一种新型磁流变阻尼器及车辆悬架系统阻尼控制方法

摘要

本发明公开了一种新型磁流变阻尼器及车辆悬架系统阻尼控制方法，包括活塞筒、活塞头、活塞杆和磁流变液，活塞头设在活塞筒内，活塞头包括活塞外壳和活塞内芯，活塞内芯和活塞外壳间设有主流道，活塞内芯包括主流道结构和旁通道结构，主流道结构包括第一磁芯、第一励磁线圈、正弦状磁极和正弦状隔磁环，旁通道结构设在第一磁芯顶部，旁通道结构包括第二磁芯、第二励磁线圈和旁通孔，活塞杆设在活塞头顶部，磁流变液设在活塞筒中，利用正弦磁极控制主流道的流通截面积，进而控制阻尼器的阻尼系数，通过活塞头附加旁通孔的开关作用控制阻尼器斜率突变点的位置。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车NVH技术领域，具体涉及一种新型磁流变阻尼器及车辆悬架系统阻尼控制方法。

背景技术

随着汽车的快速发展，人民对汽车乘坐舒适性的要求越来越高，汽车减震器的性能对车辆平顺性及操控稳定性具有重要影响。汽车减震器分为被动式减震器、主动式减震器和半主动式减震器。由于被动式减震器性能参数不可调，在不同工况下不能实现高品质乘坐舒适性。主动悬架可通过作动器提供外加力提高汽车平顺性及操控稳定性，但其成本高，需要额外能源输入，且对控制器要求高，控制不当易引起振动恶化。近些年关于减震器结构参数、性能参数可控的半主动悬架得到快速发展，由于其制造成本低，可有效提高车辆乘坐舒适性，且在控制器失效后仍可保证车辆悬架系统正常作业，故得到广大车企及研究人员的青睐。磁流变液作为新型智能材料，其剪切模量可控，响应速度快，稳定性高，成为制备半主动减震器的理想材料。近些年关于磁流变阻尼器的研究很多，取得了可观的成果。然而目前在磁流变减震器设计方面主要利用了磁流变液的流变特性，而对于其开关特性的应用极少。

现有的磁流变阻尼器多数是针对汽车由于发动机导致的重心靠前而设计的，而对于汽车在重心位置变化时，性能变差。且现有设计通常只可调节活塞低速区的减震器阻尼系数，对于磁流变减震器阻尼系数突变点的控制以及活塞高速区的阻尼控制效果一般。此外，在磁流变阻尼器优化及与悬架匹配方面，多以特定工况设计，未充分考虑车辆在不同重心分布(如承载乘客的影响、后备箱货物影响等)以及车辆在不同工况下阻尼器的特性对悬架及性能的影响。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新型磁流变阻尼器及车辆悬架系统阻尼控制方法，

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种新型磁流变阻尼器，包括活塞筒、活塞头、活塞杆和磁流变液，所述活塞头设在所述活塞筒内，所述活塞头包括活塞外壳和活塞内芯，所述活塞外壳套设在所述活塞内芯外侧，所述活塞内芯和所述活塞外壳间设有上下贯通的主流道，所述活塞内芯包括主流道结构和旁通道结构，所述主流道结构包括第一磁芯、第一励磁线圈、正弦状磁极和正弦状隔磁环，所述第一励磁线圈缠绕在所述第一磁芯中部，一对所述正弦状隔磁环和所述正弦状磁极的凸起和凹槽相互配合，一对所述正弦状隔磁环和所述正弦状磁极自上而下套设在所述第一磁芯上部，一对所述正弦状隔磁环和所述正弦状磁极自下而上套设在所述第一磁芯下部，所述旁通道结构设在所述第一磁芯顶部，所述旁通道结构包括第二磁芯、第二励磁线圈和旁通孔，两个所述第二磁芯间隔一定距离设在所述第一磁芯顶部且相对于所述活塞头轴心对称分布，两个所述第二磁芯上分别缠绕所述第二励磁线圈，两个所述旁通孔设在两个所述第二磁芯之间且间隔一定距离，两个所述旁通孔相对于所述活塞头轴心对称分布，所述活塞杆设在所述活塞头顶部，所述磁流变液设在所述活塞筒中，磁流变液能够从旁通孔顶部流进和流出且能够从主流道上下流进或流出。

