汽车电子悬架系统

汽车电子悬架系统（共11篇）

汽车电子悬架系统 篇1

摘要：随着人们对汽车操纵性和舒适性要求的不断提高, 以及电子技术的飞速发展, 电子控制技术被有效应用于现代汽车悬架系统。电子控制悬架系统能使悬架随不同的路况和行驶状态做出不同的反应。既能使汽车的乘坐舒适性达到令人满意的状态, 又能使汽车的操纵稳定性达到最佳状态。本文首先介绍了电控单元控制悬挂系统的特, 然后介绍了电子控制悬挂系统的原理与主要结构, 最后介绍了电子控制悬架系统检测过程中要注意的若干问题。

关键词：汽车,电子控制悬架系统,结构,检测

随着电子技术、传感器技术的飞速发展, 电子控制的悬架系统在汽车上已得到了广泛的应用。汽车悬挂系统是车架与车桥之间的弹性连接传力装置, 电子控制悬架系统可从行驶舒适性和安全性出发, 使悬架的弹簧刚度和减振器的阻尼力随汽车行驶状态而变至最优状态。

一、电控单元控制悬挂系统的特点

汽车悬挂系统直接影响到汽车的平顺性和操纵稳定性。所谓汽车的行驶平顺性是指汽车在不平的路面上行驶的过程中, 保持驾驶员和乘员乘坐舒适或所载货物完好的能力。所谓汽车的操纵稳定性是指汽车按转向机构规定的方向行驶的能力 (操纵性) 和在外界因素干扰下保持原方向行驶的能力 (稳定性) 。

在设计汽车悬挂系统时, 保证行驶平顺性和操纵稳定性的措施是相矛盾的。比如, 为了保证乘坐舒适性, 悬挂刚度应尽可能小, 以使自然振动频率更接近人体习惯的垂直振动频率, 但悬挂刚度越小, 悬挂的垂直变形就越大, 在汽车行驶过程中由于路面的颠簸而使车体产生的位移就越大, 汽车在行驶过程中的操纵稳定性就越差。若悬挂刚度越大, 在路面颠簸时车体的位移就越小, 操纵稳定性越好, 但乘员在行驶过程中的颠簸就越严重, 行驶的平顺性就越差。

在传统悬挂系统设计时, 为同时兼顾行驶平顺性和操纵稳定性, 常常根据车辆的用途等确定一个折衷方案, 以保证在某个簧载质量下的行驶平顺性和操纵稳定性。但传统悬挂系统的悬挂刚度不能随簧载质量的变化而变化, 不能在各种行驶路面, 各种载重质量以及各种车速等行驶条件得到最优的行驶平顺性和操纵稳定性。为此。人们研制开发了电控单元控制悬挂系统。

电控单元控制悬挂系统可根据路面条件、载重质量、行驶速度等来调节悬挂系统的刚度、减振器阻尼力以及车身高度。从而使车辆在各种行驶条件下均可获得最佳的行驶平顺性和操纵稳定件。电控单元控制悬挂系统的主要优点有: (1) 可以将弹簧刚度设计得很小, 以使车身的自然振动频率尽可能的低, 保证汽车正常行驶时乘坐的舒适性。 (2) 可以将汽车悬挂抗侧倾, 抗纵摆的刚度设计得较大, 以提高汽车的操纵稳定性, 使汽车的行驶安全性明显提高。 (3) 可以在车轮碰到障碍物 (如砖、石等) 时, 将车轮快速提起, 避开障碍物, 提高汽车的通过性。 (4) 可以在汽车载荷变化, 在不平路面上行驶时自动保持车身高度不变。 (5) 可以防止汽车制动时车头的下冲。 (6) 可以避免汽车转弯时车身向外倾斜, 提高汽车转弯时的操纵稳定性。 (7) 可以减小车轮跳离地面的倾向, 提高车轮与地面间的附着力。

二、电子控制悬挂系统的原理与结构

有多种不同类型的电子控制悬挂系统, 以丰田汽车的电子控制空气弹簧悬挂系统为例, 电子控制悬挂系统主要由空气压缩机、干燥器、车身高度传感器、带有减振器的空气弹簧、悬挂控制执行器、悬挂控制选择开关、悬挂用电控单元等组成。在汽车行驶过程中, 电控单元不停地接收车身高度传感器、加速度传感器 (即油门动作传感器) 、制动传感器、转向传感器以及车速传感器输出的信号。并进行运算、分析和判断, 最终向执行器输出控制信号, 控制车身高度和悬挂刚度。

