電磁減震器作用原理

增大電動車蓄電池電力

高密度永久磁鐵組鑲嵌在運動活塞上，活塞桿通過兩端尼龍滑動軸承固定在減震器缸體上，缸體與活塞之間留有適當(dāng)?shù)拈g隙，從而使永久磁鐵活塞可以在缸體內(nèi)自由往復(fù)滑動;缸體上的定子線圈通過連接導(dǎo)線與外界電子控制器ECU相連。當(dāng)電動車在減振性能良好的路面上行駛時，由于減震器下端直接與車輪或搖架相連，因此帶動減震器內(nèi)的永久磁鐵活塞上下往復(fù)運動，高密度永久磁鐵形成的強大磁場不斷切割定子線圈，從而使定子線圈產(chǎn)生感應(yīng)交流電，經(jīng)整流后變成直流電，輸送電子控制開關(guān)。由電子控制器ECU直接控制的電子開關(guān)，將每個電磁減震器上產(chǎn)生的感生電動勢(平均每個大干25 w)及其它電子裝置上產(chǎn)生的感生電動勢(例如制動再生電流)收集起來，輸送給蓄電池，為蓄電池充電，達(dá)到增大電動車蓄電池電力的目的。

電磁減震器的發(fā)電功能和減振性能完美統(tǒng)一

當(dāng)電動車在凹凸不平的惡劣路面上行駛或由單人駕駛改為雙人騎乘，車輪劇烈地跳動時，電子控制器ECU通過加速度傳感器和其它傳感器立即感知到這一變化，于是控制電子開關(guān)切斷動力-發(fā)電減震器的輸出回路，接通定子線圈的輸入回路，為定子線圈輸入外加電流，動力-發(fā)電減震器瞬間便變成線性電動機，產(chǎn)生反方向阻力和減振力，緩和路面的沖擊與振動。輸入的外加電流越大，定子線圈產(chǎn)生的磁場越強，直線電機產(chǎn)生的反方向阻力和減振力也就越大，系統(tǒng)對電流的控制完全與行駛加速度及路面顛簸狀況相適應(yīng)。這就意味著可以根據(jù)各種路況和載荷選擇最佳的減振力，使電動車的行駛舒適性和運動性完美統(tǒng)一，使電磁減震器的發(fā)電功能和減振性能完美統(tǒng)一。

電流變與磁流變減震器

電流變與磁流變減震器主要包括電磁減震器、電磁液、傳感器及控制器4大部分，這種電磁減震器內(nèi)采用的不是普通的減振油，而是使用一種黏性連續(xù)可控的新型功能材料--電流變或磁流變特殊減振液。

電流變減振液是由合成碳?xì)浠衔镆约?~l 0μm大小的磁性顆粒組成，在外加電場作用下，其流變材料的性能，如剪切強度，外觀黏度等會發(fā)生顯著的變化。將這種特殊減振液裝入電流變減震器內(nèi)，通過改變電場強度使電流液的黏度改變，從而改變減震器的阻尼力，使阻尼力大小隨電場強度的改變而連續(xù)變化，實現(xiàn)阻尼力無級調(diào)節(jié)，達(dá)到在舒適模式下，減振液較為粘稠，吸振效果較顯著;而在運動模式下，減震器會直率地傳遞道路表面的狀況。這2種模式會帶給駕駛者截然不同的全新感受。

電流變液體存在問題

如屈服強度小，工作溫度范圍較窄，零電場黏度偏高，懸浮液中固體顆粒與基礎(chǔ)液體之間比重相差較大、容易分離，沉降穩(wěn)定性差，對雜質(zhì)敏感等難以適應(yīng)電流變減震器長期穩(wěn)定工作的需要。要使電流變減震器響應(yīng)迅速、工作可靠，必須解決5大問題:1)要設(shè)計一個體積小、質(zhì)量小，能任意調(diào)節(jié)的高壓電源;2)為保證電流變液體的正常工作溫度必須要設(shè)計一個散熱系統(tǒng);3)充裝電流變液體時，要保證無污染;4)要有性能優(yōu)良的電流變液體;5)要解決高壓電源的絕緣與封裝等。電流變減震器正處于研究發(fā)展階段，目前國外已有一些產(chǎn)品問世，如德國的電流變減震器及美國的相關(guān)產(chǎn)品等。

