汽车半主动悬架关键技术发展现状与展望

1、汽车半主动悬架关键技术发展现状与展望摘要：文章介绍了国外典型半主动悬架系统的产 品特点，详细阐述了半主动悬架的关键技术以及其发展现 状，同时对汽车半主动悬架系统的研究与开发进行了展望。关键词：汽车；半主动悬架；关键技术；可调阻尼减振 器中图分类号：u463. 33文献标识码：a文章编号： 1006-8937 (2013) 09-0081-02半主动悬架系统是无源控制，系统输入少量的调节能量 来局部改变悬架系统的动特性(刚度或阻尼系数)，作动器 价格低、能耗小、结构简单，又因系统动特性变化很小，仅 消耗振动能量，故稳定性好，同时减小振动的能力几乎和主 动悬架一样，其控制品质接近主动悬架。因此半主

2、动悬架技 术日益受到人们的重视，已成为当今国内外学者和生产商研 究和开发的热点。1国外典型半主动悬架系统产品特点介绍1. 1 tenneco连续控制电子悬架系统(ces)天纳克(tenneco)公司的连续控制电子悬架系统是一 种半主动悬架系统，能够按照路面条件和驾驶状况对悬架阻 尼进行连续性调整。ces的核心部位是一套先进的阀控系统, 该阀控系统整合了电子控制器和底盘传感器，使之共同作用 以实现最佳阻尼特性。ces机电阀控系统的调节速度非常快, 通常在10 ms左右，这一速度足以满足最高达20 hz的车轮 振动频率，在满足车身振动控制之外还可实现对车轮振动模 态的控制，tenneco连续控制电

3、子悬架系统如图1所示。1.2 zf sachs连续阻尼控制系统(cdc)采埃孚萨克斯(zf sachs)公司的连续阻尼控制系统 (continuous damping control, cdc)是一种半主动悬架 系统，该系统通过对每个独立的车轮施加优化的阻尼力，能 够显著地改善汽车的操纵稳定性、舒适性和安全性。cdc主 要由阻尼可控减振器、电控单元、传感器等构成。传感器获 取车身、车轮，以及侧向加速度等信号，电控单元对传感器 得到的有关信号进行实时分析处理，使得由于载荷、行驶工 况，以及路面状况等造成的影响得以自动校正，zf sachs连 续阻尼控制系统(cdc)如图2所示。从以上两种成熟的半

4、主动悬架系统产品可以看出，目 前，半主动悬架研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方 面，连续可调阻尼减振器是整个系统中的核心。2半主动悬架系统发展的关键技术2.1可调阻尼减振器目前，在半主动悬架系统中改变弹簧刚度要比改变阻尼困难，因此半主动悬架研究主要集中在调节减振器的阻尼系 数方面，即将阻尼可调减振器作为执行机构。筒式减振器阻尼产生机理有两方面：一是减振器油液有 黏度，二是减振器油液流经各节流口时产生阻力，即为减振 器阻尼力。从简式减振器阻尼产生机理来看，实现阻尼调节 的方式有两种：一是调节减振器油液的黏度，二是调节节流 口的开度。采用第一种方式（即调节减振器油液粘度）实现调节阻 尼的减振器，

5、根据不同的机理又可以分为两种：电流变减振 器和磁流变减振器。磁流变（电流变）减振器是以磁流变（mr） 液体（分散的铁粉微粒）为介质的柱式减振器，通过传感器 感知悬架减振系统的运转，通过调节电流改变磁场（电场） 强度，改变磁性流体的粘、剪特性，进而达到改变阻尼特性 的目的。采用第二种方式，通过调节节流口开度实现阻尼调节的 减振器，是在传统双筒式减振器的基础上发展而来的。一般 有两种实现方式：一是采用步进电机调节内置于活塞上的节 流口实现调节阻尼，这种方式通过调节活塞杆芯转动阀片， 控制活塞上的节流孔的开度大小，从而实现阻尼的连续调 节；二是在原有的双筒式减振器基础上增加中间缸和电磁阀 实现调节阻

