[发明专利]可控惯容和阻尼磁流变惯容器装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种惯容器装置，特指一种惯容和阻尼可控的磁流变惯容器装置及其控制方法。

背景技术

惯容器能够改善汽车的操纵稳定性和轮胎接地性能，协调平顺性和操纵稳定性，提高火车的乘坐舒适性、系统动态性能及稳定性，抑制摩托车转向的摆振现象及由车辆和地震引起的建筑振动，还能够吸收被隔离质量的振动。因此，惯容器在车辆悬架、转向、建筑隔振、动力吸振等领域具有广泛的应用前景。

中国专利CN200810123830.8和CN201010281317.9、美国专利US20090108510和US7316303分别公开了齿轮齿条惯容器和摆线钢球式惯容器、滚珠丝杠惯容器和油缸－马达惯容器，这些惯容器分别依靠齿轮齿条机构和摆线钢球机构、滚珠丝杠机构和油缸－马达机构放大飞轮惯性进行工作，这类惯容器以封装飞轮惯性为特征。中国专利CN01241435.2和CN201010510953.4分别公开了杠杆质量惯容器和液力发生式惯容器，这些惯容器分别依靠杠杆质量机构和液力发生装置放大质量元件惯性进行工作，这类惯容器以封装质量惯性为特征。由于通过改变质量或转动惯量来动态调节惯容器惯容的大小非常困难，因此上述两类惯容器装置的惯容系数是固定不变的，不能实现动态调节。

磁流变液具有优良的可控性、很宽的动态范围、较高的响应速度，很低的功耗，相对简单的控制方式，因此它在结构振动控制、车辆工程中具有广阔的应用前景，尤其是在汽车半主动悬架领域，世界发达国家的研究机构和企业投入大量人力物力利用磁流变液开发阻尼器件及相关技术，其中Lord公司的磁流变液和阻尼器已商品化。磁流变技术在汽车工程中的应用给汽车减振系统带来革命性的进步。磁流变阻尼器利用磁流变液在外加磁场的作用下，磁流变液的表观粘度发生变化的过程是连续的、无级的、可逆的磁流变效应来无级调节阻尼的大小。显然，现有的磁流变阻尼器仅仅利用了磁流变液的磁流变效应，因此只能实现对阻尼的调节与控制。

随着半主动隔振理论与技术的快速发展，工程上迫切需要一种集惯容和阻尼调节于一体的装置，实现惯容和阻尼的动态调节与控制，满足隔振装置以最大功率吸收振动能量的需求，从而大幅提高隔振装置的隔振效果。

发明内容

本发明的目的是：克服以封装飞轮或质量惯性为特征的惯容器不能实现动态调节惯容的缺点，以及磁流变阻尼器只能动态调节阻尼的不足，提供一种可控惯容和阻尼的磁流变惯容器装置及其控制方法，实现惯容和阻尼的动态调节与控制，满足工程上对隔振装置实施惯容和阻尼动态组合调节的半主动控制的要求，使隔振装置能以最大功率吸收振动能量，从而大幅提高隔振装置的隔振效果。

为达到上述目的，本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

方案一，一种可控惯容和阻尼的磁流变惯容器装置，包括缸筒、活塞、活塞杆、细长管、粗管、磁流变液、开关阀、MR导体及阻尼孔，所述活塞在缸筒的内部，所述活塞把缸筒分为左、右两个腔，所述粗管与缸筒的左右两个腔的出口直接相连接，所述一组跟管径不同并联连接的细长管与粗管串联连接在一起，所述每根细长管上布置一个开关阀，所述阻尼孔与细长管串联布置，所述MR导体环绕阻尼孔安装，所述细长管、粗管及缸筒的左右腔充满磁流变液。

方案二，所述将阻尼孔布置在活塞上，所述阻尼孔与缸筒的左右腔连通，所述MR导体布置于活塞的内部，所述MR导体环绕阻尼孔安装，所述阻尼孔还与细长管并联布置。

本发明的发明人提出一种对可控惯容和阻尼磁流变惯容器的控制方法，包括以下步骤：由一组开关阀组合控制相应细长管的通与断，实施对一组细长管等效管径的控制，实现对惯容的动态调节与控制，通过控制MR导体中电流的大小，调节MR导体磁场的强弱，实施对流经阻尼孔的磁流变液粘度的控制，实现对阻尼的动态调节与控制。

本发明的原理是利用磁流变液在外加磁场的作用下，磁流变液的表观粘度发生变化的过程是连续的、无级的、可逆的磁流变效应，同时还利用磁流变液在无外加磁场下具有的低粘度及其在细长管中流动时具有的惯性效应，集两种效应于一个装置。磁流变惯容器用开关阀控制管径不同、充满磁流变液的细长管的“通”和“断”，有级调节惯容大小，同时，通过外加磁场改变磁流变的粘度，无级调节阻尼大小。