汽車懸架系統(tǒng)的功能概述

1、汽車懸架系統(tǒng)的功能概述懇架址圧絮(或樂我式車八M橋或兀輪)之間的畀性聯(lián)禮裝置的統(tǒng)稱*咼車輛的重耍鉅成那分°傳遞作用在年輪和弔盡之何的力和力矩是其上要功能之一：當(dāng)汽車在凹凸不平的路而上懺駛時(shí).便會(huì)產(chǎn)工撮動(dòng)，傳劉人徉時(shí)就破壞了乘裁的舒適性*因此.緩沖上不平路而傳給車架或車身的沖擊力.并袈減由此引起的脫動(dòng)是懇架泵紙的文垂啤作用.山此可見就架對(duì)汽車的行駛平順牲、垂座舒適性及操縱穩(wěn)，定性等事種詫用性能都育很大的影響"一同時(shí)懸架系統(tǒng)對(duì)年輛的燃油坯濟(jì)性、使用壽命和安全性能等都有重要範(fàn)響.因此，懸架*詵的設(shè)計(jì)是整車設(shè)計(jì)過穆中的一個(gè)重整壞節(jié)研究和開發(fā)出性艇優(yōu)越的抵架系統(tǒng).對(duì)提高整車性能有重耍

2、作用一1.2懸架系統(tǒng)的分類和減振原理汽車辭架的腫類多種多樣.可按不同的方式進(jìn)廿訃類：根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的不同m分勺眥立懸架和：IE獨(dú)立最架；根據(jù)工作氐輕的不冋可分為菠動(dòng)懸架.半主功懸勰和主動(dòng)懸架三類.広三類威聖系址的簡化模樂可用用m表示1叭(a)藥動(dòng)懸架(a)藥動(dòng)懸架Figl-IThenuxklsofLhreetypeiof£u*qKnsiorK(!)被動(dòng).鈦架如圖1"值)所示，被動(dòng)懸架足指剛度和齟尼特性小建外部T況發(fā)生變化，工作中不需輕外部能髦輸入的就妲系統(tǒng)*它有押資、減振器和昂向機(jī)構(gòu)組成。減振原理是利伯彈費(fèi)的壓編或伸槍來曾時(shí)吸收和儲(chǔ)存能5L從而緩和路面不平造成的扳動(dòng)，利用粗尼

3、跳來消耗能敬.以達(dá)利減撮的目的1%由于彼動(dòng)懸榮系統(tǒng)只能讓動(dòng)地推受*不能做出主動(dòng)的反應(yīng)，減振性能只有在特宏的惰況下才能達(dá)的減振效果，不能主動(dòng)地適應(yīng)車栽質(zhì)fit、輪膾剛度等乍輛參數(shù)和路面澈勵(lì)的芟化，K從偽約了車価性陡的捉臥但這種慫架系統(tǒng)U仃結(jié)構(gòu)簡單、可*性高、價(jià)格低鹿等優(yōu)點(diǎn)其設(shè)il理論已經(jīng)郴當(dāng)成熱W比炭動(dòng)忿架在一定時(shí)間內(nèi)仍是乍輛應(yīng)用最廣泛的越架系統(tǒng)。(2) 半?yún)[動(dòng)懸架如出l-I(b)所示，半主動(dòng)懸架是指.我架彈性元件的剛度和誠并器的忸尼系戮Z-可以根憂需嬰進(jìn)h調(diào)節(jié)控制的懸架.山r彈賀剛度調(diào)節(jié)相對(duì)較難，rI動(dòng)總架的研究主耍集中在調(diào)市減扳器阻尼系數(shù)方面.半主動(dòng)懸架抜阻尼級(jí)可分為有級(jí)式和無級(jí)式，其中仔級(jí)

