汽车悬架系统的功能概述

1、汽车悬架系统的功能概述恳架址圧絮(或乐我式车八M桥或兀轮)之间的畀性联禮装置的统称*咼车辆的重耍鉅成那分°传递作用在年轮和弔尽之何的力和力矩是其上要功能之一：当汽车在凹凸不平的路而上忏驶时.便会产工撮动，传刘人徉时就破坏了乘裁的舒适性*因此.缓冲上不平路而传给车架或车身的冲击力.并袈减由此引起的脱动是恳架泵纸的文垂啤作用.山此可见就架对汽车的行驶平顺牲、垂座舒适性及操纵稳，定性等事种诧用性能都育很大的影响"一同时悬架系统对年辆的燃油坯济性、使用寿命和安全性能等都有重要範响.因此，悬架*诜的设计是整车设计过穆中的一个重整坏节研究和开发出性艇优越的抵架系统.对提高整车性能有重耍

2、作用一1.2悬架系统的分类和减振原理汽车辭架的肿类多种多样.可按不同的方式进廿讣类：根据导向机构的不同m分勺眦立悬架和：IE独立最架；根据工作氐輕的不冋可分为菠动悬架.半主功悬勰和主动悬架三类.広三类威聖系址的简化模樂可用用m表示1叭(a)药动悬架(a)药动悬架Figl-IThenuxklsofLhreetypeiof£u*qKnsiorK(!)被动.钛架如图1"值)所示，被动悬架足指刚度和齟尼特性小建外部T况发生变化，工作中不需轻外部能髦输入的就妲系统*它有押資、减振器和昂向机构组成。减振原理是利伯弹费的压编或伸枪来曾时吸收和储存能5L从而缓和路面不平造成的扳动，利用粗尼

3、跳来消耗能敬.以达利减撮的目的1%由于彼动悬榮系统只能讓动地推受*不能做出主动的反应，减振性能只有在特宏的惰况下才能达的减振效果，不能主动地适应车栽质fit、轮脍刚度等乍辆参数和路面澈励的芟化，K从伪约了车価性陡的捉臥但这种怂架系统U仃结构简单、可*性高、价格低鹿等优点其设il理论已经郴当成熱W比炭动忿架在一定时间内仍是乍辆应用最广泛的越架系统。(2) 半匸动悬架如出l-I(b)所示，半主动悬架是指.我架弹性元件的刚度和诚并器的忸尼系戮Z-可以根忧需婴进h调节控制的悬架.山r弹贺刚度调节相对较难，rI动总架的研究主耍集中在调市减扳器阻尼系数方面.半主动悬架抜阻尼级可分为有级式和无级式，其中仔级

4、式是将悬栗系统中的阴尼分为两级、三级或更多级，可由驾驶员选择或根据传感器信号自动进行选祥悬架所需的阻尼级.而无级式则是根据汽车行驶的路面条件和行驶状态.对悬架系统的阻尼在几毫秒内由嚴小变到最大进行无级调节。半主动忿架的思想是山类国加州大学Davis分D.KamoppT1974年首先提岀.日询无级式磁流变、电流变等半上动悬架已经得到了应用，其中.世界汽车最大的霉部件供应商Z美国德尔福(Delphi)公匈开发的响应速度较快的MagneRide半主动悬架已经应用在奥迪轿车上冋，该悬架系统采用磁流变液体作为减撮液，通过电总线圏改变其阻尼.(3) 主动悬架血图卜1(c)所示，主动悬架是指悬架系统安兼了可

5、控制作用力装酉.它需要外部能虽的输入来产生这种主动的控制力，悬架系统根励车辆系统的运动状态和外部输入的变化做出相应反应，主动地调整和产生所需的控制力.因此，主动悬架能够在任何情况下祁处在最住的减振状态.主动悬架的槪念是1954年美国通用汽生公可悬架设计中提岀的.1.3悬架系统的发展趋势和问题刘在现代社会中，汽车成为人们H常岀行的車要交通工貝，对人们的生活方式和生活质堆产生垂要影响。因此，随若科技的进步、生活水平的提高，人们对于其乘坐的舒适性、安全性和操控性的要求也越來越高.悬架系统是影响这些性能的重要部件，因此，悬架系统的设计越來越受到汽车工稅师的茧视.传统的被动悬架不能主动适应路面状况及驾驶

6、环境的变化，大大制约了车辆性能的提商.与之相比，主动悬架则能够根据汽车的运动状态和路面状况的变化产生主动控制力，使悬架系统处于是佳的减振状态，使车俩任各种略面状况下都会有良好的舒适性但结构复杂、成本高、能耗大等这些缺陷的存在严垂制约了现有主动悬架系统的广泛应用.尤其是近年來，随看曲界能源的H箱紧张，汽车的节能何题越來越受到車视。所以开发出能耗校低、实用性强及造价合理的主动忿架系统是一个有待解决的重要问題.14主动悬架技术的研究进展从上世纪五六十年代主动悬架的思想被提出之后，众多学&便对此做了大量的理论和实验研究.各大汽车公司也先后推岀了自己的主动悬架产品，其中，圮早产品是由法国雪饮龙公

