車輛半主動懸架技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

懸架系統(tǒng)是汽車的重要組成部分之一。汽車懸架系統(tǒng)是指連接車身和車輪之間全部零部件的總稱，主要由彈簧、減振器和轉(zhuǎn)向機構(gòu)三大部分組成，其作用是傳遞車輪和車架之間的一切力和力矩，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車架（或車身）的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，以保證汽車的平順行駛。
　　
　　半主動懸架是指懸架彈性元件剛度和減振器阻尼力之一或兩者均可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)的懸架。由于半主動懸架在控制品質(zhì)上接近于主動懸架，且結(jié)構(gòu)簡單，能量損耗小，成本低，因而具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br /> 　　半主動懸架技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
　　根據(jù)懸架的阻尼和剛度是否隨著行駛條件的變化而變化，可將懸架分為被動懸架、半主動懸架和主動懸架。隨著生活水平的不斷提高，用戶對汽車舒適性的要求也越來越高，傳統(tǒng)的汽車懸架系統(tǒng)已不能滿足人們的要求。人們希望汽車車身的高度、懸架的剛度、減振器的阻尼大小能隨汽車行駛速度以及路面狀況等行駛條件的變化而自動調(diào)節(jié)，從而達到乘坐舒適性的提高。
　　1973年，美國加州大學(xué)戴維斯分校的D.A.Crosby和D.C.Karnopp首先提出了半主動懸架的概念。其基本原理是：用可調(diào)剛度彈簧或可調(diào)阻尼的減振器組成懸架，并根據(jù)簧載質(zhì)量的加速度響應(yīng)等反饋信號，按照一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)彈簧剛度或減振器的阻尼，以達到較好的減振效果。半主動懸架分為剛度可調(diào)和阻尼可調(diào)兩大類。目前，在半主動懸架的控制研究中，以對阻尼控制的研究居多。阻尼可調(diào)半主動懸架又可分為有級可調(diào)半主動懸架和連續(xù)可調(diào)半主動懸架，有級可調(diào)半主動懸架的阻尼系數(shù)只能取幾個離散的阻尼值，而連續(xù)可調(diào)半主動懸架的阻尼系數(shù)在一定的范圍內(nèi)可連續(xù)變化。
　　有級可調(diào)減振器
　　有級可調(diào)減振器阻尼可在2-3檔之間快速切換，切換時間通常為10-20ms。有級可調(diào)減振器實際上是在減振器結(jié)構(gòu)中采用較為簡單的控制閥，使通流面積在最大、中等或最小之間進行有級調(diào)節(jié)。通過減振器頂部的電機控制旋轉(zhuǎn)閥的旋轉(zhuǎn)位置，使減振器的阻尼在“軟、中、硬”三檔之間變化。有級可調(diào)減振器的結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)相對簡單，但在適應(yīng)汽車行駛工況和道路條件的變化方面有一定的局限性。 連續(xù)可調(diào)減振器 連續(xù)可調(diào)減振器的阻尼調(diào)節(jié)可采取以下兩種方式：
　　1.節(jié)流孔徑調(diào)節(jié)
　　早期的可調(diào)阻尼器主要是節(jié)流孔可實時調(diào)節(jié)的油液阻尼器。通過步進電機驅(qū)動減振器的閥桿，連續(xù)調(diào)節(jié)減振器節(jié)流閥的通流面積來改變阻尼，節(jié)流閥可采用電磁閥或其它形式的驅(qū)動閥來實現(xiàn)。這類減振器的主要問題是節(jié)流閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。
　　2.減振液粘性調(diào)節(jié)
　　使用黏度連續(xù)可調(diào)的電流變或磁流變液體作為減振液，從而實現(xiàn)阻尼無級變化，是當(dāng)前的研究熱點。電流變液體在外加電場作用下，其流體材料性能，如剪切強度、粘度等會發(fā)生顯著的變化，將其作為減振液，只需通過改變電場強度，使電流變液體的粘度改變，就可改變減振器的阻尼力。
　　電流變減振器的阻尼可隨電場強度的改變而連續(xù)變化，無須高精度的節(jié)流閥，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，且無液壓閥的振動、沖擊與噪聲，不需要復(fù)雜的驅(qū)動機構(gòu)，作為半主動懸架的執(zhí)行器是一個非常好的選擇。但電流變液體存在著一些問題，如電致屈服強度小，溫度工作范圍不寬，零電場粘度偏高，懸浮液中固體顆粒與基礎(chǔ)液體之間比重相差較大，易分離、沉降，穩(wěn)定性差，對雜質(zhì)敏感等。要使電流變減振器響應(yīng)迅速、工作可靠，必須解決以下幾個問題：①設(shè)計一個體積小、重量輕、能任意調(diào)節(jié)的高壓電源。②為保證電流變液體的正常工作溫度，有一個散熱系統(tǒng)。③高壓電源的絕緣與封裝。國外如德國Bayer公司和美國Lord公司都已有電流變減振器產(chǎn)品。
　　磁流變液體是指在外加磁場的作用下，流變材料性能發(fā)生急劇變化的流體。通過控制磁場強度，可實現(xiàn)磁流變減振器阻尼的連續(xù)、無級調(diào)節(jié)。
　　磁流變減振器具有電流變減振器相似的特點，磁流變液是一種由細小的磁性顆粒懸浮于絕緣介質(zhì)中形成的液體。其黏度隨著外加磁場強度的增加而遞增，直至半固態(tài)，而一旦外加磁場消失，它又自行恢復(fù)原狀，整個過程可在毫秒級時間內(nèi)完成。美國Lord公司、福特公司、德國BASF等紛紛投入巨資進行了研究，如Lord公司開發(fā)的磁流變液MRX-126PD，采用單出桿活塞缸結(jié)構(gòu)設(shè)計的磁流變減振器已用于大型載貨汽車半主動懸架減振系統(tǒng)。
　　電流變液與磁流變液的特性如下表所示，它們都能滿足汽車工作要求。但在屈服應(yīng)力、溫度范圍、塑性粘度和穩(wěn)定性等性能方面，磁流變液體強于電流變液體。