车身高度传感器的作用是检测车身高度的变化, 将车身高度值转变为电信号并向电控单元输入, 作为车身控制的主要依据。其实, 车身高度是通过检测汽车悬挂装置的位移来确定的。车身高度传感器固定在车架上不动, 传感器的连杆通过拉紧螺栓与后悬挂臂连接, 当车身高度变化时, 悬挂臂上下摆动, 从而通过拉紧螺栓带动传感器连杆摆动, 传感器连杆摆动时, 传感器内部便产生出反映车身高度变化的电信号。目前。汽车多用光电式车身高度传感器。光电式车身高度传感器主有要光电耦合元件、遮光板、旋转轴以及连杆等组成。

车身高度控制系统中车身高度控制执行装置主要有电动压缩机、空气电磁阀、干燥器以及空气弹簧等组成。电动压缩机是电动机和压缩机的组合, 用于产生压缩空气。干燥器的作用是滤去压缩空气中的水分, 避免水分进入空气弹簧的气室, 干燥器内积存的水分会在空气弹簧收缩时随着排出的气体排出。空气电磁阀的作用是根据电控单元的指令控制进气阀向空气弹簧主气室充气, 或控制排气阀打开。当电控单元输出车身升高的控制指令时, 便控制空气电磁阀打开由压缩机通向空气弹簧的迸气道, 压缩机产生的压缩空气经干燥器流向空气弹簧, 在压缩气体的作用下空气弹簧伸长, 车身升高;当微电脑输出车身降低的控制指令时, 便控制空气电磁阀打开排气口, 空气弹簧主气室中的压缩气体经该排气口排放到大气中, 空气弹簧内的气体量减小, 空气弹簧收缩, 车身降低。

空气悬挂刚度调节装置主要由刚度调节阀和悬挂控制执行器组成。空气悬挂其上端与车身相连, 下部与车轮相连。悬挂的内部腔室被分为两部分, 即主气室和辅气室。通过改变主、辅气室之间通道截面积的大小, 可以改变主气室被压缩的空气量, 进而使空气悬挂的刚度随之变化。悬挂系统阻尼调节装置是通过改变阻尼孔的大小来改变悬挂系统的阻尼力的, 阻尼调节执行机构主要由直流电动机、减速齿轮、挡块以及电磁铁等组成。直流电动机用于驱动回转阀的转动;挡块用于限制减速齿轮的旋转, 挡块的工作由电磁铁控制。电控单元控制电动机和电磁铁的通电状态, 通电状态不同时齿轮的旋转角度也不同, 使减振器的阻尼力也不同。

三、电子控制悬架系统检测中应注意的事项

电子控制悬架系统一般都设有自诊断系统, 随时监测系统的工作情况。当系统出现故障时, 可通过自诊断系统获取故障信息。检测过程中应注意下面的事项:当用千斤顶将汽车顶起时, 应将高度控制ON/OFF开关拨到OFF位置。如果在高度控制ON/OFF开关拨到ON位置的情况下顶起汽车, 则ECU中会记录一个故障码。如果记录了故障码, 务必将其从存储器中清除掉。在放下千斤顶前, 应将汽车下面所有的物体搬走。因为在维修过程中, 可能进行了空气悬架的放气、空气管路拆检等操作, 此时空气弹簧中的主气室可能无气或存有少量剩余气体, 汽车落地后, 因自身的重量使车身高度很低, 就会将下面的物体压住。在汽车移动之前, 应起动发动机将汽车的高度调整到正常状态。因为在维修时空气弹簧中的空气被放掉, 车身高度变的很低, 如果此时汽车起步, 势必造成车身与悬架或轮胎相互碰撞。因此, 维修后首先起动发动机, 用空气压缩机给空气弹簧气室输送压缩空气, 使汽车高度恢复正常, 这样汽车便可正常行驶。前安全气囊碰撞传感器安装在空气压缩机和车身高度控制阀上面。因此。除非必要时, 不要触及这个传感器。若要触及, 必须按照安全气囊维修中的说明, 在维修前拆下前安全气囊碰撞传感器, 避免影响安全气囊系统的正常工作。

参考文献

[1]邹长庚, 赵琳主编.现代汽车电子控制系统构造原理与故障诊断[M].北京理工大学出版社, 1995

[2]苏丕利, 王岩峰.丰田系列轿车电子控制悬架的检修[J].轻型汽车技术.2002 (12)

汽车电子悬架系统 篇2

基于整车转向模型的汽车主动悬架控制研究

针对汽车主动悬架系统在转向过程中的动力学行为,建立了整车转向模型.从提高汽车转向时的乘坐舒适性和操纵稳定性出发,从时域和频域两方面研究了整车系统的最优控制问题.考虑转向过程中汽车的.横摆、侧倾、俯仰及垂直方向的振动和悬架的动挠度,定义了范数评价指标,并根据人体对振动的敏感频率范围引入了适当的频域加权函数,设计出最优控制器.仿真结果表明,该方法能够有效抑制由转向和路面不平引起的振动,明显降低人体敏感频段的垂直和旋转方向振动的幅值,使悬架动挠度有所下降.

