汽车底盘新技术的发展及应用.doc

1 滁州职业技术学院滁州职业技术学院 ChuzhouChuzhou VocationalVocational TechnologyTechnology CollegeCollege 06 级汽车检测与维修专业级汽车检测与维修专业 毕业论文毕业论文 课题名称 课题名称 汽车底盘新技术的发展及应用 学学 号 号 20061407112 班班 级 级 06 汽车检测与维修 姓姓 名 名 方 敏 指导教师 指导教师 贾会星 2008 年年 12 月月 23 日日 2 摘 要 近年来随着我国经济的高速发展 汽车工业作为国家支柱产业获得了迅猛 发展 专用汽车作为汽车工业的重要组成部分 也获得了快速发展 一方面 随着产业政策逐步落实和行业标准法规政策不断完善 从政策标准法规上规范 生产 提高技术水平及产品质量 另一方面 随着我国城市化建设 高速铁路 建设 公路建设及道路运输业的快速发展 为我国专用汽车提供了大量的市场 需求 专用汽车的产品品种日趋丰富 合理 产品质量 技术水平不断提高 年产量也大幅提高 该论文对汽车底盘新技术的应用现状进行了分析 探讨了 各种新技术的工作特点 应用前景和发展趋势 关键词 汽车底盘 四轮驱动 四轮转向 牵引控制 Abstract In recent years with China s rapid economic development the automobile industry as a pillar industry has developed rapidly Private vehicles as an important component of the automotive industry has developed rapidly On the one hand the progressive implementation of industrial policies and industry standards continue to improve policies and regulations and policies of the standards and regulations on the production raise the level of technology and product quality On the other hand as China s urbanization construction high speed railway construction Highway construction and road transport industry the rapid development of China s special vehicle to provide a great deal of market demand more and more private cars a variety of products reasonable and product quality technology improvement but also a significant increase in output The document a new chassis technical analysis of the status quo and explore new technical features application and development trend Keywords Automobile chassis 4WD 4WS ASR 3 目目 录录 一 绪论一 绪论 1 1 1 1 概述 1 1 2 汽车底盘的构造介绍 1 二 汽车底盘最新技术的发展现状二 汽车底盘最新技术的发展现状 5 5 2 1 汽车底盘的电子化技术 5 2 2 汽车底盘的线控技术 9 2 3 汽车底盘集成化技术 10 2 4 汽车底盘的网络化技术 10 三 目前汽车底盘中采用的新技术三 目前汽车底盘中采用的新技术 1111 3 1 主动悬架系统 11 3 2 四轮转向系统 4WS 14 3 3 四轮驱动系统 4WD 15 3 4 防抱死制动系统 ABS 17 3 5 牵引控制系统 ASR 18 总总 结结 2121 致致 谢谢 2222 参考文献参考文献 2323 1 一 绪论 在我国汽车工业发展过程中 面临着进口汽车对我国整个汽车市场的冲击 这种情况必然加大企业间的竞争力度 使汽车产品生产企业进一步认识到产品 更新换代和提高产品质量的必要性和紧迫性 没有质量就没有用户 就没有市 场 1 1 概述 越来越多的新电子控制设备被应用于汽车上 