6、尼。理论和实际证明，采用调节节流口开度的方 式实现阻尼调节成本较低，易于实现，经过结构优化，可以 较好的解决阻尼迟滞现象，易于商业化。国外对之进行了大 量研究，并已有商业化产品问世。有代表性的产品已如美国 天纳克公司生产的电子减振器以及德国萨克斯公司生产的 连续可变阻尼减振器，如图3所示。2.2控制策略skyhook阻尼控制策略是一种经典的半主动悬架阻尼控 制策略。美国dkarn0pp教授提出了该控制方法。skyhook 阻尼控制策略能够大幅降低车身垂向振动加速度，而且有良 好的鲁棒性。其所需测试仪器少，控制算法简单，因而是目 前研究最多，也是应用最多的方法。单一的天棚阻尼控制提 高了舒适性，

7、却没有解决好操纵稳定性问题，根据天棚阻尼 控制提出的地棚阻尼控制是以非簧载质量为控制对象的一 种控制策略，与天棚刚好相反。综合天棚和地棚阻尼控制的 优点而产生的混合阻尼控制算法，可以兼顾平顺性和操纵稳 定性的要求，目前产业化的半主动悬架系统中采用的控制策 略大都是基于skyhook理论的阻尼控制策略，如图4所示。半主动悬架的控制策略还有很多，比如线性最优控制、 预瞄控制、自适应控制、模糊控制等，但出于研究中，并未 真正应用在商业化产品上。由于每种主动悬架的控制策略均 各有利弊，因此对性能优化的控制器的研发，使各种控制策 略的复合成为必然。比如说，主动降振技术的应用。如果当 路况有变时再调整悬架

8、系统，这就对执行机构提出了更高的 要求，如果根据采集到的历史信号分析预测将来的路况，使 悬架系统根据预测做出调整，这样的控制策略将有很大的发 展前景。2.3系统开发评价技术系统开发评价技术包括系统构型定义、系统与整车匹配 的技术、系统试验与评价技术等。半主动悬架的系统构型有 多种类型，应根据应用对象（车型、使用工况等）、欲实现 的控制功能、成本等诸多开发目标来进行系统构型的定义和 规划，根据系统构型定义，进行具体开发工作时，涉及传感 器、控制器、执行器等部件的选型和集成。在系统开发过程 及与整车匹配过程中，应对半主动悬架系统的硬件在环仿 真、在线标定、系统评价等技术给予关注。硬件在环仿真系 统

9、中应能够完成整车模型的仿真分析。在线标定系统中应满 足道路标定试验的工作需要，具备数据测量、时域信号显示、 功率谱分析和结果显示、在线调试、标定功能、悬架控制策 略开发和评价系统。3研究与开发工作展望可调阻尼减振器的研究具有很大的潜力，方便应用在原 有车型上，利于整车企业的应用。在实施过程中，应以整车 企业为引导，努力培养像德尔福、博世、trw、zf、威伯科 等一些专业的零部件企业，由整车企业明确划分悬架系统设 计开发的权限与分工，由零部件企业的研发部门负责研发方 向、确定系统特性参数，实现悬架产品的技术积累和升级换 代。悬架系统是个复杂的系统工程，应以具备生产悬架能力 的企业为主导，以电控系

10、统开发商为配合，辅助高校和科研 院所的科研力量，协同设计与开发。目前在汽车悬架系统方面，我国除了钢板弹簧悬架的设 计及应用比较成熟以外，其他的悬架技术的应用绝大部分还 处于车型引进、仿制或直接购买产品阶段。悬架产品的设计 开发滞后，一方面表现在设计手段落后，计算机应力分析、 动态仿真在企业中应用还较少；另一方面没有建立起一套完 善的设计评价体系，使我国汽车悬架技术的研究和应用与欧 美等发达国家相比明显落后。在半主动悬架系统的研究开发方面，高校的相关专家及 研究机构多年来做了大量的工作，目前已取得了一定的科研 成果，但还未有商业化产品问世。半主动悬架系统的发展应 以市场为导向，以促进产业化发展、奠定技术基础和形成能 力、培养人才为出发点，由具有较强技术实力的企业牵头， 联合国内外的有关研究所和高校等技术研究机构联合进行 技术攻关和产业化开发，研究以开发环境建设、开发技术、 评价技术研究为重点，突破执行器设计与工艺关键问题，形 成产业化能力基础，全面提升我国半主动悬架开发的技术水 平。参考文献：1 余志生.汽车理论m.北京：机械工业出版社，2000.2 刘惟信汽车设计m.北京：清华大学出版社，2001.3 方子帆汽车半主动悬架系