一种磁流变液减震器装置及系统的制作方法

1.本发明涉及减震器技术领域，尤其涉及一种磁流变液减震器装置及系统。


背景技术：

2.随着科技的发展，汽车已经由传统车辆向电动化智能化方向发展，对车辆的安全性和舒适性提出了更高的要求，传统车辆的减震器无法根据路面的情况合理的调节阻尼大小，存在局限性；而近年发展的磁流变减震器普遍存在磁流变液沉降问题，结构不合理问题，磁流变液沉降问题影响减震效果。
3.本发明专利研发了结构设计合理的减震器结构，从原理层面设计了具有工程化应用的磁流变减震器，具有毫秒级响应速度，阻尼力可以动态无级调节，结构简单等特点，并且可以根据路面的震动特性来调节最佳阻尼力，可以满足主动悬架及半主动悬架控制需求。
4.本减震器通过调节磁流变液的粘度与剪切力耦合的原理进行阻尼力动态调节。因此，从结构设置和设计原理两方面均具有一定的创新。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中减震器无法根据路面的情况合理的调节阻尼大小，阻尼调整响应速度慢、不能够根据震动情况实时调整等问题，而提出一种磁流变液减震器。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种磁流变液减震器，包括与车架相连吊耳1、吊耳1右端连接活塞杆21的左端，活塞杆21的右端与活塞7固定连接；活塞7上沿着活塞杆的方向设置有阻尼通道17和电磁线圈18，阻尼通道17贯穿活塞7两端；活塞7的端面上还设置有永磁环6，活塞7滑动设置于工作缸筒5内部，工作缸筒5内部被活塞杆21和活塞7分为上工作腔室20和下工作腔室14两部分，上工作腔室20一侧设置有导向座23实现活塞杆21的导向和工作缸筒5的密封；导向座23上还设置有外缸筒4，外缸筒4的缸筒直径大于工作缸筒5的缸筒直径，因而外缸筒4整体套设在工作缸筒外部且二者之间形成磁流变液储存腔12；外缸筒的缸底部设置有压缩阀9和补偿阀13；
8.优选的，吊耳1上固定设置有防尘罩2，防尘罩2的与外缸筒4的外壁面滑动配合；
9.优选的，外缸筒4的筒底外侧面上设置有与车桥相连吊耳11；
10.优选的，外缸筒4的筒底内侧面上设置有温度传感器10；
11.优选的，活塞7的另一端面上还设置有减震器匹配调整装置8；
12.优选的，永磁环6上设置有与阻尼通道17连通的阻尼孔19；减震器匹配调整装置8上设置有与阻尼通道17连通的阻尼孔16。
13.优选的，在活塞杆21和导向座23之间还设置有密封装置22以提高密封性能，减少漏液现象的发生。
14.优选的，活塞杆21上设置有固定螺母15。
15.与现有技术相比，本发明提供了一种磁流变液减震器，具备以下有益效果：
16.1.该减震器结构紧凑，通过活塞杆、外缸筒和工作缸筒的配合形成相应的上工作腔室、下工作腔室和磁流变液储存腔；利用上述结构组合配合相应的磁流变控制和阀控制实现磁流变液的粘度调节和剪切力的耦合。
17.2.本设计能够根据路面的情况合理的调节阻尼大小，阻尼调整响应速度快，减震水平优良。
附图说明
18.图1为本发明提出的一种磁流变液减震器结构示意图；
19.图2为本发明减震器匹配调整装置结构示意图；
20.图3为本发明压缩阀结构示意图；
21.图4为本发明压缩阀另一种结构示意图；
22.图中：吊耳1、防尘罩2、密封装置3、外缸筒4、工作缸筒5、永磁环6、活塞7、减震器匹配调整装置8、压缩阀9、温度传感器10、与车桥相连吊耳11、磁流变夜储存腔12、补偿阀13、下工作腔14、固定螺母15、阻尼孔16、阻尼通道17、电磁线圈18、阻尼孔19、上工作腔20、活塞杆21、密封装置22、导向座23、压缩阀阀体9-1、压缩阀补偿片9-2、压缩阀弹簧9-3、压缩阀螺钉9-4、压缩阀螺母9-5、压缩阀节流片9-6、压缩阀片9-7、压缩阀垫圈9-8、电磁线圈9-10、永磁环9-11、开有若干阻尼孔9-12、阻尼通道9-13。
具体实施方式
23.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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。
25.实施例1：