其中许多新的底盘控制技术 设备在汽车的安全性 动力性 操作稳定性等方面起着重要的作用 它包括全 电路制动系统 BBW Brake by Wire 汽车转向控制系统 RWS ESP 等 汽车悬架控制系统 ADC ARC 等 以及现在发展起来的汽车底盘线控技术 线 控换档系统 制动系统 悬架系统 增压系统 油门系统和转向系统等 再 加上汽车 CAN 总线的应用 42V 电压技术的研究 电动汽车的研究都会带动汽 车底盘控制技术向更高层次的发展 如今汽车底盘控制技术正向电子化 信息 化 网络化 集成化方向发展 且前 在汽车底盘中采用的新技术主要有主动悬架 四轮转向 四轮驱动 防抱死制动 牵引控制等 下面该论文就分别对汽车底盘的构造技术以及这些 新技术的发展状况及应用作一一分析 1 2 汽车底盘的构造介绍 底盘 底盘作用是支承 安装汽车发动机及其各部件 总成 形成汽车的 整体造型 并接受发动机的动力 使汽车产生运动 保证 正常行驶 底盘由传 动系 行驶系 转向系和制动系四部分组成 1 2 11 2 1 传动系介传动系介绍绍 传动系一般由离合器 变速器 万向传动装置 主减速器 差速器和半轴 等组成 如图 1 1 所示 传动系的功用传动系的功用 汽车发动机所发出的动力靠传动系传递到驱动车轮 传动系具有减速 变 速 倒车 中断动力 轮间差速和轴间差速等功能 与发动机配合工作 能保 2 证汽车在各种工况条件下的正常行驶 并具有良好的动力性和经济性 图 1 1 传动系的结构 传动系的种类和组成传动系的种类和组成 传动系可按能量传递方式的不同 划分为机械传动 液力传动 液压传动 电传动等 1 2 21 2 2 制动系介绍制动系介绍 汽车上用以使外界 主要是路面 在汽车某些部分 主要是车轮 施加一定的 力 从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置统称为制动系统 其 作用是 使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车 使已停驶 的汽车在各种道路条件下 包括在坡道上 稳定驻车 使下坡行驶的汽车速度保 持稳定 对汽车起制动作用的只能是作用在汽车上且方向与汽车行驶方向相反的外 力 而这些外力的大小都是随机的 不可控制的 因此汽车上必须装设一系列 专门装置以实现上述功能 3 图 1 2 制动系的结构 分类 分类 1 按制动系统的作用 制动系统可分为行车制动系统 驻车制动系统 应急制动系统及辅助制动 系统等 用以使行驶中的汽车降低速度甚至停车的制动系统称为行车制动系统 用以使已停驶的汽车驻留原地不动的制动系统则称为驻车制动系统 在行车制 动系统失效的情况下 保证汽车仍能实现减速或停车的制动系统称为应急制动 系统 在行车过程中 辅助行车制动系统降低车速或保持车速稳定 但不能将 车辆紧急制停的制动系统称为辅助制动系统 上述各制动系统中 行车制动系 统和驻车制动系统是每一辆汽车都必须具备的 2 按制动操纵能源 制动系统可分为人力制动系统 动力制动系统和伺服制动系统等 以驾驶 员的肌体作为唯一制动能源的制动系统称为人力制动系统 完全靠由发动机的 动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的系统称为动力制动系统 兼 用人力和发动机动力进行制动的制动系统称为伺服制动系统或助力制动系统 3 按制动能量的传输方式 制动系统可分为机械式 液压式 气压式 电磁式等 同时采用两种以上 传能方式的制动系称为组合式制动系统 制动系统一般由制动操纵机构和制动器两个主要部分组成 1 制动操纵机构 产生制动动作 控制制动效果并将制动能量传输到制动器的各个部件 以 4 及制动轮缸和制动管路 2 制动器 产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力 制动力 的部件 汽车上常用的制动器都 是利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩 称为摩擦制动器 它有鼓式制动器和盘式制动器两种结构型式 1 2 31 2 3 转向系介绍转向系介绍 1 方向盘 2 转向轴 3 转向中间轴 4 转向油管 5 转向油泵 6 转向油罐 7 转向节臂 8 转向横拉杆 9 转向 摇臂 10 整体式转向器 11 转向直拉杆 12 转向减振器 图 1 3 转向系的结构 汽车上用来改变或恢复其行驶方向的专设机构称为汽车转向系统 转向系统的基本组成转向系统的基本组成 1 转向操纵机构 主要由转向盘 转向轴 转向管柱等组成 2 转向器 将转向盘的转动变为转向摇臂的摆动或齿条轴的直线往复运动 并对转向操纵力进行放大的机构 转向器一般固定在汽车车架或车身上 