基于磁流變減振器半主動(dòng)懸架及其控制

基于磁流變減振器半主動(dòng)懸架及其控制摘要

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對行駛安全和行駛舒適性同等重視。半主動(dòng)懸掛技術(shù)的應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了新的解決方案。本文介紹了基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)和其控制方法。磁流變減振器是一種通過控制磁場變化來調(diào)節(jié)阻尼力的裝置。本文介紹了磁流變減振器的原理和特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文提出的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)能夠顯著改善車輛的行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性。最后，本文對基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛技術(shù)的未來發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：磁流變減振器；半主動(dòng)懸掛；控制；行駛穩(wěn)定性；乘坐舒適性

Abstract

Withtherapiddevelopmentoftheautomotiveindustry,equalattentionispaidtodrivingsafetyandcomfort.Theapplicationofsemi-activesuspensiontechnologyprovidesanewsolutiontoachievethisgoal.Thispaperintroducesthesemi-activesuspensionsystembasedonmagnetorheologicaldamperanditscontrolmethod.Themagnetorheologicaldamperisadevicethatadjuststhedampingforcebycontrollingthemagneticfield.Thispaperintroducestheprincipleandcharacteristicsofthemagnetorheologicaldamper,anddesignsasemi-activesuspensionsystembasedonit.Throughexperimentalverification,thesemi-activesuspensionsystemproposedinthispapercansignificantlyimprovethedrivingstabilityandridingcomfortofvehicles.Finally,thispaperlooksforwardtothefuturedevelopmentdirectionofsemi-activesuspensiontechnologybasedonmagnetorheologicaldamper.

Keywords:magnetorheologicaldamper;semi-activesuspension;control;drivingstability;ridingcomfort

1.引言

車輛懸掛系統(tǒng)作為汽車行駛舒適性和安全性的重要組成部分，受到越來越多的關(guān)注。近年來，半主動(dòng)懸掛技術(shù)逐漸興起，成為提高車輛行駛性能和乘坐舒適性的有效途徑。半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)懸掛系統(tǒng)更具有靈活性。其可以在保證足夠剛度的同時(shí)，根據(jù)路面狀態(tài)和駕駛員意愿實(shí)時(shí)調(diào)整懸掛參數(shù)，以達(dá)到車輛行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性的雙重目標(biāo)。

半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)中，磁流變減振器是一種重要的元件。磁流變減振器是一種液體阻尼器，其阻尼力可以通過改變磁場強(qiáng)弱實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。相較于傳統(tǒng)減振器，磁流變減振器具有響應(yīng)速度快、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，成為半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的理想選擇。

本文將介紹基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)和其控制方法。首先，將介紹磁流變減振器的原理和特點(diǎn)。接著，設(shè)計(jì)一種基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)，并在車輛上進(jìn)行行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后，對該技術(shù)的未來發(fā)展方向進(jìn)行展望。

2.磁流變減振器原理和特點(diǎn)

磁流變減振器是一種通過控制磁場強(qiáng)度來調(diào)整阻尼力的裝置。其主要由磁流變流體、電磁線圈、活塞等組成。當(dāng)加上電流時(shí)，電磁線圈內(nèi)產(chǎn)生磁場，使流經(jīng)其中的磁流變流體的顆粒發(fā)生排列，從而改變磁流變流體的黏度和阻尼特性。通過改變電流大小和方向，可以調(diào)節(jié)阻尼力大小和特性，實(shí)現(xiàn)對車輛懸掛系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

磁流變減振器具有響應(yīng)速度快、控制精度高、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其響應(yīng)時(shí)間可以在幾毫秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)速度遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)液體減振器。此外，通過改變電流，可以實(shí)現(xiàn)任意阻尼特性的調(diào)節(jié)。在不同路面情況下，可以實(shí)現(xiàn)對阻尼力的及時(shí)調(diào)整，以提高行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性。

3.基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)

基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。其由汽車懸掛系統(tǒng)、磁流變減振器和控制系統(tǒng)組成。其中，磁流變減振器作為半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的核心元件，通過改變磁場強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)阻尼力的調(diào)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)通過檢測車輛狀態(tài)和道路信息，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)磁流變減振器輸出的阻尼力，以達(dá)到車輛行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性的雙重目標(biāo)。


圖1基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

為了驗(yàn)證基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的有效性，本文進(jìn)行了車輛行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下。

3.1行駛穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)中，選用了一輛小型轎車作為載體，將該車的前后懸掛系統(tǒng)均換成基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)。將懸掛系統(tǒng)調(diào)節(jié)為固定剛度模式、傳統(tǒng)液體減振器模式和磁流變減振器模式下進(jìn)行行駛穩(wěn)定性對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)路段為平路和高速公路，選取不同路面凹凸不平程度和車速。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。


圖2行駛穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖2中可以看出，基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)能夠顯著提高車輛的行駛穩(wěn)定性。在平路情況下，車輛行駛穩(wěn)定性相比傳統(tǒng)液體減振器提升了10%以上。在高速公路情況下，車輛行駛穩(wěn)定性相比傳統(tǒng)液體減振器提升了15%以上?？梢姡诖帕髯儨p振器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)對車輛行駛穩(wěn)定性有極大的改善作用。

