車輛懸架模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、 車輛懸架模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要: 本論文主要設(shè)計(jì)一個(gè)1/4車輛懸架模型(機(jī)械裝置)，體積小巧，拆裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以便于采集信號(hào)，更好地作半主動(dòng)懸架試驗(yàn)。乘坐舒適性和行駛平順性是現(xiàn)代轎車的兩項(xiàng)基本性能特點(diǎn)，振動(dòng)是影響乘坐舒適性的主要因素。懸架是汽車中實(shí)現(xiàn)操作穩(wěn)定性和行駛平穩(wěn)性的基本機(jī)械結(jié)構(gòu)，主要由彈簧和減振器組成，其功能是緩和路面不平引起的沖擊和振動(dòng)以改善平順性。1/4車輛懸架模型的機(jī)械裝置集激勵(lì)、振動(dòng)于一體，用位移傳感器和加速度傳感器采集信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，由磁流變減振器執(zhí)行控制阻尼。進(jìn)行了各個(gè)軸、板力的較核，以及彈簧的設(shè)計(jì)，選取了位移傳感器、加速度傳感器和磁流變減振器的型號(hào)。最后畫了立體

2、圖，裝配圖和主要零件圖。關(guān)鍵詞：半主動(dòng)懸架;1/4車輛模型;磁流變減振器 abstractthis thesis mainly designs one 1/4 vehicle suspension model(mechanism), which the bulk is delicate, the dismantling and installing is easy, the configuration is simple, so that it can collect signal more easily and do the semiactive suspension experiment

3、better. there are two basic characters ( comforts and smooth), the libration is the main cause of effecting to the comforts. the suspension is the basic mechanism to realize the operation stability and steer placidity, which mainly consist of spring and damper. the function is to improve the smooth

4、through reducing the concussion and libration caused by gravamen of the road surface.1/4 vehicle suspension model is the mechanism which is prompting and libration rolled into one. it uses displacement sensor and acceleration sensor to collect signals, then, ecu deals with them, the magnetorheologic

5、al damper control damp. furthermore, check the axis and board, design the spring, elect the item of displacement sensor, acceleration sensor and magnetorheological fluid damper. at last, there are solid drawings, assembling drawing and the main parts drawing.key words: semiactive suspension, 1/4 veh

6、icle model, magnetorheological damper. 目 錄前言11.懸架的概述21.1懸架的構(gòu)造21.2懸架的分類51.2.1全主動(dòng)懸架51.2.2半主動(dòng)懸架51.3半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的研究進(jìn)展61.3.1新型的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)61.3.2有級(jí)可調(diào)減振器61.3.3無(wú)級(jí)可調(diào)減振器71.3.4減振器驅(qū)動(dòng)方式81.3.5半主動(dòng)懸架控制策略81.4 今后研究和開(kāi)發(fā)工作展望91.5磁流變減振器的工作原理102.車輛模型的簡(jiǎn)化過(guò)程122.1 汽車振動(dòng)的簡(jiǎn)化122.2 主動(dòng)懸架142 .3 期望中的車輛特性173.信號(hào)處理的原理203.1 半主動(dòng)懸架的控制系統(tǒng)模型203.2信號(hào)采集過(guò)程

7、的基本原理204.設(shè)計(jì)的機(jī)械裝置214.1基于本次設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)214.2振動(dòng)臺(tái)、減振器等標(biāo)準(zhǔn)件的選取244.3連接軸（桿）的設(shè)計(jì)254.4彈簧的設(shè)計(jì)284.5 立柱、固減件和第二、三連接板的設(shè)計(jì)294.6導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)314.7減振器和彈簧的安裝314.8懸上質(zhì)量和懸下質(zhì)量的較核325.結(jié)論34致謝35參考文獻(xiàn)36附錄前 言汽車半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)的研究工作開(kāi)始于1974年美國(guó)加州大學(xué)戴維司分校的研究工作，并在20世紀(jì)80年代初開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。半主動(dòng)懸架折中了被動(dòng)懸架和全主動(dòng)懸架的優(yōu)缺點(diǎn)。半主動(dòng)懸架可以根據(jù)汽車運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)及工況變化情況對(duì)懸架阻尼參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。半主動(dòng)懸架控制律相對(duì)簡(jiǎn)單、能耗

8、小，技術(shù)上易于實(shí)現(xiàn)，且能達(dá)到與主動(dòng)懸架類似的優(yōu)良品質(zhì)，因而半主動(dòng)懸架的應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。因此今后的目標(biāo)是研究和開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的控制有效、能耗低、造價(jià)合理的半主動(dòng)懸架振動(dòng)控制這也比較系統(tǒng)。模擬懸架系統(tǒng)機(jī)械裝置設(shè)計(jì)是2004年南京林業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目:車輛半主動(dòng)懸架智能控制器研究的一個(gè)子項(xiàng)目,整個(gè)裝置用pro-e建模,然后轉(zhuǎn)化為裝配圖。1. 懸架的概述1.1懸架的構(gòu)造 懸架是車架與車橋之間的一切傳力連接裝置的總成，它的功用是把路面作用于車輪上的垂直反力（支撐力），縱向反力（牽引力和制動(dòng)力）和側(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩傳遞到車架（或承載式車身）上，以保證汽車的正常行駛。 現(xiàn)代汽車的懸架盡

9、管有各種不同的結(jié)構(gòu)形式，但一般都有彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。 彈性元件：使車架（或車身）與車橋（或車輪）之間做彈性聯(lián)系，但彈性系統(tǒng)受到?jīng)_擊后，將產(chǎn)生振動(dòng)。 持續(xù)的振動(dòng)容易是乘員感到不舒服和疲勞，故懸架還應(yīng)當(dāng)具有減振作用，使振動(dòng)迅速衰減，為此，在許多結(jié)構(gòu)型式的汽車懸架中都設(shè)有專門的減振器。 車輪和車架和車身跳動(dòng)時(shí)，車輪（特別是轉(zhuǎn)向輪）的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)符合一定的要求，否則，汽車的某些性能（特別是操縱穩(wěn)定型）有不利的影響。因此，懸架中某些傳力機(jī)構(gòu)同時(shí)還承擔(dān)著使車輪按一定的軌跡相對(duì)于車架和車身跳動(dòng)的任務(wù)，因此這些傳力機(jī)構(gòu)還起導(dǎo)向作用，故稱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 由此看這三者分別起著：緩沖，減振和導(dǎo)向的作用

10、。 在多數(shù)的轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過(guò)大的橫向傾斜，在懸架中還設(shè)有輔助彈性元件-橫向穩(wěn)定器。1彈性元件； 2.縱向推力桿；3.減振器；4.橫向穩(wěn)定器；5.橫向推力桿圖1.1汽車懸架結(jié)構(gòu)示意圖并非所有的懸架都設(shè)置上述這些單獨(dú)的裝置不可。例如：常見(jiàn)的鋼板彈簧，除了作為彈性元件起緩沖作用而外，當(dāng)它在汽車上縱向安置，并且一端與車架作固定鉸接連接時(shí)，既可負(fù)擔(dān)起傳遞所有各向力和力矩，以及決定車輪運(yùn)動(dòng)軌跡的任務(wù)，因而就沒(méi)有必要在另行設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 此外，一般鋼板彈簧是多片疊成的，它本身即具有一定的減振能力，因而在對(duì)減振的要求不高時(shí)，在采用鋼板彈簧作為彈性元件的懸架中，也可以不裝減振器。由懸

