。本发明其特征在于：根据磁流变减振器阻尼特性的设计要求、活塞缸筒内径

说明书

技术领域

 本发明涉及磁流变减振器，特别是基于特性要求的磁流变减振器阻尼通道宽度的设计方法。

背景技术

磁流变减振器可通过控制电流的大小实现对减振器阻尼力的控制，它具有响应速度快、功耗低，调节范围大等特点，并且工作条件相对简单，当前国内、外汽车悬架研究领域的一个热点。磁流变减振器的环形阻尼通道宽度h是磁流变减振器的重要结构参数，决定着减振器的流阻尼特性，对汽车平顺性具有重要影响。磁流变减振器阻尼通道宽度h的参数设计值，应该在未施加控制电流情况下，其阻尼特性依然还能够满足汽车平顺性的基本要求。然而，据所查资料，目前国内、外对于磁流变减振器阻尼通道宽度h这一关键参数，一直尚未给出准确、可靠的设计方法，大都是凭经验在一个范围（1.0~2.0mm）内选择一个阻尼通道宽度h的参数值，然后经过反复试验、验证及修改的方法，最终确定出该磁流变减振器阻尼通道宽度h的实际设计值。随着汽车工业的快速发展及车辆行驶速度的不断提高，对磁流变减振器的设计提出了更高的要求，因此，必须建立一种准确、可靠的磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计方法，以满足对磁流变减振器快速和精确设计的要求，降低设计和试验费用及维修费用，提高磁流变减振器的设计质量、水平和性能，提高车辆的行驶平顺性。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种准确、可靠的基于特性要求的磁流变减振器阻尼通道宽度的设计方法，其设计流程如图1所示。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的基于特性要求的磁流变减振器阻尼通道宽度的设计方法，其技术方案实施步骤如下：

 (1) 确定磁流变减振器工作速度V₁及对应要求的阻尼力F₁:

根据磁流变减振器在未施加控制电流I情况下的设计所要求的阻尼力特性曲线,确定减振器的常规工作速度V₁点及对应所要求的阻尼力F₁；

（2）磁流变减振器阻尼通道宽度h的优化设计模型及设计:

根据磁流变减振器的活塞缸筒的内径为D_H, 活塞长度L，活塞杆的直径为d_g，磁流变液体的初始粘度μ₀，步骤(1)中的V₁和F₁，利用磁流变减振器的运动速度、流量、节流压力及减振器阻尼力之间关系，建立磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计数学模型，即：

式中, ;

即                        ；

其中，，，，，

；

解上述关于h的4次方程，便可得到得磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计值；

(3) 磁流变减振器阻尼特性的仿真验证：

根据磁流变减振器的活塞缸筒内径D_H，活塞杆直径d_g，及步骤（2）中所设计的阻尼通道宽度h，利用磁流变减振器阻尼特性仿真程序，对所设计磁流变减振器在未施加控制电流时的阻尼特性进行仿真验证。

本发明比现有技术具有的优点：

目前国内、外对于磁流变减振器的环形阻尼通道宽度尚未给出可靠的设计方法，大都是凭经验在大体范围（1.0mm~2.0mm）内选择一个阻尼通道宽度h的设计值，然后经过反复试验、验证及修改的方法，最终确定出该设计磁流变减振器阻尼通道宽度的实际设计值。因此，传统设计方法不能保证磁流变减振器的阻尼特性达到最佳，甚至在断电情况下根本不能满足汽车行驶平顺性的基本要求。本发明根据磁流变减振器的活塞缸筒内径D_H、活塞杆直径d_g、磁流变液体的初始粘度μ₀、减振器阻尼特性的设计要求，对磁流变减振器阻尼通道宽度h进行优化设计。利用该方法，可得到可靠的磁流变减振器阻尼通道宽度h的参数设计值，可使磁流变减振器的阻尼特性达到最佳，而且还能够满足在断电的特殊情况下汽车平顺性对减振器阻尼特性的基本设计要求，同时，利用该设计方法可加快产品开发速度，降低设计及试验费用，提高磁流变减振器的设计水平、质量和性能，提高汽车行驶平顺性，并且在磁流变减振器在断电的特殊情况下，依然确保汽车的行驶安全性。

