彭沖，李連，楊超

（1.重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司，重慶 401120；2.重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044）

前言

汽車懸架系統(tǒng)直接影響了汽車在行駛過(guò)程中的平順性、操縱穩(wěn)定性、舒適性等性能，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展使得電磁懸架在車輛上的應(yīng)用變成了現(xiàn)實(shí)。

基于針國(guó)內(nèi)外汽車電磁主動(dòng)懸架研究，本文對(duì)電磁主動(dòng)懸架研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，根據(jù)作動(dòng)器工作原理的不同大致可以分為磁流變式懸架，磁懸浮式懸架和電機(jī)式懸架。

1 磁流變式主動(dòng)懸架研究現(xiàn)狀

1993年，美國(guó)TRW公司就將磁流變液應(yīng)用到汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)減振器中。美國(guó)福特和通用汽車公司也相繼對(duì)磁流變減振器的應(yīng)用進(jìn)行了研究。此外，Lord公司與Delphi公司于1999年合作開發(fā)出MagneRide懸架磁流變阻尼器[1]，裝備在2002 Cadillac Seville高級(jí)轎車STS上。

我國(guó)對(duì)車輛磁流變減振器的研究起步較晚，重慶大學(xué)在汽車磁流變減振器的理論基礎(chǔ)及工程應(yīng)用做了大量工作[2]，取得了很大進(jìn)展。此外，浙江大學(xué)、南京航空航天大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)[3]等研究機(jī)構(gòu)也對(duì)磁流變減振器進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究。

磁流變減振器在研究和運(yùn)用上取得了一定成果, 同時(shí)也存在統(tǒng)的研發(fā)尚待解決的問(wèn)題主要包括[2]減振器結(jié)構(gòu)與制造工藝、磁流變液的穩(wěn)定性與傳感器集成度和可靠性等方面。

2 磁懸浮式主動(dòng)懸架研究現(xiàn)狀

基于磁懸浮技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用，研究人員嘗試將磁懸浮技術(shù)用于主動(dòng)懸架電磁減振系統(tǒng)。

Mirzaei S，Saghaiannejad S.M等人基于磁懸浮理論，設(shè)計(jì)了一種新型的懸架系統(tǒng)[4]，該裝置主要由硅鋼和線圈組成，通過(guò)控制線圈電流的大小來(lái)控制阻尼力的輸出。

祁建城[5]提出了基于電磁鐵設(shè)計(jì)汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)。采用超聲波傳感器檢測(cè)位移激振信號(hào)，該信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后經(jīng)過(guò)控制器處理，來(lái)調(diào)整線圈電壓的大小，使作用在鑄鋼體上的力發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)整系統(tǒng)剛度和阻尼系數(shù)的目的。

李云超等人[6]根據(jù)電磁學(xué)原理，利用電磁鐵作為懸架作動(dòng)器。并在1/4汽車懸架的基礎(chǔ)上建立了電磁懸架的非線性模型，設(shè)計(jì)了該模型的次優(yōu)控制器，對(duì)模型進(jìn)行仿真，結(jié)果表明電磁懸架能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)懸架的功能，滿足車輛平順性的要求。

目前，磁懸浮技術(shù)的電磁減振器的研究目前只有少數(shù)研究者提出了一些設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了一些理論研究，但技術(shù)尚不成熟，磁懸浮技術(shù)在道路車輛上還沒有應(yīng)用。

3 電機(jī)式主動(dòng)懸架研究現(xiàn)狀

在磁性材料及電控技術(shù)的快速發(fā)展下，電機(jī)式電磁懸架成為懸架發(fā)展的方向。20世紀(jì)90年代美國(guó)德克薩斯大學(xué)電機(jī)中心 Beno等人已開發(fā)一款新型電控懸架，并應(yīng)用于美國(guó)機(jī)動(dòng)車輛上，該作動(dòng)器采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)與齒輪齒條結(jié)合實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)與直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換與力矩的傳遞。

東京大學(xué) Suda等[7]人對(duì)滾珠絲桿類電磁作動(dòng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)等效慣量大及結(jié)構(gòu)沖擊等問(wèn)題，對(duì)作動(dòng)器進(jìn)行了深入的理論研究，并將該系統(tǒng)應(yīng)用于道路試驗(yàn)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的有效性。

