CN109991016A - 一种磁流变阻尼汽车滚筒试验台及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁流变阻尼汽车滚筒试验台及其控制方法,试验台由底座、滚筒装置、扭矩传感器、速度传感器和线性电机组成，滚筒装置由端盖、缸体、蜗杆、线圈、磁流变液、限流阀、限流阀压力控制杆等组成；本试验台通过蜗杆使磁流变液产生流动，驱动轮带动滚筒以一定速度转动时，可通过线性电机调节限流阀压力以及控制线圈电流调整电磁场大小以调节磁流变液的粘度，实现阻尼力的调节，并通过扭矩传感器反馈信息进行闭环控制。本发明适用于测试汽车的动力性以及负载工况下车辆的运行特性。

Description

一种磁流变阻尼汽车滚筒试验台及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种汽车试验台架，具体涉及一种磁流变阻尼汽车滚筒试验台及其控制方法。
背景技术
最近几十年来，汽车技术不断发展，带动了诸多相关产业与技术领域的进步，其中便包括汽车试验技术的提升与试验台架的升级。磁流变阻尼技术是近十年出现的一种新型半主动能量吸收技术，磁流变阻尼器具有结构简单、控制方便、阻尼力调节范围广、连续可调性等优点，目前主要用于汽车等各类机械设备的减震。
汽车滚筒试验台架一般由滚筒装置、功率吸收装置(即加载装置)、测量装置、辅助装置四部分组成，目前常用的功率吸收装置有水力测功器、直流发电机电力测功器和电涡流测功器。水力测功器用水作为制动介质，通过调节进出水量，精度较低；电力测功器作为负载用吸收功率时，其功用相当于直流发电机，制造成本较高；电涡流测功器具有测量精度高、结构简单和易于调控等优点，并具有较宽的转速和功率范围，但吸收功率时涡电流会转化为热能，导致温度较高。
发明内容
为解决上述已有技术的不足，本发明提出一种磁流变阻尼汽车滚筒试验台及其控制方法，通过磁流变液在磁场中变粘度的牛顿流体特性，实现对滚筒阻尼力的实时控制，且将滚筒装置与功率吸收装置集成为一体，实现结构优化。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种磁流变阻尼汽车滚筒试验台，包括成对设置的滚筒装置，所述滚筒装置分别与扭矩传感器和线性电机连接。
上述方案中，所述滚筒装置包括刚性连接的缸体内壳与缸体外壳，两壳体之间的腔室缠绕有线圈，缸体内壳内部设有限流阀，且被限流阀分为储油腔和工作腔；工作腔内部嵌有蜗杆，蜗杆伸出缸体内壳外的部分作为滚筒定子轴；限流阀杆部与限流阀压力控制杆连接，两者之间设有限位结构。
上述方案中，所述储油腔一端的缸体内壳固定有端盖，端盖末端加工成筒状作为旋转轴；所述定子轴与扭矩传感器连接；所述限流阀压力控制杆伸出缸体内壳后，与线性电机连接；所述定子轴内部加工有进油道，进油道两侧分别连接工作腔和进油口；所述限流阀压力控制杆内部加工有出油道，出油道两侧分别连接储油腔和出油口；所述缸体内壳内部装有磁流变液。
一种磁流变阻尼汽车滚筒试验台的控制方法，滚筒装置通过单环双控制方式，实现扭矩调节；所述单环双控制方式具体为：通过线性电机控制限流阀的预紧力、通过线圈施加电磁场改变磁流变液的浓度，实现扭矩环闭环控制。
本发明提出的一种磁流变阻尼汽车滚筒试验台及其控制方法带来的有益效果如下：
1、本发明的滚筒壳体作为旋转件，蜗杆作为固定件，壳体与蜗杆相对运动产生阻尼，即滚筒装置与功率吸收装置集成为一体，结构优化，体积小，成本低，维护方便。