26.参照图1，一种磁流变液减震器，包括与车架相连吊耳1、吊耳1右端连接活塞杆21的左端，活塞杆21的右端与活塞7固定连接；活塞7上沿着活塞杆的方向设置有阻尼通道17和电磁线圈18，阻尼通道17贯穿活塞7两端；活塞7的端面上还设置有永磁环6，活塞7滑动设置于工作缸筒5内部，工作缸筒5内部被活塞杆21和活塞7分为上工作腔室20和下工作腔室14两部分，上工作腔室20一侧设置有导向座23实现活塞杆21的导向和工作缸筒5的密封；导向座23上还设置有外缸筒4，外缸筒4的缸筒直径大于工作缸筒5的缸筒直径，因而外缸筒4整体套设在工作缸筒外部且二者之间形成磁流变液储存腔12；外缸筒的缸底部设置有压缩阀9和补偿阀13；吊耳1上固定设置有防尘罩2，防尘罩2的与外缸筒4的外壁面滑动配合；外缸筒4的筒底外侧面上设置有与车桥相连吊耳11；外缸筒4的筒底内侧面上设置有温度传感器10；活塞7的另一端面上还设置有减震器匹配调整装置8；永磁环6上设置有与阻尼通道17连通的阻尼孔19；减震器匹配调整装置8上设置有与阻尼通道17连通的阻尼孔16；在活塞杆
21和导向座23之间还设置有密封装置22以提高密封性能，减少漏液现象的发生；活塞杆21上设置有固定螺母15。
27.减震器活塞上设置有永磁环6，永磁环6上开阻尼孔19，当电磁线圈通电后会产生较大的磁场，从而可以产生较大的阻尼力。阻尼孔16、阻尼通道17、阻尼孔19形成同轴贯通式通道，并且在活塞7的周向开有n个。阻尼通道17的长度、直径；阻尼孔19和阻尼孔16的结构和尺寸需要根据车型由理论计算和试验测试给出。当减震器伸张行程过程中，磁流变液流经圆环形贯通式阻尼通道和小孔式阻尼通道，产生阻尼力。
28.使用油封密封、密封圈密封、密封圈加磁流变液混合密封、磁流变液密封几个形式。并根据减震器的应用工况与减震器泄漏情况，可在密封装置3和密封装置22处增加永磁环
29.温度传感器10可以实时将减震器内部磁流变液温度进行采集，并传给减震器控制器，控制器根据检测到的温度信息，计算此时磁流变液的粘度，并结合车辆其它传感信息，进而计算此时应该施加电流的大小，最后控制输出的阻尼力。
30.减震器匹配调整装置8结构如图2所示，四组厚度不同的调整片配合四组不同尺寸的阻尼孔，利用这些结构调节阻尼力与车型的匹配。
31.压缩阀9具体结构如图3所示，工作缸筒5与压缩阀9安装面均匀分布若干小槽，当压缩阀9与工作缸筒5安装好后，形成若干缺口，该缺口为常通缝隙，在压缩或伸张形成中，磁流变液均可通过此缺口流动。压缩阀的节流阻力与减震器活塞运动速度变化相关，当车架或车身振动缓慢时，减震器内磁流变液压力不足以克服压缩阀弹簧的预紧力，此时压缩阀关闭。但此时减震器活塞7仍向下运动，下工作腔14体积减小，多余的磁流变液通过压缩阀常开阻尼通道流回储存腔12。当车身剧烈振动时，活塞7向下的速度高，则导致下工作腔14内的磁流变液压力突然升高，此时油压超过压缩阀弹簧预紧力，压缩阀被打开，使磁流变液在很短时间内通过压缩阀较大的阻尼通道流回储储腔。压缩阀还可以如图4结构。电磁线圈9-10、永磁环9-11、开有若干阻尼孔9-12、阻尼通道9-13。通过调节电磁线圈9-10通电电流的大小，调节磁流变液粘度，从而调节通过阻尼通道9-13磁流变液的流量。
32.补偿阀13为单向阀，弹簧刚度较小，当阀上的油压与弹簧力同向时，补偿阀关闭，储存腔的磁流变液不能进入下工作腔14；当油压作用力与弹簧力反向时，只要有很小的油压，补偿阀就能开启，储存腔的磁流变液进入下工作腔。补偿阀13也可以设置为电磁阀，控制补偿阀开关，补充下工作腔所缺的磁流变液。补偿阀14也可以设置图4结构，利用电磁线圈调节阻尼通道大小，从而调节进入下工作腔磁流变液的流量及阻尼特性。
33.当减震器控制器接到整车控制器的减震指令后减震器控制器发出指令控制减震器进行工作如下：
34.压缩行程：下工作腔14中的磁流变液经过阻尼孔16、阻尼通道17、阻尼孔19流入上工作腔20。由于上工作腔20容积被活塞杆21用去部分空间，所以一部分磁流变液打开压缩阀9流入磁流变夜储存腔12。根据车型进行匹配减震器匹配调整装置8和阻尼孔16的阀口形状计算与选择，减震器匹配调整装置8可以具有多片结构，其阻尼孔16具有多种阀口形状。阻尼孔16应具有调节阻尼及使磁流变液容易进入流入上腔。在悬架压缩行程内，减震器阻尼小，以便充分利用弹性元件的弹性缓和冲击。此时，电磁线圈1、电磁线圈2不通电，阻尼通道中的阻尼最小，以便磁流变液从下工作腔14进入上工作腔20。
