2023年07月26日
隨著科技和社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對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懸架的一些優(yōu)越特性，將半主動懸架技術(shù)推向了一個新的高度，
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，以其響應速度快、操作簡單、控制精確等優(yōu)異特性，成為智能材料發(fā)展的重要分支。當磁流變流體在零場條件下時，它表現(xiàn)為牛頓流體并且可以自由流動。當在磁流變流體周圍施加磁場時，磁流變流體的粘度瞬間增加（響應時間以毫秒為單位）并轉(zhuǎn)變?yōu)轭惞腆w或固態(tài)。當外部磁場達到臨界值時，磁流變流體完全變成固體，并表現(xiàn)出固體的剪切屈服應力特性，隨外部磁場強度的變化而變化。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，磁流變流體立即再次變成牛頓流體，可以自由流動。這種獨特的性質(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)由三個主要部件組成，包括彈性元件、阻尼器和導向機構(gòu)。阻尼器快速衰減車身振動，有效降低路面波動對部件的沖擊載荷，保證制動、轉(zhuǎn)彎和加速時的車身穩(wěn)定性。車輛懸架系統(tǒng)主要有三種類型：傳統(tǒng)被動懸架、主動懸架和半主動懸架，圖1說明了三種不同類型的懸架系統(tǒng)。傳統(tǒng)的被動懸架系統(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，只能針對具體路況和車輛工況采用優(yōu)化設計方法在兩者之間進行折衷，無法滿足不同路況和車輛行駛工況的要求。主動懸架是用力發(fā)生器全部或部分替代被動懸架中的彈簧和減振器，通過外部能量的輸入，使控制機構(gòu)對懸架系統(tǒng)施加一定的控制力。半主動懸架由參數(shù)可變的彈簧和阻尼器組成，通過輸入少量能量即可調(diào)節(jié)懸架的阻尼系數(shù)或剛度。理論研究和實驗表明主動懸架可以提供優(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，設備復雜，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。通過改變線圈的電流大小來改變磁場，因此施加在磁流變阻尼器上的磁場強度是連續(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分為三個領(lǐng)域，一是半主動懸架控制的設計；其次是磁流變阻尼器控制的設計，最后是磁流變液的具體性能要求。半主動懸架控制系統(tǒng)需要實時監(jiān)控來控制車輛行駛時的運動。控制器首先計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，無論缺少哪一部分，都會直接影響車輛的性能。磁流變阻尼器半主動懸架是一個非線性、復雜的系統(tǒng)，不僅受懸架參數(shù)、車輛載荷、磁流變阻尼器的力學特性（具有顯著的非線性和遲滯特性）受到道路激勵和外部環(huán)境的影響，而且還受到外部磁場強度和激勵頻率等因素的影響，這大大增加了研究難度半主動懸架控制器。磁流變效應的研究可以追溯到20世紀40年代，但由于磁粉沉降和團聚穩(wěn)定性、密封技術(shù)、裝置磨損等問題難以解決，磁流變流體的應用一直停滯不前。直到20世紀20年代末，磁流變阻尼器才被應用于汽車工程，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)測車身和車輪運動的傳感器輸入的信號實時響應路況，從而減少車身振動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提高車輛的穩(wěn)定性。為了保證磁流變懸架系統(tǒng)的長期穩(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用的關(guān)鍵因素，也是磁流變液發(fā)展需要解決的首要問題。
2.合適的零場粘度。汽車減震器使用的磁流變液還應滿足減震器油粘度的基本要求，以保證油具有良好的流動性和低溫適應性。
3.更寬的工作溫度。阻尼器單元暴露于其所在的環(huán)境中。汽車減震器不應受到地理環(huán)境因素的限制，需要適應全天候、全季節(jié)的工作條件。
4、響應時間短。磁流變液響應時間短至毫秒級，保證磁流變阻尼器與其控制系統(tǒng)的一致性。
5.更好的密封適應性。磁流變液發(fā)展之初最困難的問題之一是密封技術(shù)的落后，因此要求磁流變液具有良好的密封適應性，以消除泄漏和嚴重的腐蝕現(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懸架，在半主動懸架控制、磁流變阻尼控制和磁流變流體控制的設計中進行調(diào)整并滿足實際應用要求，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。