转向 操纵力通过转向器后一般还会改变传动方向 3 转向传动机构 将转向器输出的力和运动传给车轮 转向节 并使左右 车轮按一定关系进行偏转的机构 转向系统的类型转向系统的类型 按转向能源的不同 转向系统可分为机械转向系统和动力转向系统两大类 5 1 2 41 2 4 行驶系介绍行驶系介绍 图 1 4 行驶系的结构 行驶系由汽车的车架 车桥 车轮 注意 和悬架等组成 汽车的车架 车桥 车轮和悬架等组成了行驶系 行驶系的功用是 接受传动系的动力 通过驱动轮与路面的作用产生牵引力 使汽车正常行 驶 承受汽车的总重量和地面的反力 缓和不平路面对车身造成的冲击 衰减 汽车行驶中的振动 保持行驶的平顺性 与转向系配合 保证汽车操纵稳定性 二 汽车底盘最新技术的发展现状 2 1 汽车底盘的电子化技术 2 1 12 1 1 全电路制动系统 全电路制动系统 BBWBBW BBW 是一种全新的制动模式 它的系统结构如图 1 所示 BBW 是一种新型的 6 智能化制动系统 它采用嵌人式总线技术 可以与防抱死制动系统 ABS 牵 引力控制系统 TCS 电子稳定性控制程序 ESP 主动防撞系统 ACC 等汽 车主动安全系统更加方便地协同工作 通过优化微处理器中的控制算法 可以 精确地调整制动系统的工作过程 提高车辆的制动效果 加强汽车的制动安全 性能 BBW 以电能作为能量来源 通过电机或电磁铁驱动制动器 因此 BBW 的 结构简洁 更趋向于模块化 安装和维修更简单方便 图 2 1 BBW 的结构示意图 控制单元是 BBW 的控制核心 它负责 BBW 信号的收集和处理 并对信号的 推理判断以及据此向制动器发出制动信号 此外 根据汽车智能化的发展趋势 汽车底盘上的各种电子控制系统将与制动控制系统高度集成 同时在功能上趋 于互补 BBW 采用双重闭环控制方式 首先在各个电能制动器中都有制动力矩传感 器 可以实时地监控制动力矩的大小 实现制动力矩的闭环控制 其次在制动 过程中 各车轮转速传感器时刻监视着车轮的运转过程 ABS 根据车轮转速传 感器的信号判断车轮的运转状态 根据目前 BBW 的研究成果 投入使用还需要解决一系列问题 其中主要是 电能制动器结构和性能的改善 电能制动器要保证能够独立对车辆实施有效制 7 动 必须能产生足够大的制动力矩 对内部的驱动电机 或驱动电磁铁体 驱 动力矩的传动系统 外部的供电系统提出了较高的要求 现在比较成熟的想法 是提高汽车的供电电压 从原来的 12 V 提高到 42 V 提高电压可以有效地解 决 BBW 的能源问题 2 1 22 1 2 汽车转向控制系统汽车转向控制系统 1 后轮转向系统 RWS RWS 能主动让汽车两后轮的横拉杆相对于车身作侧向运动 使两后轮产生 一转向角 RWS 是由电子控制单元 传感器和执行机构等组成 其执行机构有 整体式和分离式两种 整体式是指汽车两后轮的横拉杆由同一个执行机构调节 而分离式则指汽车两后轮的横拉杆由两个不同执行机构来调节 对于整体式 RWS 执行机构 用一个横拉杆位移传感器就能确定两后轮的转向角 但分离式 RWS 执行机构需要至少两个位移传感器 由于分离式 RWS 执行机构的元件多 两后轮的控制和协调比较复杂 现在研发更多的是整体式 RWS 执行机构 整体 式 RWS 执行机构又分液压式和机电式两种 图 2 2 是机电式 RWS 执行机构 由电动机 螺母螺杆驱动机构和安全锁止 机构等组成 为了提高系统的可靠性 执行机构里安装了一个电机转角传感器 和一个螺杆位移传感器 当 RWS 出现故障时 电动机自动锁止 两后轮的转向 角不再发生变化 直到故障排除 正常工作时 后轮的转向角是转向盘转向角 和汽车行驶速度的函数 汽车低速行驶时 当转向盘的执行机构给后轮一个相 应方向相反的转向角 从而使汽车在低速拐弯或停车时 转弯半径变小 使汽 车转向和停车更方便快速 舒适 当汽车高速行驶时 给后轮一个与前轮转向 角方向一致的转向角 汽车的前后轮同时向同一方向转向 可提高汽车的方向 稳定性 特别是汽车在高速行驶换道时 汽车不必要的横 8 图 2 2 机电式 RWS 执行机构 摆运动会大大减小 从而增强了汽车的方向稳定性 当汽车在 L2 路面制动时 同系统相配合 可及时通过主动后轮转向角来平衡制动力所产生的横摆力矩 既能保持汽车的方向稳定性 又能最大限度地利用前轮的制动力 改进汽车的 制动性能 2 ESP 或者 ESP plus 由于 ESP 系统在对轿车的行驶状态进行干涉时 只是通过对单个车轮施加 制动来调节轿车的行驶稳定性 这时由脉冲制动力引起的轿车振动 乘员能够 感觉到 ESP 能够识别转向轮与地面之间的附着系数 如果汽车在路面两侧附 着系数不同的对开路面上制动时 它朝着路面附着系数较大的一侧转动的趋势 即出现所谓的 