懸架發(fā)展報(bào)告

1、汽車(chē)主動(dòng)懸架發(fā)展進(jìn)程汽車(chē)懸架的功能在于承載車(chē)輛簧上質(zhì)量，傳遞車(chē)橋與車(chē)架之間的力和力矩作用， 靜止時(shí)支撐車(chē)輛的結(jié)構(gòu)，車(chē)輛行動(dòng)時(shí)，緩沖車(chē)身接受的來(lái)自地面的力，保證車(chē)輛行 駛時(shí)的穩(wěn)定性。車(chē)輛懸架系統(tǒng)目前包括了被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架三大類(lèi)。被動(dòng)懸架是市場(chǎng)上各類(lèi)車(chē)輛常用的懸架形式，它的結(jié)構(gòu)主要包括彈性元件、減 振機(jī)構(gòu)和傳力機(jī)構(gòu)三部分，分別起到緩沖、減振和傳遞力和力矩的作用。由于結(jié)構(gòu) 的差異，被動(dòng)懸架分為了麥弗遜式、橫臂式、多連桿式等。被動(dòng)懸架由于兩側(cè)車(chē)輪 的懸架是否關(guān)聯(lián)，又分成了獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架，如以上舉例的幾類(lèi)懸架都是獨(dú) 立懸架的范疇之內(nèi)。非獨(dú)立懸架主要包括鋼板彈簧式、空氣彈簧式和油氣彈簧

2、式幾 大類(lèi)。獨(dú)立懸架與非獨(dú)立懸架在造價(jià)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度上的區(qū)別使得它們?cè)谝欢I(lǐng)域 內(nèi)都有獲得廣泛的利用。半主動(dòng)懸架是指可以根據(jù)事先預(yù)置的工況的參數(shù)，對(duì)應(yīng)輸出一定的剛度和阻尼 系數(shù)。由于車(chē)輛懸架的剛度調(diào)整難度較大，因此，多采用調(diào)整懸架阻尼的方式。用 可以調(diào)整阻尼系數(shù)的阻尼器代替被動(dòng)懸架中的阻尼裝置。半主動(dòng)懸架根據(jù)阻尼的調(diào) 整的類(lèi)型分為兩種。一種是阻尼系數(shù)離散的可切換阻尼式半主動(dòng)懸架，另一種是在 一定范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)整阻尼系數(shù)的連續(xù)可調(diào)式半主動(dòng)懸架。第一種的阻尼系數(shù)是離 散的值，阻尼分為了幾個(gè)檔位，在使用時(shí)選取合適的檔位；第二種通過(guò)與傳統(tǒng)的彈 簧并聯(lián)一個(gè)連續(xù)可調(diào)的阻尼器，可以形成連續(xù)可變的效果。半主動(dòng)

3、懸架和被動(dòng)懸架 都無(wú)法主動(dòng)地施加力的作用。主動(dòng)懸架要符合以下幾個(gè)條件：可以施加主動(dòng)力的動(dòng)力源、執(zhí)行元件可以傳遞 這種力的作用并且可以連續(xù)工作、多個(gè)傳感器要能將信號(hào)傳送給微電腦并實(shí)時(shí)決定 控制方式。主動(dòng)懸架的CPU給力的發(fā)出元件發(fā)出控制信號(hào)，再將傳感器采集的信號(hào) 作于CPU發(fā)出控制信號(hào)的依據(jù)，這樣就形成了閉環(huán)控制的工作方式。與半主動(dòng)懸架 不同，主動(dòng)懸架自動(dòng)控制懸架剛度。當(dāng)車(chē)輛載荷、路面情況等行駛條件發(fā)生變化時(shí)， 懸架剛度隨之變化，從而滿足車(chē)輛行駛的平順性和操作穩(wěn)定性。發(fā)出主動(dòng)力的裝置 稱為作動(dòng)器，根據(jù)作動(dòng)器的響應(yīng)帶寬，主動(dòng)懸架可以分為全主動(dòng)懸架和慢主動(dòng)懸架， 也成為寬帶寬主動(dòng)懸架和有限帶寬主動(dòng)懸

