1、 第 1 页 共 41 页 1 1 引言引言 1.11.1 本课题研究背景本课题研究背景 随着经济社会的发展，汽车已逐步走入普通家庭，成为人们生活和出行必不可少的 工具，人们对汽车的安全舒适性能也提出了更高的要求。汽车行驶时，由于路面不平及 发动机、传动系、车轮等旋转部件激发汽车的振动，这些振动直接影响到汽车的乘坐舒 适性、操纵稳定性和可靠性。而传统的被动悬架所采用的减振器由于其自身的局限性无 法满足上述要求。磁流变阻尼器是一种在磁场作用下阻尼可控的器件，与传统汽车悬架 系统相比，装有磁流变阻尼器的半主动悬架系统可以根据路面状况和车辆运行状态，在 计算机的控制下自动调节阻尼力的阻尼器，大大提高
2、汽车的舒适性和行车安全性。磁流 变阻尼器的工作原理是改变励磁线圈中的电流从而获得不同强度的磁场，使工作腔中的 磁流变液的流动特性发生变化，从而改变阻尼力的大小。因此，控制器只要能实时精确 调节磁流变阻尼器的驱动电流，就能达到控制磁流变阻尼器的目的1。随着汽车结构和 功能的不断改进和完善，研究汽车振动，设计新型电控系统从而将汽车振动控制到最低 水平已经成为提高现代汽车品质的重要措施。研究性能可靠，调节方便的可调阻尼减振 器将是半主动悬架走向大众的必经之路。 1.21.2 汽车悬架系统简介汽车悬架系统简介 悬架是连接车身和车轮之间全部零部件的总称，是减少动载荷引起的零部件损坏、 提高车辆平顺性(乘
3、座舒适性)和安全性(操纵稳定性)的关键(平顺性和操纵稳定性是汽车 的最重要的性能指标之一)。 悬架系统主要由弹性元件(如钢板弹簧、 螺旋弹簧、 扭杆等)、 减振器和导向机构组成。悬架系统中减振器的主要作用是提供阻尼力，加速车架与车身 振动的衰减，从而改善车辆行驶平顺性。按照系统组成有无控制环节，车辆悬架系统可 粗略分为被动悬架系统和智能悬架系统，智能悬架根据作用原理又可以粗分为主动悬架 和半主动悬架两类。目前汽车上普遍采用的被动悬架其参数足以对车辆乘座舒适性和操 纵稳定性要求的折衷设计，采用保守弹性元件(弹簧)和耗能元件(减振器)，弹簧刚度和 减振器阻尼系数等参数同定，减振器的阻尼力不可调，其
4、弹簧的弹性特性和减振器的阻 尼特性不能随着车辆运行工况的变化而进行调节，优点是结构简单，成本低；缺点是缺 乏灵活性，一旦设计定型，悬架参数就无法调解了，所以采用被动悬架的车辆的减振效 果只能是在特定路况和车况下才能达到最优，难以满足要求越来越高的平顺行和操纵稳 第 2 页 共 41 页 定性的要求2。一旦路况或车况参数发生变化，就会引起车辆平顺性（或)操纵稳定性不 同程度的降低。 1.2.1 汽车悬架系统的分类 在由悬架系统的工作原理不同，目前汽车悬架可分为被动悬架(Passive Suspension)、半主动悬架(Semi-Active Suspension)及主动悬架(Active Su
5、spension) 等三种3。 （1）被动悬架 被动悬架无外部能量输入，弹簧刚度和减振器阻尼系数均不可调。只能在特定工况 下达到最优，缺少对变载荷、变车速、不可预测路况的适应性，限制了被动悬架系统性 能的进一步提高。硬阻尼的悬架能保证良好的操纵稳定性，但将更多的路面输入传递给 车身。当汽车低速行驶在凸凹路面或高速直线行驶时，悬架很硬，驾驶员会对这种不舒 服生厌或者造成货物损坏。软阻尼的悬架使乘座舒适，但它却降低了转弯稳定性、机动 性或斜坡倒车的稳定性。因此设计一个好的被动悬架在某种程度上优化了乘座舒适性和 操纵稳定性，但这种折衷不能消除。被动悬架主要有纵臂式、横臂式和车轮沿主销移动 式独立悬架
6、等。 由于参数不能任意选择和调节， 限制了被动悬架系统性能的进一步提高。 （2）半主动悬架 主要采用调节减振器的阻尼系数法。半主动悬架根据汽车行驶状态的动力学要求， 通过改变减振器的节流口面积或调节节流阀开度来调节液力减振器的阻尼，以改善悬架 的振动特性。半主动悬架中没有主动力作动器，但可通过测取车辆运动信号，经控制器 发出控制信号改变悬架的刚度或阻尼。在半主动悬架系统中，支承车体的重量主要依靠 弹性元件。常用的弹性元件有螺旋弹簧，扭杆弹簧，钢板弹簧，橡胶弹簧和空气弹簧等。 螺旋弹簧和扭杆弹簧可近似认为是线性弹簧，弹簧刚度是常数。钢板弹簧，橡胶弹簧和 空气弹簧是非线性弹簧，其切向刚度随外载荷变化。半主动悬架系统最常用的方法是改 变阻尼力的大小。这方面己有大量的专利和试验模型。阻尼种类繁多，机理复杂，常用 的是物体在粘性流体中运动产生的粘性阻尼，干摩擦阻尼以及材料内部内摩擦而产生的 阻尼等。以上三种阻尼在车辆半主动悬架系统中都有应用。但对于可调节阻尼的半主动 悬架最常用的是粘性阻尼。改变粘性阻尼力大小的方法有两种途径。一种是调节节流口 的开度大小。另一种是应用功能材