制动器拉动 现象 在这种情况下 ESP 能够通过转向轮朝路 面附着系数较小的一侧作些适当的转向转动 以平衡 制动器拉动 的趋势 ESP 将其转向盘转向柱设计成两部分 其中一部分含有一个齿轮传动机构 通过该齿轮传动机构 系统中的电动马达对转向轮的转角施加影响 ESP 对汽 车制动和转向的干涉 是利用 ESP 的控制装置基于一个扩展的软件来操控 2 1 32 1 3 汽车悬架控制系统汽车悬架控制系统 1 主动悬架阻尼器控制系统 ADC ADC 有时也称为连续性阻尼控制系统 CDC 由电子控制单元 CAN 4 个车 轮垂直加速度传感器 4 个车身垂直加速度传感器和 4 个阻尼器比例阀组成 根据汽车的运动状况及传感器信号 电子控制单元计算出每个车轮悬架阻尼器 的最优阻尼系数 然后对阻尼器比例阀进行相应的调节 自动调整车高 抑制 车辆的变化等 使汽车的悬架系统能提供更好的汽车舒适性 安全性和稳定性 9 为此 让汽车车轮的动载振幅和车身垂直加速度尽可能小 2 主动横向稳定器 ARC 当汽车进行弯道行驶时 离心力会对汽车车身产生一个侧倾力矩 这个侧 倾力矩一方面引起车身侧倾 另一方面使车轮的载质量发生由内轮向外轮的转 移 主动横向稳定杆则可以根据具体情况对每个横向稳定杆施加一个可连续变 化的初始侧倾角或者初始侧倾力矩 主动侧倾稳定杆有两种不同的结构形式 一种是将被动侧倾稳定杆从中间分开 通过一个旋转马达把稳定杆的左右两部 分连接起来 旋转马达能让左右两部分进行相对转动 旋转马达的转矩可以调 节 另一种是在被动稳定杆的一端安装一个差动液压缸机构 差动液压缸机构 一端与稳定杆连接 另一端与同车轮的横向摆臂连接 差动液压缸机构两端的 距离可以调节 主动横向稳定器示意图如图 2 3 所示 图 2 3 主动横向稳定器示意图 ARC 的工作原理是主动让稳定杆的左右两端作垂直方向的相对位移 平衡 车身的侧倾力矩 使车身的侧倾角接近零 提高了舒适性 由于汽车前后两个 主动稳定杆可以调节车身的侧倾力矩的分配比例 从而可调节汽车的动力特性 提高了汽车安全性和机动性 2 2 汽车底盘的线控技术 所谓线控就是用电子信号的传送取代过去由机械 液压或气动的系统连接 的部分 如换档连杆 油门拉线 转向器传动机构 刹车油路等 它不仅是取 代连接 而且包括操纵机构和操纵方式的变化 以及执行机构的电气化 这将 10 改变汽车的传统结构 图 2 4 是线控过程的基本组成 全面线控的实现将意味 着汽车由机械到电子系统的转变 线控技术要求网络的实时性好 可靠性高 而且一些线控部分要求功能实现的冗余 以保证在一定的故障时仍可实现这个 装置的基本功能 就像现在的 ABS 和动力转向一样 在线路故障时仍具有刹车 和转向的基本功能 这就要求用线控的网络数据传输速度高 时间特性好和可 靠性高 图 2 4 线控过程示意图 目前汽车底盘的线控技术包括线控换档系统 制动系统 如电液制动系统 EHB 电子机械制动系统 EMB 悬架系统 增压系统 油门系统和转向系统等 线控技术具有如下优点 无需使用液压制动或其它任何液压装置 使汽车更为 环保 减小了正面碰撞时的潜在危险性 并为汽车设计提供了更多空间 线控 的灵活性使汽车设计 工程制造和生产过程中的成本大为降低 且降低了维护 要求和车身重量 2 3 汽车底盘集成化技术 现代汽车底盘电子控制系统正从最初单一控制发展到如今的多变量多目标 综合协调控制 这样可以在硬件上共用传感器 控制器件 线路 使零件数量 减少 从而减少连接点 提高可靠性 在软件上实现信息融合 集中控制 提 高和扩展各自的单独控制功能 ABS ASR ESP 的集成化 ABS ASR 装置成功地解决了汽车在制动和驱 动时的方向稳定性问题 但不能解决汽车转向行驶时的方向稳定性问题 汽车 转向行驶时 只有当地面能够提供充分的转向力时 驾驶员才能控制住车辆 使其按照预定的方向行驶 如果地面侧向附着能力比较低 提供不了足够的转 向力 汽车就会侧向滑出 影响了汽车按预定方向行驶的能力 ABS ASR ESP 集成系统的应用 在制动 加速和转向方面满足了驾驶员的较高要求 对汽车 的主动行驶安全具有较大的贡献 ABS ASR ACC 的集成化 在 ABS ASR 电子控制装置硬件的基础上 增加接收车距传感器信号的电子电路 ACC 常闭式和常开式进油电磁阀电子驱 11 动电路 在原 ABS 控制模块和 ASR 控制模块的软件基础上 增加一个 ACC 控制 模块 并与 ABS ASR 电子控制模块进行相应的有机融合 用来实时处理 计算 和确定汽车的行驶状态和车轮的转动状态 汽车 ABS ASR ACC 集成化系统具 有优先支持驾驶员操作功能和 ABS 优先工作功能 汽车底盘全方位控制系统 汽车传动控制系统 电子悬架系统 电子转 