7、诃于1955年推出的，它是-种液压一空气式悬架系统可以使汽车具有较好的行駛性能和舒适性.1982年.英国Lotus公询的工程师彼徳莱特也开发岀了自已的1动悬架系统。钊90年代，H木尼棗公司也宣血在其侨花上成功应用了液力主动眾架。融ZBMW.Ford、Toyota、Benz等汽乍公司也相继推出了各门"发的主动悬架系统，并在窩档乍上冇所应用冋.在国内，主动恳架的理论也很早就引嵐了研究人员的关注，但至今还没弓应用于车辆t.相关高校也对此展开了大帘研究，如北京理工大学、合肥工业大学、吉林大学、同济大学等山于主动忌架系统是-个复杂的系统它的研究开发与测控技术、计算机技术、电子技术和控制技术等众

8、多学科的发展状况郴关.因此，真正愆义的主动悬架系统是在现代科学技术的推动下发展起来的近年来，胡昔电子技术及电脑控制在轿车上的大蜀应用.汽车悬架已进入到利用微机进行口动控制的时代.主动总架的控制方法也有多种，不同的控制策略对录架性能的发挥也冇很大彫响.目耐应用与汽车悬架系统的控制方法可大致分为如下几种<1)天搠阴尼控制方法天棚阻尼控制思想是美国D.KARN0PP®教授F1974年提出的，其原理是设想将系统中的阻尼器移賢到车体与某固定的大棚之何.在天棚控制方式中.控制力取决于千体的纵向运动绝对速度的反馈，该控制方法算法简臥.不需要太多的传感器，国外已经在一些车里的悬架系统中有所应用

9、。(2) 蹑优控制方法这种控制方法包含三种：线性最优控制、II*"最优控制和最优预见控制.线性最优控制是建立在系统较为理想的基础上，采用受控对象的状态响应与控制辆入的加权二次型作为性聽指标，同时保证受控结构在动态稳定条件下实现最优控制。H"垠优控制方法是通过设计控制器，在保证闭环系统各回路稳定的条件下，使相对于干扰的输出取极小值应用IT最优控制方法可使汽车悬架振动控制具有较强的适应不确定因索影响的能力冋.最优预见控制则是利用前轮的扰动信息预估路面的干扰输入,将测量的状态变量反馈给询后控制器实施最优控制(3) 自适应与自校正控制方法"列这种控制方法的基木思想是根据系

10、统当前输入的相关信息，从预先计算井存储的參数中选取当前最合适的控制参数其设计的关键是选择能准确、可靠地反映输入变化的参考变最.只要变皇选择彻当，控制器即可快速，方便地相应改变控制参数以适应当前输入的变化采用自适应控制方法的悬架在德国大众汽车上有所应用吉林大学的喻凡也提出了悬架的最优自适应与自校正控制策略.(4) 模糊控制方法帆御这种控制方法不需要建立控制对象的精确的数学模型，使用语盲变量代醤数字变量,在控制过程中包含有大量人的控制经验和知识，对系统的时变特性有较好的适应性。而R，模糊控制器有比较快的响应，对过程参数变化不敏出，所以有很强的鲁棒性.有关校糊控制任悬架系统拧制中的应用在国内外祁“研

11、究.II木巒騎人学fl<JYoshimura散授花模制控制控制t上动息架方血做了大址的理论研究"（5）神统网络控制方法人了紳经网络是生物学中脑神经网络的某种抽空、简化和模拟，它山大凤类以于人脑神经元的臥木（F,总处理讥元通过广泛连援而构成的岛度非线性超大炭虑连续时河动态系统，反映了人制功能的若干基本特征作为种并行分的式处理系统,它具有自动知识快取、联想记忆、白适应性、良好的容椿性和推理能力.神经网侪具有白学习性和巨垦并厅件用是山于神经网络具有上述特点.近年来.采用神经网络的控制方法已越来建受到关注.H本农业夫学的Moran和Nagai利用所建的神经网络模型对实际的非线件悬架系统

12、做了系统识别和检制叫（6）变结构控制问变结构控制理论是一种控制系统的综合方法，它是通过切换函数來实现的.肖系统的状态向哥所决定的切换函数值，随着系统的运动到达某特定值时，系统的种结构转变成为另-种结构变结构控制的优点是其滑动模态对加给系统的于扰和系统的摄动具肖完全的自适应性变结构控制的这一优点是叹受到广泛关注的一个垂要原丙利用这种控制方法可设计主动悬架的控制律和切换悬架的控制律.（7）预见控制方法耳”列它利用趙声波传感器将车辆前方路面诰信息预先传给遇架系统便参数的调节与实际需要司步.它的基本方法有两类：一是俗前轮悬架的状态信息作为后轮悬架的反馈倍息;在这忡控制方法中.二杲测星车辆丽轮前方道路的

