双级混合式磁油节能减震器

宋新宇 刘树龙 杨柳 杨尚宇

摘 要：通过对近几年的汽车磁电减震器的分析，设计了一种双级混合式磁油节能减振器。该减振器在普通减振器的基础上，把环形磁铁、缠绕线圈的鼠笼等发电设备集中于缸筒中，根据道路情况的不同，自动调整并形成最优磁油阻尼，减少车身晃动和倾斜，达到高效吸振的目的，通过光耦传感器检测活塞杆的位置，二级减振由电磁继电器控制线圈的开闭，实现压缩比伸张反应快的效果，并且利用了封闭缸筒的磁屏蔽性能有效地防止了磁泄漏，最大程度上回收原本被浪費掉的振动能。

关键词：节能;减震器;汽车

引言

国内现有一种具有能量转换功能的汽车磁电减振器，但是现有汽车磁电减振器不具有能量回收的功能或者回收率非常低。鉴于传统减振器振动能不可回收的缺点，我们在传统减振器的基础上进行了改良，设计了一种汽车减振装置和电压转换装置“节能磁油双级混合式减振器”，用来回收浪费掉的汽车振动能。它解决了现有汽车减振器无能量回收功能或者回收率低的问题。汽车磁电减振器的外定子是圆筒形，内定子是圆柱形，内定子和外定子固定在定子端盖上，内定子位于外定子的腔体内，内定子绕组和外定子绕组组成星形连接的三相绕组，圆筒形的振子上间隔固定有极靴和永久磁钢，振子插入内定子与外定子之间的环形腔体内，并与内定子、外定子之间都留有气隙，定子绕组的四个端子通过接线端引出;与汽车磁电减振器配合使用的电压转换器的输入端子与汽车磁电减振器的接线端相对应，整流电路将输入的三相交流电转换成直流电压输出。

1结构设计

汽车磁电减振器的外定子是圆筒形，内定子是圆柱形，内定子和外定子固定在定子端盖上，内定子位于外定子的腔体内，内定子绕组和外定子绕组均是星形连接的三相绕组，圆筒形的振子上间隔固定有极靴和永久磁钢，振子插入内定子与外定子之间的环形腔体内，并与内定子、外定子之间都留有气隙，定子绕组的六个端子通过接线端引出;

1.1油针的结构设计

设计的基于磁流变原理的减震器结构如 图 1 所示。该减震器的油针使用的是光滑表面圆锥 形结构，其作用是在活塞运动时，油针可以在运动行 程中改变油孔的面积，从而达到根据行程调节阻尼 力的目的。 针对这种油针阻尼力变化不大的缺点，本文根据流体力学阻尼力产生机理，即油针在阻尼通导中 往复运动时，在阻尼通道上下压差的作用下，磁流变 液在流经阻尼槽后，其体积膨胀，速度也会降低，加 之矩形截面内漩涡的耗散作用，动能转化为热量，从 而实现增加阻尼力的作用。通过以上分析，本文设计 了两种不同结构的、带有周向环槽的圆锥形和圆柱 形油针，其结构如表 1 所示。

图1减震器结构图

表1三种油针设计方案

1.2与汽车磁电减振器配合使用的电压转换器的输入端子与汽车磁电减振器的接线端相对应，整流电路将输入的三相交流电转换成直流电压输出。

3.磁流变减振器中没有细小的阀门结构，也不是通过液体的流动阻力达到减振效果。

1.3两活塞杆压缩时，光耦传感器得到一个信号，然后控制电磁继电器将“下发电机”线圈断开，实现下活塞杆压缩无磁阻，快速压缩，此时只有“上发电机”发电;伸张时光耦传感器再把“下发电机”的线圈闭合，实现缓慢伸张，两个“直线发电机”都发电，然后将电能储存。

2减振原理：

2.1平路行驶时 （行程：0—20mm）——一级减振，汽车振动幅度小，减振器压缩力小，此时只有上活塞杆上下振动，仅靠磁减振，双向发电将汽车振动能转化成电能然后给蓄电池充电;

2.2颠簸路行驶时（行程：20—100mm）——二级减振，设定速度和位置阀值，汽车行驶在颠簸小的路面时，速度和位置阀值小于设定值，减振器的节能发电机处于“发电”状态，此时汽车振动幅度较大、减振器受压缩力较大，上下活塞杆都振动，执行“磁+油”减振。

汽车行驶在颠簸大的路面时，速度和位置阀值大于设定值，减振器的节能发电机处于“电动机”工作状态，增加运动阻尼，减小车身振幅，使行车更加舒适。如图1

3 结论

随着磁流变技术综合性能的不断提高， 磁流变 液这一智能流体材料将会在汽车上大量应用， 预计 在本世纪初将会出现以智能流体为标志的汽车时 代。智能流体将使汽车结构发生重大变化 。磁流变 液减振器在隔离发动机振动， 衰减路面不平度的冲 击和改善驾驶员座椅的振动品质方面大显身手， 使 汽车行驶平顺性得到很大的提高， 车内噪声也将大 大降低;基于磁流流变技术在车身结构振动主动控 制系统既能够有效调控驾驶员和乘员放脚空间底板 以及转向盘等局部构件的振动水平， 使乘员倍感舒 适， 又可以主动控制车内主要结构板件的振动形态 和振动强度， 有效改善车内的声学品质。可见， 日 趋成熟的磁流技术可以在汽车上广泛应用， 并导致 汽车结构的重大变化。

参考文献：

[1]祝世兴，卢铭涛，杨永刚，田静，陈帮.飞机起落架磁流变减震器的设计与试验研究（英文）[J].机床与液压，2014，42（18）：36-45.

[2]祝世兴，刘冰.磁流变减振器油针优化设计仿真分析研究[J].装备制造技术，2014（03）：253-255.

[3]卢铭涛. 飞机起落架磁流变减震器的设计与试验研究[D].中国民航大学，2013.

[4]贾玉红，武晓娟.磁流变缓冲器在起落架上的应用[J].飞机设计，2007（02）：41-45.

作者简介：

宋新宇（1998-），男，山东省烟台市人，学士，研究方向：机械电子工程

刘树龙（1983-），男，山东省临沂人，硕士，副教授，研究方向：软件工程

杨柳（1999-），男，山东省临沂市人，学士，研究方向：机械工程技术

杨尚宇（1999—），男，山东省济宁人，本科学士，研究方向：机械工程技术

该项目由青岛黄海学院创新创业项目《双级混合式磁油节能减震器》（X202013320094）支持。

（青岛黄海学院   青岛   266427）