李振鵬+李劭宸

摘 要：隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，世界范圍內(nèi)的航天、軍工、槍炮等產(chǎn)業(yè)都得以飛速發(fā)展，阻尼器作為為以提供運(yùn)動(dòng)阻力來(lái)消減運(yùn)動(dòng)能量的裝置，廣泛用于航天、航空、軍工、汽車等領(lǐng)域。文章通過(guò)對(duì)車輛懸架磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析，并從電磁響應(yīng)時(shí)間和磁流變響應(yīng)時(shí)間兩方面分析了磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)影響因素。

關(guān)鍵詞：車輛懸架；磁流變阻尼器；動(dòng)態(tài)響應(yīng)；影響因素；分析

引言

文章根據(jù)車輛懸架磁流變阻尼器的實(shí)際工作特點(diǎn)，指出了阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及研究方向，并通過(guò)探討磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試中的相關(guān)問(wèn)題，對(duì)影響磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)因素進(jìn)行分析，為提高車輛懸架磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能提供了合理的意見(jiàn)和建議。

1 國(guó)內(nèi)外磁流變阻尼器發(fā)展現(xiàn)狀

MRF即磁流變液，是一種流變特性可根據(jù)外部磁場(chǎng)變化進(jìn)行控制的智能材料。將磁流變液作為工作介質(zhì)，磁流變阻尼器具有響應(yīng)速度快、功能消耗低且磁流變阻尼力連續(xù)可調(diào)的特點(diǎn)。因此在軍工、航空、航天、汽車的結(jié)構(gòu)抑制震動(dòng)過(guò)程中具有重要的作用。磁流變阻尼器的性能指標(biāo)除了包括阻尼力可控的要求外，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性作為汽車磁流變阻尼器中的執(zhí)行裝置，對(duì)振動(dòng)控制的抑制周期、應(yīng)用范圍和使用結(jié)果都具有決定性的作用。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外磁流變阻尼器在動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究過(guò)程中取得了較大的成就。國(guó)外學(xué)者研究出了電壓源驅(qū)動(dòng)和電流源驅(qū)動(dòng)的方式與線圈的串、并連結(jié)構(gòu)對(duì)磁流變阻尼器響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生的影響。電壓源驅(qū)動(dòng)主要是指驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)性能對(duì)變阻尼器響應(yīng)時(shí)間的影響，而電流源的響應(yīng)則是通過(guò)改變磁流變阻尼器本身的電磁感應(yīng)來(lái)對(duì)其響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生影響[1]。

2 磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)于磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間上并沒(méi)有統(tǒng)一的定義和計(jì)算方法，其主要表現(xiàn)在對(duì)磁流變阻尼力在最終狀態(tài)下的穩(wěn)定值百分比的選取過(guò)程中存在著62.1%和94%等，同時(shí)又因?yàn)樽冏枘崞鞯膽?yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，所以對(duì)阻尼力的計(jì)算和求取仍存在較多的意見(jiàn)分歧。下文對(duì)車輛懸架磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行了相應(yīng)的描述和研究。

由于磁流變阻尼器的阻尼力主要由粘滯和庫(kù)倫阻尼力兩部分構(gòu)成，其中粘滯阻尼系數(shù)用Ce表示，庫(kù)倫阻尼力用Fmr表示，其中Ce=■+■，F(xiàn)mr=-[■+2bl]？子ysgn（V），而F=-CeV+Fmr 。式中F為阻尼力，V代表磁流變阻尼器的運(yùn)行速度，sgn為正弦三角函數(shù)，阻尼器中平行板之間的距離為h，？濁代表磁流變液的塑性粘度，？子y阻尼器的臨界屈服應(yīng)力。當(dāng)固定磁流變阻尼器的尺寸之后，由公式可知粘滯阻尼力Ce是磁流變阻尼器的運(yùn)行速度v的函數(shù)，而庫(kù)倫阻尼力則是由磁流變效應(yīng)而產(chǎn)生的。所以當(dāng)固定住磁流變阻尼器的尺寸之后，并且當(dāng)其運(yùn)行速度保持恒定值V時(shí)，磁流變阻尼器的阻尼力只和勵(lì)磁電流的強(qiáng)度有關(guān)[2]。

磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性質(zhì)為磁流變阻尼器的阻尼力隨著勵(lì)磁電流的變化而變化的性質(zhì)，通過(guò)采用三角波位移的記錄方法可以準(zhǔn)確的分析磁流變阻尼力的變化特性。

由于車輛懸架磁流變阻尼器要求其自身的阻尼力相對(duì)較小，而在復(fù)原過(guò)程中有要求其自身阻尼力較大，因此，在分析響應(yīng)時(shí)間時(shí)，可將車輛懸架的變阻尼力在阻尼器的復(fù)原過(guò)程中進(jìn)行研究。因此在一個(gè)較為完整的阻尼器復(fù)原過(guò)程中，在阻尼器的三角波位移的情況下，當(dāng)電磁變阻尼器中的勵(lì)磁電流發(fā)生階段性變化時(shí)，從接通電流階段到阻尼器的阻尼力達(dá)到新的穩(wěn)定值所需時(shí)間為原來(lái)時(shí)間的95%[3]。

3 測(cè)試磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間方法

對(duì)磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間的測(cè)量方法可以通過(guò)三角波位移激勵(lì)的方法，可以大幅度的減小粘滯阻尼力對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生的影響，從而使得響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算方法變得更加簡(jiǎn)潔。通過(guò)選擇合適的激勵(lì)平臺(tái)和傳感器以外，正確選擇在磁流變阻尼器中接入電流的時(shí)機(jī)也是非常重要的。垂直震動(dòng)的主要頻率波段在4到12赫茲之間，由于頻率波段的最大值為12赫茲，而磁流變阻尼器完成一次壓縮復(fù)原則需要83秒的時(shí)間，但是通過(guò)分析可知，測(cè)試時(shí)間只適合在40s左右的復(fù)原過(guò)程中進(jìn)行，因此，在阻尼器復(fù)原形成的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，并不適用于測(cè)量時(shí)間的范圍內(nèi)，所以最佳的測(cè)量阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間為其開(kāi)始復(fù)原后的5-10秒內(nèi)，從而保證其在復(fù)原過(guò)程中有充足的時(shí)間使阻尼器的阻尼力達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定值。輸入阻尼器位移信號(hào)的時(shí)間和勵(lì)磁電流階段性增加與減少的時(shí)間關(guān)系。

為了在最佳的時(shí)間段內(nèi)接入勵(lì)磁電流，可以應(yīng)用電流驅(qū)動(dòng)器對(duì)阻尼器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，并更加精確的控制阻尼器的響應(yīng)時(shí)間[4]。

4 影響磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間因素分析

影響磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間的因素主要分為電磁響應(yīng)時(shí)間和磁流變液的響應(yīng)時(shí)間。

4.1 電磁響應(yīng)時(shí)間

4.1.1 電磁線圈結(jié)構(gòu)影響

通常情況下，阻尼器的線圈有兩種接線方式，一種是串聯(lián)，另外一種是并聯(lián)。為了便于研究，假定磁流變阻尼器的相同線圈數(shù)量為n，阻尼器電感的參數(shù)為L(zhǎng)0/n，電阻的參數(shù)為R0/n，則當(dāng)阻尼器中的線圈進(jìn)行串聯(lián)時(shí)，電感和電阻的值分別為L(zhǎng)s=L0和RS=R0，而當(dāng)阻尼器的線圈進(jìn)行并聯(lián)時(shí)候，Lp=■，Rp=■。