11、架的剛度和懸架彈簧支撐的質(zhì)量（彈簧質(zhì)量）所決定的車身自然振動(dòng)頻率（或稱振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率）是影響汽車的行駛平順性的懸架重要性能指標(biāo)之一，人體所習(xí)慣的頻率是步行身體上下運(yùn)動(dòng)的頻率，約為11.6hz。 車身自然振動(dòng)頻率應(yīng)當(dāng)盡可能地處于或接近這一頻率范圍，根據(jù)力學(xué)分析，如果將汽車看成一個(gè)在彈性懸架上作單自由度振動(dòng)的質(zhì)量，則懸架系統(tǒng)的自然振動(dòng)頻率（固有頻率）為： 其中，g- 重力加速度；f- 懸架垂直變形（撓度）；m- 懸架簧載質(zhì)量；k(=mg/f)-懸架剛度（不一定等于彈性元件的剛度）指使車輪中心相對(duì)車架和車身向上移動(dòng)的單位距離（即使懸架產(chǎn)生單位垂直壓縮變形）所需加于懸架上的垂直載荷。由上式可見(jiàn)：（

12、1）在懸架所受垂直載荷一定時(shí)，懸架剛度愈小，則汽車自然振動(dòng)頻率愈低。但懸架剛度愈小，在一定載荷下懸架垂直變形就愈大，這對(duì)于簧載質(zhì)量大的貨車，在結(jié)構(gòu)上難以保證。故實(shí)際上貨車的車身自然振動(dòng)頻率往往偏高，而大大超過(guò)上述理想的頻率范圍。（2）當(dāng)懸架剛度一定時(shí)，簧載質(zhì)量愈大，則懸架垂直變形愈大，而自然振動(dòng)頻率愈低。故空車行駛時(shí)的車身自然振動(dòng)頻率要比滿載行駛時(shí)的高。簧載質(zhì)量變化范圍愈大，則頻率變化范圍也愈大。為了使簧載質(zhì)量從相當(dāng)于汽車空載到滿載的范圍內(nèi)變化時(shí)，車身自然振動(dòng)頻率保持不變或變化很小，就需要講懸架的剛度做成可變的，即空車時(shí)懸架剛度小，而載荷增加時(shí)，懸架的剛度隨之增加。 有些彈性元件本身的剛度是可

13、變的，如氣體彈簧；有些懸架所用的彈性元件的本身的剛度隨是不變的，但如果在懸架中采取了某些措施，可使整個(gè)懸架具有可變的剛度，例如漸變剛度鋼板彈簧。 懸架可以分為兩大類：非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架（圖1.2）。 非獨(dú)立懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩側(cè)的車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過(guò)彈性懸架掛在車架或車身的下。 獨(dú)立懸架則是每一側(cè)的車輪單獨(dú)地通過(guò)彈性懸架懸掛在車架或車身的下面。采用獨(dú)立懸架時(shí)，車橋都做成斷開(kāi)的。 非獨(dú)立懸架 獨(dú)立懸架 圖1.2非獨(dú)立懸架與獨(dú)立懸架示意圖 為了加速車架和車身振動(dòng)的衰減，以改善汽車的行駛平順性，在大多數(shù)汽車的懸架系統(tǒng)內(nèi)部裝有減振器。減振器和彈性元件都是并聯(lián)安裝的。汽車懸架系

14、統(tǒng)中廣泛采用液力減振器。液力減振器的作用原理是當(dāng)車駕與車橋做往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而活塞在缸筒內(nèi)往復(fù)移動(dòng)時(shí)，減振器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)的從一個(gè)內(nèi)腔通過(guò)一些窄小的空隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，孔壁與油液的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車身和車架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，而被油液和減振器殼體所吸收，然后散到空氣中。減振器阻尼力的大小隨車架和車橋相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的增減而增減，并且與油的黏度有關(guān)。因此要求減振器所用油液的黏度受溫度變化的影響盡可能?。磺揖哂锌蛊?，抗氧化以及對(duì)各種金屬和非金屬零件不起腐蝕作用等性能。 減振器的阻尼力越大，振動(dòng)消減得越快，但卻使并聯(lián)的彈性元件的作用不能充分發(fā)揮，同時(shí)，過(guò)大的阻尼力還

15、可能導(dǎo)致減振器連接零件及車架損壞。為解決彈性元件和減振器之間的這一矛盾，對(duì)減振器提出如下要求：（1）在懸架壓縮行程（車橋和車架互相移近的行程）內(nèi)，減振器阻尼力應(yīng)小，以便充分利用彈性元件的彈性，以緩和沖擊。（2）在懸架伸張行程內(nèi)（車橋與車架相對(duì)遠(yuǎn)離的行程）內(nèi)，減振器的阻尼力應(yīng)大，以求迅速減振。（3）當(dāng)車橋（或車輪）與車架的相對(duì)速度過(guò)大時(shí)，減振器應(yīng)當(dāng)能自動(dòng)加大液流通道面積，使阻尼力始終保持在一定的限度之內(nèi)，以避免承受過(guò)大的沖擊載荷。1.2懸架的分類傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼是按經(jīng)驗(yàn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法確定的，根據(jù)這些參數(shù)設(shè)計(jì)的懸架結(jié)構(gòu)，在汽車行駛過(guò)程中，其性能是不變的，也是無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)的，使汽車行駛平

16、順性和乘坐舒適性受到一定影響。故稱傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)為被動(dòng)懸架系統(tǒng)。如果懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼特性能根據(jù)汽車的行駛調(diào)節(jié)（車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和路面狀況等）進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，使懸架系統(tǒng)始終處于最佳減振狀態(tài)，則稱為主動(dòng)懸架。 主動(dòng)懸架系統(tǒng)按其是否包含動(dòng)力源可以分為全主動(dòng)懸架（有源主動(dòng)懸架）和半主動(dòng)懸架（無(wú)源主動(dòng)懸架）系統(tǒng)兩大類。1.2.1全主動(dòng)懸架全主動(dòng)懸架是根據(jù)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和路面狀態(tài)，適時(shí)地調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼，使其處于最佳減振狀態(tài)。它是在被動(dòng)懸架（彈性元件、減振器、導(dǎo)向裝置）中附加一個(gè)可控作用力的裝置。通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)量系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)和 能源系統(tǒng)4部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是執(zhí)行控制系統(tǒng)的指令，一