4、式是將懸栗系統(tǒng)中的陰尼分為兩級(jí)、三級(jí)或更多級(jí)，可由駕駛員選擇或根據(jù)傳感器信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行選祥懸架所需的阻尼級(jí).而無級(jí)式則是根據(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)由嚴(yán)小變到最大進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)。半主動(dòng)忿架的思想是山類國加州大學(xué)Davis分D.KamoppT1974年首先提岀.日詢無級(jí)式磁流變、電流變等半上動(dòng)懸架已經(jīng)得到了應(yīng)用，其中.世界汽車最大的霉部件供應(yīng)商Z美國德爾福(Delphi)公匈開發(fā)的響應(yīng)速度較快的MagneRide半主動(dòng)懸架已經(jīng)應(yīng)用在奧迪轎車上冋，該懸架系統(tǒng)采用磁流變液體作為減撮液，通過電總線圏改變其阻尼.(3) 主動(dòng)懸架血圖卜1(c)所示，主動(dòng)懸架是指懸架系統(tǒng)安兼了可

5、控制作用力裝酉.它需要外部能雖的輸入來產(chǎn)生這種主動(dòng)的控制力，懸架系統(tǒng)根勵(lì)車輛系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和外部輸入的變化做出相應(yīng)反應(yīng)，主動(dòng)地調(diào)整和產(chǎn)生所需的控制力.因此，主動(dòng)懸架能夠在任何情況下祁處在最住的減振狀態(tài).主動(dòng)懸架的槪念是1954年美國通用汽生公可懸架設(shè)計(jì)中提岀的.1.3懸架系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和問題劉在現(xiàn)代社會(huì)中，汽車成為人們H常岀行的車要交通工貝，對(duì)人們的生活方式和生活質(zhì)堆產(chǎn)生垂要影響。因此，隨若科技的進(jìn)步、生活水平的提高，人們對(duì)于其乘坐的舒適性、安全性和操控性的要求也越來越高.懸架系統(tǒng)是影響這些性能的重要部件，因此，懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越受到汽車工稅師的繭視.傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架不能主動(dòng)適應(yīng)路面狀況及駕駛

6、環(huán)境的變化，大大制約了車輛性能的提商.與之相比，主動(dòng)懸架則能夠根據(jù)汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和路面狀況的變化產(chǎn)生主動(dòng)控制力，使懸架系統(tǒng)處于是佳的減振狀態(tài)，使車倆任各種略面狀況下都會(huì)有良好的舒適性但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、能耗大等這些缺陷的存在嚴(yán)垂制約了現(xiàn)有主動(dòng)懸架系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用.尤其是近年來，隨看曲界能源的H箱緊張，汽車的節(jié)能何題越來越受到車視。所以開發(fā)出能耗校低、實(shí)用性強(qiáng)及造價(jià)合理的主動(dòng)忿架系統(tǒng)是一個(gè)有待解決的重要問題.14主動(dòng)懸架技術(shù)的研究進(jìn)展從上世紀(jì)五六十年代主動(dòng)懸架的思想被提出之后，眾多學(xué)&便對(duì)此做了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究.各大汽車公司也先后推岀了自己的主動(dòng)懸架產(chǎn)品，其中，圮早產(chǎn)品是由法國雪飲龍公

7、訶于1955年推出的，它是-種液壓一空氣式懸架系統(tǒng)可以使汽車具有較好的行駛性能和舒適性.1982年.英國Lotus公詢的工程師彼徳萊特也開發(fā)岀了自已的1動(dòng)懸架系統(tǒng)。釗90年代，H木尼棗公司也宣血在其僑花上成功應(yīng)用了液力主動(dòng)眾架。融ZBMW.Ford、Toyota、Benz等汽乍公司也相繼推出了各門"發(fā)的主動(dòng)懸架系統(tǒng)，并在窩檔乍上冇所應(yīng)用冋.在國內(nèi)，主動(dòng)懇架的理論也很早就引嵐了研究人員的關(guān)注，但至今還沒弓應(yīng)用于車輛t.相關(guān)高校也對(duì)此展開了大簾研究，如北京理工大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等山于主動(dòng)忌架系統(tǒng)是-個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)它的研究開發(fā)與測控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)等眾