13、实时状态信.用此信息來控制悬架执厅机构的动作控制器恨据这些信息计算出控制指令，并将相应的信号传至四个车轮中的粽一个悬架机构。采用预见控制方法.由于能提前检测到前方道路的状态和变化，使系统可以及时的采取相应的控制策略，这样既降低了能耗又显苦地提髙了控討性能.主动悬架的概念产生于上世纪五六十年代，関后工业发达国家便开始了这方面的研究，各大汽车公司更是投入了大盘的人力和物力尽管已有一些装签有主动悬架的样车问世，但由于这些主动悬架系统存在成本高、能耗大、结构复杂等问題.仅限于样车及一些赛车等有限的应用匕.近年来，在砚代控制理论的推动下，国内外学者又纷纷对主动悬架进厅了大虽的研究，并将现代控制理论的多种

14、控制算法诸如预见控制、自适应控制、智能控制等应用于对主动悬架的控制，取得了不少成果.由此町见，主动恳架系统代丧了汽乐悬架的主要发展方向鉴丁现有主动悬架系统存在这些问題，采用先进控制技术，研究和开发出-类结构筒单、能耗低、控制何效的车辆悬架系统不仪在理论上有噩要童义，而且必将推动主动悬梨系统应用的广泛性.L1丽.为解决上述主动就架系统“在的问如趋向进行以卜两卜方血的研究：(1) 从降低成木等方而考虑，将花动悬架(ASS)、牵引力控制系统(TCS)、防抱死制动系统(ABS)、动力助力转向动等系统进行联合控制'”叫Y采用集成控制时，备系统之间便盯实现协调T作.从而整车的性能便可得到很大的捉髙

15、这样便町对传感器和控制器等实现共同利用.降低车身质星和成木。国内也已经有一些这方面的文窣发表.(2) 对主动恳架系统能耗大的问违，存储扳动的能址是可行的途径之一.因此，在不彩响悬架系统性能的前提下，如何卜I收和再利用汽车振动的能址是一个值得研究的方面.在这方面，国内外也都有了一些研究成果。R本Nissan公司便开发出了一种岳能式减振器，其丄作原理是：压力控制阀同小型希能器和液压油缸用结合.不平路面上振动能量的输入破番能器吸收：GaryStecklein和GlemiWendel也开发出了一种能虽可再生的悬架系洗；F1本NORITSUGUToshiro等也对气动悬架的能址再工进行了硏究.芙国Bos

16、e音响公司則于2004年开发出了由线性电机组成的电碓累架，当车辆遇到烦簸路面或凹坑时，奁线电机便产生减振力来缓和路面的冲击在国内，张庙康教授也基丁阻尼减抿和蓄艳器减娠原理，开发出液力阻尼减振器I,可减少外冊能艮的消耗。由此可见，主动悬架的节能问题越來越受到重视，但还郁处在研丸和实验阶段.应用干实际车辆的例子较少，本文正式考虑到主动悬架在改善汽午性能方面优于传统的被动悬架，特别是近些年，电子技术、传感器技术的飞跃发展，以微电脑为代表的电子设备，因性能的大幅改善和可靠性的进一步提高，促成汽车电子装胃的高可靠性'低成本和小体积，使电子控制技术被广泛的应用于包括悬架系统在内的各个部分通过采用电

17、子技术来实现汽车悬架系统的控制，必能开发出性能优越的主动悬架系统.阴若世界能源的日方紧张汽车的节能问题越来越受到虫出，如何实现汽车扳动主动控制的同时又实现节能，这个问题是制约主动悬架系统发展的关键。本文就是以这个何题为出发点，为降低主动遇架系统的能耗为目的，对所设计的主动悬架系统进行了深入研究.汽车悬架系统是提高车辆平顺性和安全性，减少动戏荷引足的零部件损坏的关键因此，研究和开发性能可靠、控制亦效的主动悬架系统，对提高汽车整体性能至关克耍.萌肴世界能源的日趋紧张，汽车的节能问题越來越受到重祝，如何实现汽车掘动主动控制的同时又实现节能这个问題足制约主动悬架系统发展的夫键木文就是以此为出发点，为降低主动悬架系统的能耗为目的.对所讨论的主动悬架系统进行了深入研究。借鉴目前受到广泛关注的泯合动力汽车和制动能:回收的技术，在；8架系统中引进入电机系统来实现能虽的转换与传递，提出了一种复合型主动悬架系统。并对1/4车辆总架系统进行了仿克研究.文中根据某一SUV乐型，具体设计了该累架系统的相关元件，并根据悬架系统的工作原理和性徒嬰求，礎出了郴应的怕制策略，并应用MATLAB4k件进行了仿H分析.H体研究内容可分为如下儿部分：1.借鉴混合动力汽车和制动繼量回收