17、般為發(fā)生器或轉(zhuǎn)矩發(fā)生器（液壓缸、氣缸、伺服電動(dòng)機(jī)、電磁鐵等）。測(cè)量系統(tǒng)的作用是測(cè)量系統(tǒng)各種狀態(tài)，為控制系統(tǒng)提供依據(jù)，包括各種傳感器。控制系統(tǒng)的作用是處理數(shù)據(jù)和發(fā)出各種控制指令，其核心部件是電子計(jì)算機(jī)。能源系統(tǒng)的作用是為 以上各部分提供能量。1.2.2半主動(dòng)懸架半主動(dòng)懸架不考慮改變懸架的剛度，而只考慮改變懸架的阻尼，因此它無(wú)動(dòng)力源且只由可控的阻尼元件組成。由于半主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作時(shí)幾乎不消耗車輛動(dòng)力，而且還能獲得與全主動(dòng)懸架相近的性能，故有較好的應(yīng)用前景。半主動(dòng)懸架按阻尼級(jí)有可以分成有級(jí)式和無(wú)級(jí)式兩種。（1）有級(jí)式半主動(dòng)懸架 它是將懸架系統(tǒng)中的阻尼分為兩級(jí)、三級(jí)或更多級(jí)，可由駕駛員選擇或根據(jù)

18、傳感器信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行選擇懸架所需要的阻尼級(jí)。也就是說(shuō)，可以根據(jù)路面條件（好路或壞路）和汽車的行駛狀態(tài)（轉(zhuǎn)彎或制動(dòng)）等來(lái)調(diào)節(jié)懸架的阻尼級(jí)，使懸架適應(yīng)外界環(huán)境的變化，從而可以較大幅度地提高汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。 半主動(dòng)懸架中的三級(jí)阻尼可調(diào)減振器的旁路控制閥是由調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，使控制閥孔具有關(guān)閉，小開(kāi)和大開(kāi)3個(gè)位置，產(chǎn)生3個(gè)阻尼值。該減振器應(yīng)用于opel sentor和opelga轎車上。 （2）無(wú)級(jí)式半主動(dòng)懸架 它是根據(jù)汽車行駛的路面條件和行駛狀態(tài)，對(duì)懸架系統(tǒng)的阻尼在幾毫秒內(nèi)有最小變到最大進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。 無(wú)級(jí)半主動(dòng)微處理器從速度、位移、加速度等傳感器處接受到信號(hào)，計(jì)算機(jī)出系統(tǒng)相適應(yīng)

19、的阻尼值，并發(fā)出控制指令給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)閥桿調(diào)節(jié)閥門，使其改變節(jié)流孔的通道節(jié)面積，從而改變系統(tǒng)的阻尼。該系統(tǒng)雖然不必外加能源裝置，但所需傳感器較多，故成本仍較高。1.3半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的研究進(jìn)展 現(xiàn)代汽車正朝著安全、智能化和清潔化的方向發(fā)展，懸架系統(tǒng)智能化解決了傳統(tǒng)被動(dòng)懸架存在的舒適性和穩(wěn)定性不能兼顧的問(wèn)題并能適應(yīng)變化的行駛工況和任意道路激勵(lì)，代表了懸架系統(tǒng)發(fā)展的方向。主動(dòng)懸架能獲得一個(gè)優(yōu)質(zhì)的隔振系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)理想懸架的控制目標(biāo)，但能量消耗大，成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中能量,成本和可靠性是限制主動(dòng)懸架發(fā)展的瓶頸。半主動(dòng)懸架通過(guò)改變減振器的阻尼特性適應(yīng)不同的路面和行駛狀況的需要，改善乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。

20、由于半主動(dòng)懸架在控制品質(zhì)上接近于主動(dòng)懸架且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需力源，能耗小，因而是近期最能走向市場(chǎng)被推廣應(yīng)用的新興技術(shù)。1.3.1新型的半主動(dòng)懸架系統(tǒng) 前人基于天棚阻尼的概念發(fā)明了半主動(dòng)阻尼器，并應(yīng)用于生產(chǎn)，但對(duì)懸架性能的改善是極其有限的。后來(lái)，有人提出了開(kāi)關(guān)控制的半主動(dòng)懸架，它能產(chǎn)生較大的阻尼力，這種懸架已應(yīng)用到實(shí)車上，其后又有人在半主動(dòng)懸架控制中引入了 此方法，并改進(jìn)了控制算法的穩(wěn)定性。日產(chǎn)公司研制了一種聲納式半主動(dòng)懸架，它可通過(guò)聲納裝置預(yù)測(cè)路面信息，懸架減振器有柔和、適中和穩(wěn)定3種選擇狀況。隨后有研究人員利用了電流變和磁流體作為工作介質(zhì)，研究了新型的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)。半主動(dòng)懸架系統(tǒng)除了少量的開(kāi)啟

21、電液閥的能量以外，幾乎不需要外加能源，研究表明，只要恰當(dāng)選擇控制邏輯，半主動(dòng)阻尼器可以達(dá)到像主動(dòng)減振器一樣的減振效果。通常，半主動(dòng)懸架是指懸架彈性元件的剛度和減振器的阻尼系數(shù)之一可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的懸架。目前，半主動(dòng)懸架研究主要集中在調(diào)節(jié)減振器的阻尼系數(shù)方面，即將阻尼可調(diào)減振器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)傳感器檢測(cè)到汽車行駛狀況和道路條件的變化以及車身的加速度，由ecu根據(jù)控制策略發(fā)出脈沖控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)減振器阻尼系數(shù)的有級(jí)可調(diào)和無(wú)級(jí)可調(diào)。1.3.2有級(jí)可調(diào)減振器有級(jí)可調(diào)減振器阻尼在三檔之間快速切換，切換時(shí)間通常為幾毫秒，有級(jí)可調(diào)減振器實(shí)際上是在減振器結(jié)構(gòu)中采用較為簡(jiǎn)單的控制閥使通流面積在最大、中等或最

22、小之間進(jìn)行有級(jí)調(diào)節(jié)。有級(jí)可調(diào)減振器通過(guò)減振器頂部的電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)閥的旋轉(zhuǎn)位置使減振器的阻尼在軟/中/硬三檔之間變化，有級(jí)可調(diào)減振器的結(jié)構(gòu) 及其控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，但在適應(yīng)汽車行駛工況和道路條件的變化方面有一定的局限性，有級(jí)可調(diào)減振器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是發(fā)展先進(jìn)的閥技術(shù)，增加阻尼變化的檔數(shù)縮短切換時(shí)間從而使復(fù)雜的控制策略應(yīng)用成為可能，以進(jìn)一步提高懸架的控制品質(zhì)。1.3.3無(wú)級(jí)可調(diào)減振器無(wú)級(jí)可調(diào)減振器的阻尼調(diào)節(jié)可采取以下幾種方法：（1）節(jié)流孔徑調(diào)節(jié)：通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)減振器的閥桿連續(xù)調(diào)節(jié)減振器的通流面積，來(lái)改變阻尼節(jié)流閥或其他形式的驅(qū)動(dòng)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。這類減振器的主要問(wèn)題是節(jié)流閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。（2）減振液黏性