8、多學(xué)科的發(fā)展?fàn)顩r郴關(guān).因此，真正愆義的主動(dòng)懸架系統(tǒng)是在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下發(fā)展起來的近年來，胡昔電子技術(shù)及電腦控制在轎車上的大蜀應(yīng)用.汽車懸架已進(jìn)入到利用微機(jī)進(jìn)行口動(dòng)控制的時(shí)代.主動(dòng)總架的控制方法也有多種，不同的控制策略對(duì)錄架性能的發(fā)揮也冇很大彫響.目耐應(yīng)用與汽車懸架系統(tǒng)的控制方法可大致分為如下幾種<1)天搠陰尼控制方法天棚阻尼控制思想是美國D.KARN0PP®教授F1974年提出的，其原理是設(shè)想將系統(tǒng)中的阻尼器移賢到車體與某固定的大棚之何.在天棚控制方式中.控制力取決于千體的縱向運(yùn)動(dòng)絕對(duì)速度的反饋，該控制方法算法簡臥.不需要太多的傳感器，國外已經(jīng)在一些車?yán)锏膽壹芟到y(tǒng)中有所應(yīng)用

9、。(2) 躡優(yōu)控制方法這種控制方法包含三種：線性最優(yōu)控制、II*"最優(yōu)控制和最優(yōu)預(yù)見控制.線性最優(yōu)控制是建立在系統(tǒng)較為理想的基礎(chǔ)上，采用受控對(duì)象的狀態(tài)響應(yīng)與控制輛入的加權(quán)二次型作為性聽指標(biāo)，同時(shí)保證受控結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)穩(wěn)定條件下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。H"垠優(yōu)控制方法是通過設(shè)計(jì)控制器，在保證閉環(huán)系統(tǒng)各回路穩(wěn)定的條件下，使相對(duì)于干擾的輸出取極小值應(yīng)用IT最優(yōu)控制方法可使汽車懸架振動(dòng)控制具有較強(qiáng)的適應(yīng)不確定因索影響的能力冋.最優(yōu)預(yù)見控制則是利用前輪的擾動(dòng)信息預(yù)估路面的干擾輸入,將測量的狀態(tài)變量反饋給詢后控制器實(shí)施最優(yōu)控制(3) 自適應(yīng)與自校正控制方法"列這種控制方法的基木思想是根據(jù)系

10、統(tǒng)當(dāng)前輸入的相關(guān)信息，從預(yù)先計(jì)算井存儲(chǔ)的參數(shù)中選取當(dāng)前最合適的控制參數(shù)其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是選擇能準(zhǔn)確、可靠地反映輸入變化的參考變最.只要變皇選擇徹當(dāng)，控制器即可快速，方便地相應(yīng)改變控制參數(shù)以適應(yīng)當(dāng)前輸入的變化采用自適應(yīng)控制方法的懸架在德國大眾汽車上有所應(yīng)用吉林大學(xué)的喻凡也提出了懸架的最優(yōu)自適應(yīng)與自校正控制策略.(4) 模糊控制方法帆御這種控制方法不需要建立控制對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型，使用語盲變量代醤數(shù)字變量,在控制過程中包含有大量人的控制經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，對(duì)系統(tǒng)的時(shí)變特性有較好的適應(yīng)性。而R，模糊控制器有比較快的響應(yīng)，對(duì)過程參數(shù)變化不敏出，所以有很強(qiáng)的魯棒性.有關(guān)校糊控制任懸架系統(tǒng)擰制中的應(yīng)用在國內(nèi)外祁“研

11、究.II木巒騎人學(xué)fl<JYoshimura散授花模制控制控制t上動(dòng)息架方血做了大址的理論研究"（5）神統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制方法人了紳經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是生物學(xué)中腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某種抽空、簡化和模擬，它山大鳳類以于人腦神經(jīng)元的臥木（F,總處理譏元通過廣泛連援而構(gòu)成的島度非線性超大炭慮連續(xù)時(shí)河動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，反映了人制功能的若干基本特征作為種并行分的式處理系統(tǒng),它具有自動(dòng)知識(shí)快取、聯(lián)想記憶、白適應(yīng)性、良好的容椿性和推理能力.神經(jīng)網(wǎng)儕具有白學(xué)習(xí)性和巨墾并廳件用是山于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有上述特點(diǎn).近年來.采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制方法已越來建受到關(guān)注.H本農(nóng)業(yè)夫?qū)W的Moran和Nagai利用所建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)實(shí)際的非線件懸架系統(tǒng)

