摘 要

本文根据磁流变液体(MR流体)的流变特性设计了磁流变减振器以实现“双向、可调”的目的。MR流体的流变特性为不加磁场时，表现为牛顿流体；当加上外在磁场时，表现为高粘度、低流动性的Bingham流体，且其屈服应力会随着外加磁场强度的变化而变化，并可以通过电流实现控制。因此由它制成的可调阻尼器，结构简单、响应快、阻尼力大、噪音小。目前，磁流变液减振器在汽车的主悬挂系统、乘客保护系统、气动位置和速度控制系统、重型车辆座椅控制器、地震和风的缓解装置等半主动控制系统中得到应用。

本文进行了磁流变减振器的机械结构的设计，并将其应用到1/4汽车悬架系统中，对其控制系统和控制电路进行了设计，其主要内容如下：

1. 根据磁流变液体的流体特性以及三种不同的工作方式进行了研究确定了本文的阻尼力学模型；
2. 根据阻尼力学模型设计出了一种利用活塞组件实现的双阻尼通道的减振器，并对其机械结构进行了设计，包括尺寸参数的确定和标准件的选择；
3. 利用有限元软件进行了磁场分析，确定磁路和结构的优化；
4. 采用PID控制原理进行了1/4半主动悬架控制系统的设计以及基于DSP的控制电路的设计。

关键词：磁流变减振器;双阻尼通道;PID控制系统;DSP控制电路

Abstract

According to the rheological properties of magneto rheological fluids (MR fluids), the magneto rheological damper is designed to realize the purpose of “bidirectional and adjustable". The properties of MR fluid are relative. No magnetic field, Newtonian fluid. Magnetic field, Bingham fluid. And the Bingham fluid performs high viscosity and low flow. And the yield stress will change with the external magnetic field intensity changes, and can be achieved through the control of the current .Therefore, the magneto rheological damper has these advantages: simple structure, fast response, large damping force and low noise. At present, the magneto rheological damper is mainly applied in automobile main suspension system, passenger protection system, gas dynamic position and velocity control system, heavy vehicle seat controller, earthquake and wind mitigation devices and so on.

In this paper, the mechanical structure of MR damper is designed, and its application to the 1/4 automotive suspension system is designed. The main contents are as follows:

(1) According to the characteristics of the magneto rheological fluids and the three different ways of working, the damping model is established.

(2) According to the damping mechanical model, a kind of vibration damper with double damping channel is designed, and its mechanical structure is designed.

(3) Using the finite element software to carry on the magnetic field analysis, to get the determination of the magnetic circuit and the structure of the optimization. It includes the determination of size parameters and selection of standard parts.

(4) The design of the control system is the PID control system and the design of the control circuit based on DSP is adopted.

Keywords: magneto rheological damper; double damping channel; PID control system; DSP control circuit

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.1.1汽车悬架的发展 1

1.1.2减振器的发展 1

1.2磁流变减振器 2

1.2.1磁流变液特性 2

1.2.2磁流变液的流变机理 2

1.2.3磁流变减振器的国内外现状 3

第 2 章 磁流变减振器的阻尼力学模型 4

2.1流动模式阻尼力计算 4

2.2 剪切模式阻尼力计算 6

2.3混合模式阻尼力计算 7

2.4阻尼力的影响因素 7

2.5本减振器的阻尼力模型 8

第3章 机械结构的设计 10

3.1工作缸的设计 10

3.2活塞的设计 11

3.3活塞杆的设计 12

3.4其他结构的设计 13

3.4.1导向套 13

3.4.2防尘圈和密封圈 13

3.4.3浮动活塞 13

第 4 章 磁场结构的分析 14

4.1磁路的设计 14

4.2减振器的磁阻 15

4.3利用Ansoft Maxwell进行有限元分析 16

4.3.1在Ansoft中建模 16

4.3.2激励条件的确定及网格的划分 17

4.3.3结果分析 18

第5章 磁流变减振器控制系统的设计 20

5.1悬架模型的分析 20

5.2路面激励信号的输入 21

5.3 PID控制系统 21

第6章 基于DSP的控制电路 27

6.1采集模块的设计 27

6.2 PWM信号模块 28

6.3 DSP电源模块 29

第7章 总结与展望 31

7.1总结 31

7.2展望 31

参考文献 32

致谢 33

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1汽车悬架的发展

早期的汽车悬架是被应用在马车上的，通过吊带吊住马车车厢底板以实现减轻振动的效果。直到17世纪，马车上开始应用叶片弹簧，利用弹簧的阻尼特性来实现减振的效果。后来又相继出现了螺旋弹簧和气液体阻尼装置，随着科学技术的发展，人们追求乘车舒适性和行驶平稳性的要求越来越强烈，汽车悬架也在不停地发展。由于传统的汽车悬架无法根据路面和自身的行驶情况做出调整，因此现在的汽车悬架为了实现在行驶中的平稳性，多采用相应的带有控制系统的悬架。悬架控制系统大体上包括被动悬架、半主动悬架和全主动悬架三种。图1.1为参考文献^【1】提出的各种悬架的示意图。