23、調(diào)節(jié)：使用黏性連續(xù)可控的新型的功能材料電流變或磁流變液體作為減振液，從而實(shí)現(xiàn)阻尼無(wú)級(jí)變化，電流變液體在外加電場(chǎng)作用下，其流變材料性能（如剪切強(qiáng)度，表觀黏度等會(huì)發(fā)生顯著的變化，將這種電流裝入減振器并在內(nèi)外筒之間加上電場(chǎng)通過(guò)改變電場(chǎng)強(qiáng)度使電流液體的黏度改變，從而改變減振器的阻尼力。由于電流變減振器的阻尼可隨電場(chǎng)強(qiáng)度的改變而連續(xù)變化，這無(wú)疑是一個(gè)較好的選擇。但電流變液體存在較多問(wèn)題，其電致屈服強(qiáng)度小，溫度工作范圍不寬，零電場(chǎng)黏度偏高，懸浮液中固體顆粒與基礎(chǔ)液體之間比重相差較大、容易分離，沉降穩(wěn)定性差，對(duì)雜質(zhì)敏感等難以適應(yīng)電流變減振器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的需要。要使電流變減振器響應(yīng)迅速、工作可靠，必須解決以下

24、幾個(gè)問(wèn)題：設(shè)計(jì)一個(gè)體積小、重量輕，能任意調(diào)節(jié)的高壓電源；為保證電流變液體的正常工作溫度必須設(shè)計(jì)一個(gè)散熱系統(tǒng)；充裝電流變液體時(shí)，要保證無(wú)污染；性能優(yōu)良的電流變液體；高壓電源的絕緣與封裝。電流變減振器在國(guó)外已有一些產(chǎn)品問(wèn)世。如德國(guó)的商業(yè)電流變液與電流變減振器及美國(guó)的相關(guān)產(chǎn)品等。磁流變液體是指在外加磁場(chǎng)的作用下，流變材料性能發(fā)生急劇變化的流體，將磁流變液體裝入磁流變減振器通過(guò)控制磁場(chǎng)強(qiáng)度 可實(shí)現(xiàn)磁流變減振器阻尼的連續(xù)、無(wú)級(jí)可調(diào)。磁流變減振器具有電流變減振器同樣的特點(diǎn)，響應(yīng)比電流變減振器要慢，主要是磁流變液體的磁化和退磁需要時(shí)間。磁流變減振器通常采用活塞缸結(jié)構(gòu)，磁流變液的通路有位于活塞上的阻尼孔或單獨(dú)

25、的旁路構(gòu)成。在磁流變液的通路上施加磁場(chǎng)，按結(jié)構(gòu)可分為單出桿活塞結(jié)構(gòu)和雙出桿活塞結(jié)構(gòu). 單出桿活塞缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的磁流變減振器已用于大型載重汽車司機(jī)座椅半主動(dòng)懸架減振系統(tǒng)。磁流變液體的特點(diǎn)存在的問(wèn)題是響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)比較笨重、流變性能和穩(wěn)定性還需要改進(jìn)。 目前成功開(kāi)發(fā)的電流變液體與磁流變液體的特性，從材料特性上看它們都能滿足汽車工作要求，但在屈服應(yīng)力、溫度范圍、塑性黏度和穩(wěn)定性等性能方面，磁流邊液體強(qiáng)于電流變液體，這也是選用磁流變液體作為半主動(dòng)懸架系統(tǒng)減振器的減振液的主要因素。其最主要的問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)電源以及降低減振器內(nèi)液體紊流產(chǎn)生的噪聲十分困難。1.3.4減振器驅(qū)動(dòng)方式 可控減振器驅(qū)動(dòng)方式有轉(zhuǎn)閥方式、

26、旁路閥方式、壓電驅(qū)動(dòng)方式、磁場(chǎng)控制的磁流變方式和永磁直流直線飼服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式等。轉(zhuǎn)閥方式是由控制器單元發(fā)出的信號(hào)經(jīng)處理驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)閥轉(zhuǎn)動(dòng)，改變減振器阻尼孔的大小，產(chǎn)生符合系統(tǒng)要求變化的阻尼力。旁路閥方式是由電磁閥根據(jù)控制器單元發(fā)出的信號(hào)開(kāi)關(guān)打開(kāi)磁閥相當(dāng)于在油路中增加一個(gè)節(jié)流孔，從而改變總的阻尼孔的面積，產(chǎn)生符合系統(tǒng)要求的有級(jí)變化的阻尼力。壓電驅(qū)動(dòng)方式是在減振器的活塞桿內(nèi)，安裝壓電執(zhí)行器和壓電傳感器。壓電執(zhí)行器由88個(gè)壓電元件疊加而成，在直流電壓作用下壓電元件會(huì)伸長(zhǎng)，該位移經(jīng)位移放大室放大到可以打開(kāi)轉(zhuǎn)換閥，形成分流油路，從而獲得小阻尼。利用壓電傳感器可將前輪減振器檢測(cè)到的路面情況傳給

27、電控單元，控制后輪減振器的阻尼。磁場(chǎng)控制的磁流變方式是利用電控單元發(fā)出的電壓或電流信號(hào)控制磁流變減振器內(nèi)變壓線圈產(chǎn)生高壓實(shí)現(xiàn)對(duì)阻尼的連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。永磁直流直線飼服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式則是由直線飼服電機(jī)直接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率高、響應(yīng)迅速、靈敏度高、隨機(jī)性好、控制穩(wěn)定。目前，永磁直流直線伺服電機(jī)在航天飛行器中應(yīng)用廣泛應(yīng)用，其驅(qū)動(dòng)性能優(yōu)于液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1.3.5半主動(dòng)懸架控制策略 最早提出的半主動(dòng)懸架控制方法是天棚阻尼控制方法，由于其控制算法簡(jiǎn)單，得到了廣泛的應(yīng)用。但天棚阻尼控制只能解決了懸架系統(tǒng)的舒適性而沒(méi)有很好解決操縱穩(wěn)定性問(wèn)題。因此，目前研究的重點(diǎn)是改進(jìn)型的天棚阻尼控制方法在半主動(dòng)懸架系統(tǒng)

28、中的應(yīng)用。 以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的控制不需要了解被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，只要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)在線調(diào)整，即可取得滿意的結(jié)果，不足的是對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化比較敏感，研究查表法參數(shù)控制pid和模糊控制方法在半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)中應(yīng)用有一定的實(shí)際的意義。 線性最優(yōu)控制方法在系統(tǒng)建模時(shí)忽略了高階動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)，如車架輪胎的高階模態(tài)以及減振器，傳感器的動(dòng)態(tài)特性等所得到的控制參數(shù)是根據(jù)確定的系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算出來(lái)的，僅對(duì)理想的數(shù)學(xué)模型保證預(yù)期的性能。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化到一定程度時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，控制參數(shù)不再使性能指標(biāo)最優(yōu)，有時(shí)甚至?xí)箲壹苄阅軔夯?。而?shí)際的懸架系統(tǒng)是含有許多不確定因素的非線性、時(shí)變、 高階動(dòng)力系統(tǒng)，難以