进一步地，所述活塞筒内还设有浮动活塞，所述浮动活塞设在所述活塞筒中且设在所述活塞头下方，所述浮动活塞和所述活塞筒间构成蓄能器。

进一步地，所述浮动活塞中部开设有环形凹槽，所述环形凹槽上嵌有干燥环。

进一步地，所述活塞杆通过螺纹连接可拆卸的安装在所述活塞头顶部。

一种车辆悬架系统阻尼控制方法，包括：

步骤1、在车辆上安装四个新型磁流变阻尼器，包括两个前阻尼器和两个后阻尼器；

步骤2、判断车辆重心位置，当车辆重心靠前时，控制器控制对前阻尼器的第二励磁线圈施加电流，对后阻尼器的第二励磁线圈不施加电流，使前阻尼器的旁通孔关闭，后阻尼器的旁通孔打开，跳转步骤3，当车辆重心靠后时，控制器控制对前阻尼器的第二励磁线圈不施加电流，对后阻尼器的第二励磁线圈施加电流，使前阻尼器的旁通孔打开，后阻尼器的旁通孔关闭，跳转步骤3，当车辆重心居中，跳转步骤4；

步骤3、在车辆重心靠前或重心靠后的工况下，对车辆行驶路况进行判断，如果车辆行驶于较好路面，根据车况对前阻尼器和后阻尼器的第一励磁线圈均施加相应电流，以增加前阻尼和后阻尼器的阻尼力而保证车辆的操控稳定性，如车辆行驶于较差路面，根据车况对前阻尼器和后阻尼器的第一励磁线圈均减小相应电流，以减小前阻尼器和后阻尼器的阻尼力而保证车辆的乘坐舒适性，调节完成；

步骤4、在车辆重心居中的工况下，车辆根据阻尼器活塞头运动速度快慢，当活塞头进行低速运动时，控制器控制对前阻尼器的第二励磁线圈和后阻尼器的第二励磁线圈施加电流，使前阻尼器的旁通孔和后阻尼器的旁通孔均关闭，跳转步骤5，当活塞头进行高速运动时，控制器控制对前阻尼器的第二励磁线圈和对后阻尼器的第二励磁线圈不施加电流，使前阻尼器的旁通孔和后阻尼器的旁通孔均打开，跳转步骤5；

步骤5、对车辆行驶路况进行判断，如果车辆行驶于较好路面，根据车况对前阻尼器和后阻尼器的第一励磁线圈均施加相应电流，以增加前阻尼和后阻尼器的阻尼力而保证车辆的操控稳定性，如车辆行驶于较差路面，根据车况对前阻尼器和后阻尼器的第一励磁线圈均减小相应电流，以减小前阻尼器和后阻尼器的阻尼力而保证车辆的乘坐舒适性，调节完成。

进一步地，在步骤2中，在车辆只有前排有人时，车辆的重心靠前，当后排增加的重量大于前排增加的重量时，车辆重心后移，使车辆的重心居中或靠后。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1.本发明所述的一种新型磁流变阻尼器及车辆悬架系统阻尼控制方法，活塞设有旁通孔，可有效提高活塞在低速区的阻尼系数，改善阻尼突变点前后阻尼系数的差值，减小电流施加前后阻尼系数突变对悬架性能的影响，同时针对车辆重心重新分布，通过对第二励磁线圈施加电流的大小，适时打开或关闭旁通孔，可提高整车在不同重心布置和不同工况下的平顺性及操控性。

2.本发明所述的一种新型磁流变阻尼器及车辆悬架系统阻尼控制方法，沿活塞头圆周方向设有主流道，两对正弦状磁极和正弦状隔磁环可形成不同的有效磁极长度，通过控制第一励磁线圈电流的大小，实现主流道的全开、部分开及全闭，即可实现主流道有效流通面积的控制，由此可使在活塞头速度一定时，磁流变液流过主流道的速度不同，控制阻尼系数的大小，以应对车辆在不同工况下，活塞速度不同时提高车辆的平顺性及操控性。

3.本发明所述的一种新型磁流变阻尼器及车辆悬架系统阻尼控制方法，正弦状磁极和正弦状隔磁环成对称结构，在主流道部分关闭时，可实现活塞头轴对称方向阻尼力相同，防止由于活塞头轴对称方向磁力不同而形成力矩，造成活塞头磨损甚至卡死的问题。

4.本发明所述的一种新型磁流变阻尼器及车辆悬架系统阻尼控制方法，活塞头上所开旁通孔为两个，形成关于活塞头轴心的对称分布，活塞内芯的第二励磁线圈为两个，同向缠绕，匝数相同，且形成关于活塞头轴心呈对称分布，上述结构可有效防止通过磁流变液流过旁通孔时形成的阻尼力不同而形成力矩，导致活塞头振动剧烈，甚至卡死的问题。

