汽车减震器之一电磁减震器的结构原理

博龙源

内容简介：现在汽车应用的减震器多数为油液式减震器，在高档汽车配备有空气－油液式减震器，而新式的电磁减震器应用于奥迪，对于电磁减震器，多数人还是第一次听说吧，本站整理了电磁减震器的图片及相关结构和原理！
    电磁减震器的结构图电磁减震器(Electromagnetic Absorber)是利用电磁反应的一种新型智能化独立悬架系统。它利用多种传感器检测路面状况和各种行驶工况，传输给电子控制器ECU，控制电磁减震器瞬间做出反应，抑制振动，保持车身稳定，特别是在车速很高，突遇障碍物时更能显出它的优势。电磁减震器的反应速度高达1000 Hz，比传统减震器快5倍，彻底解决了传统减震器存在的舒适性和稳定性不能兼顾的问题，并能适应变化的行驶工况和任意道路激励，即使是在最颠簸的路面，电磁减震器也能保证摩托车平稳行驶，代表了减震器发展的方向。




简介
　　电磁减振系统是一种可选装的配置。它的使用可以说解决了长期以来在舒适性和运动性之间的矛盾。作为一种连续的自适应系统，它能在几毫秒内调整阻尼特性使其更加适应路面情况和驾驶员的习惯。
　　而减震器内采用的不是普通油，而是一种称作电磁液的特殊液体，它是由合成碳氢化合物以及3至10微米大小的磁性颗粒组成。一旦控制单元发出脉冲信号，线圈内便会产生电压，从而形成一个磁场，并改变粒子的排列方式。这些粒子马上会按垂直于压力的方向排列，阻碍油在活塞通道内流动的效果，从而提高组尼系数。
　　与传统的减震器相比，在舒适模式下，减震器油较黏稠，吸震效果较显著。这种模式适合普通道路行驶。而在运动模式下，减震器会直率地传递道路表面的状况。这两种模式会带给驾者截然不同的感受。
原理
日立
　　以日本日立制作所研制的电磁减震器为例，这款是电磁减震器由传感器、电子控制器ECU、圆筒型线性电动机和弹簧液压减震器4大部分组成的有源悬架系统。
　　系统中的传感器有加速度传感器和悬架行程传感器。加速度传感器用来检测路面凹凸不平的程度，输送给电子控制器ECU，发出指令控制线性电动机产生与减震器运动方向完全相反的反作用力运动行程，减轻车辆上下的振动。悬挂行程传感器用来检测减震器的实际运动行程，然后反馈给电子控制器ECU适时修正线性电动机的反作用力运动行程。
系统中的核心部件
　　是线性电动机和电子控制器ECU，线性电动机实际上就是由定子线圈和运动磁铁组成的直线电动机，其工作原理与普通旋转式电动机相同。普通旋转式电动机是利用电流的变化，使电动机的定子线圈产生旋转磁场，感应转子磁铁转动。直线电动机可视为将普通旋转式电动机从圆心沿半径切开后，平直展开而成，这样原本旋转的磁场就变成了直线方向行进的磁场，而转子的转动也变成直线移动。
系统对电流大小的控制
　　安装在弹簧液压减震器下部的线性电动机，其定子线圈固定在减震器缸体上，线圈中的电流强度直接由电子控制器ECU控制，电子控制器ECU根据加速度传感器检测到的路面实际状况和悬架行程传感器检测到的实际运动行程，发出指令精确控制输入定子线圈的电流强度，从而精确控制直线电动机的反方向运动阻尼力和减振力，缓和路面的冲击与振动。输入的电流越大，定子线圈中产生的磁场就越强，直线电动机产生反方向的阻尼力和减振力也就越大， 由此可见，系统对电流大小的控制完全与行驶加速度及路面颠簸状况相适应。
　　这就意味着可以根据各种路况和载荷情况选择最佳的减振力。当车辆在凹凸不平的恶劣路面上行驶或由单人驾驶改为双人骑乘，车轮剧烈地跳动时，系统自动控制定子线圈输入更大的电流，使直线电动机产生与减震器运动方向完全相反的更大阻尼力和减振力，抵消缓冲减震器的剧烈振动。电子控制器ECU可在1 S时间内让减震器的阻力和减振力连续改变1 000次，与单独使用弹簧液压减震器相比，既提高响应速度，又可提高舒适性，堪称全球动作最快、最先进的智能悬架系统。