29、用定常反饋系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的性能要求。所以最優(yōu)控制方法在半主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)中應(yīng)用很少。 自適應(yīng)控制方法應(yīng)用于汽車懸架控制系統(tǒng)有自校正控制和模型參考自適應(yīng)控制兩類控制策略。自校正控制是一種將受控對(duì)象參數(shù)在線識(shí)別與控制器參數(shù)整定想結(jié)合的控制方法，模型參考自適應(yīng)控制是在外界激勵(lì)條件和車輛自身參數(shù)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)被控車輛的振動(dòng)輸出仍能跟蹤所選定的理想?yún)⒖寄Ｐ?。采用自適應(yīng)控制的車輛懸架阻尼減振系統(tǒng)改善車輛的行駛特性，在德國(guó)大眾汽車公司的底盤上得到了應(yīng)用。 模糊控制方法在半主動(dòng)懸架系統(tǒng)中的應(yīng)用效果比常規(guī)控制方法有效，但模糊控制器的穩(wěn)定性只通過(guò)一些模擬過(guò)程測(cè)試，判斷其穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)還不存在；控制器只使用于一定的汽車

30、參數(shù)；改變輪胎性能會(huì)使控制結(jié)果明顯變壞；路面性質(zhì)對(duì)控制效果影響較大。因此，模糊控制方法在半主動(dòng)懸架控制中應(yīng)用從理論上無(wú)法判定，只能通過(guò)系統(tǒng)實(shí)測(cè)才能確定。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由大量處理單元所組成的高度并行的非線性動(dòng)力系統(tǒng)，其特點(diǎn)是可學(xué)習(xí)性和并行性，故在汽車懸架振動(dòng)控制中有廣泛的應(yīng)用前景，但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不適于表達(dá)基于規(guī)則的知識(shí)，需要較長(zhǎng)的訓(xùn)練時(shí)間，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)須與其他控制方法相結(jié)合構(gòu)成復(fù)合控制模式，才能具有更大的實(shí)際應(yīng)用。 總之，半主動(dòng)懸架控制方法較多，各種方法均有利弊，綜合應(yīng)用各種方法開(kāi)發(fā)系統(tǒng)控制器是發(fā)展方向，從文獻(xiàn)分析看：日本、德國(guó)、韓國(guó)等汽車發(fā)達(dá)國(guó)家基本都是采用基于天棚阻尼控制理論，模糊控制理論和自

31、適應(yīng)控制理論為主線的復(fù)合控制策略。 任何控制系統(tǒng)總存在不可避免的時(shí)滯，它會(huì)導(dǎo)致反饋控制系統(tǒng)預(yù)料外的失穩(wěn)，出現(xiàn)安全極為不利的輪跳。因此在汽車半主動(dòng)懸架振動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際車型研究和開(kāi)發(fā)控制有效、實(shí)用簡(jiǎn)單、造價(jià)合理的控制器，并經(jīng)過(guò)大量的實(shí)車測(cè)試才能推廣應(yīng)用。1.4 今后研究和開(kāi)發(fā)工作展望隨著相關(guān)學(xué)科和高新技術(shù)的迅猛發(fā)展特別是高效處理器的普及，使得研究實(shí)用的半主動(dòng)懸架振動(dòng)控制系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。因此，今后的研究和開(kāi)發(fā)方向是基于磁流液體功能材料，開(kāi)發(fā)控制有效、能耗低、造價(jià)合理的汽車懸架振動(dòng)控制系統(tǒng)，并針對(duì)車型開(kāi)發(fā)其適用系統(tǒng)，為此，必須解決一些基礎(chǔ)性的理論研究問(wèn)題和實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)問(wèn)題。開(kāi)發(fā)實(shí)用

32、的磁流變液可控減振器，研究各種結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響規(guī)律，優(yōu)化結(jié)構(gòu)并改善其制造工藝性。在現(xiàn)有的磁流變液體中選擇或改進(jìn)并驗(yàn)證最佳配方，為此，需要進(jìn)行一系列減振器疲勞壽命實(shí)驗(yàn)和實(shí)車運(yùn)行實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證在實(shí)際使用條件下磁流變液體的穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)用性。重點(diǎn)研究車輪跳動(dòng)和懸架行程位置傳感器，而汽車慣性傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角和車速傳感器選用目前已有的傳感器。車輪跳動(dòng)和懸架行程位置傳感器采用與可調(diào)減振器融為一體的結(jié)構(gòu)方式，以實(shí)現(xiàn)高度集成和高可靠性。智能控制器集成信號(hào)變換、cpu、驅(qū)動(dòng)電路為一體，并同時(shí)兼顧汽車其它電子控制系統(tǒng)的功能，為此，必須進(jìn)行大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，要實(shí)現(xiàn)最佳的控制目標(biāo)，控制策略的制定和控制規(guī)律、

33、控制軟件的實(shí)現(xiàn)是關(guān)鍵。為減少反復(fù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)，可以采用剛體動(dòng)力學(xué)仿真軟件針對(duì)半主動(dòng)懸架的實(shí)際使用汽車產(chǎn)品，建立完整的動(dòng)力學(xué)模型，然后模擬汽車行駛的各種工況，選擇多種不同的控制策略和控制規(guī)律，觀察汽車行駛平順性和穩(wěn)定性，重點(diǎn)研究控制元器件的響應(yīng)特性、執(zhí)行系統(tǒng)的非線性、不確定性和隨機(jī)性等實(shí)際因素的影響，智能控制策略的穩(wěn)定性，從而制定最佳的控制策略和控制規(guī)律，最終再結(jié)合實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證。針對(duì)特定的汽車產(chǎn)品，選擇不同行駛工況進(jìn)行各種實(shí)車實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證半主動(dòng)懸架的減振效果，驗(yàn)證半主動(dòng)懸架系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各個(gè)部分改善和改良，最終研制成功基于半主動(dòng)懸架的新樣車。 1.5磁流變減振器的

34、工作原理目前，電流變已經(jīng)走向一定的成熟階段，但磁流變還在進(jìn)一步發(fā)展，其研究的深度還會(huì)加大。磁流變液是將微米尺寸的磁激化顆粒分散溶于絕緣載液中形成的特定非膠性懸浮液體，因而其流變特性隨外加磁場(chǎng)而變化，在無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)磁流變?yōu)榕ｎD流體，當(dāng)受到強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，其懸浮顆粒被感應(yīng)極化，彼此間相互作用形成粒子鏈，并在極短的時(shí)間相互作用，由流體變?yōu)榫哂幸欢羟星?yīng)力的粘塑體，隨著磁場(chǎng)的加強(qiáng)，其剪切屈服應(yīng)力也會(huì)響應(yīng)增大，這就是磁流變效應(yīng)。經(jīng)大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，磁流變液在磁場(chǎng)的作用下的剪應(yīng)力與剪切速度有一定的關(guān)系。磁流變減振器的工作原理：磁流變的工作模式主要有以下3種：流動(dòng)模式、剪切模式和擠壓模式，如下圖1.3： 圖

