前言

近年来，智能材料技术得到了快速发展，其中如磁流变液、压电材料和形状记忆合金等在各种工程上得到了越来越广泛的应用。磁流变液作为一种新型磁智能流体材料，是由微米量级的软磁性颗粒均匀分散于基载液和添加剂中形成的一种特殊悬浮液。无磁场时表现为流动良好的液体状态，而在磁场作用下其黏度可在毫秒级时间内增加两个数量级以上，呈现出类似固体的力学特性，这种连续可控、响应迅速且可逆的液-固转换特性，称为磁流变效应。磁流变液巧妙地将固体粒子的强磁性和液体的流动性结合在一起，自诞生以来其潜力不断得到发挥，在建筑、汽车、康复医疗、机器人等领域具有广阔的应用前景，其应用形式主要有制动器、阻尼器、离合器、减震器和伺服阀等。

磁流变液制动技术是磁流变效应在制动领域的具体应用形式，它以调节电流为控制手段，具有连续可控、力矩/体积比大、动态响应快、控制简单且能耗低、工作部件磨损小等优点，在机电设备柔性制动、无级调速和刚度调节等方面具有广泛的应用前景。当前，针对磁流变液制动技术的相关研究主要集中于小扭矩、低滑差功率应用场合，如用于健身设备、虚拟现实、康复机器人、遥操作等领域。近年来，国内外学者也逐渐将其推向风机、带式输送机、车辆、电梯等大扭矩、高滑差功率应用场合。

本书着重介绍作者团队多年来在磁流变液制动器设计与优化、多物理场仿真分析、控制策略以及性能实验等方面的相关研究成果，并结合当前车辆电子化、智能化和集成化的发展需求，创新性地开展磁流变液制动技术在车辆线控制动和线控转向领域的应用研究。此外，以遥操作力反馈数据手套和康复训练机器人为例，介绍了磁流变液制动技术在机器人领域的具体应用，对于拓宽其应用范围具有重要的现实意义。

本书共分为10章，第1章绪论部分阐述了磁流变液及其制动技术的基本概念和发展现状，介绍了磁流变液制动器在车辆、机器人及其他工程领域的应用。第2章开展了小扭矩单盘式和大扭矩多盘式两种规格类型的磁流变液制动器的设计与优化，进行了制动力矩建模、磁场仿真、动态响应时间和瞬态温度场分析，在此基础上，对多盘式磁流变液制动器进行了多目标优化。第3章首先开展了磁流变液制动器电磁场仿真分析；其次以汽车处于不同制动模式为背景，对其进行热应力和热应变分析；最后对制动器内部散热管路进行了流场仿真。第4章分别提出了基于常规PID和基于遗传算法优化的BP神经网络PID的制动力稳定控制策略，并通过仿真和实验对比了两种控制策略的控制效果。第5章研制了磁流变液制动器综合性能测试平台，并对其空载输出特性、制动性能、输出制动力矩特性、温度特性、速度跟随特性以及散热特性进行了实验研究。第6章搭建了一种路面附着系数实时可调的车辆制动模拟试验台，开展了单一路面和对接路面条件下汽车制动模拟和防抱死制动仿真与实验研究。第7章研制了一款基于磁流变液制动器的汽车制动踏板感觉模拟器，对其进行仿真分析和实验研究。第8章分析了汽车转向反馈力矩来源，设计了基于磁流变液制动器的汽车线控转向路感模拟装置。第9章设计了一款磁流变力反馈数据手套，开展了抓握角度测量、反馈力稳定性和反馈力跟踪等实验。第10章根据人体手指耦合运动规律和康复训练需求，研制了一款可穿戴式手部主被动康复训练机器人。

本书相关研究得到了国家自然科学基金项目“智能柔性驱动机器人理论、技术与装备”（51925502）、“高滑差工况下磁流变液制动稳定性影响机理及调控方法研究”（52175047）、“磁流变离合器多场耦合调速机理及其精确控制研究”（51505114），安徽省自然科学基金项目“面向高速重载车辆的磁流变制动器最优制动力跟踪控制研究”（2008085ME140）、“磁流变离合器动力传递不稳定机理及其补偿控制研究”（1608085QE116），中国博士后科学基金特别资助项目“基于磁流变制动器的电动汽车制动系统优化与控制技术”（2016T90561）等的资助，作者在此表示衷心的感谢。同时，感谢合肥工业大学姚兰、庞佳伟、曹子祥、时育杰、王彪、熊焰、罗洋均、董涛、方时瑞等研究生对于本书相关研究内容做出的贡献，也感谢作者所在课题组全体老师的大力支持。

本书由合肥工业大学王道明副教授、訾斌教授和王亚坤博士撰写，全书由王道明副教授统稿。在本书撰写过程中，引用了一些国内外文献资料，在此向有关参考文献的作者表示感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳请读者批评指正。

作者

2021年7月于合肥