擠壓模式減震器

具有小位移大阻尼力的特點，主要用于精密儀器減振。目前，應(yīng)用較多的一般是基于流動模式或是基于流動模式和剪切模式的混合模式。剪切閥式磁流變減震器的工作原理圖。當(dāng)活塞與缸體發(fā)生相對運動時，則會擠壓缸體內(nèi)的磁流變液體，迫使其通過活塞與缸體之間的間隙從一端流向另一端;當(dāng)間隙加上由線圈所產(chǎn)生的磁場后，則其中的磁流變液體固化，變?yōu)檎乘苄泽w，使活塞與缸體相對運動的阻尼力增大，通過調(diào)節(jié)線圈的電流大小調(diào)節(jié)磁場的強度，從而可以調(diào)節(jié)減震器的阻尼力大小。磁流變減震器具有電流變減震器同樣的特點，但是磁流變液體的磁化和退磁需要時間，因此響應(yīng)速度比電流變減震器稍許慢些。

結(jié)論

總之，無論是電流變或磁流變電磁減震器，都無須移動任何機械部件，實現(xiàn)阻尼力的連續(xù)、無級調(diào)節(jié)，響應(yīng)非常及時。減震力僅取決于電磁流變液體的電流大小或磁場強度，調(diào)節(jié)頻率可達(dá)l000 Hz。

日立制作所研制的電磁減震器

日本日立制作所研制的電磁減震器是由傳感器、電子控制器ECU、圓筒型線性電動機和彈簧液壓減震器4大部分組成的有源懸架系統(tǒng)。

日立制作所研制的電磁減震器與單用彈簧液壓減震器對比試驗結(jié)果，紅線為使用線性電動機控制時車身垂直振動加速度隨振動頻率的變化曲線，黑線為單獨使用彈簧液壓減振，即不使用線性電動機時的變化曲線?？梢姡褂镁€性電動機與不使用線性電動機相比可將振動頻率在1.5Hz附近的振動減輕8dB。目前，該電磁減震器已經(jīng)安裝在SUV(Sports utility Vehicles)運動型多用途車上進(jìn)行了實驗，獲得了大量的實際行駛數(shù)據(jù)。預(yù)計到2009年可小批量安裝到SUV汽車和大排量運動型摩托車上。

發(fā)電減震器PGSA

美國博斯(BOSE)公司研制成功的動力-發(fā)電減震器PGSA(Power-Generating Shock Absorber。)與日本日立制作所研制的電磁減震器的不同點是取消了彈簧液壓減震器，完全由線性電動機電磁系統(tǒng)LMES(Linear Motion Electromagnetic System)組成電磁減震器。不僅進(jìn)一步簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而且可在正常行駛工況下，具有發(fā)電功能，每個PGSA可產(chǎn)生至少25 w的功率為電動車電池充電，這對于完全依靠電力驅(qū)動的電動車來說是非常有利的，可以較大幅度地增加蓄電池的電力，延長電動車的續(xù)駛里程。

美國博斯公司是世界上著名的立體音響制造商，線性電動機技術(shù)早已運用于硬盤機讀取頭(也稱激光頭)上，在制造線性電動機方面積累了豐富的實踐經(jīng)驗。公司設(shè)計大師蓋瑞.馬歇爾(Garry Marshall)通過多年的努力，設(shè)計開發(fā)出一種全新的完全可用于電動車上的動力一發(fā)電減震器PGSA，其外形尺寸和安裝方式與傳統(tǒng)彈簧液壓減震器完全相同，安裝到普通電動車上不需要任務(wù)改裝，使用非常方便，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

日立

以日本日立制作所研制的電磁減震器為例，這款是電磁減震器由傳感器、電子控制器ECU、圓筒型線性電動機和彈簧液壓減震器4大部分組成的有源懸架系統(tǒng)。

系統(tǒng)中的傳感器有加速度傳感器和懸架行程傳感器。加速度傳感器用來檢測路面凹凸不平的程度，輸送給電子控制器ECU，發(fā)出指令控制線性電動機產(chǎn)生與減震器運動方向完全相反的反作用力運動行程，減輕車輛上下的振動。懸掛行程傳感器用來檢測減震器的實際運動行程，然后反饋給電子控制器ECU適時修正線性電動機的反作用力運動行程。