35、1.3磁流變減振器的3種工作模式（依次為：流動(dòng)、剪切、擠壓模式）流動(dòng)模式是在兩固定不動(dòng)的極板間充滿磁流變液體，而剪切模式是在兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的極板之間充滿磁流變液體，二者都是外加磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)極板垂直作用于兩極板之間的磁流變液體，使磁流變體的流動(dòng)性能發(fā)生變化，達(dá)到外加磁場(chǎng)控制阻尼力的目的。在上下兩極板之間充滿磁流變體，上極板為活動(dòng)板，下極板為固定板，外加磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)極板垂直作用于兩極板之間的磁流變體，當(dāng)上極板沿磁場(chǎng)方向向下移動(dòng)時(shí)，磁流變體向四周流動(dòng)，控制外加磁場(chǎng)即可控制極板所受的阻尼力。 擠壓模式減振器具有小位移大阻尼的特點(diǎn)，主要用于精密儀器的減振。汽車磁流變減振器一般是基于流動(dòng)模式或是基于流動(dòng)模式和剪切模式

36、的混合模式而設(shè)計(jì)的。 圖1.4顯示剪切閥式磁流變減振器的工作原理，當(dāng)活塞與缸體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，則會(huì)擠油壓缸中的磁流變液，使其通過(guò)位于活塞的與缸體的間隙流向另一側(cè)；當(dāng)間隙加上由線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)后，則其中的磁流變液固化，變?yōu)檎乘苄泽w，使活塞與缸體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻尼力增大，通過(guò)調(diào)節(jié)線圈的電流大小調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，從而可以調(diào)節(jié)減振器的阻尼力的大小。 圖1.4剪切閥式磁流變減振器 基于剪切閥式磁流變減振器的阻尼力計(jì)算公式可表示為： 式中，g是流體的動(dòng)力黏度；是磁流變液的屈服剪應(yīng)力；為活塞正面受到壓力的有效面積；v為活塞與缸體的相對(duì)速度；l為活塞的長(zhǎng)度；d為缸體的內(nèi)徑；h為活塞與缸體間的間隙。 式中的第一項(xiàng)為粘

37、性阻尼力，它不依賴于所加磁場(chǎng)，僅與流體速度粘度及減振器的幾何參數(shù)有關(guān)；第二項(xiàng)為庫(kù)侖阻尼力，它是隨磁流變也屈服剪切應(yīng)力隨之改變，由此形成阻尼力的改變因此。該部分是磁流變減振器實(shí)現(xiàn)可調(diào)阻尼控制的關(guān)鍵。2. 車輛模型的簡(jiǎn)化過(guò)程2.1汽車振動(dòng)的簡(jiǎn)化汽車是一個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng),應(yīng)根據(jù)所分析的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化。圖2.1為一個(gè)把汽車車身質(zhì)量看作剛體的立體模型。汽車的懸掛質(zhì)量為，它是由車身、車架及其上的總成所構(gòu)成。該質(zhì)量繞通過(guò)質(zhì)量的橫軸y的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，懸掛質(zhì)量通過(guò)減振器和懸架與車軸、車輪相連接。車輪、車軸構(gòu)成的非懸掛質(zhì)量為。車輪在經(jīng)過(guò)具有一定彈性和阻尼的輪胎支撐在不平的路面上。在討論平順時(shí)，這一立體模型的車身質(zhì)量主

38、要考慮垂直，俯仰，側(cè)傾3個(gè)自由度,4個(gè)車輪質(zhì)量有4個(gè)垂直自由度,共7個(gè)自由度. 當(dāng)汽車對(duì)稱于其縱軸且左右車轍的不平度函數(shù)x(i)=y(i),此時(shí)車身只有垂直振動(dòng)z和俯仰振動(dòng),這兩個(gè)自由度的振動(dòng)對(duì)平順性的影響很大.圖2.2為 圖2.1四輪汽車的簡(jiǎn)化的立體模型 圖2.2雙軸汽車簡(jiǎn)化的平面模型汽車簡(jiǎn)化成4個(gè)自由度的平面模型.在這個(gè)模型中，又因輪胎阻尼較小而阻尼可以忽略不記，同時(shí)把質(zhì)量，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的車身按動(dòng)力學(xué)等效的條件分解為前軸上、后軸上及質(zhì)心c上的3個(gè)集中、，。這3個(gè)質(zhì)量由無(wú)質(zhì)量的剛性桿連接，它們的大小由下述3個(gè)條件決定：（1）總質(zhì)量保持不變 +=（2）質(zhì)心位置保持不變 a-b=0;（3）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的

39、值保持不變=+式中為繞橫軸y的回轉(zhuǎn)半徑， a,b為車身質(zhì)量部分的質(zhì)心至前后軸的距離。由條件（1）、（2）和（3）得出3個(gè)集中質(zhì)量分別為：= =式中的l為軸距。 通常，令=/ab，并稱其為懸掛質(zhì)量分配系數(shù)。由上面3個(gè)式子可以看出當(dāng)=1時(shí)，聯(lián)系質(zhì)量=0。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，大部分汽車的=0.81.2，即接近于1。在=1的情況下，前后軸上方車身部分的集中質(zhì)量、的垂直方向運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立的。在=1的情況下，當(dāng)前輪遇到路面不平度而引起振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量運(yùn)動(dòng)而質(zhì)量不運(yùn)動(dòng)；反之也是這樣；因此，在這種特殊情況下，可以分別討論圖2.2上和前輪軸以及和后輪軸所夠成的兩個(gè)雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)。 在遠(yuǎn)離車輪部分固有頻率f(1015hz)的

40、較低激勵(lì)頻率范圍下，輪胎變形很小，忽略其彈性與車輪質(zhì)量，得出分析車身垂直振動(dòng)的單質(zhì)量系統(tǒng)。 分析車身振動(dòng)的單質(zhì)量系統(tǒng)模型，它由車身質(zhì)量和彈簧的剛度k，減振器阻尼力系數(shù)c的懸架組成。q是輸入的路面不平度系數(shù)。 車身垂直位移坐標(biāo)z的原點(diǎn)取在靜力不平度函數(shù)。根據(jù)牛頓第二定理，得到描述系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的微分方程為： 此方程的解是由自由振動(dòng)齊次方程的特解之和組成。令2n=c/,=k/,則齊次方程 式中的稱為系統(tǒng)固有頻率，而阻尼對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響取決n和的比值，稱為阻尼比 =n/=c/2汽車懸架系統(tǒng)阻尼比的數(shù)值通常在0.25左右，屬于小阻尼，此時(shí)微分方程的解為： z=asin(t+a)這個(gè)解說(shuō)明，有阻尼自由振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量

41、以有阻尼固有頻率=振動(dòng)，其振幅按衰減，如圖2.3所示： 圖2.3衰減振動(dòng)曲線阻尼比對(duì)衰減振動(dòng)有兩方面的影響:其一，與有阻尼固有頻率有關(guān)；即 =由上式可知,增大, 下降.當(dāng)=1時(shí), =0,此時(shí)運(yùn)動(dòng)失去振蕩特征.汽車懸架系統(tǒng)的阻尼比大約為0.25, 比只下降了3%左右,在工程上可以近似認(rèn)為=,車身部分振動(dòng)的固有頻率(rad/s)、固有頻率為: =, =其二，決定振幅的衰減程度由圖3.5上相鄰的振幅與只比稱為減幅系數(shù)d, 其表達(dá)式為:d=對(duì)上式取自然對(duì)數(shù): in d=可以由實(shí)際測(cè)量的衰減振動(dòng)曲線得到減幅系數(shù)d,由下式求出阻尼比：=2.2半主動(dòng)懸架車輛簡(jiǎn)化成兩個(gè)自由度振動(dòng)系統(tǒng)，其懸架由彈簧和減振器組成