作 者：方敏 应艳杰 汪洪波 陈无畏 Fang Min Ying Yanjie Wang Hongbo Chen Wuwei  作者单位：方敏,汪洪波,陈无畏,Fang Min,Wang Hongbo,Chen Wuwei(合肥工业大学,合肥,230009)

应艳杰,Ying Yanjie(合肥工业大学,合肥,230009;浙江万里学院,宁波,315100)

刊 名：中国机械工程  ISTIC PKU英文刊名：CHINA MECHANICAL ENGINEERING 年，卷(期)： 17(4) 分类号：U461 关键词：主动悬架   整车转向模型   H∞控制   频域加权  

汽车电子悬架系统 篇3

摘 要：运用多体动力学仿真分析软件ADAMS建立搭载A发动机的C设计车前后悬架系统仿真分析模型，进行悬架运动学分析，得到主要参数的变化情况，如车轮前束、车轮外倾角、主销后倾等，确定相应数据的变化对整车性能的影响。

关键词：悬架；仿真；参数

0 引言

应分析要求应用ADAMS软件建立搭载A发动机的B车型的前、后悬架模型，对其进行悬架系统分析得到悬架各项性能指标，并与试验车C车型进行对比分析，为整车性能改进和提升提供参考[1] [2]。

本次分析参数包括整车参数、悬架系统数模、弹性元件特性、四轮定位参数、转向系统参数等，对于缺少的数据分析过程中采用软件系统中性能相当的部件参数作参考。搭载A发动机的B车型前悬架为双横臂式独立悬架，后悬架为多连杆独立悬架，转向系为齿轮齿条式；依据悬架系统数模测量硬点及零部件参数搭建搭载A发动机的B车型前、后悬架系统仿真模型

1 悬架刚度分析

1.1 悬架垂向刚度分析

通过悬架双轮同向跳动工况分析可得到悬架系统的垂向刚度，因搭载A发动机的车型前轴荷变化较大，前悬架通过调整螺旋簧刚度和自由长度保证车身姿态；而后悬架轴荷变化较小，只对螺旋簧自由长度进行了微调整，未对后悬架螺旋簧刚度进行调整。导致搭载A发动机的B车型的前悬架刚度略有增加。

除了悬架结构及参数匹配之外，汽车前、后悬架固有频率的正确匹配是减小汽车振动耦合程度有效提高汽车行驶平顺性的重要方法之一。因B车型前悬架轴荷有较大变化，通过调整前悬架螺旋簧刚度，使得前、后悬架偏频比几乎不变。

1.2 悬架侧倾角刚度分析

通过悬架反向轮跳工况分析可得到悬架系统的侧倾角刚度，具体数值如表1所示：

表1 前后悬架侧倾角刚度

[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][侧倾角刚度（仿真）

C

B][前悬架（Nm/deg）

1145

1184][后悬架（Nm/deg）

476

473][侧倾角刚度比

2.4

2.5]

一般要求乘用车前后侧倾刚度比在1.4～2.6之间，以满足汽车稍有不足转向特性的要求。B车型前悬架侧倾刚度较C车型略有增大，这是由于前悬架刚度增大造成的，前悬架侧倾刚度的增加有助于减小侧倾角，但变化较小。

2 双轮同向跳动分析

车轮由半载状态上跳、下跳各70mm。其中红色实线为搭载A发动机的B车型发动机仿真结果，蓝色虚线为试验车C车型仿真结果。

2.1 前束角随轮跳变化

车轮上跳及车轮下落时的前束变化对车辆的直线行驶稳定性、车辆的稳态响应（不足转向、过多转向）特性有很大影响，是汽车悬架的重要设计参数之一。车轮上跳时，前悬架的前束角一般呈弱负变化趋势，变化量越小越好，一般要求车轮上下跳80mm范围内，前束变化量在0～1°之间，控制直行时由路面的凸凹引起的前束变化，确保良好的直行稳定性。

2.2 外倾角随轮跳变化

为保证轮胎的侧偏性能，轿车的悬架常设计为车轮上跳时外倾角朝负值方向变化，这样就可以保证转向过程中外侧轮胎与地面的充分接触，提高轮胎抓地力，且减小轮胎的磨损。

2.3 主销后倾角随轮跳变化

对汽车而言，主销后倾角越大，高速回正力矩越大，车辆稳定效应越强，但回正力矩过大会引起前轮回正过猛，加速前轮摆振并使转向操纵沉重。半载状态下，B车型前悬架主销后倾角为2.654°，两车型变化趋势基本一致。