當(dāng)阻尼器的線圈進(jìn)行串聯(lián)連接和并聯(lián)連接時(shí)，其具有相同的電感比和電阻比，分別為■和■，但是串聯(lián)與并聯(lián)下，阻尼器中的勵(lì)磁電流達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間卻不同，則說(shuō)明了其阻尼力達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間也不同。電流源比例增益 較大的時(shí)候，勵(lì)磁電流的階段性輸入信號(hào)將使得電流源的電壓V達(dá)到最大值Vmax，由此可知在線圈進(jìn)行串聯(lián)時(shí)，阻尼器中的電流控制方程式為Vmax=Ls■i（t）+Rsi（t），而并聯(lián)時(shí)的電流控制式為Vmax=■■i（t）+■i（t），分別解兩方程得，串聯(lián)線圈中is（t）=■（i-e■），？子=■，并聯(lián)線圈中ip（t）=n■（i-e■），？子=■，將串聯(lián)與并聯(lián)情況下的線圈與電流時(shí)間關(guān)系對(duì)比，要使串聯(lián)和并聯(lián)中達(dá)到相同的電流，并聯(lián)過(guò)程中激勵(lì)電流達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間TP要比串聯(lián)時(shí)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間的TS要小得多。

4.1.2 渦流效應(yīng)影響

磁流變阻尼器以改變激勵(lì)電流的大小從而使磁場(chǎng)發(fā)生變化，進(jìn)而使磁流變液的流動(dòng)性質(zhì)變化來(lái)產(chǎn)生阻尼力的效果為工作原理，通常狀況下，由電磁感應(yīng)定律可知，線圈繞在相關(guān)鐵磁性材料時(shí)，將在貼心的內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致電動(dòng)勢(shì)渦流的產(chǎn)生，而在渦流效應(yīng)的作用下，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)與激勵(lì)電流相反，進(jìn)而延長(zhǎng)了磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。

4.2 磁流變液響應(yīng)時(shí)間

材料因素是影響磁流變液響應(yīng)時(shí)間的重要因素，所謂磁流變液的響應(yīng)時(shí)間是指施加外部磁場(chǎng)時(shí)，磁流變液消除外部磁場(chǎng)所需要的時(shí)間。影響磁流變效應(yīng)的因素很多，其中磁性顆粒的體積含量對(duì)其影響最為明顯，當(dāng)顆粒較大時(shí)融入到磁流變液中的顆粒使其濃度增加，從而消除外部磁場(chǎng)的時(shí)間就有所增加，延長(zhǎng)了磁流變液的響應(yīng)時(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外磁流變阻尼器發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從而分析了磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，從電磁線圈結(jié)構(gòu)影響和磁流變液響應(yīng)時(shí)間兩方面對(duì)車輛懸架磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)及影響因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

參考文獻(xiàn)

[1]黃曦，余淼，愛(ài)軍，等.磁流變液阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)及其影響因素分析[J].功能材料，2006，05（15）：808-810.

[2]岳永恒.基于磁流變阻尼器的汽車懸架系統(tǒng)切換控制[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[3]宗路航.磁流變阻尼器的動(dòng)力學(xué)模型及其在車輛懸架中的應(yīng)用研究[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2013.

[4]祁玉寧.車輛懸架系統(tǒng)用磁流變阻尼器的設(shè)計(jì)方法研究[D].蘭州理工大學(xué)，2005.endprint

摘 要：隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，世界范圍內(nèi)的航天、軍工、槍炮等產(chǎn)業(yè)都得以飛速發(fā)展，阻尼器作為為以提供運(yùn)動(dòng)阻力來(lái)消減運(yùn)動(dòng)能量的裝置，廣泛用于航天、航空、軍工、汽車等領(lǐng)域。文章通過(guò)對(duì)車輛懸架磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析，并從電磁響應(yīng)時(shí)間和磁流變響應(yīng)時(shí)間兩方面分析了磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)影響因素。

關(guān)鍵詞：車輛懸架；磁流變阻尼器；動(dòng)態(tài)響應(yīng)；影響因素；分析

引言

文章根據(jù)車輛懸架磁流變阻尼器的實(shí)際工作特點(diǎn)，指出了阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及研究方向，并通過(guò)探討磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試中的相關(guān)問(wèn)題，對(duì)影響磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)因素進(jìn)行分析，為提高車輛懸架磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能提供了合理的意見(jiàn)和建議。