4、架。慢主動(dòng)懸架的工作頻率在一定范圍內(nèi)， 結(jié)構(gòu)上，它采用作動(dòng)器串聯(lián)一個(gè)彈簧裝置再與一個(gè)被動(dòng)阻尼并聯(lián)的行駛。在它的工 作范圍內(nèi)，作動(dòng)器發(fā)揮作用，在工作范圍外整個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)出與被動(dòng)懸架相似的工作 特征。這樣的設(shè)計(jì)大大降低了設(shè)計(jì)難度和成本，并能夠較大程度滿足控制的要求。 全主動(dòng)懸架的作動(dòng)器主要采用液動(dòng)或者氣動(dòng)的油缸，因此具有較寬的頻率響應(yīng)特性。 結(jié)構(gòu)上行程一個(gè)閉環(huán)可控的作動(dòng)器，作動(dòng)器通常還會(huì)于一個(gè)彈簧并聯(lián)共同承載簧上 質(zhì)量。主動(dòng)懸架的發(fā)展起步較早。美國(guó)GM公司的ErspielLabrosse于1954年率先提 出主動(dòng)懸架的概念。在此之后T.H.Rochwell， S.KimicaJ和M.Lawther展

5、開(kāi)了對(duì)主 動(dòng)懸架主動(dòng)元件的理論研究。Thompson首先將全狀態(tài)反饋控制運(yùn)用于全主動(dòng)懸架的 研究中，1984年又利用部分狀態(tài)反饋?zhàn)顑?yōu)控制理論構(gòu)造了次最優(yōu)反饋陣。最后他與 Pearce將兩自由度模型擴(kuò)展到四自由度模型。1986年，R.M.Chalassani研究了整車(chē) 模型的行駛性能。P.Barak和D.Hrovat利用計(jì)算機(jī)模擬激勵(lì)的方式，計(jì)算出了主動(dòng) 懸架的優(yōu)越性。用性能指數(shù)Pi代表主動(dòng)、半主動(dòng)、和被動(dòng)懸架的性能，則它們之間 的比值為1： 1.5： 4.5（Pi越小越好）。對(duì)一組特定的Pi加權(quán)計(jì)算模擬激勵(lì)結(jié)果顯 示：座椅的加速度的方根值若采用半主動(dòng)懸架下降57%，采用主動(dòng)懸架則下降87%；

6、車(chē)輛的垂直加速度采用主辦主動(dòng)懸架下降56%，采用主動(dòng)懸架下降78%；橫振加速度 采用半主動(dòng)懸架下降52%，采用主動(dòng)懸架下降68%；縱振加速度采用半主動(dòng)懸架下 降30%，采用主動(dòng)懸架則下降60%。由于主動(dòng)懸架在理論與試驗(yàn)中都表現(xiàn)出良好的性能，因此它成為了各大汽車(chē)廠 商研究的重要目標(biāo)之一。1955年，雪鐵龍公司曾研發(fā)了一款液壓-空氣懸架，滿足了 車(chē)輛良好的行駛平順性和乘坐舒適性，但是，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本居高不下，最終 未能投入使用。1982年，美國(guó)蓮花汽車(chē)公司研制了一款有源主動(dòng)懸架系統(tǒng)，并且沃 爾沃公司曾實(shí)驗(yàn)性安裝過(guò)這款主動(dòng)懸架。日本豐田公司于1986年和1989年分別在 Soare和Celica

7、兩款車(chē)型上分別安裝了能對(duì)阻尼和剛度進(jìn)行三級(jí)調(diào)整的空氣懸架和 主動(dòng)油氣懸架。九十年代，尼桑在因菲尼迪Q45轎車(chē)上也裝備了液壓主動(dòng)懸架。與 此同時(shí)，福特、保時(shí)捷等公司也分別在其高級(jí)轎車(chē)上安裝了主動(dòng)懸架系統(tǒng)。實(shí)際上， 對(duì)于越野要求很高的軍用車(chē)輛對(duì)主動(dòng)懸架的需求也是相當(dāng)強(qiáng)烈。在上世紀(jì)七十年代， 英國(guó)在其一款輕型坦克上使用了美國(guó)AP公司的液壓機(jī)械主動(dòng)懸架系統(tǒng)。美國(guó)將主動(dòng) 懸架運(yùn)用在悍馬輪式越野車(chē)上，大大提高了車(chē)輛在崎嶇不平路面上的行駛速度。目前，最先進(jìn)的主動(dòng)懸架是德國(guó)奔馳ABC系統(tǒng)。ABC系統(tǒng)將主動(dòng)懸架和車(chē)身姿 態(tài)控制完美的結(jié)合起來(lái)，它的控制感應(yīng)裝置由兩個(gè)微型處理器和13個(gè)傳感器組成， 每10 ms對(duì)懸