國(guó)內(nèi)上海交通大學(xué)喻凡[8]等人基于某款乘用車研制一款滾珠絲桿式電磁懸架作動(dòng)器，對(duì)懸架系統(tǒng)的性能改善和回收能量特性進(jìn)行深入的理論研究,研究表明該懸架系統(tǒng)用于實(shí)車上有助于改善車輛的平順性與舒適性。

重慶大學(xué)鄧兆祥等人[9]設(shè)計(jì)了如感應(yīng)直線式懸架作動(dòng)器，探討了作動(dòng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)如氣隙厚度、同層厚度及繞組等尺寸對(duì)電磁力的影響，利用樣機(jī)進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)。

荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)Bart L. J. Gysen等人[10]基于設(shè)計(jì)一種基于整數(shù)槽三相繞組永磁電磁直線式懸架作動(dòng)器，在體積、質(zhì)量、溫度等條件約束下比較了永磁內(nèi)排列、外排列輸出電磁力的大小。

謝菲爾德大學(xué)Jiabin Wang等人[11]對(duì)主動(dòng)懸架的永磁直線作動(dòng)器永磁體排列進(jìn)行了深入理論分析、推導(dǎo)了各類永磁直線電機(jī)磁路分析公式并建立了電磁懸架作動(dòng)器仿真模型，并對(duì)永磁體尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，以提高作動(dòng)器的推力密度。

研究表明電機(jī)式主動(dòng)懸架具有較大的開發(fā)潛力，同時(shí)電機(jī)式主動(dòng)懸架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、減小控制力波動(dòng)、降低滑移率與提高懸架可靠性還需進(jìn)一步研究與完善。

4 電磁懸架振動(dòng)能量回收研究現(xiàn)狀

為保證電磁主動(dòng)懸架持續(xù)工作，同時(shí)減少能量浪費(fèi)，增加器件的工作性能和使用壽命，能量回饋是電磁主動(dòng)懸架系統(tǒng)的需要研究的主要課題。

自20世紀(jì)70年代，學(xué)者們開始從理論上研究車輛懸架的振動(dòng)能量和回收的可行性。Goldner[12]等對(duì)電磁懸架的饋能能力進(jìn)行了一些基礎(chǔ)研究和評(píng)估。研究指出，對(duì)于2500lb的車輛，以 45km/h的速度行駛在普通高速路上，四支減振器可產(chǎn)生大約7500W的電能。

Abouelnour[13]等對(duì)基于 1/4車輛模型的電磁懸架的能量回收進(jìn)行了研究，研究表明車輛以 56km/h的速度行駛時(shí)，一支減振器可以產(chǎn)生大約150W的能量。

Li[14]等人采用了相同的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了能量的回收，在車速48km/h普通路面下能夠回收最大功率為68W和平均功率為19W的電能。

Zuo[15]等設(shè)計(jì)并測(cè)試了一款車用電磁減振器，測(cè)試結(jié)果表明在懸架簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量相對(duì)速度均方根值為0.25-0.5m/s的情況下，一支電磁減振器可反饋16-64W的能量。

Li等[16]人研究了饋能懸架的饋能特性，還分析了不同頻率及振幅下作動(dòng)器的反向電磁力特性，表明作動(dòng)器在發(fā)電的同時(shí)能夠產(chǎn)生電磁阻尼力，可以實(shí)現(xiàn)饋能懸架的減振。

研究表明電磁主動(dòng)懸架在能量回收方面具有廣闊的前景，可滿足電磁主動(dòng)懸架的自供應(yīng)需求。

5 結(jié)論

針對(duì)電磁主動(dòng)懸架近年來(lái)研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行回顧，對(duì)各類電磁懸架進(jìn)行了分類總結(jié)，分析各類懸架的核心問(wèn)題及發(fā)展方向。結(jié)果顯示，電機(jī)式主動(dòng)懸架為主動(dòng)懸架實(shí)現(xiàn)的主要研究對(duì)象，并對(duì)其饋能特性進(jìn)行深入的探討與研究。隨著電磁、電控等技術(shù)的快速發(fā)展，電機(jī)式主動(dòng)懸架將成為電磁懸架實(shí)現(xiàn)的主要途徑。