1 國(guó)內(nèi)外磁流變阻尼器發(fā)展現(xiàn)狀

MRF即磁流變液，是一種流變特性可根據(jù)外部磁場(chǎng)變化進(jìn)行控制的智能材料。將磁流變液作為工作介質(zhì)，磁流變阻尼器具有響應(yīng)速度快、功能消耗低且磁流變阻尼力連續(xù)可調(diào)的特點(diǎn)。因此在軍工、航空、航天、汽車的結(jié)構(gòu)抑制震動(dòng)過(guò)程中具有重要的作用。磁流變阻尼器的性能指標(biāo)除了包括阻尼力可控的要求外，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性作為汽車磁流變阻尼器中的執(zhí)行裝置，對(duì)振動(dòng)控制的抑制周期、應(yīng)用范圍和使用結(jié)果都具有決定性的作用。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外磁流變阻尼器在動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究過(guò)程中取得了較大的成就。國(guó)外學(xué)者研究出了電壓源驅(qū)動(dòng)和電流源驅(qū)動(dòng)的方式與線圈的串、并連結(jié)構(gòu)對(duì)磁流變阻尼器響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生的影響。電壓源驅(qū)動(dòng)主要是指驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)性能對(duì)變阻尼器響應(yīng)時(shí)間的影響，而電流源的響應(yīng)則是通過(guò)改變磁流變阻尼器本身的電磁感應(yīng)來(lái)對(duì)其響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生影響[1]。

2 磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)于磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間上并沒(méi)有統(tǒng)一的定義和計(jì)算方法，其主要表現(xiàn)在對(duì)磁流變阻尼力在最終狀態(tài)下的穩(wěn)定值百分比的選取過(guò)程中存在著62.1%和94%等，同時(shí)又因?yàn)樽冏枘崞鞯膽?yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，所以對(duì)阻尼力的計(jì)算和求取仍存在較多的意見(jiàn)分歧。下文對(duì)車輛懸架磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行了相應(yīng)的描述和研究。

由于磁流變阻尼器的阻尼力主要由粘滯和庫(kù)倫阻尼力兩部分構(gòu)成，其中粘滯阻尼系數(shù)用Ce表示，庫(kù)倫阻尼力用Fmr表示，其中Ce=■+■，F(xiàn)mr=-[■+2bl]？子ysgn（V），而F=-CeV+Fmr 。式中F為阻尼力，V代表磁流變阻尼器的運(yùn)行速度，sgn為正弦三角函數(shù)，阻尼器中平行板之間的距離為h，？濁代表磁流變液的塑性粘度，？子y阻尼器的臨界屈服應(yīng)力。當(dāng)固定磁流變阻尼器的尺寸之后，由公式可知粘滯阻尼力Ce是磁流變阻尼器的運(yùn)行速度v的函數(shù)，而庫(kù)倫阻尼力則是由磁流變效應(yīng)而產(chǎn)生的。所以當(dāng)固定住磁流變阻尼器的尺寸之后，并且當(dāng)其運(yùn)行速度保持恒定值V時(shí)，磁流變阻尼器的阻尼力只和勵(lì)磁電流的強(qiáng)度有關(guān)[2]。

磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性質(zhì)為磁流變阻尼器的阻尼力隨著勵(lì)磁電流的變化而變化的性質(zhì)，通過(guò)采用三角波位移的記錄方法可以準(zhǔn)確的分析磁流變阻尼力的變化特性。

由于車輛懸架磁流變阻尼器要求其自身的阻尼力相對(duì)較小，而在復(fù)原過(guò)程中有要求其自身阻尼力較大，因此，在分析響應(yīng)時(shí)間時(shí)，可將車輛懸架的變阻尼力在阻尼器的復(fù)原過(guò)程中進(jìn)行研究。因此在一個(gè)較為完整的阻尼器復(fù)原過(guò)程中，在阻尼器的三角波位移的情況下，當(dāng)電磁變阻尼器中的勵(lì)磁電流發(fā)生階段性變化時(shí)，從接通電流階段到阻尼器的阻尼力達(dá)到新的穩(wěn)定值所需時(shí)間為原來(lái)時(shí)間的95%[3]。

