电磁悬架国内外研究现状

几乎所有的电磁主动悬架都是在永磁直线电机的基础上发展起来的。在安装了电磁主动悬架的车型中,汽车自带的电源系统完全提供了这类主动悬架系统所需的电能


1、 国外研究现状

国外对电磁悬架的研究较早,早在1989 年,加利福尼亚大学戴维斯分校的Karnopp 就提出了这样一个想法——利用永磁电机作为可变阻尼减振器[8],Karnopp从理论上分析了此想法的可行性和实现方法,通过改变连接阻尼器的外部电阻阻值,从而来改变悬架的阻尼系数,此方法具有低摩擦因数和线性力学特性等优点,但也存在缺点,阻尼器在保证一定阻尼力的同时,体积和质量庞大,这也正是永磁电机在悬架系统应用的一大难题。为了解决这个难题,国外的研究者们随后对该电机相关的应用技术进行了研究和试验。

捷克理工大学Stribrsky等人基于Copley Controls公司的三相同步直线电机TBX3810设计了用于车辆悬架的电磁作动器[9,10]。葡萄牙著名高校阿尔加维大学的Martins等人发现可以通过双向切换电路电流的方法来控制力发生器产生主动力,在此基础上,Martins等人设计并研制了可应用于汽车悬架系统的圆筒型永磁直线作动器。Martins等人为了确保研制的直线作动器的可应用性,设计了作动器的试验,以正弦激励作为路面输入,采集作动器的力信号和电流信号,分析两种信号得出,作动器产生的力与电路电流呈正相关的关系,因此作动器产生的力的大小可以通过控制作动器电路电流的大小来实现。上述结论和仿真得出的结果基本一致,说明作动器产生的力能够满足悬架系统所需的主动控制力。相比传统阻尼器,这些作动器不仅反应快,而且输出大,也有一定的可行性将电能回收利用;但也存在不少弊端:这些作动器成本高昂、需要空间大导致安装困难、对供电电路电压的要求也极为苛刻。埃因霍温理工大学Gysen等人与瑞典SKF公司也有过合作,他们为BMW530i 开发了筒型永磁作动器(TPMA)。筒型永磁作动器由外筒和内筒组成,内筒为定子,外筒为动子。内筒与车架相连,外筒和车桥相连,簧上质量由机械弹簧支撑。筒型永磁作动器与传统被动减振器具有一样的尺寸,但在性能方面,筒型永磁作动器提高舒适性的能力优于传统减振器[11,12]。

除了上述研究外,Bose公司成功研制了汽车电磁主动悬架。Bose公司研制的电磁主动悬架大大提升了汽车悬架性能,但让人费解的是,直到今天,Bose公司官方还没有透露过任何关于这套系统的资料,甚至没有申请专利。这套悬架系统在车轮和底盘上加装了加速度传感器,通过传感器可以实时测量汽车行驶时的情况,将测量结果反馈到控制中心,控制中心根据反馈信息,给功率放大器发送指令,让其为电磁悬架供电,使悬架柱根据车身与车轮相对位置的不同而拉伸或压缩,以确保汽车能平稳运动[13,14]。

2、 国内研究现状

和汽车工业强国相比,我国的汽车工业技术基础比较薄弱,许多关键技术的研发较为落后。重庆大学是国内较早进行电磁主动悬架相关技术研究的高校之一,取得了较好的研究成果[15,16,17]。除了重庆大学外,浙江大学[18]、南京航空航天大学[19]和同济大学[20]等高校也进行了磁流变减振器的理论和试验研究。重庆大学不仅做了必要的理论研究,在磁流变减振器模型建立、性能测试等方面也做了很多的研究。

电磁悬架主动系统最核心的部件是电磁作动器,因此该方面的研究吸引了越来越多的学者的高度关注。国内上海交通大学喻凡等人以某乘用车为原型,设计研制了用于该乘用车的电磁作动器,他们不但对该系统的性能改善和能量回收特性进行了理论研究,还进行了台架试验验证[4,5,6,7]。为了能够将悬架的节能和主动控制集于一体,西安理工大学的陈宏伟等人开发了一种可实现能量节省的主动悬架系统[25]。陈宏伟等人完成了这种悬架系统的总体设计并进行了仿真分析。