2.4 主销后倾拖距随轮跳变化

图1 前悬架主销后倾拖距变化

主销后倾拖距对于车辆的高速回正性能有非常重要的作用。半载状态下，原基础车型前悬架主销后倾拖距为16.62mm，B车型前悬架主销后倾拖距为16.58mm，两车型基本一致。

汽车电子悬架系统 篇4

1.1 半主动悬架。

半主动悬架内可变特性的弹簧和减振器组成的悬架系统, 它不能随外界的输入进行最优控制和调节, 但它可以根据路面的激励和车身的响应按存储在微机内的各种条件下弹簧和减振器的优化参数对弹簧刚度和悬架的阻尼进行自适应调整, 将车身的振动控制在某个范围之内。半主动悬架是无源控制, 即它没有一个动力源为悬架提供连续的能量输入。因此汽车在转向和制动等工况时不能对悬架刚度和阻尼力进行有效地控制。

1.2 主动悬架。

主动悬架需要一个动力源 (液压泵或空气压缩机等) 为悬架系统提供连续的动力输入, 是一种有源控制。主动悬梁可以根据汽车行驶条件的变化, 主动改变悬架的刚度和阻尼系数, 在汽车行驶速度变化及汽车起动、制动、转向时, 主动悬架都可进行有效地控制。此外它还可以根据需要自动调整车身高度。

2 电子控制空气式主动悬架的结构与原理

电子控制空气式主动悬架主要由信号输入装置、悬架刚度及减振器阻尼力调节装置、车身高度调节装置及悬架电控单元ECU组。

2.1 信号输入装置。

该装置主要出前、后车身高度传感器、转向盘转角传感器、车速传感器、节气门开度传感器、悬架控制开关和制动开关门等组成。

2.1.1 车身高度传感器。

它安装在车身与车桥之间, 把车身与车桥之间的相对高度变化转换为电信号, 并输送给电控单元。目前广泛使用的是光电式车身高度传感器, 传感器内部有一个靠连接杆带动旋转的轴, 轴上装有—个带有许多槽的遮光盘, 遮光盘两侧对称安装着4组发光二极管和光敏三极管, 组成四对光电耦合器。当车身高度变化时, 使车身高度传感器的连接杆转动, 通过传感器轴带动遮光盘转动。当遮光盘上的槽对准光电耦合器时, 发光二极管发出的光线通过该槽使光敏三极管受光, 输出导通信号;反之当遮光盘的槽不对准耦合器时, 输出截止信号。遮光盘上的槽适当分布, 利用这四对光电耦合器导通与截止的组合, 把车身高度的变化分为16个区域进行检测。

2.1.2 转向盘转角传感器。

该传感器安装在转向轴上, 用来检测转向盘的转角信号, 间接地得到汽车转向程度 (快慢、大小) 信号, 传给悬架电控单元。在压入转向器轴的圆盘中, 压入带有缺口的遮光盘, 遮光盘两面分别有两个发光二极管和两个光敏三极管, 组成两对光电耦合器, 当遮光盘随转向轴转动时, 两个光电耦合器的输出端即可进行ON/OFF变换.

2.1.3 车速传感器。

它安装在车轮上, 输出与车轮转速成正比的脉冲信号, 景架电控单元利用该信号与转向盘转角信号计算出车身的侧倾程度。

2.1.4 节气门位置传感器。

它安装在节气门体上, 把节气门开度信号传给悬架电控单元、间接测得汽车加速信号。

2.2 空气悬架刚度及阻尼力调节系统

2.2.1 空气悬架刚度的调节。

悬架上端与车身相连, 下端与车轮相连。主、副气室设计为一体, 主、副气室之间有一通路供气体相互流动。改变主、副气室之间气体通路的大小, 使主气室被压缩的空气层发生变化, 就可改变空气悬架的刚度。

主、副气室之间的通路靠气阀控制, 开关气阀的控制杆由悬架控制执行器驱动, 当气阀处于不同的位置时, 即大开、小开、关闭时, 可实现空气弹簧低、中、高三种状态的刚度调节。