系統(tǒng)中的核心部件

是線性電動機和電子控制器ECU，線性電動機實際上就是由定子線圈和運動磁鐵組成的直線電動機，其工作原理與普通旋轉(zhuǎn)式電動機相同。普通旋轉(zhuǎn)式電動機是利用電流的變化，使電動機的定子線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，感應(yīng)轉(zhuǎn)子磁鐵轉(zhuǎn)動。直線電動機可視為將普通旋轉(zhuǎn)式電動機從圓心沿半徑切開后，平直展開而成，這樣原本旋轉(zhuǎn)的磁場就變成了直線方向行進(jìn)的磁場，而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動也變成直線移動。

系統(tǒng)對電流大小的控制

安裝在彈簧液壓減震器下部的線性電動機，其定子線圈固定在減震器缸體上，線圈中的電流強度直接由電子控制器ECU控制，電子控制器ECU根據(jù)加速度傳感器檢測到的路面實際狀況和懸架行程傳感器檢測到的實際運動行程，發(fā)出指令精確控制輸入定子線圈的電流強度，從而精確控制直線電動機的反方向運動阻尼力和減振力，緩和路面的沖擊與振動。輸入的電流越大，定子線圈中產(chǎn)生的磁場就越強，直線電動機產(chǎn)生反方向的阻尼力和減振力也就越大， 由此可見，系統(tǒng)對電流大小的控制完全與行駛加速度及路面顛簸狀況相適應(yīng)。

這就意味著可以根據(jù)各種路況和載荷情況選擇最佳的減振力。當(dāng)車輛在凹凸不平的惡劣路面上行駛或由單人駕駛改為雙人騎乘，車輪劇烈地跳動時，系統(tǒng)自動控制定子線圈輸入更大的電流，使直線電動機產(chǎn)生與減震器運動方向完全相反的更大阻尼力和減振力，抵消緩沖減震器的劇烈振動。電子控制器ECU可在1 S時間內(nèi)讓減震器的阻力和減振力連續(xù)改變1 000次，與單獨使用彈簧液壓減震器相比，既提高響應(yīng)速度，又可提高舒適性，堪稱全球動作最快、最先進(jìn)的智能懸架系統(tǒng)。

使用線性電動機與不使用線性電動機相比可將振動頻率在1.5 Hz附近的振動減輕8 dB。目前，該電磁減震器已經(jīng)安裝在SUV (Sports Utility Vehicles)運動型多用途車上進(jìn)行了實驗，獲得了大量的實際行駛數(shù)據(jù)。預(yù)計到2009年可小批量安裝到SUV汽車和大排量運動型摩托車上。

電磁流變減震器，該減震器活塞上繞有電磁線圈，當(dāng)電磁線圈中無電流通過時，活塞內(nèi)4個微型通道中的電磁液未被磁化，不規(guī)則排列的磁性顆粒呈均勻分布狀態(tài)，產(chǎn)生的阻尼力與普通減振油相同;一旦控制單元發(fā)出脈沖信號，線圈內(nèi)便會產(chǎn)生電壓，從而形成一個磁場，并改變粒子的排列方式。這些粒子馬上會按垂直于活塞運動的方向排列，阻礙油在活塞微型通道內(nèi)流動，提高阻尼效果?；钊€圈中輸入的電流強度越大，形成的磁場強度越強，磁性顆粒被磁化的程度越好，產(chǎn)生的阻尼力就越大。由此可見，磁流變液體產(chǎn)生阻尼力的大小隨輸入電流強度的大小而變化，電子控制器ECU完全可以根據(jù)道路狀況和載荷情況，通過適時準(zhǔn)確地控制輸入活塞線圈的電流強度，精確地控制減震器的減振性能，達(dá)到舒適性和運動性完美統(tǒng)一的最佳效果，即使是在最顛簸的路面，也能保證車輛平穩(wěn)行駛。