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          汽車電磁懸架中的磁流變液
          2023年07月26日

          隨著科技和社會經濟的發展,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越特性,將半主動懸架技術推向了一個新的高度,

          已逐漸成為現代汽車懸架系統研究的最佳選擇。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、控制精確等優異特性,成為智能材料發展的重要分支。當磁流變流體在零場條件下時,它表現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)并轉變為類固體或固態。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鍵部件之一。懸架系統由三個主要部件組成,包括彈性元件、阻尼器和導向機構。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、轉彎和加速時的車身穩定性。車輛懸架系統主要有三種類型:傳統被動懸架、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。傳統的被動懸架系統,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,使控制機構對懸架系統施加一定的控制力。半主動懸架由參數可變的彈簧和阻尼器組成,通過輸入少量能量即可調節懸架的阻尼系數或剛度。理論研究和實驗表明主動懸架可以提供優異的阻尼性能,根據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的被動減震器,這些減震器的彈簧剛度和阻尼系數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

          磁流變阻尼器的結構與傳統的液壓阻尼器類似,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可調的,因此磁流變阻尼器產生的阻尼力也是連續變化的。磁場增大,磁流變液的粘度也增大,它們呈正相關,




          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需要實時監控來控制車輛行駛時的運動??刂破魇紫扔嬎愠龃帕髯冏枘崞餍枰敵龅淖枘崃?,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,不僅受懸架參數、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定性、密封技術、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,可以根據監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定性。為了保證磁流變懸架系統的長期穩定性,磁流變液還需要滿足以下性能要求。

          1、更好的沉降穩定性。磁流變液的沉降穩定性是阻礙磁流變液工程應用的關鍵因素,也是磁流變液發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境中。汽車減震器不應受到地理環境因素的限制,需要適應全天候、全季節的工作條件。

          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的一致性。

          5.更好的密封適應性。磁流變液發展之初最困難的問題之一是密封技術的落后,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象。

          懸架是提高車輛操控性和乘坐舒適性的關鍵部件之一?;诖帕髯冏枘岚胫鲃討壹?,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整并滿足實際應用要求,磁流變懸架也將成為現代汽車懸架系統的最佳選擇研究。

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