2023年07月26日
隨著科技和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)車輛性能也提出了更高的要求。懸架是提高車輛操控性和乘坐舒適性的關(guān)鍵部件之一。由于基于磁流變阻尼器的半主動(dòng)懸架的一些優(yōu)越特性，將半主動(dòng)懸架技術(shù)推向了一個(gè)新的高度，
已逐漸成為現(xiàn)代汽車懸架系統(tǒng)研究的最佳選擇。磁流變液作為磁流變阻尼器的核心材料，以其響應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)單、控制精確等優(yōu)異特性，成為智能材料發(fā)展的重要分支。當(dāng)磁流變流體在零場(chǎng)條件下時(shí)，它表現(xiàn)為牛頓流體并且可以自由流動(dòng)。當(dāng)在磁流變流體周圍施加磁場(chǎng)時(shí)，磁流變流體的粘度瞬間增加（響應(yīng)時(shí)間以毫秒為單位）并轉(zhuǎn)變?yōu)轭惞腆w或固態(tài)。當(dāng)外部磁場(chǎng)達(dá)到臨界值時(shí)，磁流變流體完全變成固體，并表現(xiàn)出固體的剪切屈服應(yīng)力特性，隨外部磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化。磁流變流體的行為是連續(xù)且可逆的，一旦去除所施加的磁場(chǎng)，磁流變流體立即再次變成牛頓流體，可以自由流動(dòng)。這種獨(dú)特的性質(zhì)是磁流變液成為流行的新型智能材料的原因之一。
懸架是提高車輛操控性和乘坐舒適性的關(guān)鍵部件之一。懸架系統(tǒng)由三個(gè)主要部件組成，包括彈性元件、阻尼器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。阻尼器快速衰減車身振動(dòng)，有效降低路面波動(dòng)對(duì)部件的沖擊載荷，保證制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎和加速時(shí)的車身穩(wěn)定性。車輛懸架系統(tǒng)主要有三種類型：傳統(tǒng)被動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架，圖1說(shuō)明了三種不同類型的懸架系統(tǒng)。傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架系統(tǒng)，其主要部件是具有固定剛度的彈簧和具有固定阻尼力的阻尼器，只能針對(duì)具體路況和車輛工況采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在兩者之間進(jìn)行折衷，無(wú)法滿足不同路況和車輛行駛工況的要求。主動(dòng)懸架是用力發(fā)生器全部或部分替代被動(dòng)懸架中的彈簧和減振器，通過(guò)外部能量的輸入，使控制機(jī)構(gòu)對(duì)懸架系統(tǒng)施加一定的控制力。半主動(dòng)懸架由參數(shù)可變的彈簧和阻尼器組成，通過(guò)輸入少量能量即可調(diào)節(jié)懸架的阻尼系數(shù)或剛度。理論研究和實(shí)驗(yàn)表明主動(dòng)懸架可以提供優(yōu)異的阻尼性能，根據(jù)路況和車輛行駛條件改變阻尼力和彈簧剛度的大小，但硬件昂貴，設(shè)備復(fù)雜，消耗大量能源。目前汽車減震器的主流仍然是傳統(tǒng)的被動(dòng)減震器，這些減震器的彈簧剛度和阻尼系數(shù)不能隨行駛條件而變化，導(dǎo)致車輛的舒適性和操作性損失顯著。
圖 1 汽車懸架系統(tǒng)
磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的液壓阻尼器類似，其核心部件包括：外筒、氣室、活塞、活塞桿等。磁流變阻尼器的工作原理如圖2所示。磁流變阻尼器中，電磁線圈纏繞在阻尼器活塞上，主要工作介質(zhì)是磁流變液。通過(guò)改變線圈的電流大小來(lái)改變磁場(chǎng)，因此施加在磁流變阻尼器上的磁場(chǎng)強(qiáng)度是連續(xù)可調(diào)的，因此磁流變阻尼器產(chǎn)生的阻尼力也是連續(xù)變化的。磁場(chǎng)增大，磁流變液的粘度也增大，它們呈正相關(guān)，
圖2 磁流變阻尼器工作原理
磁流變阻尼懸架的研究重點(diǎn)分為三個(gè)領(lǐng)域，一是半主動(dòng)懸架控制的設(shè)計(jì)；其次是磁流變阻尼器控制的設(shè)計(jì)，最后是磁流變液的具體性能要求。半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)控制車輛行駛時(shí)的運(yùn)動(dòng)。控制器首先計(jì)算出磁流變阻尼器需要輸出的阻尼力，磁流變阻尼器輸出的阻尼力，無(wú)論缺少哪一部分，都會(huì)直接影響車輛的性能。磁流變阻尼器半主動(dòng)懸架是一個(gè)非線性、復(fù)雜的系統(tǒng)，不僅受懸架參數(shù)、車輛載荷、磁流變阻尼器的力學(xué)特性（具有顯著的非線性和遲滯特性）受到道路激勵(lì)和外部環(huán)境的影響，而且還受到外部磁場(chǎng)強(qiáng)度和激勵(lì)頻率等因素的影響，這大大增加了研究難度半主動(dòng)懸架控制器。磁流變效應(yīng)的研究可以追溯到20世紀(jì)40年代，但由于磁粉沉降和團(tuán)聚穩(wěn)定性、密封技術(shù)、裝置磨損等問(wèn)題難以解決，磁流變流體的應(yīng)用一直停滯不前。直到20世紀(jì)20年代末，磁流變阻尼器才被應(yīng)用于汽車工程，法拉利、奧迪、通用汽車和路虎配備了磁流變懸架系統(tǒng)，可以根據(jù)監(jiān)測(cè)車身和車輪運(yùn)動(dòng)的傳感器輸入的信號(hào)實(shí)時(shí)響應(yīng)路況，從而減少車身振動(dòng)并增加各種路況下的車輪牽引力。這可以在保持車速恒定的同時(shí)提高車輛的穩(wěn)定性。為了保證磁流變懸架系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，磁流變液還需要滿足以下性能要求。
1、更好的沉降穩(wěn)定性。磁流變液的沉降穩(wěn)定性是阻礙磁流變液工程應(yīng)用的關(guān)鍵因素，也是磁流變液發(fā)展需要解決的首要問(wèn)題。
2.合適的零場(chǎng)粘度。汽車減震器使用的磁流變液還應(yīng)滿足減震器油粘度的基本要求，以保證油具有良好的流動(dòng)性和低溫適應(yīng)性。
3.更寬的工作溫度。阻尼器單元暴露于其所在的環(huán)境中。汽車減震器不應(yīng)受到地理環(huán)境因素的限制，需要適應(yīng)全天候、全季節(jié)的工作條件。
4、響應(yīng)時(shí)間短。磁流變液響應(yīng)時(shí)間短至毫秒級(jí)，保證磁流變阻尼器與其控制系統(tǒng)的一致性。
5.更好的密封適應(yīng)性。磁流變液發(fā)展之初最困難的問(wèn)題之一是密封技術(shù)的落后，因此要求磁流變液具有良好的密封適應(yīng)性，以消除泄漏和嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。
懸架是提高車輛操控性和乘坐舒適性的關(guān)鍵部件之一。基于磁流變阻尼半主動(dòng)懸架，在半主動(dòng)懸架控制、磁流變阻尼控制和磁流變流體控制的設(shè)計(jì)中進(jìn)行調(diào)整并滿足實(shí)際應(yīng)用要求，磁流變懸架也將成為現(xiàn)代汽車懸架系統(tǒng)的最佳選擇研究。