42、。它的特征參數(shù)為懸掛剛度k、阻尼器阻力系數(shù)c。在一定的路面輸入下可根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)平順性指標(biāo)和行駛安全性指標(biāo)的綜合要求，把彈簧動(dòng)擾度指標(biāo)作為約束條件，進(jìn)行優(yōu)化選擇。對(duì)于懸架，一旦特性參數(shù)選定后無(wú)法更改，稱為被動(dòng)懸架。它的特點(diǎn)是不能滿足使用工況的變化，如汽車空載、滿載時(shí)，懸掛質(zhì)量（車身質(zhì)量）會(huì)有較大的變化；另外，車速和路況在使用過(guò)程中也會(huì)有較 大差異，路面輸入不同對(duì)平順性和行駛安全性要求的側(cè)重點(diǎn)也相應(yīng)不同。被動(dòng)懸架的特性參數(shù)不能根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和路面輸入的變化來(lái)進(jìn)行控制調(diào)整，因此在使用工況變化時(shí)，無(wú)法滿足汽車綜合性能的較高要求。近年來(lái)，隨著電控技術(shù)在汽車上廣泛應(yīng)用和隨動(dòng)液壓技術(shù)的發(fā)展，主動(dòng)和半主動(dòng)懸架懸架

43、技術(shù)得到發(fā)展和應(yīng)用，以適應(yīng)進(jìn)一步改善汽車的平順性和行駛安全性的要求。半主動(dòng)懸架的核心部分是采用可調(diào)阻尼減振器，其控制邏輯有的和主動(dòng)懸架類似是閉環(huán)（一般用液壓缸作為主動(dòng)力發(fā)生器，代替懸架的彈簧和減振器，由外部高壓液體提供能源，用傳感器測(cè)量系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)信號(hào)，反饋到電控單元，然后由電控單元發(fā)出指令控制力發(fā)生器，產(chǎn)生主動(dòng)控制力作用于振動(dòng)系統(tǒng)，夠成閉環(huán)控制）也有根據(jù)車速等參數(shù)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制的，它消耗的全部能量只用來(lái)驅(qū)動(dòng)控制閥，故能量消耗小。下面對(duì)簡(jiǎn)化的車身的兩個(gè)自由振動(dòng)系統(tǒng)主動(dòng)懸架的控制效果進(jìn)行介紹（1）運(yùn)動(dòng)方程：圖2.4為車身與車輪兩個(gè)自由度主動(dòng)與半主動(dòng)懸架模型。其運(yùn)動(dòng)方程為： 以上兩個(gè)式子中，u為主

44、動(dòng)控制力，它可根據(jù)控制策略選擇系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變量、，、的各種線性控制組合。圖2.4（車身與車輪兩個(gè)自由度主動(dòng)與半主動(dòng)模型）作為一個(gè)例子，在此的表達(dá)式選擇如下： 式中，、為根據(jù)優(yōu)化得到的反饋系數(shù)。將u代入運(yùn)動(dòng)方程，則可以得到： .(1) .(2)因?yàn)橹鲃?dòng)控制力u是通過(guò)裝在質(zhì)量、之間的液壓缸產(chǎn)生的，故主動(dòng)控制力u對(duì)，的作用力始終大小相等、方向相反。 （2）主動(dòng)懸架系統(tǒng)的傳遞特性與控制效果 根據(jù)上述運(yùn)動(dòng)方程,可以得出主動(dòng)控制力u采用各種不同控制策略時(shí)系統(tǒng)的傳遞特性。 圖2.5 主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架系統(tǒng)各環(huán)節(jié)傳遞特性（從左到右依次為：、主被動(dòng)傳遞特性對(duì)比）圖2.5為式(1)(2)所示的主動(dòng)懸架與被動(dòng)懸架系

45、統(tǒng)各環(huán)節(jié)傳遞特性的對(duì)比。圖中：被動(dòng)懸架系統(tǒng)的參數(shù)為=24 kg，=240 kg，k=9 475 n/m，=85 270，c=754 n s/m；相應(yīng)車身、車輪部分系統(tǒng)的參數(shù)為=1 hz，=10 hz，=0.25。主動(dòng)懸架采用式（1）（2）進(jìn)行控制，其中反饋系數(shù)的選擇為=7 529 n/m，=-480 ns/m，=1 916 n/m。此時(shí)振動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整為：=0.875 2 hz，=9.703 5 hz，=0.678 7，=0.168 8。 由圖2.5可以看出主動(dòng)與被主動(dòng)懸架各環(huán)節(jié)傳遞特性可以看出，主動(dòng)控制主要改善“車身車輪”這一環(huán)節(jié)在共振和高頻區(qū)的傳遞特性，“車輪-路面”這一環(huán)節(jié)主動(dòng)懸架在附

46、近高頻共振區(qū)的共振峰比被動(dòng)懸架反而高了，這與反饋系數(shù)的選取有關(guān)。 圖2.6為主動(dòng)與被動(dòng)懸架、對(duì)的幅頻特性。 圖2.6（主動(dòng)與半主動(dòng)懸架的幅頻特性）圖2.7為主動(dòng)控制反饋系數(shù) 、的變化對(duì)3個(gè)振動(dòng)響應(yīng)量、的影響，可以看出，3個(gè)振動(dòng)響應(yīng)量的變化趨勢(shì)都不相同，要根據(jù)控制目標(biāo) 圖2.7主動(dòng)控制反饋系數(shù)對(duì)3個(gè)振動(dòng)控制響應(yīng)量，、的影響來(lái)優(yōu)化選擇反饋系數(shù)。2 .3期望中的車輛特性關(guān)于車輛形式振動(dòng)方面，已有明確的、且被普遍認(rèn)可的車輛特性評(píng)價(jià)指標(biāo)； 而對(duì)車輛操縱特性的而言，其中涉及了許多人為的因素，所以其評(píng)價(jià)指標(biāo)通常較難確認(rèn)，不大可能被所有人接受。 就乘坐舒適性而言，被廣為接受的評(píng)價(jià)指標(biāo)是使駕駛員和乘員所感到的

47、加速度水平降至最小。對(duì)轎車來(lái)說(shuō)，盡管側(cè)向運(yùn)動(dòng)、縱向運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)也對(duì)舒適性也有較顯著的影響，但垂直方向上的影響仍占主導(dǎo)地位。乘坐舒適性的其他指標(biāo)則體現(xiàn)在車輛加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向時(shí)車身能否保持良好的姿態(tài)方面，明顯的車身俯仰和側(cè)傾運(yùn)動(dòng)一般被視為是不可接受的。因此，必須在一定的約束條件下盡可能地減小加速度和車身姿態(tài)角，這里所說(shuō)的約束條件是懸架的有限工作空間和輪胎的動(dòng)載荷合理范圍。施加這些約束的理由是在保證較小車身加速度水平及良好車身姿態(tài)的同時(shí)，要盡可能減小輪胎與路面間的載荷運(yùn)動(dòng)，以保證操縱轉(zhuǎn)向時(shí)具有良好的輪胎接地性。 在操縱性能方面，還是有一些車輛特性指標(biāo)可以被普遍接受，并被視為期望中的車輛特性，而期于

