新型汽车电流变液体减振器控制系统研究

　　1　前　言

　　车辆的振动控制水平是车辆现代化水平的重要标志。悬架装置实现了车身和车轮间的弹性连接和弹性支承,以保证车辆行驶的舒适性和安全性。但舒适性和安全性对悬架的要求是矛盾的,被动悬架由于无法调节悬架的参数,因而只能作一些折衷的考虑。电流变液体是20世纪80年代迅速发展起来的一种智能材料,没有外加电场时,其流动特性符合牛顿流体的特性,加上外电场后,其力学性能发生明显变化,液体的粘性流动阻力加大,屈服应力和抗剪切应力增强,这一奇特的性能,与计算机结合可以构造出满足各种需要的智能装置。用它替代目前汽车减振器的减振液,可以构造出一种新型汽车智能减振器。笔者对汽车电流变液体减振器半主动悬架的控制策略进行了探讨,设计了一种简单实用的位移测量以及相对速度测量电路,重点介绍了汽车电流变液体减振器控制系统的组成与设计,为汽车悬挂减振实时控制和工程实用化奠定了基础。

　　2　新型电流变液体减振器的工作原理

　　新型电流变液体减振器的工作原理[1,2]如图1所示,减振器由电流变阀和双筒液力减振器主体构成,当电场强度为零时,该减振器仍保留了原双筒液力减振器的功能。其控制作用主要由电流变阀产生,电流变阀的阻尼力又由两部分组成:一部分是粘性本底阻尼力;另一部分是由电场作用产生的电致阻尼力。通过改变电场强度能获得可变的阻尼力,由此实现阻尼力的主动调节。电场变化范围越大,可控性越好。由电流变液体减振器的结构可知,减振器在复原行程和压缩行程所

　　式中,L为电流变阀的长度;h为电流变阀的间隙;D和d分别为活塞与活塞杆的直径;η0为零电场时电流变液体的粘度;E为电场强度;Lg为底阀阀杆小孔孔长;dg为底阀阀杆小孔的直径;Ld为导向器上连通孔孔长;dd为导向器上连通孔的直径;μ为流量系数;Ay为等效面积;ρ为工作液密度;KE为与电流变液体相关的比例系数。

　　其等效阻尼系数计算公式为

　　式中,Ceq为等效阻尼系数;C0为零电场时的阻尼系数;Ce为电致阻尼系数。

　　3　汽车电流变液体减振器半主动悬架的控制策略探讨

　　3.1　汽车电流变液体减振器控制系统的组成

　　电流变液体减振器是受到广泛关注的一种减振器,它响应迅速、结构简单、能源消耗低,与汽车弹性元件并联共同构成半主动悬挂系统,这种半主动悬挂系统性能远远优于普通的被动悬挂系统,半主动悬挂系统除刚度不变的弹性元件之外,主要由以下3个关键部分组成:电流变液体减振器、高压电源、控制器及控制软件。两自由度四分之一车辆模型是一种能较好地描述汽车悬挂系统实际情况的模型[3~5],可采用该模型来研究电流变液体减振器半主动悬挂系统的特性。电流变液体减振器控制系统框图如图2所示。