2、本发明缸体内壳内部装有磁流变液，磁流变液具有毫秒级的快速响应速度，使得本发明滚筒试验台具有结构简单、易于调控和响应迅速等优点；磁流变液温度使用范围宽，即在相当宽的温度范围具有极高的稳定性，且杂质干扰小，大大地提高了本阻尼滚筒装置的环境适应性与工作稳定性。
3、本发明通过磁流变阻尼与可调限流阀双重调控，具有更广泛的阻尼力调节范围。
4、本发明可在较低的磁场输入下实现大范围、精确的阻尼力输出控制，能耗低，且磁流变液无毒、无异味、不易挥发，具有节能环保等优点。
5、本发明中磁流变液兼做冷却液，通过外循环实现系统的降温，无需额外的降温装置。
附图说明
图1是台架装配示意图；
图2是阻尼滚筒的结构示意图；
图中：1、扭矩传感器；2、滚筒装置；3、底座；4、转速传感器；5、线性电机；6、定子轴；7、左端盖；8、油封；9、支撑座；10、蜗杆；11、线圈；12、限流阀；13、导向座；14、右端盖；15、限流阀压力控制杆；16、出油道；17、弹簧；18、储油腔；19、滚筒外壳；20、工作腔；21、进油道；22、缸体内壳。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的内容作进一步的说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
参照图1，本发明试验台包括底座3，底座3设有成对的扭矩传感器1、滚筒装置2、转速传感器4(霍尔转速传感器)和线性电机5，所述扭矩传感器1固定在底座3上，与滚筒装置2的定子轴6连接，所述速度传感器4固定在底座3的支撑板上，且与滚筒装置2的旋转轴同心，用于检测滚筒装置2旋转速度，所述线性电机5固定在底座3上，与限流阀压力控制杆15连接。
参照图2，所述滚筒装置2由左端盖7、油封8、支撑座9、蜗杆10、线圈11、限流阀12、导向座13、右端盖14、限流阀压力控制杆15、缸体外壳19、缸体内壳22组成，缸体内壳22与缸体外壳19之间刚性连接，滚筒外壳19与缸体内壳22之间的腔室用于缠绕线圈11，缸体内壳22被其内部的限流阀12分为储油腔18和工作腔20，缸体内壳22内部装有磁流变液；右端盖14与缸体内壳22固定，右端盖14右侧加工成筒状作为旋转轴，旋转轴通过轴承固定于底座3上，限流阀压力控制杆15经过油封8伸出右端盖14，并与线性电机5连接，限流阀压力控制杆15通过导向座13固定在缸体内壳22内部，限流阀压力控制杆15与限流阀12连接，限流阀12杆部与限流阀压力控制杆15之间设有限位结构，弹簧17套设于限流阀12杆部，限流阀压力控制杆15通过弹簧17向限流阀12阀瓣施加预紧力，所述蜗杆10通过支撑座9固定在缸体内壳22内部，蜗杆10主体嵌于工作腔20内，蜗杆10伸出缸体内壳22外的部分作为滚筒定子轴6，定子轴6通过轴套固定在底座3上，定子轴6端部与扭矩传感器1连接；所述定子轴6内部加工有进油道21，进油道两侧分别连接工作腔20与进油口，所述限流阀压力控制杆15内部加工有出油道16，出油道两侧分别连接储油腔18与出油口，进油口与出油口分别通过油管与储油箱相连，实现磁流变液的循环流动与试验台架系统的降温。
参照图1、图2，阻尼力调节具体过程如下：
工况一：本发明试验台工作时，滚筒装置2中缸体与蜗杆10相对转动，推动磁流变液流动，磁流变液从储油箱依次流过进油口、进油道21、工作腔20、限流阀12、储油腔18、出油道16、出油口，最后流回储油箱。通过线性电机5控制限流阀压力控制杆15，在限位结构作用下带动限流阀12左移，使限流阀孔完全打开，此时线圈11施加电磁场为零，磁流变液在零磁场下粘度低，产生阻尼力小，阻尼滚筒旋转阻尼力处于最小状态，可近似看做零阻尼力输出，用于汽车无负载工况试验。