3 測(cè)試磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間方法

對(duì)磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間的測(cè)量方法可以通過(guò)三角波位移激勵(lì)的方法，可以大幅度的減小粘滯阻尼力對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生的影響，從而使得響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算方法變得更加簡(jiǎn)潔。通過(guò)選擇合適的激勵(lì)平臺(tái)和傳感器以外，正確選擇在磁流變阻尼器中接入電流的時(shí)機(jī)也是非常重要的。垂直震動(dòng)的主要頻率波段在4到12赫茲之間，由于頻率波段的最大值為12赫茲，而磁流變阻尼器完成一次壓縮復(fù)原則需要83秒的時(shí)間，但是通過(guò)分析可知，測(cè)試時(shí)間只適合在40s左右的復(fù)原過(guò)程中進(jìn)行，因此，在阻尼器復(fù)原形成的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，并不適用于測(cè)量時(shí)間的范圍內(nèi)，所以最佳的測(cè)量阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間為其開(kāi)始復(fù)原后的5-10秒內(nèi)，從而保證其在復(fù)原過(guò)程中有充足的時(shí)間使阻尼器的阻尼力達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定值。輸入阻尼器位移信號(hào)的時(shí)間和勵(lì)磁電流階段性增加與減少的時(shí)間關(guān)系。

為了在最佳的時(shí)間段內(nèi)接入勵(lì)磁電流，可以應(yīng)用電流驅(qū)動(dòng)器對(duì)阻尼器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，并更加精確的控制阻尼器的響應(yīng)時(shí)間[4]。

4 影響磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間因素分析

影響磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間的因素主要分為電磁響應(yīng)時(shí)間和磁流變液的響應(yīng)時(shí)間。

4.1 電磁響應(yīng)時(shí)間

4.1.1 電磁線圈結(jié)構(gòu)影響

通常情況下，阻尼器的線圈有兩種接線方式，一種是串聯(lián)，另外一種是并聯(lián)。為了便于研究，假定磁流變阻尼器的相同線圈數(shù)量為n，阻尼器電感的參數(shù)為L(zhǎng)0/n，電阻的參數(shù)為R0/n，則當(dāng)阻尼器中的線圈進(jìn)行串聯(lián)時(shí)，電感和電阻的值分別為L(zhǎng)s=L0和RS=R0，而當(dāng)阻尼器的線圈進(jìn)行并聯(lián)時(shí)候，Lp=■，Rp=■。

當(dāng)阻尼器的線圈進(jìn)行串聯(lián)連接和并聯(lián)連接時(shí)，其具有相同的電感比和電阻比，分別為■和■，但是串聯(lián)與并聯(lián)下，阻尼器中的勵(lì)磁電流達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間卻不同，則說(shuō)明了其阻尼力達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間也不同。電流源比例增益 較大的時(shí)候，勵(lì)磁電流的階段性輸入信號(hào)將使得電流源的電壓V達(dá)到最大值Vmax，由此可知在線圈進(jìn)行串聯(lián)時(shí)，阻尼器中的電流控制方程式為Vmax=Ls■i（t）+Rsi（t），而并聯(lián)時(shí)的電流控制式為Vmax=■■i（t）+■i（t），分別解兩方程得，串聯(lián)線圈中is（t）=■（i-e■），？子=■，并聯(lián)線圈中ip（t）=n■（i-e■），？子=■，將串聯(lián)與并聯(lián)情況下的線圈與電流時(shí)間關(guān)系對(duì)比，要使串聯(lián)和并聯(lián)中達(dá)到相同的電流，并聯(lián)過(guò)程中激勵(lì)電流達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間TP要比串聯(lián)時(shí)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間的TS要小得多。

4.1.2 渦流效應(yīng)影響

磁流變阻尼器以改變激勵(lì)電流的大小從而使磁場(chǎng)發(fā)生變化，進(jìn)而使磁流變液的流動(dòng)性質(zhì)變化來(lái)產(chǎn)生阻尼力的效果為工作原理，通常狀況下，由電磁感應(yīng)定律可知，線圈繞在相關(guān)鐵磁性材料時(shí)，將在貼心的內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致電動(dòng)勢(shì)渦流的產(chǎn)生，而在渦流效應(yīng)的作用下，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)與激勵(lì)電流相反，進(jìn)而延長(zhǎng)了磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。