　　使用线性电动机与不使用线性电动机相比可将振动频率在1．5 Hz附近的振动减轻8 dB。目前，该电磁减震器已经安装在SUV (Sports Utility Vehicles)运动型多用途车上进行了实验，获得了大量的实际行驶数据。预计到2009年可小批量安装到SUV汽车和大排量运动型摩托车上。
不同类型的电磁减震器
日立制作所研制的电磁减震器
　　日本日立制作所研制的电磁减震器是由传感器、电子控制器ECU、圆筒型线性电动机和弹簧液压减震器4大部分组成的有源悬架系统。
　　日立制作所研制的电磁减震器与单用弹簧液压减震器对比试验结果，红线为使用线性电动机控制时车身垂直振动加速度随振动频率的变化曲线，黑线为单独使用弹簧液压减振，即不使用线性电动机时的变化曲线。可见，使用线性电动机与不使用线性电动机相比可将振动频率在1.5Hz附近的振动减轻8dB。目前，该电磁减震器已经安装在SUV(Sports utility Vehicles)运动型多用途车上进行了实验，获得了大量的实际行驶数据。预计到2009年可小批量安装到SUV汽车和大排量运动型摩托车上。
发电减震器PGSA
　　美国博斯(BOSE)公司研制成功的动力—发电减震器PGSA(Power-Generating Shock Absorber。)与日本日立制作所研制的电磁减震器的不同点是取消了弹簧液压减震器，完全由线性电动机电磁系统LMES(Linear Motion Electromagnetic System)组成电磁减震器。不仅进一步简化了系统的结构，而且可在正常行驶工况下，具有发电功能，每个PGSA可产生至少25 w的功率为电动车电池充电，这对于完全依靠电力驱动的电动车来说是非常有利的，可以较大幅度地增加蓄电池的电力，延长电动车的续驶里程。
　　美国博斯公司是世界上著名的立体音响制造商，线性电动机技术早已运用于硬盘机读取头(也称激光头)上，在制造线性电动机方面积累了丰富的实践经验。公司设计大师盖瑞.马歇尔(Garry Marshall)通过多年的努力，设计开发出一种全新的完全可用于电动车上的动力一发电减震器PGSA，其外形尺寸和安装方式与传统弹簧液压减震器完全相同，安装到普通电动车上不需要任务改装，使用非常方便，其结构如图6所示。
作用原理
增大电动车蓄电池电力
　　高密度永久磁铁组镶嵌在运动活塞上，活塞杆通过两端尼龙滑动轴承固定在减震器缸体上，缸体与活塞之间留有适当的间隙，从而使永久磁铁活塞可以在缸体内自由往复滑动；缸体上的定子线圈通过连接导线与外界电子控制器ECU相连。当电动车在减振性能良好的路面上行驶时，由于减震器下端直接与车轮或摇架相连，因此带动减震器内的永久磁铁活塞上下往复运动，高密度永久磁铁形成的强大磁场不断切割定子线圈，从而使定子线圈产生感应交流电，经整流后变成直流电，输送电子控制开关。由电子控制器ECU直接控制的电子开关，将每个电磁减震器上产生的感生电动势(平均每个大干25 w)及其它电子装置上产生的感生电动势(例如制动再生电流)收集起来，输送给蓄电池，为蓄电池充电，达到增大电动车蓄电池电力的目的。
电磁减震器的发电功能和减振性能完美统一
　　当电动车在凹凸不平的恶劣路面上行驶或由单人驾驶改为双人骑乘，车轮剧烈地跳动时，电子控制器ECU通过加速度传感器和其它传感器立即感知到这一变化，于是控制电子开关切断动力—发电减震器的输出回路，接通定子线圈的输入回路，为定子线圈输入外加电流，动力-发电减震器瞬间便变成线性电动机，产生反方向阻力和减振力，缓和路面的冲击与振动。输入的外加电流越大，定子线圈产生的磁场越强，直线电机产生的反方向阻力和减振力也就越大，系统对电流的控制完全与行驶加速度及路面颠簸状况相适应。这就意味着可以根据各种路况和载荷选择最佳的减振力，使电动车的行驶舒适性和运动性完美统一，使电磁减震器的发电功能和减振性能完美统一。