为了更好地理解本发明下面结合附图作进一步的说明。

图1 是磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计流程图；

图2 是磁流变减振器活塞缸筒和活塞及阻尼通道的示意图；

图3 是实施例一的磁流变减振器未加控制电流时设计所要求的阻尼特性曲线；

图4 是实施例一的设计磁流变减振器在未加控制电流时的阻尼特性仿真曲线；

图5 是实施例二的磁流变减振器未加控制电流时设计所要求的阻尼特性曲线；

图6 是实施例二的设计磁流变减振器在未加控制电流时的阻尼特性仿真曲线。

图7 是实施例三的磁流变减振器未加控制电流时设计所要求的阻尼特性曲线；

图8 是实施例三的设计磁流变减振器在未加控制电流时的阻尼特性仿真曲线。

具体实施方案

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一：某汽车磁流变减振器活塞缸筒和活塞及阻尼通道的示意图，如图2所示，减振器活塞缸筒1，活塞2，电磁线圈3，活塞杆4，其中，电磁线圈3镶嵌在活塞的中部，活塞2与活塞缸筒1的内壁之间的环形间隙h，即为磁流变减振器阻尼通道的宽度h。该磁流变减振器的活塞缸筒的内径为D_H=28mm，活塞杆直径d_g=18mm，活塞长度L=40mm；未外加磁场时磁流变液体的初始粘度为0.8Pa.s，磁流变减振器在未施加控制电流I情况下，设计所要求的阻尼力特性曲线，如图3所示，对该磁流变减振器的阻尼通道宽度h进行设计。

本发明实例所提供的基于特性要求的磁流变减振器阻尼通道宽度的设计方法，其设计流程如图1所示，具体步骤如下：

 (1) 确定磁流变减振器工作速度V₁及对应所要求的阻尼力F₁:

根据磁流变减振器在未施加控制电流I情况下，设计所要求的阻尼力特性曲线，如图3所示,确定减振器的工作速度V₁＝0.3m/s，及对应所要求的阻尼力F₁＝300N；

（2）磁流变减振器阻尼通道宽度h的优化设计模型及设计:

根据磁流变减振器的活塞缸筒的内径为D_H=28mm,活塞杆的直径为d_g=18mm，磁流变液体的初始粘度μ₀=0.8Pa.s, 活塞长度L=40mm，及步骤(1)中的V₁＝0.3m/s和F₁＝300N，利用磁流变减振器速度、流量、节流压力及阻尼力之间关系，建立磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计数学模型，即：

式中, =1.3263×10⁴;

       即                        ；

其中，=1.3279×10⁴，=－371.81，=0.0068，=－5.1520×10^-5，=2.116×10^-7，

 解上述关于h的4次方程，便可得到该磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计值，即：

h=0.0008m＝0.8mm；

 (3) 磁流变减振器阻尼特性的仿真验证：

根据磁流变减振器的活塞缸筒内径D_H＝28mm，活塞杆直径d_g＝18mm，磁流变液的动力粘度μ₀=0.8Pa.s，及步骤（2）中的h＝0.8mm，利用磁流变减振器阻尼特性仿真程序，对所设计磁流变减振器的阻尼特性进行仿真验证，仿真所得到阻尼特性曲线，如图4所示。

根据仿真验证结果图4可知，该磁流变减振器在未加控制电流时的在V₁速度点处的阻尼力F₁，与设计所要求的阻尼特性曲线图3相吻合，表明该磁流变减振器阻尼通道宽度h计

的设值是可靠的，所建立的磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计方法是正确的。

实施例二：某汽车磁流变减振器的结构参数与实施例一的相同，即活塞缸筒内径为D_H=28mm，活塞杆直径d_g=18mm，活塞长度L=40mm。磁流变液体的初始粘度和减振器阻尼特性设计要求与实施例一的不相同，其中，磁流变液体的初始粘度为0.7Pa.s，磁流变减振器在未施加控制电流I情况下，设计所要求的阻尼力特性曲线，如图5所示，对该磁流变减振器阻尼通道宽度h进行设计。

采用实施例一的设计步骤，对磁流变减振器的阻尼通道宽度h进行设计：

(1) 确定磁流变减振器工作速度V₁及对应所要求的阻尼力F₁:

根据磁流变减振器在未施加控制电流I情况下，设计所要求的阻尼力特性曲线，如图5所示,确定减振器的工作速度V₁＝0.3m/s，及对应所要求的阻尼力F₁＝350N；

（2）建立磁流变减振器的阻尼通道宽度h的设计数学模型:

根据磁流变减振器的活塞缸筒的内径为D_H=28mm,活塞杆的直径为d_g=18mm，磁流变液体的初始粘度μ₀=0.7Pa.s, 活塞长度L=40mm，及步骤(1)中的V₁＝0.3m/s和F₁＝350N，利用磁流变减振器速度、流量、节流压力及阻尼力之间关系，建立磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计数学模型，即：

式中, =1.7684×10⁴; 

       即                        ；

其中，其中，=1.77×10⁴，=－495.6，=0.0068，=－5.1520×10^-5，=2.116×10^-7；

 解上述关于h的4次方程，便可得到该磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计值，即：

h=0.0007m＝0.7mm；

 (3) 磁流变减振器阻尼特性的仿真验证：

根据磁流变减振器的活塞缸筒内径D_H＝28mm，活塞杆直径d_g＝18mm，磁流变液体的初始粘度μ₀=0.7Pa.s，及步骤（2）中所设计的阻尼通道宽度h＝0.7mm，利用磁流变减振器阻尼特性仿真程序，对所设计磁流变减振器的在不施加控制电流时的阻尼特性进行仿真，所得到阻尼特性仿真曲线，如图6所示。

根据阻尼特性仿真验证结果图6可知，该磁流变减振器在未加控制电流时的在V₁速度点处的阻尼力F₁，与设计所要求的阻尼特性曲线图5相吻合，表明该磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计设计值是可靠的。

实施例三：某汽车磁流变减振器的活塞缸筒内径为D_H=28mm，活塞杆直径d_g=18mm，活塞长度L=50mm，磁流变液体的初始粘度为0.9Pa.s，磁流变减振器在未施加控制电流I情况下，设计所要求的阻尼力特性曲线，如图7所示，对该磁流变减振器阻尼通道宽度h进行设计。

采用实施例一的设计步骤，对磁流变减振器的阻尼通道宽度h进行设计：

(1) 确定磁流变减振器工作速度V₁及对应所要求的阻尼力F₁:

根据磁流变减振器在未施加控制电流I情况下，设计所要求的阻尼力特性曲线，如图7所示,确定减振器的工作速度V₁＝0.3m/s，及对应所要求的阻尼力F₁＝220N；

（2）建立磁流变减振器的阻尼通道宽度h的设计数学模型:

根据磁流变减振器的活塞缸筒的内径为D_H=28mm,活塞杆的直径为d_g=18mm，磁流变液体的初始粘度μ₀=0.9Pa.s, 活塞长度L=50mm，及步骤(1)中的V₁＝0.3m/s和F₁＝220N，利用磁流变减振器速度、流量、节流压力及阻尼力之间关系，建立磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计数学模型，即：

式中, = 6.9164×10³; 

       即                        ；

其中，=6.9324×10³，=－194.1，=0.0068，=－5.1520×10^-5，=2.116×10^-7；

 解上述关于h的4次方程，便可得到该磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计值，即：

h=0.001m＝1.0mm；

 (3) 磁流变减振器阻尼特性的仿真验证：

根据磁流变减振器的活塞缸筒内径D_H＝28mm，活塞杆直径d_g＝18mm，磁流变液体的初始粘度μ₀=0.9Pa.s，及步骤（2）中所设计的阻尼通道宽度h＝1.0mm，利用磁流变减振器阻尼特性仿真程序，对所设计磁流变减振器的在不施加控制电流时的阻尼特性进行仿真，所得到阻尼特性仿真曲线，如图8所示。

根据阻尼特性仿真验证结果图8可知，该磁流变减振器在未加控制电流时的在V₁速度点处的阻尼力F₁，与设计所要求的阻尼特性曲线图7相吻合，表明该磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计值是可靠的，该磁流变减振器阻尼通道宽度h的设计方法是正确的。