4.2 磁流變液響應(yīng)時(shí)間

材料因素是影響磁流變液響應(yīng)時(shí)間的重要因素，所謂磁流變液的響應(yīng)時(shí)間是指施加外部磁場(chǎng)時(shí)，磁流變液消除外部磁場(chǎng)所需要的時(shí)間。影響磁流變效應(yīng)的因素很多，其中磁性顆粒的體積含量對(duì)其影響最為明顯，當(dāng)顆粒較大時(shí)融入到磁流變液中的顆粒使其濃度增加，從而消除外部磁場(chǎng)的時(shí)間就有所增加，延長(zhǎng)了磁流變液的響應(yīng)時(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外磁流變阻尼器發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從而分析了磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，從電磁線圈結(jié)構(gòu)影響和磁流變液響應(yīng)時(shí)間兩方面對(duì)車輛懸架磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)及影響因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

參考文獻(xiàn)

[1]黃曦，余淼，愛(ài)軍，等.磁流變液阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)及其影響因素分析[J].功能材料，2006，05（15）：808-810.

[2]岳永恒.基于磁流變阻尼器的汽車懸架系統(tǒng)切換控制[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[3]宗路航.磁流變阻尼器的動(dòng)力學(xué)模型及其在車輛懸架中的應(yīng)用研究[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2013.

[4]祁玉寧.車輛懸架系統(tǒng)用磁流變阻尼器的設(shè)計(jì)方法研究[D].蘭州理工大學(xué)，2005.endprint

摘 要：隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，世界范圍內(nèi)的航天、軍工、槍炮等產(chǎn)業(yè)都得以飛速發(fā)展，阻尼器作為為以提供運(yùn)動(dòng)阻力來(lái)消減運(yùn)動(dòng)能量的裝置，廣泛用于航天、航空、軍工、汽車等領(lǐng)域。文章通過(guò)對(duì)車輛懸架磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析，并從電磁響應(yīng)時(shí)間和磁流變響應(yīng)時(shí)間兩方面分析了磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)影響因素。

關(guān)鍵詞：車輛懸架；磁流變阻尼器；動(dòng)態(tài)響應(yīng)；影響因素；分析

引言

文章根據(jù)車輛懸架磁流變阻尼器的實(shí)際工作特點(diǎn)，指出了阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及研究方向，并通過(guò)探討磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試中的相關(guān)問(wèn)題，對(duì)影響磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)因素進(jìn)行分析，為提高車輛懸架磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能提供了合理的意見(jiàn)和建議。

1 國(guó)內(nèi)外磁流變阻尼器發(fā)展現(xiàn)狀

MRF即磁流變液，是一種流變特性可根據(jù)外部磁場(chǎng)變化進(jìn)行控制的智能材料。將磁流變液作為工作介質(zhì)，磁流變阻尼器具有響應(yīng)速度快、功能消耗低且磁流變阻尼力連續(xù)可調(diào)的特點(diǎn)。因此在軍工、航空、航天、汽車的結(jié)構(gòu)抑制震動(dòng)過(guò)程中具有重要的作用。磁流變阻尼器的性能指標(biāo)除了包括阻尼力可控的要求外，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性作為汽車磁流變阻尼器中的執(zhí)行裝置，對(duì)振動(dòng)控制的抑制周期、應(yīng)用范圍和使用結(jié)果都具有決定性的作用。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外磁流變阻尼器在動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究過(guò)程中取得了較大的成就。國(guó)外學(xué)者研究出了電壓源驅(qū)動(dòng)和電流源驅(qū)動(dòng)的方式與線圈的串、并連結(jié)構(gòu)對(duì)磁流變阻尼器響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生的影響。電壓源驅(qū)動(dòng)主要是指驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)性能對(duì)變阻尼器響應(yīng)時(shí)間的影響，而電流源的響應(yīng)則是通過(guò)改變磁流變阻尼器本身的電磁感應(yīng)來(lái)對(duì)其響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生影響[1]。

