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[摘 要]磁流变液减振器由于其结构简单、可靠性高、稳定性好、减振效果出色等优点，成为了当今国内外学者和生产商研究和开发的热点。磁流变液是磁流变液减振器的核心元件，通过改变外加磁场，可以可逆、连续、快速的调节其粘度。磁流变液减振器在车辆的半主动悬架系统中起着关键性的作用，为了能让车辆快速、平稳的行驶，磁流变减振器需要具备良好的动力学特性、低功耗特性以及良好的系统响应，但目前绝大多数的研究与设计仅仅是以其中某一项为目标进行优化，优化出来的磁流变液减振器很难满足综合性能要求。此项目从多目标的角度出发，通过遗传算法计算其结构参数，设计出适用于实际车型应用、满足综合性能的磁流变减振器。
[关键词]非线性变化 多目标优化 遗传算法
中图分类号：TB535.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0220-01
引言
顺应人们对汽车舒适性的需求，本项目在基于國外磁流变液减振器技术下提出了磁流变减振器的多目标优化设计，提高减振器力的承受范围，以进一步提高汽车的减振效果，从而达到人们对舒适性的要求，实现舒适的驾车环境。
1 设计目标与方案
对于汽车减振器的减振效果来说，要求减振器在各种不同复杂路面上都能尽可能大的减小路面对汽车的冲击，因而需要减振器能够输出的力尽可能的大，可调范围越大越好。对于汽车减振器控制难易的角度来说，要求减振器响应滞后时间越短越好。对于汽车减振器能耗、寿命角度来说，要求减振器工作时候所产生热损失、热衰退越小越好。以上三点因素相互制约着，一般来说，并不能设计出同时满足上述三项性能指标的减振器。要想设计出合适的满足性能要求的减振器，就得在各个因素之间做适当的折中。
结合各项性能要求，我们制定出如下设计方案。
1.为满足上述设计目标，我们尽可能的选取工作温度范围广、饱和屈服应力高、零场粘度低、可压缩性小的流体作为磁流变液的材料。
2.为了增加减振器的散热，保证磁流变液的正常工作，我们采用单缸结构设计。
3.为了补偿减振器在运行中由于上下两端作用面积不相等所造成的体积差，我们采用储气室充气的结构设计。
4.在活塞的设计上，为了减少漏磁现象的发生，我们选取软磁作为活塞的材料。
5.磁芯填充材料的选取必须符合能够耐腐蚀、耐磨损、耐冲击、耐高温、抗磁性和绝缘性。
6.在线圈导线的选择上，我们选择铜漆包线，因为它具有良好的耐热耐压和低内阻的特性。
结合汽车减振器的现有结构，在此基础上，根据设计目标和设计方案，我们设计出减振器活塞结构图如下所示
2 优化方法的选取
通过对设计目标的研究，我们可以知道，要想设计出满足要求的磁流变减振器，就得对其进行多目标优化。多目标问题中指的“优化”通常是指求得一个最合适的解，从而改善每一个目标。把多目标优化问题里面可能存在许多非劣点连在一起，就形成一条被称作Pareto边界的“边界线”。我们可以通过最速下降法或是牛顿法的方法来确定下一步的优化方向。值得注意的是，对初始值的设定会影响其的优化结果。函数的高度非线性是磁流变液减振器的优化模型的一个特点，用传统方法的话很难找到令人满意的设计变量。
遗传算法是一个把遗传理论及自然选择做为基础，结合生物演变过程中适者生存的规则和生物群体内部染色体的信息随机交换机制相的一种全新的全局高效寻优搜索算法。它以目标函数为根本来进行评价，不断的靠近最优值。遗传算法的特性能很好的解决在磁流变液减振器的多目标优化计算中所遇到的问题。
3 遗传算法的多目标优化运用
运用Matlab的遗传算法工具箱中，对遗传算子进行如下假设：
1.设定双精度向量为其种群类型，规定其种群尺度和初始种群的范围；
2.通过群体中生命力较强的个体重新产生新的群体确定选择参数。依据剩余选择算子方法，匹配其双亲。
3.通过幸存个体数，确定再生参数。
4.通过随机改变种群数而建立变异的种群子代，确定变异参数。
5.通过将两个同源染色体进行部分基因的交换而重组，确定交叉参数
