基于电磁阀式阻尼连续可调减振器的半主动悬架试验研究
李罡 张晗 王彧 王祥
【摘 要】【摘要】研制了一种电磁阀式阻尼连续可调减振器，并在此基础上进行了半主动悬架整车试验研究。阐明了系统结构和工作原理，通过台架试验测试了电磁阀的外特性和减振器阻尼力在不同电流下的速度特性，并开展了实车道路试验。试验结果表明：该电磁阀式减振器可以较好地实现阻尼力的调节，且对整车行驶平顺性、操纵稳定性的提高具有积极作用。 【期刊名称】汽车技术 【年(卷),期】2016(000)009 【总页数】5
【关键词】电磁阀;减振器;半主动悬架;试验 主题词：电磁阀减振器半主动悬架试验
1 前言
传统悬架系统无法较好地协调操纵稳定性与行驶平顺性的矛盾，零部件技术参数一旦确定，整车性能就随之固定。而半主动悬架系统由于阻尼力或刚度可调，使得其性能可以根据实际道路状况作出相应调节，在操纵稳定性与平顺性上均获得良好表现，因而具有广阔的应用前景。在各种半主动悬架系统技术方案中，基于电磁阀式阻尼连续可调减振器的半主动悬架具有一定优势。
阻尼连续可调减振器及其相关技术在国外已经得到了较为充分的研究。但在我国尚处于起步阶段，仅有的研究工作较多地由院校主持开展：吉林大学郭孔辉院士团队［1～4］对阀控阻尼可调减振器的工作原理进行了分析，并研制了样机，研究了相应的控制算法；合肥工业大学陈无畏教授团队［5～8］对电磁阀
式减振器的相关理论进行了深入研究，推导了阀控减振器的外特性数学解析表达式，分析了主要结构参数对阻尼特性的影响规律，设计了ESP与电磁阀式减振器系统的协调控制算法；刘伟哲［9］、陈龙［10］等进行了电磁阀式减振器仿真台架试验，验证了其功能性。
整体而言，国内现有的研究更偏向理论层面，在工程应用领域的研究工作较少。本文自主设计、研制了一款电磁阀式阻尼连续可调减振器，研究了基于该系统的半主动悬架控制策略，进行了整车级道路试验，为半主动悬架技术在工程领域的应用提供了一定的理论与试验参考。
2 电磁阀式阻尼连续可调减振器工作原理
电磁阀式减振器结构如图1所示，传统减振器主要由储油缸、活塞杆及阀系、底阀系等组成，而电磁阀式减振器增加了中间缸与电磁阀。中间缸布置在传统减振器的储油缸与工作缸之间，通过常通小孔与减振器内筒的伸张行程腔室相连接；电磁阀组件进油孔与中间缸相连，出油孔与储油缸相连。
减振器处于压缩行程时，由于活塞的挤压使得无杆腔（即压缩行程腔室）的部分油液从底阀流至储油缸，另一部分油液则通过活塞阀流至工作缸中的有杆腔（即伸张行程腔室），再经由中间腔与工作缸有杆腔之间的常通孔流入中间腔，进入电磁阀总成。当电磁阀关闭时，压力达到开阀压力后油液从电磁阀系中的单向溢流阀流至储油缸；电磁阀通电导通后，压力未达到溢流阀开阀压力时，油液经由比例流量阀回流至储油缸，此时，根据电流大小的不同，比例流量阀开度不同，从而达到调节阻尼力大小的目的，当压力达到溢流阀开阀压力时，油液从溢流阀流入储油缸。
减振器处于伸张行程时，由于无杆腔（即压缩行程腔室）形成低压，部分油液
由储油缸从底阀进入无杆腔，另一部分油液则由于活塞的挤压由有杆腔流入中间腔，进而流入电磁阀。油液进入电磁阀后的工作原理与压缩行程类似。 电磁阀式阻尼连续可调减振器的核心零件是电磁阀，电磁阀的特性与减振器外特性息息相关。对自行研制的电磁阀进行了台架试验，测试结果如图2所示。 由电磁阀的外特性曲线可以看出，驱动频率对于电磁阀的外特性具有一定的影响。采用500 Hz驱动频率虽然死区电流范围更小，但是控制电流相同的情况下其流量小于1 000 Hz驱动频率。
3 半主动悬架系统原理
悬架系统可用2自由度模型表示，如图3所示。图3a为传统悬架模型，传统悬架的阻尼为被动阻尼，任何路况或者驾驶员操纵行为下，其外特性表现均一致；而由电磁阀式阻尼连续可调减振器构成的半主动悬架系统，由于阻尼系数为变量，因此可以表示为图3b所示的系统模型。电磁阀式减振器内部阀系本身所具有的不随工况变化而变化的黏性阻尼可以表示为cv，而根据不同道路条件、驾驶员操纵行为而改变的可调阻尼力则表示为Fm，是电磁阀通电后改变等效节流面积引起的阻尼力变化量。
根据牛顿第二定律，传统悬架系统动力学方程为：
式中，ms为簧载质量；mu为非簧载质量；ks为悬架刚度；kt为轮胎刚度；cv为悬架阻尼；xs为簧载质量位移；xu为非簧载质量位移；q为路面位移。 半主动悬架的系统动力学方程可以表示为：
4 控制策略
由电磁阀式阻尼连续可调减振器构成的半主动悬架系统控制原理如图4所示。本文设计的控制系统具有舒适和运动2种模式，通过配置在车身与车轮处的加
基于电磁阀式阻尼连续可调减振器的半主动悬架试验研究