2 磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)于磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間上并沒(méi)有統(tǒng)一的定義和計(jì)算方法，其主要表現(xiàn)在對(duì)磁流變阻尼力在最終狀態(tài)下的穩(wěn)定值百分比的選取過(guò)程中存在著62.1%和94%等，同時(shí)又因?yàn)樽冏枘崞鞯膽?yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，所以對(duì)阻尼力的計(jì)算和求取仍存在較多的意見(jiàn)分歧。下文對(duì)車輛懸架磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行了相應(yīng)的描述和研究。

由于磁流變阻尼器的阻尼力主要由粘滯和庫(kù)倫阻尼力兩部分構(gòu)成，其中粘滯阻尼系數(shù)用Ce表示，庫(kù)倫阻尼力用Fmr表示，其中Ce=■+■，F(xiàn)mr=-[■+2bl]？子ysgn（V），而F=-CeV+Fmr 。式中F為阻尼力，V代表磁流變阻尼器的運(yùn)行速度，sgn為正弦三角函數(shù)，阻尼器中平行板之間的距離為h，？濁代表磁流變液的塑性粘度，？子y阻尼器的臨界屈服應(yīng)力。當(dāng)固定磁流變阻尼器的尺寸之后，由公式可知粘滯阻尼力Ce是磁流變阻尼器的運(yùn)行速度v的函數(shù)，而庫(kù)倫阻尼力則是由磁流變效應(yīng)而產(chǎn)生的。所以當(dāng)固定住磁流變阻尼器的尺寸之后，并且當(dāng)其運(yùn)行速度保持恒定值V時(shí)，磁流變阻尼器的阻尼力只和勵(lì)磁電流的強(qiáng)度有關(guān)[2]。

磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性質(zhì)為磁流變阻尼器的阻尼力隨著勵(lì)磁電流的變化而變化的性質(zhì)，通過(guò)采用三角波位移的記錄方法可以準(zhǔn)確的分析磁流變阻尼力的變化特性。

由于車輛懸架磁流變阻尼器要求其自身的阻尼力相對(duì)較小，而在復(fù)原過(guò)程中有要求其自身阻尼力較大，因此，在分析響應(yīng)時(shí)間時(shí)，可將車輛懸架的變阻尼力在阻尼器的復(fù)原過(guò)程中進(jìn)行研究。因此在一個(gè)較為完整的阻尼器復(fù)原過(guò)程中，在阻尼器的三角波位移的情況下，當(dāng)電磁變阻尼器中的勵(lì)磁電流發(fā)生階段性變化時(shí)，從接通電流階段到阻尼器的阻尼力達(dá)到新的穩(wěn)定值所需時(shí)間為原來(lái)時(shí)間的95%[3]。

3 測(cè)試磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間方法

對(duì)磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間的測(cè)量方法可以通過(guò)三角波位移激勵(lì)的方法，可以大幅度的減小粘滯阻尼力對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生的影響，從而使得響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算方法變得更加簡(jiǎn)潔。通過(guò)選擇合適的激勵(lì)平臺(tái)和傳感器以外，正確選擇在磁流變阻尼器中接入電流的時(shí)機(jī)也是非常重要的。垂直震動(dòng)的主要頻率波段在4到12赫茲之間，由于頻率波段的最大值為12赫茲，而磁流變阻尼器完成一次壓縮復(fù)原則需要83秒的時(shí)間，但是通過(guò)分析可知，測(cè)試時(shí)間只適合在40s左右的復(fù)原過(guò)程中進(jìn)行，因此，在阻尼器復(fù)原形成的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，并不適用于測(cè)量時(shí)間的范圍內(nèi)，所以最佳的測(cè)量阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間為其開(kāi)始復(fù)原后的5-10秒內(nèi)，從而保證其在復(fù)原過(guò)程中有充足的時(shí)間使阻尼器的阻尼力達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定值。輸入阻尼器位移信號(hào)的時(shí)間和勵(lì)磁電流階段性增加與減少的時(shí)間關(guān)系。