2.2.2 悬架控制执行器。

它除了控制减振器的转阀进行阻尼调节外, 还同时驱动主辅气室的气阀进行刚度调节。

2.3 车身高度的调节。

其作用是使车身高度根据汽车内乘座人员或车辆载重情况自动做出调整, 以保证汽车行驶所需要的高度及汽车行驶姿态的稳定。当需要增高车身高度时, 直流电动机带动空气压缩机工作, 压缩空气通过空气干燥器后, 由高度控制电磁阀进入主气悬梁, 使车身高度增加, 达到规定高度时, 高度控制电磁阀断电关闭, 车身便维持在一定的高度。当车高需要降低时, 高度控制电磁阀和排气阀同时通电打开, 空气悬架主空气室气体排出, 车身高度下降。

3 电控空气式悬架的控制原理

3.1 利用弹簧刚度和减振器阻尼力进行控制

3.1.1 高速感应控制。

当车速大予110km/h时, 不管驾驶员选择何种工作模式, 悬架电控单元都会通过执行器自动使悬架系统进入常规的自动控制工作模式, 即将悬架的刚度和阻尼调到“中间”状态, 以提高汽车高速行驶时的稳定性。

3.1.2 坏路面感应控制。

当汽车以40—100km/h的速度驶入坏路面时, 若前轮车速传感器检测出路面有凸起, 则在后轮越过该凸起之前, 悬架电控单元自动使悬架系统进入自动控制工作模式, 使悬架刚度和阻尼力在“中间”状态, 以抑制车体的前后颠额与跳动, 提高汽车的乘坐舒适性和通过性;当汽车以100km/h驶入坏路面时, 悬架E-CU将弹簧刚度和减振器阻尼力调到“高”状态, 以保证汽车的操纵稳定性和通过性。

3.1.3 前后轮相关控制。

即当汽车前轮在遇到路面接缝等单个的凸起时, 电控单元相应减小后轮悬架的刚度和阻尼, 以减小车身的振动和冲击。当汽车以30—80km/h速度行驶遇到障碍时, 前轮车高传感器的脉冲信号传给悬架电控单元, 电控单元将后轮悬架的刚度与阻尼调至“低”状态, 提高汽车乘坐舒适性;此时, 既使驾驶员选择高速行驶状态 (刚度和阻尼力为中间值) , 系统仍将刚度和阻尼力调至低值。为了不影响高速行驶的稳定性, 这种动作在车速为80km/h以下才发生。

3.1.4 抗“仰俯”

当车速低于20km/h且加速度大时, 悬架将弹簧刚度和减振器阻尼力调到“高”状态, 以抑制汽车急起步时的车身“后仰”。当车速高于60km/h紧急制动时, 电控单元也将高度与阻尼力调到“高”状态, 以抵抗汽车紧急制动时车身“前仰”。

3.1.5 抗“侧倾”

在急转弯时, 装于转向轴上的光电式转角传感器监测方向盘的操作信号传给悬架电控单元, 电控单元根据方向盘的转角和转速信号将刚度与阻尼力调到“高”状态。

3.1.6 抗“点头”

当车速高于60km/h紧急制动时, 车速传感器以及制动灯开关将信号输入悬架电控单元, 电控单元自动将悬架的高度与阻尼调至“高”状态, 以增大悬架刚度和阻尼, 抑制“板头”。

在良好的路面正常行驶时, 弹簧刚度和减振器阻尼内驾驶员选择:“常规值自动控制”状态, 悬架刚度与阻尼处于“低”状态。“高速行驶自动控制”状态, 悬架刚度与阻尼处于“中”状态。

3.2 车身高度控制。

悬架电控单元根据汽车行驶速度和路面的变化, 自动调整车身高度, 确保汽车行驶稳定性和通过性, 车身高度控制有“常规值自动控制”模式和“高值自动控制“模式, 每种模式又分为“低”、“中”、“高”三种状态。

摘要：为了保证乘坐舒适性, 要求悬架要“软”;为了减小车体的侧倾和俯仰, 提高汽车操纵稳定性, 则又要求悬架较“硬“;在低速及好路面行驶时要求悬架要“软”, 在高速时要求悬架要“硬”。总之, 在汽车行驶中, 要求悬架根据实际需要随时调节其刚度和阻尼力, 以达到最佳的行驶平顺性和操纵稳定性。因此, 目前在高级轿车上采用了电子控制的悬架系统。

关键词：汽车,电子控制空气悬架,系统结构,控制方法

参考文献

[1]张滨刚, 姜正根.汽车制动过程的理论分析与试验[J].兵工学报 (坦克装甲车与发动机分册) , 1998 (4) .