5.本发明所述的一种新型磁流变阻尼器及车辆悬架系统阻尼控制方法，浮动活塞中间开有凹槽，上附有干燥环，在浮动活塞上下滑动中，干燥环可有效吸收由于阻尼器工作中渗入水分及空气，防止阻尼器的磁流变效应变差或退化。

6.本发明所述的一种新型磁流变阻尼器及车辆悬架系统阻尼控制方法，根据车辆重心参数及路面激励工况可适时调节阻尼器低、高速区的阻尼系数及阻尼突变点的位置，提高车辆行驶平顺性及操控性的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明活塞头的结构示意图。

图3为本发明的正弦状磁极。

图4为本发明的正弦状隔磁环。

图5为相同活塞头速度不同磁场下主流道的有效区域及磁流变液流速示意图。

图6为设有新型磁流变阻尼器的车辆在不同工况下的控制流程图。

其中：1、活塞杆；2、活塞筒；3、活塞上腔室；4、活塞头；5、活塞下腔室；6、干燥环；7、浮动活塞；8、蓄能器；9、活塞外壳；10、旁通孔；11、第二励磁线圈；12、活塞内芯；13、活塞杆安装孔；14、正弦状隔磁环；15、正弦状磁极；16、第一励磁线圈；17、主流道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

一种新型磁流变阻尼器，参照图1-图4所示，包括活塞筒2、活塞头4、活塞杆1和磁流变液，活塞头4设在活塞筒2内，活塞头4上方活塞筒2内的空间形成活塞上腔室3，活塞头4下方活塞筒2内的空间形成活塞下腔室5，活塞头4包括活塞外壳9和活塞内芯12，活塞外壳9套设在活塞内芯12外侧，活塞内芯12包括主流道结构和旁通道结构，主流道结构包括第一磁芯、第一励磁线圈16、正弦状磁极15和正弦状隔磁环14，第一励磁线圈16缠绕在第一磁芯中部，一对正弦状隔磁环14和正弦状磁极15的凸起和凹槽均相互配合，一组正弦状隔磁环14和正弦状磁极15自上而下套设在第一磁芯上部，一组正弦状隔磁环14和正弦状磁极15自下而上套设在第一磁芯下部，主流道结构和活塞外壳9间设有上下贯通的主流道17，旁通道结构设在第一磁芯顶部，旁通道结构包括第二磁芯12、第二励磁线圈11和旁通孔10，两个第二磁芯12间隔一定距离设在第一磁芯顶部，两个第二磁芯12相对于活塞头4轴心对称分布，两个第二磁芯12上分别同向缠绕第二励磁线圈11，让两个第二励磁线圈11产生的磁场形成闭环，两个旁通孔10设在两个第二磁芯12之间且间隔一定距离，两个旁通孔10相对于活塞头4轴心对称分布，活塞杆1设在活塞头4顶部，磁流变液设在活塞筒2中，磁流变液可以从旁通孔10顶部流进和流出，磁流变液可以从主流道17上下流进或流出。

本发明中，第一励磁线圈16缠绕在第一磁芯中部，正弦状磁极15和正弦状隔磁环14均设置呈正弦环状，两对正弦状磁极15和正弦状隔磁环14可形成不同的有效磁极长度，主流道结构和活塞外壳9间设有上下贯通的主流道17，当第一励磁线圈16施加磁场时，由于有效磁极不同，有效磁极大的位置(即正弦磁极的峰值处)磁流变效应最为显著，且随着磁场的增加，最先出现锁死现象，而有效磁极较小的位置(即正弦磁极的波谷处)磁流变效应最弱，不易发生锁死现象。通过控制第一励磁线圈16电流的大小，进而控制磁场强度的大小，实现磁流变液在主流道17有效流通面积的控制，实现主流道17的全开、部分开及全闭，由此可使在活塞头4运动速度一定时，磁流变液流过主流道17的流体速度不同，控制本磁流变阻尼器阻尼系数的大小，以应对车辆在不同工况下，活塞头4运动速度不同时提高车辆的平顺性及操控性。

活塞头4上设有旁通孔10，可有效提高活头塞在低速区的阻尼系数改善阻尼突变点前后阻尼系数的差值，减小电流施加瞬间的阻尼力冲击，同时旁通孔10可实现开关作用，针对车辆重心重新分布适时开通或关闭旁通孔10，进而进一步提高车辆的平顺性及操控性。

增大第一励磁线圈16的电流，磁流变液在主流道17有效流通面积越小，本磁流变阻尼器阻尼系数越大，减小第一励磁线圈16的电流，磁流变液在主流道17有效流通面积越大，本磁流变阻尼器阻尼系数越小。

由于旁通孔10的磁极是等长的，通过第二励磁线圈11可以使旁通孔10打开或关闭，对第二励磁线圈11施加电流，实现旁通孔10的关闭，对第二励磁线圈11不施加电流，实现旁通孔10的打开。