48、的一些性能指標(biāo)則代表了個(gè)人的喜好。操作性能的總體目標(biāo)總體包括兩個(gè)方面：一是對(duì)于風(fēng)的擾動(dòng)或不平路面的干擾，車輛所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)必須控制在最小范圍；二是對(duì)駕駛員的輸入響應(yīng)則達(dá)到最優(yōu)。實(shí)際上，在操縱性能分析過(guò)程中，駕駛員本身的作用不可忽視。人的控制能力實(shí)際上是驚人的，他們可以快速處理大量的信息，并根據(jù)當(dāng)時(shí)的情形適時(shí)調(diào)整其控制策略。如賽車手征服各種不同路面的能力就地說(shuō)明了這一點(diǎn)。然而，人們還是在普遍期望在正常駕駛時(shí)，自己投如的精力最少，以持久的控制行為中得以解脫。比如車輛在高速公路行駛時(shí)，人們普遍希望自己在駕駛時(shí)只需付出極小的控制輸入就可以安全輕松地行駛。 關(guān)于車輛駕駛員操縱控制模式的問(wèn)題，可以由下圖

49、說(shuō)明： 開(kāi)環(huán)控制 圖2.8駕駛員開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制示意圖也可以認(rèn)為，在日常的駕駛當(dāng)中，駕駛員一般以開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種控制模式操作。比如在通常輕松的駕駛情況下，駕駛員一般以開(kāi)環(huán)模式駕駛。當(dāng)然，這還得依賴于駕駛員對(duì)車輛響應(yīng)特性的熟悉程度，知道怎么樣的輸入產(chǎn)生期望中的輸出，這樣車輛就可以在無(wú)須校正的情況下能沿期望的路徑行駛。當(dāng)在操縱難度較大的情況下，如大轉(zhuǎn)彎、超車或緊急轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員則以閉環(huán)控制模式操作。此時(shí)，駕駛員注意力高度集中地監(jiān)視車輛的實(shí)際路徑，而實(shí)際的行駛路徑則被用來(lái)作為反饋信號(hào)，以使駕駛員持續(xù)不斷地對(duì)控制輸入進(jìn)行校正。 總之，期望中的汽車操縱特性可以歸納為：（1）穩(wěn)定性。伴隨著外部干擾，車輛應(yīng)具有

50、迅速恢復(fù)原先穩(wěn)定狀態(tài)的能力，并且系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間要小，同時(shí)還要保證有適當(dāng)?shù)淖枘?。?）轉(zhuǎn)向性。盡管車輛的控制由駕駛員通過(guò)轉(zhuǎn)向盤來(lái)實(shí)現(xiàn)，但實(shí)際的 作用機(jī)理卻是通過(guò)輪胎側(cè)向力間接實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)控制。因此，任何削弱輪胎力生成與轉(zhuǎn)向盤運(yùn)動(dòng)關(guān)系的因素，都將會(huì)降低汽車操縱性和可控制性。舉例說(shuō)明：當(dāng)車輛出現(xiàn)前輪抱死時(shí)，前輪胎無(wú)法提供側(cè)向力，因而駕駛員此時(shí)就無(wú)法控制車輛的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。（3）一致性。汽車運(yùn)行的外部輸入條件變化范圍廣泛，如不同的路面及天氣條件等。這里所提的一致性，是指人們期望車輛的操縱行為能始終表現(xiàn)如一。如果車輛在外部 條件變化時(shí)仍能保持一致的行為模式，就能降低操縱難度，減輕駕駛員車輛的負(fù)擔(dān)。（4

51、）標(biāo)準(zhǔn)性。通常駕駛員對(duì)某一車輛的操縱特性都會(huì)有一些比較明確的估計(jì)或期望。當(dāng)首次駕駛一輛新車時(shí)，我們期望其特性最好與其他同類車輛相差不大，這樣就比較安全。當(dāng)然，對(duì)某些首次接觸的新車型時(shí)，如果第一次 駕駛采用后輪轉(zhuǎn)向的車輛時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員也能很快的適應(yīng)其新特點(diǎn)，而并不感到特別意外。但對(duì)普通車人來(lái)說(shuō)，不希望有對(duì)這些操縱特性的變化，而希望將這些差異與心目中期望的目標(biāo)模式減直最小。車輛與駕駛員之間的相互作用，如下圖 圖2.9車輛與駕駛員相互作用示意圖3. 信號(hào)處理的原理3.1 半主動(dòng)懸架的控制系統(tǒng)模型 根據(jù)路面條件和車輛運(yùn)行速度對(duì)半主動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)行減振器阻尼力的在線調(diào)整，以提高車輛行駛平順性和保證車輪

52、接地的安全性，提出理論上和實(shí)際上都可行的控制方案。以2個(gè)自由度，即1/4車輛模型為研究對(duì)象，建立系統(tǒng)的非線形動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型提出 一種半主動(dòng)懸架阻尼力連續(xù)控制的控制理論，對(duì)系統(tǒng)的減振性能進(jìn)行優(yōu)化控制，根據(jù)這種控制策略可以使系統(tǒng)始終工作在與當(dāng)前路面和車速相適應(yīng)的最佳狀態(tài)。3.2信號(hào)采集過(guò)程的基本原理 試驗(yàn)測(cè)得相對(duì)位移信號(hào)和加速度信號(hào)，通過(guò)信號(hào)保持過(guò)后再濾波，濾波過(guò)后在將微弱的信號(hào)放大，通過(guò)a/d轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)容易處理的信號(hào)，最后在通過(guò)d/a轉(zhuǎn)化，經(jīng)放大控制執(zhí)行器-也就是減振器改變阻尼從而達(dá)到乘坐的舒適性。在這個(gè)過(guò)程中：信號(hào)采集是指位移傳感器和加速度傳感器所測(cè)得的物理信號(hào)。它是隨時(shí)間的變化而變化。濾波就是用一個(gè)頻率函數(shù)與輸入信號(hào)的頻普相乘得到輸出，其意義就是在于對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾，改變其頻普成分，以達(dá)到削弱干擾，增強(qiáng)信號(hào)的目的。放大電路就是利用晶體管組成的 放大電路，在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，往往要求用微弱的信號(hào)去控制加較大功率的負(fù)載。a/d轉(zhuǎn)換就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其數(shù)字形式可以是二進(jìn)制，它一般包括以下幾部分電路：模/數(shù)轉(zhuǎn)化、多路開(kāi)關(guān)、采樣保持放大器。其中多路開(kāi)關(guān)是用來(lái)選擇特定的信號(hào)，采樣保持放大器用來(lái)儲(chǔ)存瞬態(tài)模擬電壓。計(jì)算機(jī)的作用是根據(jù)汽車工作的需要，把位移傳感器和加速度傳感器的信號(hào)用內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)進(jìn)