向系统 制动系统等集成融合在一起成为综合的汽车底盘电子控制系统 各控 制功能集中在一个 ECU 中 通过 CAN 总线实现信息共享 资源综合利用 2 4 汽车底盘的网络化技术 目前汽车上每个总成几乎是机械 电子和信息一体化装置 在系统中电子 和信息部分所起的作用也越来越重要 汽车工电子装置的增加使连接的电子线 路迅速膨胀 线束越来越复杂 在汽车设计 装配 维护中的负担甚至到了无 法承受的程度 而且线路接头的增加引起安全隐患 另外线的重量和占用空间 也是值得考虑的问题 重量的增加意味着降低效率 线路体积 直径 太大在 相对运动的部分之间过线非常困难 所以在电子装置不断增加的情况下 减少 线束成为一个必须解决的问题 而使用传统的点到点平行连接方式显然无法摆 脱这种困境 因而基于串行通信传输的网络结构成为一种必然的选择 基于汽 车底盘的电子化技术 线控技术的应用 汽车底盘的网络化技术成为必然 如 何建立局域网将汽车底盘的各种电子设备的传感器 执行机构 ECU 的数据和 信息通过一个总的 ECU 进行集中控制成为急需解决的问题 目前汽车底盘的网 络化中应用比较成熟的有 CAN 总线 它是由博世提出的 CAN 标准 CAN B 为 B 级 CAN CAN C 为 C 级 CAN 最早在欧洲汽车上被广泛采用 后来包括美国 日木汽车行业也使用它作为 B 级或 C 级汽车网络 TTP C 和 Flex Ray 是以线 控系统为主要应用目标的 C 级网络协议 它们的相关支撑元器件和应用系统开 发测试工具等处于研究阶段 目前无线局域网络在汽车底盘控制上的应用正在 进一步探索 蓝牙技术作为一种新的短距离无线通信技术标准 在汽车底盘控 制系统的应用中有着巨大的市场潜力 其相对低廉的成本和简便的使用力得到 汽车业界的一致认同 12 三 目前汽车底盘中采用的新技术 3 1 主动悬架系统 3 1 13 1 1 主动悬架的概念主动悬架的概念 在汽车上使用的统悬架是由弹簧 减震器 导向机构和推力杆等组成的 悬架的功能是减弱由不平路面传给车架的冲击载荷 衰减由冲击载荷引起的承 载系统振动 由于这种悬架作用是外力引起的 所以称为从动悬架 所谓主动式悬架系统 是控制环节中的执行元件能针对外力的作用 产生一个 力来主动控制车身的移动和车轮受到的载荷 路面的作用力 当汽车行驶在凹 凸不平的路面时 执行元件抑制了输入方向的力 使悬架产生抽动 因此 主 动悬架能够有效地抑制车身的侧倾 并使高度一致 由此可见 主动悬架的主要作用是 1 提高舒适性 主动悬架用计算机独立地控制每个车轮 能够在任何时候 在任何车轮上产生符合任何要求的悬架运动 它不像任何软弹簧汽车那样 遇 到大凸起时有可以感觉到的回弹或颠簸 2 控制车身运动 从动悬架的汽车在制动时 作用在车身上的惯性力引起 载荷前移 造成弹簧变形 引起车身前倾 汽车转弯时离心力的作用使弹簧受 到一个力矩的作用 引起车身向外倾斜 而主动悬架的汽车在制动和纵摇时 能够产生与惯性力相对抗的力 减少了车身位置的变化 3 调节车身高度 主动悬架系统还有一个实用的好处 即其乘坐高度可以 随时调节 汽车在高速公路上行使时 车身可以调节得低一些 通过坏路面时 车身可以调节得高一些 当指令汽车抬起损坏的车轮时 就可以更换轮胎 3 1 23 1 2 主动悬架系统的发展主动悬架系统的发展 最初提出悬架主动控制这一设想的是路特斯 Lotus 这种系统的开发是在 80 年代初期 由液压主动控制抽动的洛特斯型系统完成了最初的路试 这种系 统结构复杂 具有足够高的响应速度 执行元件发生作用时 液压缸中的活塞 从两侧接受油压 一侧的油压上升 另一侧的油压降低 从而带动活塞抽动 13 在该系统中 各种信号通过传感器输入电脑 然后由电脑分析这些传来的信息 反馈给四个轮子 以便能瞬时产生足够的油压 保证在凹凸不平的路面上行使 时悬架的伸缩 采用洛特斯主动控制架专利的制造厂有许多 沃尔沃便是其中之一 它的 主动悬架系统根本不用弹簧 而是采用传感器 计算机及液力促动器等装置构 成的复杂系统 使车轮上下运动 以适应路面及车辆动力学的要求 沃尔沃样车上 每个车轮都装有一只双向作用液力促动器 以取代弹簧 供给 促动器动力 使其向上或向下运动 并由高速伺服阀控制运动的速度和方向 一只航空用液力泵给整个系统供给动力 储油器储存过剩的动力液 一台中央 计算机控制液力促动器 而计算机则与传感器用导线相连 传感器测量每个轮 子的垂直运动及车身的侧向转动 纵向转动及水平面内的转动 在开始碰到凸 起时 计算机指令液力系统抬起车轮 然后当通过凸起时 放下车轮 同 样 转向载荷也是通过计算机将较高的压力分配到外侧的促动器上 来平衡车 身的侧向转动 液压系统在千分之三秒内起作用 每分钟可作用约 1500 次 通 过修改悬架的计算机程序 