参照图5所示，当第一励磁线圈16不加电流时，不加磁场，磁流变液能完全在主流道17中流通，当第一励磁线圈16加的电流较小时，磁流变液能部分在主流道17中流通，即图中所示的有效区，当第一励磁线圈16加的电流变大时，磁流变液能部分在主流道17中流通，即图中所示的有效区变小，锁死区变大，磁流变液的有效流通面积变小。

另外，旁通孔10为两个，形成关于活塞头4轴心的对称分布，第二励磁线圈11为两个，同向缠绕，匝数相同，且形成关于活塞轴心的对称分布，上述结构可有效防止通过磁流变液流过旁通孔10时形成的阻尼力不同而形成力矩，导致活塞头4振动剧烈，甚至卡死的问题。

活塞头4在上下运动的过程中，磁流变液被挤压，容易导致活塞头4卡死。为了解决活塞头4在上下运动中卡死的问题，参照图1所示，活塞筒2内还设有浮动活塞7，浮动活塞7设在活塞筒2中且设在活塞头4下方，浮动活塞7和活塞筒2间构成蓄能器8，当活塞杆进出阻尼器时，而一般认为磁流变液不可压缩，所以活塞头4容易卡死，这种情况下通过挤压浮动活塞7上下移动调节活塞头4而防止活塞头4卡死。

浮动活塞7中部开设有环形凹槽，环形凹槽上嵌有干燥环6。通过设置干燥环6，干燥环6可有效吸收由于阻尼器工作中渗入水分及空气，防止阻尼器的磁流变效应变差或退化。

活塞头4上设有活塞杆安装孔13，活塞杆1通过螺纹连接可拆卸的安装在活塞头4顶部。

一种车辆悬架系统阻尼控制方法，参照图2和图6所示，包括：

步骤1、在车辆上安装四个新型磁流变阻尼器，包括两个前阻尼器和两个后阻尼器；

步骤2、判断车辆重心位置，当车辆重心靠前时，控制器控制对前阻尼器的第二励磁线圈11施加电流，对后阻尼器的第二励磁线圈11不施加电流，使前阻尼器的旁通孔10关闭，后阻尼器的旁通孔10打开，跳转步骤3，当车辆重心靠后时，控制器控制对前阻尼器的第二励磁线圈11不施加电流，对后阻尼器的第二励磁线圈11施加电流，使前阻尼器的旁通孔10打开，后阻尼器的旁通孔10关闭，跳转步骤3，当车辆重心居中，跳转步骤4；

步骤3、在车辆重心靠前或重心靠后的工况下，对车辆行驶路况进行判断，如果车辆行驶于较好路面，根据车况对前阻尼器和后阻尼器的第一励磁线圈16均施加相应电流，以增加前阻尼和后阻尼器的阻尼力而保证车辆的操控稳定性，如车辆行驶于较差路面，根据车况对前阻尼器和后阻尼器的第一励磁线圈16均减小相应电流，以减小前阻尼器和后阻尼器的阻尼力而保证车辆的乘坐舒适性，调节完成；

步骤4、在车辆重心居中的工况下，车辆根据阻尼器活塞头运动速度快慢，当活塞头进行低速运动时，控制器控制对前阻尼器的第二励磁线圈和后阻尼器的第二励磁线圈施加电流，使前阻尼器的旁通孔和后阻尼器的旁通孔均关闭，跳转步骤5，当活塞头进行高速运动时，控制器控制对前阻尼器的第二励磁线圈和对后阻尼器的第二励磁线圈不施加电流，使前阻尼器的旁通孔和后阻尼器的旁通孔均打开，跳转步骤5；

步骤5、对车辆行驶路况进行判断，如果车辆行驶于较好路面，根据车况对前阻尼器和后阻尼器的第一励磁线圈16均施加相应电流，以增加前阻尼和后阻尼器的阻尼力而保证车辆的操控稳定性，如车辆行驶于较差路面，根据车况对前阻尼器和后阻尼器的第一励磁线圈16均减小相应电流，以减小前阻尼器和后阻尼器的阻尼力而保证车辆的乘坐舒适性，调节完成。

本发明中，新型磁流变阻尼器设在车辆悬架系统上，通过改变新型磁流变阻尼器中活塞头4的阻尼力大小，改变车辆悬架系统阻尼系统，增加车辆的乘坐舒适性。

在步骤2中，在车辆只有前排有人时，车辆的重心靠前，当后排增加的重量大于前排增加的重量时，车辆重心后移，使车辆的重心居中或靠后。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。