电流变与磁流变减震器
　　电流变与磁流变减震器主要包括电磁减震器、电磁液、传感器及控制器4大部分，这种电磁减震器内采用的不是普通的减振油，而是使用一种黏性连续可控的新型功能材料——电流变或磁流变特殊减振液。
　　电流变减振液是由合成碳氢化合物以及3～l 0μm大小的磁性颗粒组成，在外加电场作用下，其流变材料的性能，如剪切强度，外观黏度等会发生显著的变化。将这种特殊减振液装入电流变减震器内，通过改变电场强度使电流液的黏度改变，从而改变减震器的阻尼力，使阻尼力大小随电场强度的改变而连续变化，实现阻尼力无级调节，达到在舒适模式下，减振液较为粘稠，吸振效果较显著；而在运动模式下，减震器会直率地传递道路表面的状况。这2种模式会带给驾驶者截然不同的全新感受。
电流变液体存在问题
　　如屈服强度小，工作温度范围较窄，零电场黏度偏高，悬浮液中固体颗粒与基础液体之间比重相差较大、容易分离，沉降稳定性差，对杂质敏感等难以适应电流变减震器长期稳定工作的需要。要使电流变减震器响应迅速、工作可靠，必须解决5大问题：1)要设计一个体积小、质量小，能任意调节的高压电源；2)为保证电流变液体的正常工作温度必须要设计一个散热系统；3)充装电流变液体时，要保证无污染；4)要有性能优良的电流变液体；5)要解决高压电源的绝缘与封装等。电流变减震器正处于研究发展阶段，目前国外已有一些产品问世，如德国的电流变减震器及美国的相关产品等。
挤压模式减震器
　　具有小位移大阻尼力的特点，主要用于精密仪器减振。目前，应用较多的一般是基于流动模式或是基于流动模式和剪切模式的混合模式。剪切阀式磁流变减震器的工作原理图。当活塞与缸体发生相对运动时，则会挤压缸体内的磁流变液体，迫使其通过活塞与缸体之间的间隙从一端流向另一端；当间隙加上由线圈所产生的磁场后，则其中的磁流变液体固化，变为粘塑性体，使活塞与缸体相对运动的阻尼力增大，通过调节线圈的电流大小调节磁场的强度，从而可以调节减震器的阻尼力大小。磁流变减震器具有电流变减震器同样的特点，但是磁流变液体的磁化和退磁需要时间，因此响应速度比电流变减震器稍许慢些。
　　结论
　　总之，无论是电流变或磁流变电磁减震器，都无须移动任何机械部件，实现阻尼力的连续、无级调节，响应非常及时。减震力仅取决于电磁流变液体的电流大小或磁场强度，调节频率可达l000 Hz。
奥迪跑车上的应用
　　的磁流变减震器，该减震器活塞上绕有电磁线圈，当电磁线圈中无电流通过时，活塞内4个微型通道中的电磁液未被磁化，不规则排列的磁性颗粒呈均匀分布状态，产生的阻尼力与普通减振油相同；一旦控制单元发出脉冲信号，线圈内便会产生电压，从而形成一个磁场，并改变粒子的排列方式。这些粒子马上会按垂直于活塞运动的方向排列，阻碍油在活塞微型通道内流动，提高阻尼效果。活塞线圈中输入的电流强度越大，形成的磁场强度越强，磁性颗粒被磁化的程度越好，产生的阻尼力就越大。由此可见，磁流变液体产生阻尼力的大小随输入电流强度的大小而变化，电子控制器ECU完全可以根据道路状况和载荷情况，通过适时准确地控制输入活塞线圈的电流强度，精确地控制减震器的减振性能，达到舒适性和运动性完美统一的最佳效果，即使是在最颠簸的路面，也能保证车辆平稳行驶。
　二：电磁减震器称为Electromagnetic Absorber，利用电磁反应产生阻尼的一种新型智能化减震系统。