汽车电子悬架系统 篇5

一 课题背景、目的和意义

汽车的出现改变了世界，促进了经济的发展，改善了人们的生活，但发展到今天，也带来严重的三大问题，即能源、环保、安全。想解决能源和环保问题，就要根据需要和可能分阶段进行，到2015年左右，应主要解决空气污染，即空气中的有害气体，主要大力减少汽车尾气排放中的二氧化碳和微粒，为此要大力推广适应发展趋势的电动汽车。电动汽车中的纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车各有特点，有不同的应用范围，也处在不同的开发阶段。这里集中讨论纯电动车，纯电动汽车使用电动机作为动力，用蓄电池作为能源储存单元，用电力作为能源。其特点是无排放，不依赖汽油。但由于蓄电池的能量密度和功率密度比汽油低很多，因此纯电动汽车的续驶里程有限。虽然近来对高性能动力电池，如锂离子动力电池的研究取得很大进展，但其成本较高，因此纯电动汽车主要运用于小型车、短途的社区交通。

电动汽车由底盘、车身、蓄电池组、电动机、控制器和辅助设施蓄电池六部分组成。由于电动机具有良好的牵引特性，因此蓄电池汽车的传动系统不需要离合器和变速器。车速控制由控制器通过调速系统改变电动机的转速即可实现。驱动的方式的不同，造成了电动汽车与普通汽车的驱动机构和传动机构截然不同，重心也由于电池的重量的摆放位置不同而变动，另外其底盘重量也相差甚远，地盘偏轻，这就降低了车辆在行驶过程中特别是高速行驶过程中的平顺性，不稳定性增加，增加了发生事故的几率。

ADAMS是法国DassaultSystem公司的CAD、CAE、CAM一体化软件居世界CAD、CAE、CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天，汽车制造、电子、电器消费品行业。具有机械设计、装配设计、焊接设计、模具设计、工程绘图，工程分析、有限元分析，动态仿真分析等强大而全面的功能。是现代车辆设计最理想的辅助设计软件。

本研究的目的在于：通过利用ADAMS对电动汽车的悬架的优化设计，改善电动汽车的行驶的平顺性，提高安全性，使电动汽车更普遍被大众使用。

二、国内目前研究电动汽车的情况

我国已经完成了电动汽车的功能样车、性能样车、小批生产和示范运行，目前已进入推动产业化的阶段。“十五”期间，电动汽车被列入“863”科技重大专项，随着投资增加和各方面重视程度不断提高，市场需求也越来越大。现阶段我国现阶段主要要解决多能源驱动控制理论和实践，还要解决关键零部件，如电机、电力电子变换器、动力电池、能源管理系统、变速器的批量生产技术，更要面临产品的可靠性、安全性、稳定性、成本以及能不能被市场接受的问题。

目前国内的电动汽车一般是由传统汽车改装而成 改装的电动汽车存在以下问题：

１、传统的汽车由于车身结构已经成型 在改装过程中动力系统及控制系统的空间布置受限制。

２、改装的电动车由于整车总布置发生变化 相对于改装前整车的操纵稳定性平顺性有所下降

３、改装的电动车为保证前后桥载荷分配，电池布局比较分散，不利于电池管理和电池组快速更换。

由传统汽车改装成的电动汽车存在以上各种问题，因此需要对其进行优化布局，改进其平顺性，需要进行主要就悬架优化设计方面的研究。从而提高电

动汽车整车的动力性能和可靠性及改善驾驶员及乘客的舒适度，更有利于节约成本 实现批量化生产 满足国内外市场的需要。

三、研究思路

本课题是通过对国产电动汽车的悬架的优化设计，提高电动汽车的乘坐舒适度，这里利用利用ADAMS的建模功能，动态仿真分析功能，对现有悬架进行改进，提高电动汽车的平顺性进而提高其安全性。

四 本课题的主要研究内容，拟解决的技术难点和主要创新点。

（一）主要研究内容

1、实地考察国产电动车外观及性能，获取主要尺寸数据。

2、利用ADAMS软件模拟制作悬架的虚拟模型，并对其进行运动仿真。并对其性能做出评价。

4、通过计算对其悬架进行优化设计。

5、对优化设计后的悬架进行运动仿真，校核，得出结论。(二)拟解决的技术难点、利用adams软件进行对实际部件的仿真及动态仿真分析。2、对悬架进行优化设计计算。

（三）主要创新点

1、用adams对电动汽车进行仿真设计，减缩短了国产电动车悬架部分的制造周期。因而减少了因实际试验造成的工程材料的浪费。

2，从对悬架优化设计方面提高车辆的平顺性，提高驾驶的安全性。

四、可行性分析

1、理论基础

通过阅读大量关于基于ADAMS的汽车设计与电动汽车设计的文献，理清了研究思路。有丰富实践经验的张小印导师做指导。

2、试验基础

以济南XX电动汽车厂提供试验用样车。同时提供各部件尺寸数据。疲劳测试实验所需的设备都已具全。TASH-100近红外光组织血氧无损监测仪和可见光血氧无损监测仪，用于采集人脑组织氧信号。反应时间测定仪，用于测量人疲劳驾驶前后的反应时间。