工况二：在线圈11施加磁场不变情况下，通过线性电机5可进行限流阀12的预紧力控制，实现阻尼力较大范围的控制输出，由于磁流变液在磁场作用下响应速度快，可用于阻尼力的快速精确控制。在滚筒装置工作状态下，车轮带动缸体外壳19同步旋转，旋转轴随缸体外壳19同步旋转，转速传感器4采集旋转轴旋转速度，进行速度信号输出。定子轴端部与扭矩传感器1连接，进行扭矩信号输出，实现扭矩环闭环控制，电磁场控制作为扭矩环主控制方式，限流阀12控制作为扭矩环副控制方式。由于阻尼力会因转速的改变而发生线性变化，首先可根据转速、阻尼力与限流阀预紧力的对应线性关系，在某转速、扭矩力需求条件下，对线性电机5进行控制，调节限流阀12预紧力，然后根据扭矩传感器1信号进行电磁场实时闭环控制。在转速或扭矩力需求变化的情况下，首先通过线性电机5进行限流阀12预紧力控制，实现粗范扭矩调节，然后进行电磁场调节。滚筒装置通过单环双控制方式，实现快速、精确的扭矩调节，使扭矩调节范围更广，响应更快，控制更加精准。
以上说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁流变阻尼汽车滚筒试验台，其特征在于，包括成对设置的滚筒装置(2)，所述滚筒装置(2)分别与扭矩传感器(1)和线性电机(5)连接。
2.根据权利要求1所述的磁流变阻尼汽车滚筒试验台，其特征在于，所述滚筒装置(2)包括刚性连接的缸体内壳(22)与缸体外壳(19)，两壳体之间的腔室缠绕有线圈(11)，缸体内壳(22)内部设有限流阀(12)，且被限流阀(12)分为储油腔(18)和工作腔(20)；工作腔(20)内部嵌有蜗杆(10)，蜗杆(10)伸出缸体内壳(22)外的部分作为滚筒定子轴(6)；限流阀(12)杆部与限流阀压力控制杆(15)连接，两者之间设有限位结构。
3.根据权利要求1或2所述的磁流变阻尼汽车滚筒试验台，其特征在于，所述储油腔(18)一端的缸体内壳(22)固定有端盖，端盖末端加工成筒状作为旋转轴。
4.根据权利要求1或2所述的磁流变阻尼汽车滚筒试验台，其特征在于，所述定子轴(6)与扭矩传感器(1)连接。
5.根据权利要求1或2所述的磁流变阻尼汽车滚筒试验台，其特征在于，所述限流阀压力控制杆(15)伸出缸体内壳(22)后，与线性电机(5)连接。
6.根据权利要求1或2所述的磁流变阻尼汽车滚筒试验台，其特征在于，所述定子轴(6)内部加工有进油道(21)，进油道两侧分别连接工作腔(20)和进油口。
7.根据权利要求1或2所述的磁流变阻尼汽车滚筒试验台，其特征在于，所述限流阀压力控制杆(15)内部加工有出油道(16)，出油道两侧分别连接储油腔(18)和出油口。
8.根据权利要求1或2所述的磁流变阻尼汽车滚筒试验台，其特征在于，所述缸体内壳(22)内部装有磁流变液。
9.一种磁流变阻尼汽车滚筒试验台的控制方法，其特征在于，滚筒装置(2)通过单环双控制方式，实现扭矩调节。
10.根据权利要求9所述的磁流变阻尼汽车滚筒试验台的控制方法，其特征在于，所述单环双控制方式具体为：通过线性电机(5)控制限流阀(12)的预紧力、通过线圈(11)施加电磁场改变磁流变液的浓度，实现扭矩环闭环控制。
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