磁流变阻尼器工作原理和工作特性及其在车辆上的应用分析①

谭凌峰 廖禹帆

(乐山市特种设备监督检验所 四川乐山 614000)

1 磁流变阻尼器的工作原理

传统MR阻尼器的工作原理基本相同，即利用通电线圈。到目前为止，磁流变阻器的动力和驱动模式主要有压力驱动模式、剪切模式和挤压流动模式[1]。压力驱动模式是通过压力的作用，致使磁流变液产生阻尼；剪切模式则是通过磁体两级之间的剪切流动产生阻尼，而挤压流动模式则是磁体两级的相对运动形成挤压，产生阻尼。三种模式的阻尼的产生运动情况如图1所示。在这三种模式中，压力模式是研究时间最长、应用最多，且阻尼力最大的模式，无论是理论还是应用上，都比另外两种模式较多。

磁流变阻器的性能主要通过磁流变阻器上的线圈的磁场的变化叠加引起的，在线圈通电后，改变了阻尼器中原有的磁性颗粒的分布规律和变化趋势，形成可以收尾相接的磁流束，磁流束的磁场一方面产生反向的阻力，另一方面限制磁流变液的运动，使得阻尼器的逆向作用进一步加强，从而形成减振的效果。

2 磁流变阻尼器的工作特性

由于不易利用流变力学理论进行分析，因为本来结构复杂的磁流变体，它的动态阻尼力表现出强非线性的特性。磁流变阻尼器的工作特性与磁流变液工作状态有关系，一般可以分为三种工作特性模型，包括三种类型模式，流动模式、剪切模式和混合模式。

流动模式的磁流变阻器，其主要包括有内外缸筒、活塞及活塞杆等部件。旁路环形通道是在内外两面缸筒之间形成的，其实也称为磁流变液的环行工作间隙[2]。其直径相同的两端，存在的活塞杆是用来保证活塞进行两面移动的工作，前提是两侧油缸有相同的净截面积。安装激磁线圈在内(外)缸筒上，以便于产生工作磁场加以利用。产生磁流变效应是因为活塞借助外力作用而产生左右移动的现象时，其活塞两端会产生压力差，继而环形间隙由磁流变液所流过。

剪切模式的MR阻尼器它是由缸筒、活塞和缸外循环流道共同构成了阻尼器。假设存在足够大的缸外循环流道截面积，液体阻力可忽略不计。工作间隙是由活塞与缸筒之间存在环形间隙的一种磁流变液[3]。而在不存在磁场的状态下，活塞运动的阻力主要来自于环形间隙中的阻力。当存在磁场的状态时下，传输力和粘性力两部分构成活塞运动的阻尼。

混合模式的磁流变阻器，主要包括有缸筒和活塞等构件。混合模式的磁流变阻器和油缸的结构很像。环状间隙是在活塞与缸筒之间留存，作为工作间隙的磁流变液。其混合工作模式是流动模式和剪切模式的复合体[4]。缸筒与活塞产生相对运动前提是存在外在的压力。其阻尼力一部分是为活塞两端的压差所产生的液压阻力；另一部分是剪切阻力由工作间隙所产生的。

图1 产生阻尼的运动情况图

图2 磁流阻尼器应用于汽车减振

3 在汽车方面应用

在汽车制造行业，通过磁流变阻器实现车辆减振也得到了广泛的应用，例如悬架减振器以及汽车座椅减振系统等。在汽车的悬架系统设置磁流变阻器，利用其半主动控制的特点，可以将车辆的实际运行情况和实际地形情况进行组合，在信息化评估中控制车辆的减振情况，能更好的提高车辆的舒适度以及车辆在行驶过程中的安全性。这方面的应用统一以Lord公司最为突出。Lord公司开发的单筒式汽车座椅悬架阻尼器，通过压力模式进行阻尼器的动力产生，这种单筒式阻尼器，主要的压缩气体是惰性氮气，并以一个单杆链接活塞，活塞行程在2.9cm左右。在这款阻尼器的活塞上，分布有环形的阻尼孔和线圈，环形孔距离直径为4cm的阻尼器中心大概17cm。阻尼器中，容纳的阻尼变液的梯级为70cm3左右，而容纳在活塞中的阻尼液为0.3cm3作用，通过1A的电流进行控制。将这款阻尼器布置到汽车悬架系统上，能实现较好的减振效果，其部署位置如图2所示。

4 结语

本文是介绍在磁流变阻尼器的研究背景和工作原理的基础上，概述了在磁流变阻尼器在汽车行业的应用，磁流变阻尼器是减震器家族较为领先的成员，他良好的工作特性让其成为今后减震器发展的趋势，在不久的将来，磁流变阻尼器会在提高舒适感的市场上广泛应用。