8、架系統(tǒng)作一次掃描和調(diào)整。各傳感器分別向微處理器傳送車(chē)速、車(chē)輪 制動(dòng)壓力、踏動(dòng)油門(mén)踏板的速度、車(chē)身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤(pán)角度及轉(zhuǎn)向 速度等數(shù)據(jù)。微處理器能獨(dú)立控制每一個(gè)車(chē)輪上的執(zhí)行元件，從而能在任何時(shí)候、 任何車(chē)輪上產(chǎn)生符合要求的懸架運(yùn)動(dòng)以適應(yīng)汽車(chē)的每一種行駛狀況ABC系統(tǒng)使汽車(chē) 對(duì)側(cè)傾、俯仰、橫擺、跳動(dòng)和車(chē)身高度的控制都能更加迅速、精確。即使行駛在路 況較差的路面上，汽車(chē)的跳動(dòng)也很小，汽車(chē)高速行駛和轉(zhuǎn)彎的穩(wěn)定性大大提高。車(chē) 身的側(cè)傾小，車(chē)輪外傾角度變化也小，輪胎就能較好地保持與地面垂直接觸，使輪 胎對(duì)地面的附著力提高，以充分發(fā)揮輪胎的驅(qū)動(dòng)制動(dòng)作用。主動(dòng)懸架主要的類(lèi)型包括空氣主動(dòng)懸架、油氣

9、主動(dòng)懸架、液力主動(dòng)懸架和電磁 主動(dòng)懸架等?？諝鈶壹芡ㄟ^(guò)改變主副氣室的通路面積大小，可以改變懸架剛度和阻尼。空氣 懸架的的動(dòng)力源來(lái)自于壓縮空氣，響應(yīng)的靈敏度不夠高。雖然對(duì)低頻振動(dòng)側(cè)傾和縱 傾適應(yīng)性足夠，但是要適應(yīng)路面輸入變化再進(jìn)行主動(dòng)反饋控制就有所欠缺。同時(shí)， 空氣懸架需要空氣壓縮機(jī)，因此占用了較大的車(chē)輛空間。油氣主動(dòng)懸架把不可壓縮 的油液和空氣彈簧結(jié)合起來(lái)，因此能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高壓力，有利于提高響應(yīng)的靈敏度。 油氣懸架系統(tǒng)彈簧剛度的變化是通過(guò)調(diào)節(jié)球型裝置中氣體的體積來(lái)實(shí)現(xiàn)的，阻尼特 性可以通過(guò)改變節(jié)流孔的數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。氣體體積越大，壓力油路中的節(jié)流孔越多， 則彈性越軟，阻尼效果越小。該系統(tǒng)的中樞是

10、一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制裝置，該裝置不斷接收 有關(guān)行駛工況的數(shù)據(jù)信息，并選擇相應(yīng)的懸架狀態(tài)。但此系統(tǒng)還存在一些未解決的問(wèn) 題，諸如成本/功能、功率消耗、重量、占據(jù)空間和振動(dòng)噪聲等。液力主動(dòng)懸架是一 種完全只靠執(zhí)行元件產(chǎn)生的抽動(dòng)來(lái)跟蹤路面的凸凹變化和車(chē)身運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。當(dāng)執(zhí)行 元件動(dòng)作時(shí)，液壓油缸中的活塞從兩側(cè)接收油壓，一側(cè)的油壓上升，另一側(cè)的油壓降 低，從而帶動(dòng)活塞產(chǎn)生抽動(dòng)。在該系統(tǒng)中，需用許多傳感器進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)和輸入，例如 要瞬時(shí)感應(yīng)車(chē)輛將通過(guò)一個(gè)什么樣的路面，車(chē)身的垂直加速度信號(hào)等。當(dāng)然，車(chē)身的 橫向加速度、施加在各軸上的載荷、偏轉(zhuǎn)角速度、車(chē)速、駕駛員的操作等信號(hào)也應(yīng) 由傳感器檢測(cè)。車(chē)內(nèi)的微型計(jì)算機(jī)分析

11、這些傳來(lái)的信息，反饋給四個(gè)車(chē)輪,產(chǎn)生足夠 的油壓，保證車(chē)輛在凸凹不平路面上行駛時(shí)懸架的伸縮。液力主動(dòng)懸架只使用不可壓 縮的油液,故其響應(yīng)的靈敏度較高。由于采用高精度和高靈敏度的伺服閥，以及由載 荷、非簧載質(zhì)量加速度和懸架行程的反饋控制來(lái)減小車(chē)身姿態(tài)變化，因此這種控制系 統(tǒng)能保證汽車(chē)具有良好的操縱穩(wěn)定性。另外，這種系統(tǒng)可使簧載質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)量最小， 能獲得良好的乘坐舒適性。電磁主動(dòng)懸架是近年來(lái)正在研究和開(kāi)發(fā)的一種新型主動(dòng) 懸架，它采用電磁機(jī)構(gòu)作為作動(dòng)器，電磁機(jī)構(gòu)根據(jù)檢測(cè)到的車(chē)身加速度變化等參數(shù)， 通過(guò)改變電磁機(jī)構(gòu)中的電流大小來(lái)產(chǎn)生電磁力，從而調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼器阻尼， 達(dá)到提高乘坐舒適性的目的。主