3、已准备的工作

已经阅读了大量文献资料，国产现代电动汽车发展现状有了一定的了解。对济南XX电动车做了详细的考察。初步掌握利用ADAMS软件进行仿真的基本操作技能。五 时间安排

2009.2——2009.3完成所需数据的获取。2009.4——2009.5分析仿真，及优化设计。2009.6——2009.7对设计后的悬架进行虚拟校核。2009.8——2009.9整理数据写出论文初稿。

附：参考文献：

[1]、唐应时、杨 勇、李振磊、龚 旭 重型卡车主动悬置驾驶室舒适性仿真研究 长沙交通学院学报

第23卷第2期

[2]、于学华 汽车悬架设计概念的研究

2006年12月 噪 声 与 振 动 控 制

第6期

[3]、张越、周荣、鲁守卫、满开美、岳凤来 某微型电动轿车车身骨架有限元分析

农业装备与车辆工程２００８ 年第 １０ 期

[4]、范 丛 山

电动汽车技术原理及发展展望

扬州职业大学学报

2007年 9 月第 11 卷 第 3 期

[5]、辛克伟, 周宗祥, 卢国良

国内外电动汽车发展及前景预测

[6]、王成悦 张 兴 杨淑英 谢 震

电动汽车对称半桥DC/DC变换器的建模和控制

电力电子技术

2008 年 10 月

第 42 卷第 10 期

[7]、张德超 杨亚娟 刘红领 陈伟

基于ADAMS_Car的悬架运动学、动力分析

天津汽车

[8]、张立军 张 宇 赵 亮 基于悬架刚柔耦合模型的汽车平顺性

农业机械学报 2008年8月 第39卷 第8期

[9]、孙 涛 冯金芝 喻 凡 车辆悬架不确定性对行驶平顺性能影响的鲁棒保守性分析

振动与冲击

第27卷第8期

[10]、董艳荣，王建生 基于虚拟样机技术的摩托车平顺性分析

五邑大学学报（自然科学版）2008 年 5 月

第22卷

第2期

[11]、卢剑伟，陈

解，王其东平顺性仿真驱动的板簧承载式悬架参数优化

汽车电子悬架系统 篇6

关键词：麦弗逊；多连杆；悬架；动力学

中图分类号：U463.33 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）17-0087-02

麦弗逊式悬架通过横摆臂利用铰链将车架与转向节以及车轮连接在一起，减震器的下端与转向节相连接，减震器的上端通过带轴承的橡胶—金属支撑于车身作铰式连接。当车轮上下跳动时，横摆臂绕车身连接铰链上下跳动，通过转向节式减震器上下跳动，缓解冲击的作用。多连杆式悬架是通过多根杆件的组合来一起控制车轮位置变化的悬架，由于多个连杆的共同作用，可以对车轮进行多个作用力的控制，使得它能更好地减少外倾角的变化，以及在车轮跳动过程中抑制车轮前束和轮距的变化等优良性能，使汽车行驶过程中具有更加优良的操纵性能。

1 两款车型悬架种类及特点

经过几十年的发展，悬架的结构形式有很多，分类方法也有很多，目前较为广泛的分类方法可以把悬架分为独立悬架和非独立悬架。非独立悬架的结构特点是两侧的车轮由一根整体式车桥相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架（或车身）的下面，这种悬架结构简单，传力可靠，但两轮受冲击震动时互相影响。而且由于非对立悬架质量较重，悬架的缓冲性能较差，行驶时汽车振动冲击较大，目前绝大多数应用在货车上，在轿车上应用较少。独立悬架则是每个车轮单独通过一套悬挂安装在车身或者车桥上，车桥采用断开式，中间一段固定在车架或者车身上，这种悬架两边车轮受冲击时互不影响，由于悬架质量较轻，缓冲与减震能力较强，乘坐舒适，各项指标都优于非独立式悬架，但结构相对复杂，而且还会使驱动桥、转向系变得复杂起来，目前较多应用在小轿车上。