可以改变乘坐和操纵特性 美国通用汽车公司也在客货两用车上采用了一种新型的主动悬架系统 命 名为希尔洛 sierra A R400 它是由计算机软件 动作传感器 油液泵 阀门 伺服机构和四个液力作动器组成 A 400 的主动悬架系统重达 193kg 约为洛 特斯 ttus 悬架系统的 2 倍多 但这个系统在舒适性和操纵性方面达到了惊人 的效果 传统的悬架系统的主要问题是在凹凸不平的路面上 弹簧和减震器不 能使车轮与地面经常保持接触 从而导致牵引力的丧失 而 A R 系统是用车轮 传感器来处理这个问题 这些传感器能够每隔 7Vs 改变一次系统的压力 系统 的传感器还能判断汽车的某一个或所有车轮是否与地面接触 然后调整系统的 压力 以防止车身的下沉 A R400 自身也可进行调整 以保证舒适的公路运 行并同时保持汽车的稳定姿势与行车高度 这种悬架系统由于成本和其他一些 问题 目前还难以普及 3 1 33 1 3 主动悬架的应用前景主动悬架的应用前景 主动悬架系统可以控制车身的运动 使汽车在行驶过程中保持车身平稳 14 高度一致 无倾斜 并能实现负侧倾转弯 但这种悬架系统结构复杂 消耗能 量大 成本高 当汽车轮胎载荷突然增加时 活塞容易卡住 驾驶人员虽然能 感知这一变化 却很难控制车轮 所以 该系统在现阶段 作为高级轿车的研 究具有很大意义 它对悬架装置的改进和新系统的研究 开发也有较大的推动 作用 另外 由于主动悬架系统中 计算机可以编制程序 修改行驶中汽车的复 杂动力学性能 例如 急转弯时 来自水平转动及转向角传感器的输入信号 就能告诉计算机汽车在转弯时是否打滑 于是计算机调整每一个车轮的负载 迅速改变侧滑 使前轮胎进八不足转向状态 而易于控制 由于主动悬架系统 的潜在优势 也促进了开发的竞争 或许近几年内该系统就会普及应用在高级 轿车上 3 2 四轮转向系统 4WS 目前 世界上各汽车厂商都在积极开发 4Ws 车 主要出于两点考虑 一是 可以提高车辆高速稳定性 尤其是在紧急换道行驶时 二是可以提高车辆在密 集排放的停车场上进出的灵活性 但不管在哪种场合 都依靠高速时同相位转向 来提高操纵稳定性 低速时采用逆相位转向提高操纵性 下面先对 4WS 和 2WS 的运动特性进行比较 3 2 13 2 1 4WS4WS 的运动特性的运动特性 1 高速行驶时 传统结构的 2WS 车 在转弯开始仅转动前轮 由于从前轮 开始转弯到后轮跟着开始转弯之间 有一个时间差 在这段微小的时间差里 因为后轮投有侧向力 会使车轮后部向外偏移 对 4WS 车 因为和前轮同一方向 同方向或相位 转动后轮 所以在后轮也 同时产生倒向力 于是车身的侧偏角就小 甚至可以为零 这样 汽车就能平 滑地换道行驶 从而提高汽车操纵的稳定性 2 低速行驶时 汽车若在狭窄的停车场地停车 停车是否容易 主要取决 于转弯半径的大小 2WS 车只有前轮转向 而在 4WS 的场台 因为转动后轮的 方向和前轮相反 逆相位 所以它的转弯半径和 2WS 相比就小些 由此可知 4WS 车的停车和 U 型转弯比较容易 15 3 2 23 2 2 4WS4WS 车发展趋势车发展趋势 尽管 4WS 能提高车辆高速稳定性和在停车场上进出的灵活性 但仍有人对 4WS 表示异议 其理由主要是 1 现在的前轮转向已是比较完善的 可以充分地满足汽车行驶的需要 全 四轮转向并不能使汽车转向性能有明显改善 2 4WS 和 2WS 在性能上仅有极微小的差别 没有必要花这么多钱 把车子 搞得这么复杂 3 如何去组合汽车的平移和转动这两种运动 使得汽车每一瞬时都处于最 佳的转向行驶状态 这无论在理论上还是在实用性技术上 目前还投达到成熟 的地步 因此 很多人的看法是 尽管目前看来 4WS 装置的性能还算不错 但如果 把同样多的研制费用于提高轮胎性能和改善悬架设计 很可能在操纵性能良好 的 2WS 汽车上收到更好的效果 不过将来 通过有效的电脑控制和新兴的机械 连接装置 4WS 肯定会得到改进 并将具有更好的操纵性能 4WS 的应用可能会 变得与今天的动力转向和自动变速一样普通 3 3 四轮驱动系统 4WD 四轮驱动能够根据前后轴的转速 控制并分配其驱动力 使汽车具有防滑 能力及良好的加速性和行驶稳定性 基于这些优点 四轮驱动已由 7O 年代以前 主要用于 吉普车 发展到目前以轿车为中心迅速普及开来 3 3 13 3 1 轮驱动的运动特征轮驱动的运动特征 现今轿车的驱动形式大致分为二轴驱动 2Wd 和四轴驱动 4Wd 两种 而前 者又分为前轮驱动和后轮驱动 若研究的车辆在易滑路面起动时的运动状况 则 可见紧急踩踏油门起步加速时 车轮产生空转 汽车在前轮驱动的情况下 由 于前轮打滑 车辆失去方向稳定性 而在后轮驱动的场合 由于后轮打滑 投 