12、動(dòng)懸架研究中，主要研究方向是作動(dòng)器和控制策略研發(fā)。目前市場(chǎng)上的常見(jiàn) 的控制策略主包括有以下幾種：自適應(yīng)和自校正控制方法。這種控制策略可以看作自動(dòng)控制其控制規(guī)律來(lái)適應(yīng)實(shí) 時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的控制方法。方法要求系統(tǒng)中包含了大量已經(jīng)計(jì)算好的控制參數(shù)，車(chē) 輛參數(shù)選擇合適的狀態(tài)下，根據(jù)參數(shù)輸入情況，計(jì)算機(jī)迅速選取最合適的控制參 數(shù)。因此，這種方法的關(guān)鍵在于選擇可靠有效的參考變量。天棚阻尼器控制方法。這種方法在主動(dòng)懸架的控制中被廣泛利用。設(shè)想系統(tǒng)阻尼 器安裝在車(chē)體與某一固定天棚之間，主動(dòng)懸架的執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)與車(chē)體上下振 動(dòng)絕對(duì)速度成正比的控制力衰減振動(dòng)。天棚阻尼控制器方法在選擇合適參數(shù)的情 況下，可以徹底消除系

13、統(tǒng)共振的情況。最優(yōu)控制方法。由于地面對(duì)車(chē)輛的激勵(lì)是一個(gè)隨機(jī)的過(guò)程，所以懸架最優(yōu)控制的 理論基礎(chǔ)是線性隨機(jī)最優(yōu)控制理論，它通過(guò)建立系統(tǒng)的狀態(tài)方程提出控制目標(biāo)和 加權(quán)系數(shù)，再應(yīng)用控制理論求解所設(shè)目標(biāo)下的最優(yōu)控制規(guī)律。較天棚阻尼器控制 方法而言，最優(yōu)控制對(duì)系統(tǒng)中更多變量的影響加以考慮，因而控制效果更好。而且 現(xiàn)代控制方法的應(yīng)用，主要是在系統(tǒng)的控制軟件方面做一些改善，并不增加系統(tǒng) 的復(fù)雜性。預(yù)見(jiàn)控制方法。上面兩種控制方法都是按照系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行控制，預(yù)見(jiàn)控制方法 要對(duì)激將出現(xiàn)的情況加以判斷進(jìn)行控制。預(yù)見(jiàn)控制方法可以分為四輪全進(jìn)行預(yù)見(jiàn) 控制和利用前輪信息對(duì)后輪進(jìn)行預(yù)見(jiàn)控制。四輪全進(jìn)行預(yù)見(jiàn)控制要求在車(chē)輛前方

14、 設(shè)置可以探測(cè)路面情況的傳感器，獲取即將通過(guò)的路面的信息傳輸給微處理器， 得到的控制參數(shù)傳送給車(chē)輛各個(gè)懸架，從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制。這種方法可以良好的 控制車(chē)輛的俯仰運(yùn)動(dòng)，提高車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性，關(guān)鍵在于合適的傳 感器。第二種是將前輪作為信號(hào)反饋的裝置，預(yù)見(jiàn)信息從前輪的各個(gè)處理器傳輸 給處理器，后輪采用反饋和前向反饋的雙重控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)后輪的預(yù)見(jiàn)控制，也 具有良好的控制效果。但是，這兩種方法都存在時(shí)變性的問(wèn)題，車(chē)速越快會(huì)使控 制的效果下降。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法越來(lái)越多地應(yīng)用在特定環(huán)境以及采用固定描述方式的多 種目的的設(shè)計(jì)中。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是生物學(xué)中腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某種抽象、簡(jiǎn)化和模擬， 它是由大量類(lèi)似于人腦神經(jīng)元的基本信息處理單元通過(guò)廣泛連接而構(gòu)成的高度 非線性超大規(guī)模連續(xù)時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，反映了人腦功能的若干基本特性。作為一種 并行分布式處理系統(tǒng)，它具有自動(dòng)知識(shí)獲取、聯(lián)想記憶、自適應(yīng)性、良好的容錯(cuò) 性和推理能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)性和巨量并行性，故在汽車(chē)懸架控制中有廣 泛的應(yīng)用前景。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有以下不足：（1）難以保證解的唯一性（2）局域性 差（3）基函數(shù)非正交，收斂速度慢（4）難以確定逼近的分辨尺度。模糊控制。模糊控制利用語(yǔ)言變量，適用于非線性、遲滯等模型，具有較強(qiáng)的魯 棒性