汽车工程应用力学：半主动悬架技术简介

半主动悬架是指悬架中的弹簧刚度和减振器阻尼之一或两者均可根据需要进行调节的悬架。虽然它不能随汽车的各种行驶条件来进行最优参数的控制和调节，但它可根据储存在计算机中的几种行驶条件下弹簧和减振器的优化参数指令来调节弹簧刚度和减振器阻尼，使悬架对复杂多变的路况具有较好的适应性。

它与主动悬架的主要区别是：半主动悬架没有支配减振器和弹簧动作的主动力发生器，也没有专设的外动力源。它由可控的阻尼元件（减振器）和弹簧组成，用可控阻尼的减振器取代了主动悬架的执行器，因此它不考虑改变悬架的刚度，而只考虑改变悬架的阻尼。由于半主动悬架在控制品质方面接近于主动悬架，而且结构简单，能量损耗小，成本低，因此具有巨大的发展潜力。

半主动悬架的基本工作原理是：用可调刚度的弹簧或可调阻尼的减振器组成悬架，并根据簧载质量的加速度响应等反馈信号，按照一定的设计规律来调节弹簧刚度或减振器阻尼，以达到较好的减振效果。

半主动悬架分为刚度可调和阻尼可调两大类。目前，在半主动悬架的控制研究中，以对阻尼可调的研究居多。阻尼可调半主动悬架又可分为有级可调半主动悬架和连续可调半主动悬架。有级可调半主动悬架的阻尼系数只能取几个不连读的阻尼值，而连续可调半主动悬架的阻尼系数在一定的范围内可连续变化。

1.有级可调半主动悬架

有级可调半主动悬架的减振器阻尼可在2～3档之间作快速切换，切换时间通常为10～20ms。有级可调减振器实际上是在减振器结构中采用较为简单的控制阀，使节流孔的通流面积在最大、中等、最小之间进行有级选择调节。通过减振器顶部的电动机来控制旋转阀的旋转位置，使减振器的阻尼在“软、中、硬”三档之间变化。有级可调减振器的结构及其控制系统相对简单，但在适应汽车行驶工况和道路条件的变化方面有一定的局限性。

2.连续可调半主动悬架

连续可调半主动悬架的特点是：可根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架系统的阻尼在几毫秒内由最小变到最大进行无级调节。

连续可调半主动悬架的减振器的阻尼调节可采取以下两种方式：(www.xing528.com)

（1）节流孔直径调节 早期的可调阻尼器是节流孔可实时调节的油液阻尼器。它通过步进电动机驱动减振器的阀杆，连续调节减振器节流阀的通流面积来改变阻尼。节流阀可采用电磁阀或其他形式的驱动阀来实现。其结构示意图如图4-87所示。这类减振器的主要问题是节流阀结构较复杂，制造成本较高。

（2）油液粘性调节 使用粘度连续可调的“电流变态”或“磁流变态”液体作为减振液，从而实现阻尼无级变化，是当前的研究热点。“电流变态”液体在外加电场作用下，其流体材料性能，如剪切强度、粘度等会发生显著的变化，将其作为减振液，只需通过改变电场强度，使电流变态液体的粘度改变，就可改变减振器的阻尼力。

图4-87 连续可调半主动悬架结构示意图

电流变态减振器的阻尼可随电场强度的改变而连续变化，无须高精度的节流阀，结构简单，制造成本较低，且无液压阀的振动、冲击与噪声，不需要复杂的驱动机构，作为半主动悬架的执行器是一个非常好的选择。但电流变态液体存在着一些问题：如电致屈服强度小，温度工作范围不宽，零电场粘度偏高，油液中悬浮固体颗粒与基础液体之间比重相差较大，易分离、沉降，稳定性差，对杂质敏感等。要使电流变态减振器响应迅速、工作可靠，还必须解决以下几个问题：设计一个体积小、重量轻、能任意调节的高压电源；为保证电流变态液体的正常工作温度，要有一个散热系统；高压电源的绝缘与封装要好。在国外，如德国Bayer公司和美国Lord公司都已有电流变态减振器产品。

磁流变态液体的特点是，在外加磁场的作用下，液体的材料性能（如粘度等）发生急剧变化。通过控制磁场强度，可实现磁流变态减振器阻尼的连续、无级的调节。磁流变态减振器具有电流变态减振器相似的特点。磁流变态液是一种由细小的磁性金属颗粒悬浮于绝缘介质中形成的液体。其粘度随着外加磁场强度的增加而递增，直至变为半固态（塑性体），而一旦外加磁场消失，它又自行恢复原状，整个控制过程最快可在1ms时间内完成。美国Lord公司、福特公司、德国BASF等投入巨资进行研究和开发市场产品。

电流变态液与磁流变态液都能满足汽车工作要求。但在屈服应力、温度范围、塑性粘度和稳定性等性能方面，磁流变态液体强于电流变态液体。

半主动悬架的总体外形如图4-88所示。