有后轮侧向力 车辆发生甩尾现象 缺乏行驶稳定性 而 4Wd 车的驱动扭矩分 配在前后轮 故与 2Wd 相比 车轮难以打滑 可以确保车辆的转向效果和行驶 稳定性 16 当汽车在易滑路面上以接近于极限车速转弯行驶时 对于前轮驱动的汽车 后 轮的侧向力虽然充裕 但前轮要求有大的驱动力 由于踩油门滑动率增大 故 使得侧向力降低 导致前轮向旋转圆的外侧偏移 汽车就不可能维持前进的路 线 而在后轮驱动的场台 虽然前轮有足够的侧向力 但因后轮需要大的驱动 力 故侧向力降低 遂使后轮向旋转圆的外侧偏移 引起车身有侧滑的倾向 而在 4Wd 的情况下 由于必要的驱动力在前后轮分配 故前后轮上转变所需要 驱动力减少 而前后轮自勺侧向力还保持有足够的值 这样 汽车就不会侧滑 并基本上按原定的路线转弯 3 3 23 3 2 4WD4WD 的工作原理的工作原理 四轮驱动要求前后桥间差速器将发动机输出扭矩 根据道路情况按一定比 例分配到前后轮上 一般有 4 种方式 一种是桥间差速器为独立部件 布置在 后轴位置 造价较高 另几种是发动机 变速器 桥间差速器连为一体 桥间 差速器可前置 后置和侧置 前置和后置的形式在结构上比较紧凑 现以桥间 差速器后置的形式为倒说明其工作原理 传感器测量车轮轨迹 并向中央电子 控制系统输送信息 随后将其与预先储存的转速进行比较 判断是否存在差异 当一个或两个后轮出现打滑时 计算机就将一个脉冲信号送给一套液压装置 此液压系统选定四轮驱动三个阶段中的一种 即 前轮驱动已啮合 差速器未 锁死 前轮驱动已啮合 前后桥之问的差速器已锁死 四轮驱动 前后桥之间 的差速器锁死 同时后桥差速器已锁死等 这套系统非常灵敏 甚至能识别出 前后轮胎磨损量所引起的差异 并且能自动作出补偿 这种四轮驱动系统的一 个突出特点是不需要司机的关注 这就消除了由于不正确操作而产生的不良后 果 其判别和动作速度比司机所能达到的速度快得多 QUATTRO 是奥迪公司永久四轮驱动系统型轿车的注册标志 从 1985 年起 奥迪公司在其各系列车型中都有 QUATTRO 目前共有 9 种车型 最高级车型 AUD1A8 已将四轮驱动作为标准件 QUATTRO 是奥迪首创的一种常啮合四轮驱动 系统 它可以自动分配传递到前轮和后轮的扭矩 从而使发动机的功率得到最 大限度的利用 QUATTRO 系统吸收了前轮驱动车行驶稳定的优点 又吸收了后 轮驱动车转向性能好的优点 是轿车技术的一次创新 极大地提高了轿车的动 17 力性和经济性 3 3 33 3 3 四轮驱动的发展趋势四轮驱动的发展趋势 四轮驱动车由于自身的优点 本世纪四五十年代在全球范围内掀起了一次 四轮驱动车的热潮 四轮驱动车的研制和生产也得到了极大的推动和发展 60 年代以来 简陋的四轮驱动车逐渐受到冷落 7O 年代中后期爆发的全球性的石 油危机 对四轮驱动车是一个沉重的打击 四轮驱动车的销量大跌 就在四轮 驱动车受到美国及西欧制造商的冷落的时候 日本汽车制造业加紧四轮驱动车 的研制和开发 日本人发现 四轮驱动的销售 不仅能带动一些高价值汽车零 件的销售 而且也可以作为开发市场的有效手段 倒如 许多发展中国家都把 小轿车列入奢侈品的范畴而禁止进口 但却允许进口一些实用型的四轮驱动车 及零配件 所以 到 1970 年 日本已经取代美国成为世界上四轮驱动车的主要 生产国 丰田汽车公司的 LAND CRUISER 系列逐渐取代了美国汽车公司的产品 并开始领导四轮驱动车发展的潮流 石油危机之后 四轮驱动车的发展进了日新月异的阶段 然而 与第一次 四轮驱动车热潮不同的是 四轮驱动小轿车已取代实用型四轮驱动车 成为发 展的主流 1980 年 3 月 大众汽车公司隆重推出 AUD1QUATTRO 四轮驱动车 震 动了全球汽车界 该车在一系列拉力赛中连连获胜 倾倒了无数消费者 1986 年 四轮驱动车全面走出低谷 美国市场销售量回升到 100 万辆以上 日本的 四轮驱动车产量也超过 80 多万辆 且绝大部分用于出口 进人 90 年代 四轮 驱动车已成为显示人们身份地位的重要标志 3 4 防抱死制动系统 ABS 防抱死制动系统 ABS 是一种开发时问最长 推广应用最为迅速的部件 也是目 前最有效的安全部件 并已经成为汽车的标准装备 3 4 13 4 1 ABSABS 的耐用的耐用 所谓 ABS 就是自动地控制制动器内液压 从而使轮胎的滑移率处在某范 围内时 获得最佳制动力 并确保侧向力有相当高的值 也就是在车轮将要抱 18 死时降低制动力 而当车轮不会抱死时又增加制动力 如此反复动作 使制动 效果最佳 ABS 的功能可归纳为 1 防止后轮拖死 提高车辆的行驶稳定性 2 防止前轮 抱死 确保车辆的操纵性 转向效果 3 防止车轮抱死 发挥最佳制动力 3 4 23 4 2 