通过对遗传算法的运用，我们能很清楚的知道适应度值随迭代次数的变化而变化，可以得出适应度函数的最优值，从而确定减振器活塞上各个尺寸的最优值。
4 应用实例
将上述对磁流变液减振器的多目标优化与设计应用到捷达轿车上，根据其后悬架内减振器的安装尺寸，设计并试制了磁流变液减振器样品。
在设计和制作完成之后，我们对其相关性能进行了测试，通过减振器综合性能试验台对试制的磁流变减振器进行台架试验。
在不同激振频率和不同励磁电流作用下，测得磁流变减振器在不同电流下的示功值。以激振频率为2Hz时为例，将各电流下的试验数据减去偏置力，经过偏移校正得到的实际示功曲线如图2中虚线所示；由优化模型理论计算得到的仿真曲线如图2中实线所示：
由图2可以看出，理论曲线比实测曲线要显得更方一些，这主要是由于理论模型中未考虑磁流变液的滞环、剪切稀化现象及充气压力滞环等因素。图中零场（I=0）的实测阻尼力均大于理论值，则主要由活塞流通缝隙的实际加工误差、摩擦力及活塞组件惯性力等因素造成的。
在不同激振频率下，磁流变液减振器的电流与最大阻尼力的关系曲线如图3所示（其中虚线代表实际曲线，实线代表理论曲线）
由图3可以看出，无论在哪个激振频率下，当励磁电流增大到1.0A以后，减振器阻尼力曲线增长速率变慢；随着电流加大，可控阻尼力也相应的增大，此时实测阻尼力与理论值逐渐重合。当电流I>0.6A，在激振频率f<2.5Hz时，实测值均低于理论值，这主要是由于减振器温升引起阻尼力衰减造成的；当激振频率大于2.5Hz时，试验曲线高于仿真曲线，这与激振频率增高，惯性力的影响逐渐明显有关。
总体来说，试验曲线与理论曲线能够较好的吻合。
5 结束语
本文在前人对磁流变液减振器研究和设计的基础上，在保证其能耗要求、动力性能、响应速度的前提下，提出了多目标优化的设计方法。并制作出实物样品，对其性能进行相关测试，根据测试结果表明，减振器实际曲线与理论设计曲线能较好的吻合，优化结果让人满意。
我们相信在汽车日益普及的今天，磁流变液减振器一定会被用于到各类汽车上，而磁流变液减振器的多目标优化也会慢慢被越来越多的汽车减振器厂家所采纳。
参考文献
[1] 刘韶庆，周孔亢.用于车辆悬架的磁流变减振器研究动态 江苏大学，2008.
[2] 许善珍，赵钱.基于磁流变减振器的汽车半主动悬架控制研究 淮阴工学院，2010.
[3] 李世民，吕振华.汽车筒式液阻减振器技术的发展 清华大学，2001.
[4] 昌荣，余淼，陈伟民等.汽车磁流变减振器设计原理与实验测试[J].中国机械工程，2002.
[关键词]非线性变化 多目标优化 遗传算法
中图分类号：TB535.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0220-01
引言
顺应人们对汽车舒适性的需求，本项目在基于國外磁流变液减振器技术下提出了磁流变减振器的多目标优化设计，提高减振器力的承受范围，以进一步提高汽车的减振效果，从而达到人们对舒适性的要求，实现舒适的驾车环境。
1 设计目标与方案
对于汽车减振器的减振效果来说，要求减振器在各种不同复杂路面上都能尽可能大的减小路面对汽车的冲击，因而需要减振器能够输出的力尽可能的大，可调范围越大越好。对于汽车减振器控制难易的角度来说，要求减振器响应滞后时间越短越好。对于汽车减振器能耗、寿命角度来说，要求减振器工作时候所产生热损失、热衰退越小越好。以上三点因素相互制约着，一般来说，并不能设计出同时满足上述三项性能指标的减振器。要想设计出合适的满足性能要求的减振器，就得在各个因素之间做适当的折中。
结合各项性能要求，我们制定出如下设计方案。
1.为满足上述设计目标，我们尽可能的选取工作温度范围广、饱和屈服应力高、零场粘度低、可压缩性小的流体作为磁流变液的材料。
2.为了增加减振器的散热，保证磁流变液的正常工作，我们采用单缸结构设计。
3.为了补偿减振器在运行中由于上下两端作用面积不相等所造成的体积差，我们采用储气室充气的结构设计。
4.在活塞的设计上，为了减少漏磁现象的发生，我们选取软磁作为活塞的材料。
5.磁芯填充材料的选取必须符合能够耐腐蚀、耐磨损、耐冲击、耐高温、抗磁性和绝缘性。
