汽車磁流變減振器的磁路優化設計及分析

古毅

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汽車磁流變減振器的磁路優化設計及分析

古毅

（重慶五一高級技工學校，重慶 361000）

針對汽車磁流變減震器，利用有限元方法對磁流變減震器進行磁路優化設計和分析，結果認為：磁路設計方法能夠合理選擇磁路參數，優化后減震器耗能能力達到最大值。

磁流變減震器；磁路設計；優化設計

前言

磁流變材料是一種特殊的智能材料，主要由載液、高磁導率的磁性顆粒和添加劑組成。其主要特點是：它快速、連續、可逆的響應外加磁場。汽車磁流變懸架系統就是利用磁流變液體的這種小電流即可產生較大阻尼力的可控特性設計制作，進一步來提高汽車在行駛過程中的安全性和舒適性。許多學者對該技術理論進行了深入的研究，并在工程領域中得到了廣泛的應用。隨著提供電流的增大，磁流變阻尼器的吸能能力相應提高，但這種吸能能力并不是無限提高的。這是由于磁流變阻尼器的磁路會存在飽和現象，一旦磁路飽和時，即使再增大電流，阻尼器的耗能能力也不會提高。因此，對于不同的磁流變阻尼器，依據結構特點來優化分析磁飽和特性，從而確定最大輸入電流對于磁流變阻尼器的適應性設計具有重要意義。

1 磁流變阻尼器結構

圖1 阻尼器結構

磁流變阻尼器的阻尼特性直接受制于結構設計是否合理，本文磁飽和分析所采用的是基于傳統的活塞結構如圖1所示。通過活塞在缸筒中的運動，使磁流變液受剪切，通過改變磁通大小來改變剪切應力，進而得到阻礙活塞運動方向的一個力。要獲得較大的這種阻尼力，磁流變液需工作在較強的磁場當中，且磁場強度的變化范圍要足夠大。因此，磁路的結構設計和計算尤為重要。

這種結構的特點是磁路短，漏磁少，同時由于勵磁面積大，有利于熱量的耗散，在相同的能耗和體積下，可以獲得較大的阻尼。依據阻尼器的結構特點和工程實際應用要求，對減振器進行磁路設計可以獲得整個磁路的總磁阻為：

式中，——缸筒、活塞材料的磁導率。

將總磁阻帶入到歐姆定律式（2）中，即可獲得整個磁路上的磁通密度。

——提供的電流強度；

——線圈的匝數。

2 磁路最優化分析

磁流變阻尼器在活塞頭內部形成磁路，缸筒作為磁路的一部分時形成的動態磁路；通過向勵磁線圈中施加一定的電流，磁流變液流動方向與線圈產生的磁場垂直，進而產生磁流變效應實現阻尼力的輸出，通過改變電流大小來實現阻尼力的控制。然而，缸筒及活塞中的磁感應強度并不隨施加電流的增大而無限提高的，而是具有飽和特性。因此，磁路中的最大磁通就直接受缸筒及活塞的飽和磁感應強度與磁通面積的乘積所決定。可見，磁飽和分析有助于提高磁路效率，增大磁流變阻尼器的出力范圍。

在選擇導磁體材料時，活塞頭設計一般采用磁導率高、矯頑力小的電工純鐵，而兩端采用不導磁的不銹鋼作為具有一定強度的支架。通過實驗室獲得磁流變液和鐵芯材料的磁化參數。利用ANSYS有限元軟件對具有雙線圈磁路結構進行仿真分析，通過分析結果不斷的修改磁路設計參數，得到優化后的結果見圖2。從分析結果可以看出，磁路各個部分的磁通密度均未出現飽和，勵磁通道的磁感應強度分布較為均勻，在活塞頭和活塞缸筒間形成了磁場回路，說明優化所得的磁路參數滿足設計需要。

圖2 不同激勵電流下的磁感應強度分部圖

3 結論

（1）本文利用磁路歐姆定律計算了傳統磁流變阻尼器中磁通的大小，獲得磁通量的計算公式，通過磁流變阻尼器磁路設計關鍵步驟，可確定磁路的具體參數。

（2）通過有限元優化設計磁路尺寸設計方法能夠合理選擇磁路參數，優化后減震器耗能能力達到最大值。

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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，就職于重慶五一高級技工學校。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.018