12、做了系統(tǒng)識(shí)別和檢制叫（6）變結(jié)構(gòu)控制問變結(jié)構(gòu)控制理論是一種控制系統(tǒng)的綜合方法，它是通過切換函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的.肖系統(tǒng)的狀態(tài)向哥所決定的切換函數(shù)值，隨著系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)到達(dá)某特定值時(shí)，系統(tǒng)的種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成為另-種結(jié)構(gòu)變結(jié)構(gòu)控制的優(yōu)點(diǎn)是其滑動(dòng)模態(tài)對(duì)加給系統(tǒng)的于擾和系統(tǒng)的攝動(dòng)具肖完全的自適應(yīng)性變結(jié)構(gòu)控制的這一優(yōu)點(diǎn)是嘆受到廣泛關(guān)注的一個(gè)垂要原丙利用這種控制方法可設(shè)計(jì)主動(dòng)懸架的控制律和切換懸架的控制律.（7）預(yù)見控制方法耳”列它利用趙聲波傳感器將車輛前方路面誥信息預(yù)先傳給遇架系統(tǒng)便參數(shù)的調(diào)節(jié)與實(shí)際需要司步.它的基本方法有兩類：一是俗前輪懸架的狀態(tài)信息作為后輪懸架的反饋倍息;在這忡控制方法中.二杲測星車輛麗輪前方道路的

13、實(shí)時(shí)狀態(tài)信.用此信息來控制懸架執(zhí)廳機(jī)構(gòu)的動(dòng)作控制器恨據(jù)這些信息計(jì)算出控制指令，并將相應(yīng)的信號(hào)傳至四個(gè)車輪中的粽一個(gè)懸架機(jī)構(gòu)。采用預(yù)見控制方法.由于能提前檢測到前方道路的狀態(tài)和變化，使系統(tǒng)可以及時(shí)的采取相應(yīng)的控制策略，這樣既降低了能耗又顯苦地提髙了控討性能.主動(dòng)懸架的概念產(chǎn)生于上世紀(jì)五六十年代，関后工業(yè)發(fā)達(dá)國家便開始了這方面的研究，各大汽車公司更是投入了大盤的人力和物力盡管已有一些裝簽有主動(dòng)懸架的樣車問世，但由于這些主動(dòng)懸架系統(tǒng)存在成本高、能耗大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題.僅限于樣車及一些賽車等有限的應(yīng)用匕.近年來，在硯代控制理論的推動(dòng)下，國內(nèi)外學(xué)者又紛紛對(duì)主動(dòng)懸架進(jìn)廳了大雖的研究，并將現(xiàn)代控制理論的多種

14、控制算法諸如預(yù)見控制、自適應(yīng)控制、智能控制等應(yīng)用于對(duì)主動(dòng)懸架的控制，取得了不少成果.由此町見，主動(dòng)懇架系統(tǒng)代喪了汽樂懸架的主要發(fā)展方向鑒丁現(xiàn)有主動(dòng)懸架系統(tǒng)存在這些問題，采用先進(jìn)控制技術(shù)，研究和開發(fā)出-類結(jié)構(gòu)筒單、能耗低、控制何效的車輛懸架系統(tǒng)不儀在理論上有噩要童義，而且必將推動(dòng)主動(dòng)懸梨系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性.L1麗.為解決上述主動(dòng)就架系統(tǒng)“在的問如趨向進(jìn)行以卜兩卜方血的研究：(1) 從降低成木等方而考慮，將花動(dòng)懸架(ASS)、牽引力控制系統(tǒng)(TCS)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)、動(dòng)力助力轉(zhuǎn)向動(dòng)等系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合控制'”叫Y采用集成控制時(shí)，備系統(tǒng)之間便盯實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)T作.從而整車的性能便可得到很大的捉髙

