1.2.2 磁流变液制动器的研究现状

1.结构设计与优化

近年来，随着磁流变液制备技术的发展，磁流变液的材料性能不断提高，在制动领域的应用也得到越来越广泛的关注，国外科研人员较早开展这方面的研究工作，目前已经开发设计了多款磁流变液制动器，部分产品已经投入商业化市场。

美国Lord公司Carlson[44]研制出MRB-2107型磁流变液制动器，这是首个问世的商用磁流变液产品。如图1.14所示，该制动器采用单盘式，外径为92mm，能够提供0～7N·m范围内的可控转矩，最大控制功率仅10W。日本大阪大学Kikuchi等[45, 46]设计了一种微间隙磁流变液制动器，如图1.15所示，该制动器采用多盘式，拥有9对主、从动圆盘，其最大制动转矩为6N · m，响应时间为20ms。

图1.14 MRB-2107型磁流变液制动器

图1.15 微间隙磁流变液制动器

印度理工学院Sukhwani等[47]设计了一种采用旁置式线圈和外绕线圈相结合的多线圈磁流变液制动器，如图1.16所示，实验表明该布置方式可有效提升制动力矩。加拿大Park等[48]提出了一种基于模拟退火和有限元模拟相结合的双盘式磁流变液制动器优化设计方法，以最小化质量、最大化制动力矩为优化目标，采用线性加权法构建衡量优化结果的单目标函数。加拿大Shamieh等[49]针对双盘式磁流变液制动器，建立了最小动态响应时间、最小化重量、最大化剪切力矩动态范围为目标的优化设计模型，运用遗传算法和二次规划序列法进行优化求解。越南Thang等[50]以最大化制动力矩和最小化质量为设计目标，运用精英非主导排序遗传算法（NSGA_II）和结合有限元分析的鲁棒多目标优化方法对磁流变液制动器进行结构优化。印度Acharya等[51]针对T型磁流变液制动器，以最大化转矩比和最小化制动器重量为目标，充分考虑了制动器半径、转子厚度、外壳厚度、线圈高度和宽度等因素，采用多目标遗传优化算法进行优化设计。杭州电子科技大学喻军[52]运用ANSYS对磁流变液制动器进行了多目标优化设计，并对优化后的制动器进行制动性能测试，结果表明：所提出的优化方法具有一定的合理性。香港中文大学Guo等[53]研制了一种新型多功能磁流变液制动器，如图1.17所示，把电机和制动器做成一体，结构紧凑，功率为100W，可广泛适用于空间受限制的场所。

图1.16 多线圈磁流变液制动器

图1.17 多功能磁流变液制动器

2.控制方法研究

磁流变液的优点之一是其良好的可控性，然而，在实际工作过程中会因一些外部的干扰导致其输出制动力矩不稳定。目前国内外学者针对磁流变阻尼器和磁流变离合器的控制方法开展了大量研究[54-56]，而对磁流变液制动器的输出制动力矩的控制研究较少。

意大利Russo等[57]提出了一种基于扭矩的自适应反馈控制方法，用于弥补磁流变液制动器输出制动力矩实测值与理论值之间的差距，并通过实验验证了所提出控制方法的有效性。加拿大Li等[58]提出了一种基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）的闭环反馈控制策略，并通过实验验证了该控制策略能够保证磁流变液制动器的输出制动力矩准确跟踪目标力矩，如图1.18所示。韩国Kim等[59]针对磁流变液制动器制动力矩的控制问题，分别提出了开环和闭环P ID两种控制方法，并进行了对比试验，结果表明：闭环P ID控制更有利于制动器维持良好的制动力矩输出特性。韩国Sohn等[60]提出了基于模糊算法的P ID控制策略，用于磁流变液制动器的扭矩跟踪控制，并通过实验评估所提算法的控制性能，如图1.19所示。加拿大Shamieh等[61]提出了一种常规P ID控制策略，其主要作用是通过常规P ID控制器调节磁流变液制动器的励磁线圈控制电流值以改善车辆在不同道路下的滑移现象。苏州市职业大学任芸丹等[62]提出了一种基于神经网络的自适应控制策略，并对某款车型进行了仿真，验证其良好的控制性能。中国矿业大学史耀[63]基于果蝇算法原理提出了改进果蝇优化P ID控制策略对磁流变液制动器的制动力矩进行控制，并验证了其具有良好的控制效果。

图1.18 基于FPGA的闭环控制

图1.19 基于模糊算法的PID控制