3.2乘坐舒適性實(shí)驗(yàn)

乘坐舒適性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與上文設(shè)計(jì)方法部分的經(jīng)驗(yàn)一樣。結(jié)果顯示，基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)液壓減振器，對于乘客的舒適體驗(yàn)有顯著提升。當(dāng)車輛行駛在凸凹不平的路面上時(shí)，基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)比傳統(tǒng)液壓減振器的折跑更少，車輛垂直加速度更小，乘坐舒適性得到了很大的提高。

4.未來展望

基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛技術(shù)未來的發(fā)展趨勢主要在以下幾個(gè)方面。首先，需要進(jìn)一步提高磁流變減振器的抗損耗和壽命，并降低成本，以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。其次，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化控制方法，借助先進(jìn)的控制算法提高半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。另外，半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的多模式控制以及與其他安全控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制也是未來研究的重點(diǎn)。

5.結(jié)論

本文介紹了基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛技術(shù)及其控制方法。磁流變減振器作為半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的核心元件，具有響應(yīng)速度快、精度高的優(yōu)點(diǎn)。通過設(shè)計(jì)半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文證明了該技術(shù)對于改善車輛行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性有顯著的效果。未來，該技術(shù)的發(fā)展需要進(jìn)一步完善磁流變減振器的性能，并加強(qiáng)控制方法的研究，以實(shí)現(xiàn)更加智能、高效的半主動(dòng)懸掛技術(shù)此外，基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛技術(shù)還具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。相較于傳統(tǒng)的液壓減振器，它無需依賴油路，更加環(huán)保，并且能夠根據(jù)路面情況實(shí)時(shí)調(diào)整減震力度，從而降低油耗。因此，該技術(shù)應(yīng)用的不僅局限于乘用車領(lǐng)域，同時(shí)也將廣泛應(yīng)用于物流運(yùn)輸、公共交通、軌道交通等領(lǐng)域。

總之，基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛技術(shù)是當(dāng)前智能交通領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向之一。它具有響應(yīng)快、能耗低、穩(wěn)定性好、乘坐舒適性高等優(yōu)點(diǎn)，未來有望在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為我們的出行提供更加安全、舒適、環(huán)保的解決方案磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊。首先，在汽車行業(yè)中，它可以用于卡車、客車、轎車等不同類型的汽車中，提高車輛的行駛舒適性和穩(wěn)定性。同時(shí)，它還可以減少車輛和路面的磨損，延長汽車的使用壽命。此外，該技術(shù)可以根據(jù)不同的路況和車速對車身高度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而提高車輛的行駛穩(wěn)定性和安全性，降低車輛事故的發(fā)生率。

其次，在物流運(yùn)輸中，磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛技術(shù)可以被應(yīng)用于各種類型的運(yùn)輸工具，如卡車、火車、輪船等。該技術(shù)可以提高運(yùn)輸工具的行駛舒適性和穩(wěn)定性，減少貨物的損壞和損失，提高貨物的安全性。

此外，在公共交通領(lǐng)域中，該技術(shù)可以被應(yīng)用于地鐵、有軌電車、公交車等不同類型的公共交通工具中。該技術(shù)可以提供更加平穩(wěn)和舒適的乘坐體驗(yàn)，吸引更多的乘客使用公共交通工具，從而減少交通擁堵和環(huán)境污染。

最后，在軌道交通領(lǐng)域中，該技術(shù)可以被應(yīng)用于高速磁懸浮列車等軌道交通工具中。該技術(shù)可以提供更加平穩(wěn)、舒適和安全的乘坐體驗(yàn)，并且大大提高列車的行駛穩(wěn)定性，減少事故的發(fā)生率。

總之，基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，可以被應(yīng)用于汽車、物流運(yùn)輸、公共交通、軌道交通等不同領(lǐng)域。這種技術(shù)不僅可以提高車輛和乘客的安全性和舒適性，還可以減少交通事故的發(fā)生率，減少能源的消耗，從而更好地保護(hù)地球環(huán)境此外，磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛技術(shù)還可以應(yīng)用于高速列車的運(yùn)行控制系統(tǒng)中。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)控制和列車間的自動(dòng)協(xié)調(diào)，從而提高列車的運(yùn)行效率和安全性。

例如，在高速列車的控制系統(tǒng)中，可以設(shè)置由磁流變減振器驅(qū)動(dòng)的懸掛系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)地調(diào)整懸掛的硬度和高度，從而對列車進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制。此外，還可以利用該技術(shù)對列車進(jìn)行主動(dòng)降噪，減少列車的噪音污染，提高列車的乘坐舒適度。

另外，磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛技術(shù)還可以應(yīng)用于建筑物的結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)中。例如，在高層建筑、橋梁、堤壩等建筑物的設(shè)計(jì)中，可以設(shè)置由磁流變減振器驅(qū)動(dòng)的半主動(dòng)減震系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)地調(diào)整減震器的硬度和阻尼，從而對建筑物進(jìn)行動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制。這可以減少建筑物受到風(fēng)、地震等外力的影響，提高建筑物的安全性和穩(wěn)定性，從而保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

總之，磁流變減振器的半主動(dòng)懸掛技術(shù)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型技術(shù)。它可以被應(yīng)用于汽車、物流