ABSABS 的结构特点的结构特点 ABS 通常由转速传感器 控制器 微机 执行器及指示器等组成 微机的 ROM 中预先存储有多种制动情况下的理想转速的减速度数值 在车轮上装设的 传感器 直接检测车轮的滑移程度或车轮的减速度 并向微机发出脉冲信号 该信息进人微机后 经数据比较 计算和分析 判断出此时车轮是否有抱死趋 向 当转速较大尚不存在抱死趋向时 制动系通过管路 迅速产生增大的制动 力 使汽车很快制动 当车轮出现抱死趋向时 微机立即向各轮制动电磁阀发 出指令 降低制动压力 以防止车轮制动抱死 然后又恢复原先的制动力 如 此不断反复施压与卸压 频率可达 6 10Hz 使得车轮始终处于最佳的制动状态 接近于抱死而尚未完全抱死 使汽车达到最好的制动效果 ABS 一般还有自检功能和后备功能 一旦系统出现故障 系统警告灯即会有 规律地闪亮 对照使用说明书可以很快地查找出故障部位 所谓后备功能 即 当 ABS 出现严重故障 系统会被自动切断 恢复传统的制动方式 以防不测 3 4 33 4 3 ABSABS 的发展前景的发展前景 世界上第一台防抱死制动系统在 1930 年问世 首先被应用在飞机上 1950 年 美国福特汽车公司首次将法国民航用的 ABS 应用于林肯牌轿车 70 年代 由于欧美 7 国生产的新型轿车的前轮或前后轮开始采用盘式制动器 促使了 ABS 在汽车上的应用 80 年代后 电脑控制的 ABS 逐渐在欧洲 美国及日本的 汽车上广泛使用 一些中高级豪华轿车均采用了先进的 ABS 1993 年 各国轿 车上安装 ABS 已达 46 到目前为止 估计世界各国生产的轿车中将有 90 以 上应用 ABS 其中 日本的丰田和本田的装车率已接近 100 现今全世界已有本迪克斯 波许 序根 戴立克 麦克 戴维斯 海斯 本 田 日本无限等几大公司可生产 ABS 随着轿车的不断发展 ABS 的生产厂家将 19 会越来越多 3 5 牵引控制系统 ASR 1987 年 宝马公司在其系列豪华车上用了一种牵引控制装置 由于效果不 错 到了 9O 年代 销往美国的宝马车也装上了这一系统 几乎同时 卡迪拉克 也在 90 款联盟牌轿车上应用了这一系统 并且是标准装备 从那时起 牵引控 制系统获得了广泛的应用 总计有 23 个厂家 50 余种车型应用了这一装置 3 5 13 5 1 牵引控制系统的工作原理及作用牵引控制系统的工作原理及作用 牵引控制系统 简称 ASR 或 TRC 可以看成是防抱死制动系统在逻辑上的延 伸 车辆在制动时 车辆打滑会大大降低轮胎与地面的附着力 严重时会使方 向失控 ABS 就是针对这一问题设计的而车辆在启动或加速时 驱动轮的打滑 也会使汽车的牵引力大打折扣 冰雪路面 驱动轮打滑就有可能导致方向失控 这是因为随着滑转率的升高 侧向力降低 方向稳定性变坏 牵引控制系统就 是解决这方面问题的 这一系统依靠电子装置感知各个车轮的角速度 当它推 测到驱动轮的转速高于从动轮时 这是加速时车轮打滑的特征 就会发出一个信 号 使一个或两个驱动轮的制动器起作用 或减少发动机功率 或用其他办法 使驱动轮不再打滑 由此可见 牵引控制系统有三大作用 主要是在光滑路面 一是提高加速 性能 二是提高后轮驱动车辆的行驶稳定性和前轮驱动车辆的操作性 三是适 当地发挥驱动力 提高车辆的爬坡能力 3 5 23 5 2 牵引控制系统的工作方法及效果牵引控制系统的工作方法及效果 牵引控制系统大体上有三种工作方式 一是靠制动器制动车轮打滑 二是 靠减少节气门的开度来降低发动机的功率 三是两者兼用 这是目前所采用的 比较先进的方式 卡迪拉克联盟牌轿车就是采用发动机 制动器综合控制方式 牵引控制系统把复杂的电脑检测技术与驱动系统结合起来 该系统有一个圆盘 盘上具有许多均匀分布的槽 当其通过一个固定的线圈时 这些槽就产生一个 峰值电压 该系统和旋转轴联锁在一起 把车轮的旋转运动转化为一系列的数 20 字脉冲 利用这些脉冲 微处理机就能控制速度 当探测到各轮间有 i0 的速 度差别时 便迅速地使打滑车轮的制动器断续制动 从而使车轮转速降低 恢 复与地面的附着力 或者 当节气门打开并超过 3s 后 第二个逻辑电路便切断 供给发动机喷油嘴的燃油 从而降低发动机的功率输出 使车轮不可能打滑 为了解不同工作方式的牵引控制系统对车辆行驶性能的影响 人们对 5 种 车型进行了对比试验 这些车型分别为林肯一马克 土星 SL2 克莱斯勒 协 和 卡迪拉克 弗利特伍德 奥兹莫比尔 88 皇家 LSS 行驶时 一次打开牵 引控制系统 另一次则关闭 试验内容包括加速试验 坡度分别为 1O 度 l5 度 2O 度的爬坡实验和综合行驶试验 场地分别为积雪路面 结冰路面和左右 轮摩擦系数不同的路面 通过比较 奥兹奠比尔 88 皇家 LS