汽车磁流变减振器的磁路优化设计及分析

古毅



汽车磁流变减振器的磁路优化设计及分析

古毅

（重庆五一高级技工学校，重庆 361000）

针对汽车磁流变减震器，利用有限元方法对磁流变减震器进行磁路优化设计和分析，结果认为：磁路设计方法能够合理选择磁路参数，优化后减震器耗能能力达到最大值。

磁流变减震器；磁路设计；优化设计

前言

磁流变材料是一种特殊的智能材料，主要由载液、高磁导率的磁性颗粒和添加剂组成。其主要特点是：它快速、连续、可逆的响应外加磁场。汽车磁流变悬架系统就是利用磁流变液体的这种小电流即可产生较大阻尼力的可控特性设计制作，进一步来提高汽车在行驶过程中的安全性和舒适性。许多学者对该技术理论进行了深入的研究，并在工程领域中得到了广泛的应用。随着提供电流的增大，磁流变阻尼器的吸能能力相应提高，但这种吸能能力并不是无限提高的。这是由于磁流变阻尼器的磁路会存在饱和现象，一旦磁路饱和时，即使再增大电流，阻尼器的耗能能力也不会提高。因此，对于不同的磁流变阻尼器，依据结构特点来优化分析磁饱和特性，从而确定最大输入电流对于磁流变阻尼器的适应性设计具有重要意义。

1 磁流变阻尼器结构

图1 阻尼器结构

磁流变阻尼器的阻尼特性直接受制于结构设计是否合理，本文磁饱和分析所采用的是基于传统的活塞结构如图1所示。通过活塞在缸筒中的运动，使磁流变液受剪切，通过改变磁通大小来改变剪切应力，进而得到阻碍活塞运动方向的一个力。要获得较大的这种阻尼力，磁流变液需工作在较强的磁场当中，且磁场强度的变化范围要足够大。因此，磁路的结构设计和计算尤为重要。

这种结构的特点是磁路短，漏磁少，同时由于励磁面积大，有利于热量的耗散，在相同的能耗和体积下，可以获得较大的阻尼。依据阻尼器的结构特点和工程实际应用要求，对减振器进行磁路设计可以获得整个磁路的总磁阻为：

式中，——缸筒、活塞材料的磁导率。

将总磁阻带入到欧姆定律式（2）中，即可获得整个磁路上的磁通密度。

——提供的电流强度；

——线圈的匝数。

2 磁路最优化分析

磁流变阻尼器在活塞头内部形成磁路，缸筒作为磁路的一部分时形成的动态磁路；通过向励磁线圈中施加一定的电流，磁流变液流动方向与线圈产生的磁场垂直，进而产生磁流变效应实现阻尼力的输出，通过改变电流大小来实现阻尼力的控制。然而，缸筒及活塞中的磁感应强度并不随施加电流的增大而无限提高的，而是具有饱和特性。因此，磁路中的最大磁通就直接受缸筒及活塞的饱和磁感应强度与磁通面积的乘积所决定。可见，磁饱和分析有助于提高磁路效率，增大磁流变阻尼器的出力范围。

在选择导磁体材料时，活塞头设计一般采用磁导率高、矫顽力小的电工纯铁，而两端采用不导磁的不锈钢作为具有一定强度的支架。通过实验室获得磁流变液和铁芯材料的磁化参数。利用ANSYS有限元软件对具有双线圈磁路结构进行仿真分析，通过分析结果不断的修改磁路设计参数，得到优化后的结果见图2。从分析结果可以看出，磁路各个部分的磁通密度均未出现饱和，励磁通道的磁感应强度分布较为均匀，在活塞头和活塞缸筒间形成了磁场回路，说明优化所得的磁路参数满足设计需要。

图2 不同激励电流下的磁感应强度分部图

3 结论

（1）本文利用磁路欧姆定律计算了传统磁流变阻尼器中磁通的大小，获得磁通量的计算公式，通过磁流变阻尼器磁路设计关键步骤，可确定磁路的具体参数。

（2）通过有限元优化设计磁路尺寸设计方法能够合理选择磁路参数，优化后减震器耗能能力达到最大值。

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Optimal design and analysis of magnetic circuit for automotiveMagnetorheological Shock Absorber

Gu Yi

( Chongqing Wuyi Senior Technical School, Chongqing 361000 )

Aiming at the magnetorheological damper of automobile, the magnetic circuit is optimized and analyzed by the finite element method. The result is that the magnetic circuit design method can choose the magnetic circuit parameters reasonably and the energy dissipation capacity of the shock absorber can reach the maximum value.

magnetorheological damper; magnetic circuit design; optimization design

B

1671-7988(2018)16-51-02

U462

B

1671-7988(2018)16-51-02

CLC NO.: U462

古毅，就职于重庆五一高级技工学校。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.018