汽车悬架技术

汽车悬架技术摘要汽车悬架性能的好坏直接影响汽车行使的平顺性和操纵稳定性。目前，汽车上普遍采用的被动悬架系统，由于参数不可调节，对多变环境中工作的汽车难以满足期望的性能要求。因此，为了克服被动悬架对汽车性能改善的限制，近年来出现了主动悬架系统。主动悬架能够根据工况变化，实时主动地调整和产生所需的悬架控制力，以抑制车身的振动，使悬架处于最优减振状态，达到同时改善汽车行驶平顺性和操纵稳定性的目的。因此，研究性能优良的车辆主动悬架系统必将是今后汽车悬架发展的方向。Theautomobilesuspensionforkperformancequalitydirectlyaffectssmoothnessandtheoperationstabilitywhichtheautomobileexercises.Atpresent,ontheautomobilegenerallyusespassivesuspensionforksystem,becausetheparametercannotadjust,workstheautomobiletothechangeableenvironmentintosatisfytheexpectationwithdifficultytheperformancerequirement.Therefore,inordertoovercomethepassivesuspensionforktotheautomobileperformanceimprovementlimit,inrecentyearsappearedthedrivingsuspensionforksystem.Thedrivingsuspensionforkcanactaccordingtotheoperatingmodechange,real-timeonowninitiativeadjuststhesuspensionforkcontrollingforcewhichandproducesneeds,suppressestheautomobilebodythevibration,causesthesuspensionforktobeatthemostsuperiorantivibrationcondition,achievedsimultaneouslyimprovestheautomobilesmoothrunningandtheoperationstablegoal.Therefore,theresearchperformancefinevehiclesdrivingsuspensionforksystemwillwillcertainlytobethenextautomobilesuspensionforkdevelopmentdirection.关键词：汽车悬架，被动悬架，主动悬架，半主动悬架，主动空气悬架，控制，应用悬架的发展历史和现状科技进步是人类永恒的追求。在马车出现的时候，为了乘坐更舒适，人类就开始对马车的悬架一叶片弹簧进行孜孜不倦的探索。在1776年，马车用的叶片弹簧取得了专利，并且一直使用到20世纪30年代，叶片弹簧才逐渐被螺旋弹簧代替。汽车诞生后，随着对悬架研究的深入，相继出现了扭杆弹簧、气体弹簧、橡胶弹簧、钢板弹簧等弹性件。1934年世界上出现了第一个由螺旋弹簧组成的被动悬架。被动悬架的参数根据经验或优化设计的方法确定，在行驶过程中保持不变。在20世纪60年代就提出了主动悬架的概念，主动悬架就是由在悬架系统中采用有源或无源可控制的元件组成。它是一个闭环控制系统，根据车辆的运动状态和路面状况主动作出反应，以抑制车体的运动，使悬架始终处于最优减振状态。所以主动悬架的特点就是能根据外界输入或车辆本身状态的变化进行动态自适应调节。因此，系统必须是有源的。70年代诞生了半主动悬架，半主动悬架则由无源但可控制的阻尼元件组成。在车辆悬架中，弹性元件除了吸收和存贮能量外，还得承受车身重量及载荷，因此，半主动悬架不考虑改变悬架的刚度而只考虑改变悬架的阻尼。由于半主动悬架结构简单，在工作时，几乎不消耗车辆动力，又能获得与主动悬架相近的性能，故应用较广。汽车悬架系统的类型和应用悬架是车身与车轮之间的一切传力连接装置的总称。汽车悬架的作用除了缓冲和吸收来自车轮的振动之外，还要在汽车行驶过程中传递车轮与路面之间的驱动力和制动力，在汽车转向时，悬架还要承受来自车身的侧向力，并在汽车起步和制动时能够抑制车身的俯仰振动，提高汽车的行驶稳定和安全性。根据导向机构不同，汽车悬架可分为独立悬架和非独立悬架两大类。根据悬架控制力可分为被动悬架、主动悬架和半主动悬架。被动悬架被动悬架是传统的机械结构，由弹簧、减震器和导向机构组成。被动悬架的刚度和阻尼系数均不可调，只能在特定的工况下达到最优减振效果，存在明显的共振峰，难以同时获得良好的乘坐舒适性和操纵稳定性，缺乏灵活性。但被动悬架因结构简单、设计容易和制造方便，且无须额外的能量输入，目前在中低档轿车上应用最为广泛。