15、這樣便町對(duì)傳感器和控制器等實(shí)現(xiàn)共同利用.降低車身質(zhì)星和成木。國內(nèi)也已經(jīng)有一些這方面的文窣發(fā)表.(2) 對(duì)主動(dòng)懇架系統(tǒng)能耗大的問違，存儲(chǔ)扳動(dòng)的能址是可行的途徑之一.因此，在不彩響懸架系統(tǒng)性能的前提下，如何卜I收和再利用汽車振動(dòng)的能址是一個(gè)值得研究的方面.在這方面，國內(nèi)外也都有了一些研究成果。R本Nissan公司便開發(fā)出了一種岳能式減振器，其丄作原理是：壓力控制閥同小型希能器和液壓油缸用結(jié)合.不平路面上振動(dòng)能量的輸入破番能器吸收：GaryStecklein和GlemiWendel也開發(fā)出了一種能雖可再生的懸架系洗；F1本NORITSUGUToshiro等也對(duì)氣動(dòng)懸架的能址再工進(jìn)行了硏究.芙國Bos

16、e音響公司則于2004年開發(fā)出了由線性電機(jī)組成的電碓累架，當(dāng)車輛遇到煩簸路面或凹坑時(shí)，奩線電機(jī)便產(chǎn)生減振力來緩和路面的沖擊在國內(nèi)，張廟康教授也基丁阻尼減抿和蓄艷器減娠原理，開發(fā)出液力阻尼減振器I,可減少外冊(cè)能艮的消耗。由此可見，主動(dòng)懸架的節(jié)能問題越來越受到重視，但還郁處在研丸和實(shí)驗(yàn)階段.應(yīng)用干實(shí)際車輛的例子較少，本文正式考慮到主動(dòng)懸架在改善汽午性能方面優(yōu)于傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架，特別是近些年，電子技術(shù)、傳感器技術(shù)的飛躍發(fā)展，以微電腦為代表的電子設(shè)備，因性能的大幅改善和可靠性的進(jìn)一步提高，促成汽車電子裝胃的高可靠性'低成本和小體積，使電子控制技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于包括懸架系統(tǒng)在內(nèi)的各個(gè)部分通過采用電

17、子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)汽車懸架系統(tǒng)的控制，必能開發(fā)出性能優(yōu)越的主動(dòng)懸架系統(tǒng).陰若世界能源的日方緊張汽車的節(jié)能問題越來越受到蟲出，如何實(shí)現(xiàn)汽車扳動(dòng)主動(dòng)控制的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)節(jié)能，這個(gè)問題是制約主動(dòng)懸架系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵。本文就是以這個(gè)何題為出發(fā)點(diǎn)，為降低主動(dòng)遇架系統(tǒng)的能耗為目的，對(duì)所設(shè)計(jì)的主動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究.汽車懸架系統(tǒng)是提高車輛平順性和安全性，減少動(dòng)戲荷引足的零部件損壞的關(guān)鍵因此，研究和開發(fā)性能可靠、控制亦效的主動(dòng)懸架系統(tǒng)，對(duì)提高汽車整體性能至關(guān)克耍.萌肴世界能源的日趨緊張，汽車的節(jié)能問題越來越受到重祝，如何實(shí)現(xiàn)汽車掘動(dòng)主動(dòng)控制的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)節(jié)能這個(gè)問題足制約主動(dòng)懸架系統(tǒng)發(fā)展的夫鍵木文就是以此為出發(fā)點(diǎn)，為降低主動(dòng)懸架系統(tǒng)的能耗為目的.對(duì)所討論的主動(dòng)懸架系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。借鑒目前受到廣泛關(guān)注的泯合動(dòng)力汽車和制動(dòng)能:回收的技術(shù)，在；8架系統(tǒng)中引進(jìn)入電機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)能雖的轉(zhuǎn)換與傳遞，提出了一種復(fù)合型主動(dòng)懸架系統(tǒng)。并對(duì)1/4車輛總架系統(tǒng)進(jìn)行了仿克研究.文中根據(jù)某一SUV樂型，具體設(shè)計(jì)了該累架系統(tǒng)的相關(guān)元件，并根據(jù)懸架系統(tǒng)的工作原理和性徒嬰求，礎(chǔ)出了郴應(yīng)的怕制策略，并應(yīng)用MATLAB4k件進(jìn)行了仿H分析.H體研究內(nèi)容可分為如下兒部分：1.借鑒混合動(dòng)力汽車和制動(dòng)繼量回收