6.在线圈导线的选择上，我们选择铜漆包线，因为它具有良好的耐热耐压和低内阻的特性。
结合汽车减振器的现有结构，在此基础上，根据设计目标和设计方案，我们设计出减振器活塞结构图如下所示
2 优化方法的选取
通过对设计目标的研究，我们可以知道，要想设计出满足要求的磁流变减振器，就得对其进行多目标优化。多目标问题中指的“优化”通常是指求得一个最合适的解，从而改善每一个目标。把多目标优化问题里面可能存在许多非劣点连在一起，就形成一条被称作Pareto边界的“边界线”。我们可以通过最速下降法或是牛顿法的方法来确定下一步的优化方向。值得注意的是，对初始值的设定会影响其的优化结果。函数的高度非线性是磁流变液减振器的优化模型的一个特点，用传统方法的话很难找到令人满意的设计变量。
遗传算法是一个把遗传理论及自然选择做为基础，结合生物演变过程中适者生存的规则和生物群体内部染色体的信息随机交换机制相的一种全新的全局高效寻优搜索算法。它以目标函数为根本来进行评价，不断的靠近最优值。遗传算法的特性能很好的解决在磁流变液减振器的多目标优化计算中所遇到的问题。
3 遗传算法的多目标优化运用
运用Matlab的遗传算法工具箱中，对遗传算子进行如下假设：
1.设定双精度向量为其种群类型，规定其种群尺度和初始种群的范围；
2.通过群体中生命力较强的个体重新产生新的群体确定选择参数。依据剩余选择算子方法，匹配其双亲。
3.通过幸存个体数，确定再生参数。
4.通过随机改变种群数而建立变异的种群子代，确定变异参数。
5.通过将两个同源染色体进行部分基因的交换而重组，确定交叉参数
通过对遗传算法的运用，我们能很清楚的知道适应度值随迭代次数的变化而变化，可以得出适应度函数的最优值，从而确定减振器活塞上各个尺寸的最优值。
4 应用实例
将上述对磁流变液减振器的多目标优化与设计应用到捷达轿车上，根据其后悬架内减振器的安装尺寸，设计并试制了磁流变液减振器样品。
在设计和制作完成之后，我们对其相关性能进行了测试，通过减振器综合性能试验台对试制的磁流变减振器进行台架试验。
在不同激振频率和不同励磁电流作用下，测得磁流变减振器在不同电流下的示功值。以激振频率为2Hz时为例，将各电流下的试验数据减去偏置力，经过偏移校正得到的实际示功曲线如图2中虚线所示；由优化模型理论计算得到的仿真曲线如图2中实线所示：
由图2可以看出，理论曲线比实测曲线要显得更方一些，这主要是由于理论模型中未考虑磁流变液的滞环、剪切稀化现象及充气压力滞环等因素。图中零场（I=0）的实测阻尼力均大于理论值，则主要由活塞流通缝隙的实际加工误差、摩擦力及活塞组件惯性力等因素造成的。
在不同激振频率下，磁流变液减振器的电流与最大阻尼力的关系曲线如图3所示（其中虚线代表实际曲线，实线代表理论曲线）
由图3可以看出，无论在哪个激振频率下，当励磁电流增大到1.0A以后，减振器阻尼力曲线增长速率变慢；随着电流加大，可控阻尼力也相应的增大，此时实测阻尼力与理论值逐渐重合。当电流I>0.6A，在激振频率f<2.5Hz时，实测值均低于理论值，这主要是由于减振器温升引起阻尼力衰减造成的；当激振频率大于2.5Hz时，试验曲线高于仿真曲线，这与激振频率增高，惯性力的影响逐渐明显有关。
总体来说，试验曲线与理论曲线能够较好的吻合。
5 结束语
本文在前人对磁流变液减振器研究和设计的基础上，在保证其能耗要求、动力性能、响应速度的前提下，提出了多目标优化的设计方法。并制作出实物样品，对其性能进行相关测试，根据测试结果表明，减振器实际曲线与理论设计曲线能较好的吻合，优化结果让人满意。
我们相信在汽车日益普及的今天，磁流变液减振器一定会被用于到各类汽车上，而磁流变液减振器的多目标优化也会慢慢被越来越多的汽车减振器厂家所采纳。
参考文献
[1] 刘韶庆，周孔亢.用于车辆悬架的磁流变减振器研究动态 江苏大学，2008.
[2] 许善珍，赵钱.基于磁流变减振器的汽车半主动悬架控制研究 淮阴工学院，2010.
[3] 李世民，吕振华.汽车筒式液阻减振器技术的发展 清华大学，2001.
[4] 昌荣，余淼，陈伟民等.汽车磁流变减振器设计原理与实验测试[J].中国机械工程，2002.