电磁铁在汽车悬挂上的应用

电磁铁在汽车悬挂上的应用

唐珊

武汉二中湖北武汉430010

随着经济的飞速发展，我国汽车的普及和运用逐渐攀升，也基本趋于一户一车或一户多车的状态，在这种繁盛的行业形势下，发展先进可靠，稳定的高技术汽车也成了一项热点。现在众所周知，市面上大多数的汽车都采用传统式的弹簧悬挂系统，但弹簧悬挂只有唯一性，即如果当我们将弹簧悬挂调校为舒适柔软模式下就牺牲了汽车的运动驾驶感，反之亦然，但磁铁同极相互排斥原理制作的悬挂则可以根据路面的路况来选择不同的模式，可以兼顾汽车的舒适度与运动驾驶感，提高汽车行驶稳定性和通过性。

正如我们所知磁铁分为电磁铁和永磁铁两种，但不同的是电磁铁可以通过电流的强弱与线圈缠绕的数目等来调节磁力的大小，由此若将电磁铁应用于汽车悬挂系统当中则可以改变现有汽车悬架弹簧刚度不变的特性，做到阻尼比可调节悬挂系统。利用磁铁同极相斥原理设计悬挂，这样汽车簧上质量与簧下质量之间相当于无介质连接，并且可通过改变电流的大小改变磁铁磁力调节悬架阻尼，这样普通汽车也可以通过较为复杂的路况并且极大改善行驶平顺性，例如：1.当车辆急加速时，可增加后减震器阻尼，以抑制车辆后仰。2.当车辆急刹车时，会瞬间增加前减震器阻尼，以抑制车辆点头。3.当车辆急转弯时，增加外侧减震器阻尼以抑制车辆侧倾及横向位移。4.当遇到颠簸路况时，会实时调节四轮悬挂软硬度，以最大程度保证轮胎抓地力。5.当遇到较高障碍物时，调节悬架以增大车身最小离地间隙，提高越野通过性能。6.在路况较好的路面降低电流输入减小阻尼比，以减小车身振动频率提高行驶平顺性，反之在较差路面增加电流输入增大阻尼比，减小撞击悬架限位概率。7.高速行驶降低悬架刚度减小汽车迎风面积以提高燃油经济性。除此之外该悬挂拥有目前汽车可调节悬挂达不到的响应速度，现在可调节悬挂多为空气悬挂，利用空气弹簧内密闭气体受压缩后的刚性递增性，也就是随着空气弹簧不断被压缩，其刚度逐渐增加，同时，其内部气体随空气弹簧被压缩或拉长而压入或排出，导致空气悬架系统具有接近理想的动态弹性特性，但是这种悬架系统达不到实时调节的能力，因为空气注入需要时间这就导致反应延时，同时因为空气悬架的结构更为复杂，所以故障率也要更高。尤其是空气弹簧和减震器，在使用过程中还要不断调整，很有可能造成泵体过热而影响寿命。此外，空气弹簧和密封垫也都是橡胶制成的，一般在6-8万公里就需要更换，不然就可能面临漏油漏气，甚至影响行车安全，这也是一笔很大的开销。而电磁铁设计的电磁悬挂结构相对简单体积小，结合电脑控制该系统能在一秒内让减振设置连续改变1000次，反应比传统悬挂快得多，可以快速有效地弥补轮胎的跳动，并扩大悬挂的活动范围，降低噪音，提高车辆的操控准确性和乘坐舒适性。

同时电磁悬挂配套应有一套完整的控制系统，可以在汽车前后加装探头感应路面，车轮加装轮速传感器,两者将信息传送到ecu进行处理分析对四轮悬挂系统电流进行调节，控制磁力的大小调节阻尼。

当然该减震器也可能存在不足，电磁力产生调节作用很可能强大的磁场磁化汽车周围零部件，那么在汽车行驶过程中很可能将地面上铁屑吸附在车身上对车辆产生某些影响。通常家用轿车整车装备质量约为1.2t，同时电源所能提供的电流约60A左右，经粗略计算一般发动机（汽油，柴油）驱动汽车利用该悬挂系统无法产生足够大的磁力以支撑汽车重量，所以基于现实考虑可以采用弹簧主要支撑电磁系统辅助调节的方式来设计。

结构简图

上图是设计的三维立体图，首先我决定采用还是以普通弹簧为主要支撑，而产生的电磁力为起到调节作用所产生的力。设计将电磁铁放置在悬挂下端并与上腔隔开，上腔中放置永磁铁，永磁铁与下端的电磁铁产生排斥力，并且永磁铁还起到活塞作用在上腔做活塞运动，与内腔壁采用间隙配合，永磁铁与支撑轴采用螺纹连接。在上腔考虑到润滑作用我们在其中加入减震油，同时为了保证永磁铁活塞上下运动的压力平衡我们在用磁铁上打孔以保持上下压强相等，上部用油封密封。悬挂在运动过程中有上极限与下极限位置，所以在悬挂上腔内设置一个缓冲弹簧，起到下极限位置缓冲，同理在上腔外部设置缓冲块起到上极限位置缓冲。外部的主支撑弹簧由上下压板固定，上压板上靠螺栓旋紧固定。

使用电磁悬挂的汽车，能够根据路况和驾驶风格动态调教悬挂的软硬，弯道极限更高，在颠簸路面的贴地性更好。电磁悬挂除了提升车辆的操控性能外，在舒适性以及滤除路面传到车身上振动的性能上都会比传统悬挂要好，未来当车联网彻底实现，汽车会将车轮传感器识别到的每一个地方的路面数据都传递到地图数据库中，达成地图的实时更新。这时的地图就不再只是路网和路况拥堵情况的统计，就连路面的坑洼起伏都会被收集在其中。汽车会基于地图数据和车身的精准定位来做出路况的初步判断，再通过雷达、红外线、摄像头等等多重设备来进行检验和精确调整，最后得以提前预知所有路况，实现完全主动。