减振器类型及原理

减振器类型
为加速车架与车身振动的衰减，以改善汽车的行驶平顺性（舒适性），在大多数汽车的悬架系统内部装有减震器。

减震器从产生阻尼的材料这个角度划分主要有液压和充气两种，还有一种可变阻尼的减震器。

液压
汽车悬架系统中广泛采用液力减震器。

其原理是，当车架与车桥做往复相对运动儿活塞在减震器的缸筒内往复移动时，减震器壳体内的油液便反复地从内腔通过一些窄小的孔隙流入另一内腔。

此时，液体与内壁的摩擦及液体分子的内摩擦便形成对振动的阻尼力。

充气式减震器
充气式减震器是60年代以来发展起来的一种新型减震器。

其结构特点是在缸筒的下部装有一个浮动活塞，在浮动活塞与缸筒一端形成的一个密闭气室种充有高压氮气。

在浮动活塞上装有大断面的O型密封圈，它把油和气完全分开。

工作活塞上装有随其运动速度大小而改变通道截面积的压缩阀和伸张阀。

当车轮上下跳动时，减震器的工作活塞在油液种做往复运动，使工作活塞的上腔和下腔之间产生油压差，压力油便推开压缩阀和伸张阀而来回流动。

由于阀对压力油产生较大的阻尼力，使振动衰减。

阻力可调式减震器
装有阻力可调式减震器的汽车的悬架一般用刚度可变的空气弹簧作为弹性元件。

其原理是，空气弹簧若气压升高，则减震器气室内的压力也升高，由于压力的改变而使油液的节流孔径发生改变，从而达到改变阻尼刚度的目的。

工作原理
悬架系统中由于弹性元件受冲击产生振动，为改善汽车行驶平顺性，悬架中与弹性元件并联安装减振器，为衰减振动，汽车悬架系统中采用减振器多是液力减振器，其工作原理是当车架（或车身）和车桥间受振动出现相对运动时，减振器内的活塞上下移动，减振器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。

此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦对振动形成阻尼力，使汽车振动能量转化为油液热能，再由减振器吸收散发到大气中。

在油液通道截面和等因素不变时，阻尼力随车架与车桥（或车轮）之间的相对运动速度增减，并与油液粘度有关。

减振器与弹性元件承担着缓冲击和减振的任务，阻尼力过大，将使悬架弹性变坏，甚至使减振器连接件损坏。

因面要调节弹性元件和减振器这一矛盾。

(1) 在压缩行程（车桥和车架相互靠近），减振器阻尼力较小，以便充分发挥弹性元件的弹性作用，缓和冲击。

这时，弹性元件起主要作用。

(2) 在悬架伸张行程中（车桥和车架相互远离），减振器阻尼力应大，迅速减振。

(3) 当车桥（或车轮）与车桥间的相对速度过大时，要求减振器能自动加大液流量，使阻尼力始终保持在一定限度之内，以避免承受过大的冲击载荷。

在汽车悬架系统中广泛采用的是筒式减振器，且在压缩和伸张行程中均能起减振作用叫双向作用式减振器，还有采用新式减振器，它包括充气式减振器和阻力可调式减振器。

1. 活塞杆；
2. 工作缸筒；
3. 活塞；
4. 伸张阀；
5. 储油缸筒；
6. 压缩阀；
7. 补偿阀；
8. 流通阀；
9. 导向座；10. 防尘罩；11. 油封
双向作用筒式减振器工作原理说明。

在压缩行程时，指汽车车轮移近车身，减振器受压缩，此时减振器内活塞3向下移动。

活塞下腔室的容积减少，油压升高，油液流经流通阀8流到活塞上面的腔室（上腔）。

上腔被活塞杆1占去了一部分空间，因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积，一部分油液于是就推开压缩阀6，流回贮油缸5。

这些阀对油的节约形成悬架受压缩运动的阻尼力。

减振器在伸张行程时，车轮相当于远离车身，减振器受拉伸。

这时减振器的活塞向上移动。

活塞上腔油压升高，流通阀8关闭，上腔内的油液推开伸张阀4流入下腔。

由于活塞杆的存在，自上腔流来的油液不足以充满下腔增加的容积，主使下腔产生一真空度，这时储油缸中的油液推开补偿阀7流进下腔进行补充。

由于这些阀的节流作用对悬架在伸张运动时起到阻尼作用。

由于伸张阀弹簧的刚度和预紧力设计的大于压缩阀，在同样压力作用下，伸张阀及相应的常通缝隙的通道载面积总和小于压缩阀及相应常通缝隙通道截面积总和。

这使得减振器的伸张行程产生的阻尼力大于压缩行程的阻尼力，达到迅速减振的要求。

下图表示了奥迪100轿车前、后悬架减振器结构图。

其作用原理如前所述。

电磁减震器
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。

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【原理】
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。

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。

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。

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【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。

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。

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。

电流变液体也存在较多问题，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。

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TT跑车上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
ECU 度的大小而变化，电子控制器
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。