35.伸张行程：上工作腔20容积减小，磁流变液经过阻尼孔19、阻尼通道17、阻尼孔16进入下工作腔14。由于活塞杆占去上工作腔20一定空间，所以自上工作腔20流入的磁流变液不足以充满下工作腔14容积的增加，磁流变夜储存腔12中磁流变液推开补偿阀13流入下工作腔14，对下工作腔14中缺少的体积进行补充。此时在悬架伸张行程过程中，减震器应该产生较大的阻尼力，以求迅速减震。该过程根据控制器采集的信号，控制器控制电磁线圈1和电磁线圈2通入电流的大小，改变磁流变液粘度，从而改变的阻尼孔19、阻尼通道17、阻尼孔16中的阻尼力。
36.本减震器的特点是同时利用剪切阻尼力和粘性阻尼力，即：磁流变液流经圆环形贯通式阻尼通道利用磁流变剪切模式产生阻尼力；磁流变液流经小孔阻尼通道时，由磁流变液粘度产生的阻尼力，由于本减震器原理为同时利用两种阻尼力，故减震器的减震效果可以达到最优。减震器总阻尼力f理论模型如下：
37.f＝f
τ
f
η
38.磁流变液流经圆环形贯通式阻尼通道利用磁流变剪切模式产生阻尼力，此时阻尼力模型为：
[0039][0040]
式中：
[0041]fτ
：减震器剪切阻尼力
[0042]
η：磁流变液动力学粘度
[0043]
d：减震器内壁直径
[0044]
l：圆环形贯通式阻尼通道轴线尺寸
[0045]
h：圆环形贯通式阻尼通道宽度
[0046]
τy：磁流变液剪切应力
[0047]
v：减震器活塞运动速度
[0048]
sgn()：减震器活塞往复运动函数
[0049]
sgn(v)：v表示减震器活塞运动速度，函数sgn()是考虑活塞往复运动。
[0050]
磁流变液流经小孔阻尼通道时，由磁流变液粘度产生的阻尼力为：
[0051][0052]
式中：
[0053]fη
：减震器粘性阻尼力
[0054]ap
：活塞有效面积
[0055]
汽车减震器阻尼特性与减震器活塞运动的位移、加速度、减震器内部介质的温度相关，减震器数学模型应该充分考虑这些因素。磁流变液的粘度特性非常复杂，其粘度特性一般服从牛顿的内摩擦定律，同时还受到基液的粘度、磁流变液的磁化强度、外加磁场强度，温度，剪切率的影响。
[0056]
即：η＝η(η0,m,h,t,γ)η＝η(η0,m,h,t,γ)
[0057]
式中：式中η是磁流变液动力学粘度，η0是基液的动力学粘度，m为磁流变液磁化强度，h为外加磁场强度，t为温度，γ为剪切率。
[0058]
室温状态下的低浓度磁流变液的粘度可以用爱因斯坦公示描述
[0059][0060]
式中η是磁流变液动力学粘度，η0是基液的动力学粘度，φ为磁性粒子浓度。
[0061]
而高浓度的磁流变液粘度可以用下述公式进行表征。
[0062]
η＝η0(1-φ)-2/5
[0063]
由于磁流变液的相互作用非常复杂，其内部不仅存在与动力学作用，而且还存在粒子间的复杂作用力。特别是在外加磁场的情况下，其表征出的磁黏特性更加复杂，当磁流体处于零磁场、低剪切速率下，其粘度可以用胶体理论进行近似。
[0064][0065]
式中：η是磁流变液动力学粘度，η0是基液的动力学粘度，rm为未包覆前纳米磁性颗粒的半径，δ为纳米颗粒的包覆层厚度，φc＝0.74，是个常数。vc为纳米磁性颗粒体积分数相对于载液体积分数的比值。
[0066]
通过对减震器及其磁流变液理论模型的搭建，可以看出影响减震器性能的主要参数有η：磁流变液动力学粘度、d：减震器内壁直径、l：圆环形贯通式阻尼通道轴线尺寸、h：圆环形贯通式阻尼通道宽度、τy：磁流变液剪切应力、v：减震器活塞运动速度、sgn()：减震器活塞往复运动函数、a
p
：活塞有效面积。其中η是我们主要控制参数，其主要影响因素η是磁流变液动力学粘度，η0是基液的动力学粘度，rm为未包覆前纳米磁性颗粒的半径，δ为纳米颗粒的包覆层厚度，φc＝0.74，是个常数。vc为纳米磁性颗粒体积分数相对于载液体积分数的比值。η0、rm、δ、φc、vc这些参数为磁流变液配置过程中需要控制的参数。根据不同车型技术要求，利用上述理论模型匹配减震器结构参数，以及根据路面信息调节磁流变液粘度，从而调节减震器阻尼特性。
[0067]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。