為了在最佳的時(shí)間段內(nèi)接入勵(lì)磁電流，可以應(yīng)用電流驅(qū)動(dòng)器對(duì)阻尼器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，并更加精確的控制阻尼器的響應(yīng)時(shí)間[4]。

4 影響磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間因素分析

影響磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間的因素主要分為電磁響應(yīng)時(shí)間和磁流變液的響應(yīng)時(shí)間。

4.1 電磁響應(yīng)時(shí)間

4.1.1 電磁線圈結(jié)構(gòu)影響

通常情況下，阻尼器的線圈有兩種接線方式，一種是串聯(lián)，另外一種是并聯(lián)。為了便于研究，假定磁流變阻尼器的相同線圈數(shù)量為n，阻尼器電感的參數(shù)為L(zhǎng)0/n，電阻的參數(shù)為R0/n，則當(dāng)阻尼器中的線圈進(jìn)行串聯(lián)時(shí)，電感和電阻的值分別為L(zhǎng)s=L0和RS=R0，而當(dāng)阻尼器的線圈進(jìn)行并聯(lián)時(shí)候，Lp=■，Rp=■。

當(dāng)阻尼器的線圈進(jìn)行串聯(lián)連接和并聯(lián)連接時(shí)，其具有相同的電感比和電阻比，分別為■和■，但是串聯(lián)與并聯(lián)下，阻尼器中的勵(lì)磁電流達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間卻不同，則說(shuō)明了其阻尼力達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間也不同。電流源比例增益 較大的時(shí)候，勵(lì)磁電流的階段性輸入信號(hào)將使得電流源的電壓V達(dá)到最大值Vmax，由此可知在線圈進(jìn)行串聯(lián)時(shí)，阻尼器中的電流控制方程式為Vmax=Ls■i（t）+Rsi（t），而并聯(lián)時(shí)的電流控制式為Vmax=■■i（t）+■i（t），分別解兩方程得，串聯(lián)線圈中is（t）=■（i-e■），？子=■，并聯(lián)線圈中ip（t）=n■（i-e■），？子=■，將串聯(lián)與并聯(lián)情況下的線圈與電流時(shí)間關(guān)系對(duì)比，要使串聯(lián)和并聯(lián)中達(dá)到相同的電流，并聯(lián)過(guò)程中激勵(lì)電流達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間TP要比串聯(lián)時(shí)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間的TS要小得多。

4.1.2 渦流效應(yīng)影響

磁流變阻尼器以改變激勵(lì)電流的大小從而使磁場(chǎng)發(fā)生變化，進(jìn)而使磁流變液的流動(dòng)性質(zhì)變化來(lái)產(chǎn)生阻尼力的效果為工作原理，通常狀況下，由電磁感應(yīng)定律可知，線圈繞在相關(guān)鐵磁性材料時(shí)，將在貼心的內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)致電動(dòng)勢(shì)渦流的產(chǎn)生，而在渦流效應(yīng)的作用下，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)與激勵(lì)電流相反，進(jìn)而延長(zhǎng)了磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。

4.2 磁流變液響應(yīng)時(shí)間

材料因素是影響磁流變液響應(yīng)時(shí)間的重要因素，所謂磁流變液的響應(yīng)時(shí)間是指施加外部磁場(chǎng)時(shí)，磁流變液消除外部磁場(chǎng)所需要的時(shí)間。影響磁流變效應(yīng)的因素很多，其中磁性顆粒的體積含量對(duì)其影響最為明顯，當(dāng)顆粒較大時(shí)融入到磁流變液中的顆粒使其濃度增加，從而消除外部磁場(chǎng)的時(shí)間就有所增加，延長(zhǎng)了磁流變液的響應(yīng)時(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外磁流變阻尼器發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從而分析了磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，從電磁線圈結(jié)構(gòu)影響和磁流變液響應(yīng)時(shí)間兩方面對(duì)車輛懸架磁流變阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)及影響因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

參考文獻(xiàn)

[1]黃曦，余淼，愛(ài)軍，等.磁流變液阻尼器動(dòng)態(tài)響應(yīng)及其影響因素分析[J].功能材料，2006，05（15）：808-810.

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