为了进一步改善被动悬架的减振效果，满足现代汽车对悬架提出的更高的性能要求，在桑塔纳、夏利和赛欧等轿车上加强了通过优化寻找最优悬架参数和对悬架导向机构的研究，采用了带有横向稳定杆的多连杆机构悬架系统，在一定程度上改善了被动悬架减振效果。主动悬架主动控制悬架的最初装置是由AP公司基于气液悬架发展的一种机械系统。主动悬架通常包括三部分：传感器、控制器以及执行机构，并由它们与汽车系统组成闭环控制系统。其中控制器是整个系统的信息处理和管理中心，它接受来自各个传感器的信号，依据特定的数据处理方法和控制规律，决定并控制执行机构的动作，从而达到改变车身的运动状态、满足隔振减振要求的目的。主动悬架一般采用闭环控制。所谓闭环控制就是说输出量反过来又对系统有直接影响的控制，也就是说对弹簧刚度和减振阻尼的控制结果，还必须有反馈系统把信息传递给电脑，再由电脑进行分析和修正，以达到最佳的控制效果。由于主动悬架的诸多优点，所以它在现代汽车上得到广泛的应用。半主动悬架半主动悬架的研究工作始于1973年，由D.A.Crosby和D.C.Kamopp首先提出。半主动悬架，由可变特性的弹簧和减振器组成。其基本工作原理是根据簧上质量相对车轮的速度响应和加速度响应等反馈信号，按照一定的控制规律调节可调弹簧的刚度或可调减振器的阻尼力。半主动悬架在产生力的方面近似于被动悬架，但是半主动悬架的阻尼系数或刚度系数是可变的。通常以改变减振器的阻尼力为主，将阻尼分为两和三级，由人工选择或根据传感器信号自动确定阻尼级。1984年日产公司研制出一种声纳式半主动悬架，它能通过声纳装置预测前方路面信息，及时调整悬架减振器的三种状态。另外，D.A.Crosby等人又提出了阻尼连续可调的半主动悬架系统。新兴技术主动悬架系统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，主动悬架能够有效的抑制车身的侧倾，并使高度一致。由此可见，主动悬架的主要作用是：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要求的悬架运动，它不像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。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。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驶时，车身可以调节的低一些，通过坏路面时，车身可以调节的高一些。当指令抬起损坏的车轮时，就可以更换轮胎。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洛特斯，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。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驶时悬架的伸缩。采用洛特斯主动控制悬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。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，高度一致，无倾斜，并能负侧倾转弯，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，修改行驶过程中，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，是黔轮胎进入不足转向状态，而易于掌控。由于主动悬架系统潜在优势，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。主动式空气悬架空气悬架诞生于19世纪中期，到20世纪30年代初，美国凡世通轮胎公司首次把空气弹簧应用于汽车工业，于1934年研制出柱式空气弹簧悬架系统——AIREDE空气弹簧，并在1944年与通用汽车公司合作，进行了首次客车试验，试验结果显示出了空气悬架强大的内在优越性。1953年，美开始正式生产装有空气悬架的客车，这也是商用汽车采用空气悬架的开端，同时，空气系统控制技术的发展也极大地促进了空气悬架的广泛应用。纵观国外汽车空气悬架的发展历程，大致经历了“钢板弹簧一气囊复合式悬架一被动式空气悬架一主动式空气悬架”的变化模式。主动式空气悬架采用微电脑控制技术，不仅能实现各个悬架的气压主动控制，还增加了许多辅助功能（如故障诊断等），使传统空气悬架的性能得到了很大改善。可以预见，随着人们对汽车安全性和舒适性要求的不断提高，主动式空气悬架在汽车上的应用在不久的将来将会得到普及。对本课程的见解：通过对电喷发动机原理与检修这门课程的学习，使我对电喷发动机有了更进一步的认识，而且更加深了我对汽车发动机的兴趣。上课过程中，老师将其进行了详细的论述，我知道了电喷发动机是采用电子控制装置，取代传统的机械系统（如化油器）