帕萨特CC用电磁减震器图

　　

　　 电磁减震器的电子控制器ECU根据加速度传感器检测到的路面实际状况和悬架行程传感器检测到的实际运动行程，发出指令控制电磁减震器内的电流。电磁减震器的控制有两种方式：

　　第一种是纯电磁控制，减震器内没有了传统油液减震器的油液，电子减震器活塞外侧有定子线圈，控制定子线圈的电流强度，从而精确控制直线电动机的反方向运动阻尼力和减振力，缓和路面的冲击与振动。输入的电流越大，定子线圈中产生的磁场就越强，直线电动机产生反方向的阻尼力和减振力也就越大。

　　第二种是可是说电液一体控制，和传统油液减震器一样，依靠油液在节流孔的流动实现阻尼效果，只是电磁减震器内的油液是一种新型的电磁液，它是由合成碳氢化合物以及3至10微米大小的磁性粒子组成的。一旦控制单元发出脉冲信号，线圈内便会产生电压，从而形成一个磁场，改 变其中粒子的排列方式。这些粒子会按垂直于油流的方向排列，从而起到阻碍油在活塞通道内流动的效果，如此便能改变减震特性。



电液一体化电磁减震器图



　　奥迪TT跑车上应用的电磁减震器，该减震器活塞上绕有电磁线圈，当电磁线圈中无电流通过时，活塞内4个微型通道中的电磁液未被磁化，不规则排列的磁性颗粒呈均匀分布状态，产生的阻尼力与普通减振油相同；一旦控制单元发出脉冲信号，线圈内便会产生电压，从而形成一个磁场，并改变粒子的排列方式。



电磁减震器控制开关图

　　这些粒子马上会按垂直于活塞运动的方向排列，阻碍油在活塞微型通道内流动，提高阻尼效果。活塞线圈中输入的电流强度越大，形成的磁场强度越强，磁性颗粒被磁化的程度越好，产生的阻尼力就越大。由此可见，磁流变液体产生阻尼力的大小随输入电流强度的大小而变化。

　　车载ECU可在1S时间内让减震器的阻力和减振力连续改变1000次，与单独使用弹簧液压减震器相比，既提高响应速度，又可提高舒适性，堪称全球动作最快、最先进的智能悬挂系统。

　　最新研发的“奥迪电磁减震系统”提供“常规”和“运动”两阶段阻尼调整模式，可调的阻尼模式能够适应不同驾驶风格及多种路况要求。相比传统的减震器，奥迪磁性减震器动作要快得多。在基本的舒适模式下，减震器油较黏稠，吸震效果较显著。

电磁力减震器的优点

　　1　以磁代油，以电磁场瞬时消能减震代替油摩擦滞时消能减震，本质上解决了传统减震器漏油失效的困境。

　　2　根据路况，自动调整阻尼，以减少车身晃动和倾斜，满足舒适性和平稳性

　　3　以震消震，利用震动能量驱动磁场产生电磁场，形成最优磁阻尼，达到平稳消能吸震的目的。

　　4　电磁场工作区间呈悬浮状态，关键部件采用采用耐磨，耐蚀，高强度的特殊材质制造，正常使用寿命是传统油压减震器的3倍以上。

　　5　减震效果好，延长了变速箱，车轮，转向器，轮胎等部件及整车的使用寿命。

　　6　紧急制动时，瞬时产生的震动能量可通过电磁场的能量转化迅速消耗掉，控制轮胎紧贴路面，明显提高制动效率，急刹时稳定性好，驾乘更安全。

babylemon828

电磁减震器作为汽车减震器的一种，其结构原理具有独特性。它主要由电磁机构和减震器外壳组成。在行驶过程中，当车辆发生震动或颠��.时，电磁机构会迅速响应，通过电磁力调节减震器的刚度和阻尼，有效吸收和分散震动能量，从而减小车身的震动和颠簸感。其原理在于电磁机构中的电流变化引起磁场变化，进而改变减震器内部液体的流动状态，达到调节减震效果的目的。因此，电磁减震器能够提供更佳的驾驶平稳性和舒适性。