①奥迪Q3车型前悬挂采用麦弗逊式悬架系统如图1所示，该种布置方式增大了两前轮内侧的空间，有利于发动机和其他一些部件的安装，增加了车内可用空间。该悬架下控制臂为铝制一体型结构，大大减轻了控制臂的重量，其一侧通过单一铰链与钢制转向节连接，另一侧通过一个铰链和铝制轴承座与车架连接在一起。当转向时转向节绕一个铰接点进行旋转时，下控制臂不会出现任何运动，当车轮上下运动时，下控制臂才会随转向节运动，从而带动与转向节相连的减震元件和弹性元件工作，减缓车轮跳动带来的冲击。

②奥迪Q3车型后悬挂采用四连杆式悬架系统如图2所示，该悬架系统由防倾杆、纵向支撑臂、下前控制臂、下后控制臂组成，当车轮发生跳动时，纵向支撑臂提供纵向作用力，控制臂提供横向作用力，防倾杆件起到横向缓冲作用，避震器一端与车架相连，另外一端与下后控制臂相连接，通过多个力的作用使得车轮驶过坑洼路面时，首先上下控制臂开始在可控范围摆动，以及时准确地给予车轮足够的弹跳行程，如果路面继续不平，同时车辆的速度加块，此时纵向支撑臂的作用就是把车轮始终固定在一个行程范围值内，同时减震器也会伴随上下控制臂的摆动吸收震动，纵向支撑臂同时上下摆动配合上下控制臂使车轮保持自由弹跳，令车身始终处于相对平稳的状态。

③宝马X3车型前悬挂为麦弗逊式悬挂如图3所示，该种布置方式与普通麦弗逊的下摆臂部分结构有所不同，官方称为双球节弹簧减震支柱前桥。奥迪Q3下摆臂为一体式结构，宝马X3下摆臂被拆分为两个独立的结构，下前控制臂，下后控制臂。两个控制臂各通过两个铰链连接装置将车身和车轮连接起来，分别对车轮进行横向及纵向的定位。将每根控制臂与车身和转向节的铰接点进行连接，两根控制臂的延长线将产生一个交汇点，此交汇点就是主销内倾角的回转点。当车轮发生转动时，通过转向拉杆的作用使得转向节围绕着其与两根控制臂的铰接点进行旋转，以右转情况下的右侧悬架为例，作用在前悬架下方的共有3个控制点，转向拉杆提供主要转向力，控制臂和拉杆分别提供不同方向的辅助力量，在其共同作用下，该结构使得车辆的操纵更为灵敏。

④宝马X3车型后悬挂为五连杆式悬架系统如图4所示，该悬架系统由防倾杆、上控制臂、下控制臂、下前控制臂、下后控制臂和减震机构组成。由图可以看出宝马X3与奥迪Q3的布置方式有明显的不同，宝马X3的后悬挂没有采用纵向支撑臂，而是采用四个控制臂分别用两个铰链机构将车架与车轮相连接，从车轮轴向看，四个控制臂都有一定程度的外倾，从而能够更好在车轮跳动时控制车轮的晃动。

2 结 语

麦弗逊式独立悬架系统因其造价较低，性能较好被广泛应用在轿车前悬架中，但每款车型都有自己的特点，根据不同的目的，各家汽车企业对悬架系统都有不同的改良和变形。多连杆式悬架虽然拥有很多的优点，但它结构比较复杂，占用空间较多，应用范围并不是很广泛，多用于一些中高级轿车上，在技术更加成熟，成本控制做到更好后，多连杆式悬架系统会应用到更多的车辆中。

参考文献：

[1] 奉铜明.汽车多连杆悬架的多目标优化与分析[D].长沙：湖南大学，2011.

[2] 邵昭晖.汽车麦弗逊悬架三维设计与运动分析[D].武汉：武汉理工大学，2011.

汽车电子悬架系统 篇7

近年来, 国内外学者应用控制理论在汽车半主动悬架系统的研究方面做了大量的工作。研究表明, 采用不同的控制策略和数学模型, 所获得的悬架特性是不一样的, 因此研究不同的控制策略与悬架特性对应的关系是半主动悬架研究的一个重要方面[1—3]。本文基于模糊控制策略, 在Matlab/Simulink软件环境下开发一种空气悬架系统的模糊控制器, 并仿真研究该半主动悬架系统的动态特性, 以验证控制算法的有效性, 并为模糊控制半主动空气悬架系统的研究提供参照。

1系统模型的建立

汽车是一个复杂的振动系统。在研究垂直方向上的振动对汽车平顺性的影响时, 可将汽车简化为两自由度的线性振动分析模型[4]。建模时, 将车厢、底盘和载荷等近似处理为只有质量而无弹性的刚体;忽略轮胎变形过程中的阻尼, 用线性弹簧代替弹性轮胎。1/4汽车空气悬架力学模型如图1所示。

该模型的动力学微分方程如式 (1) 、式 (2) 所示。

$\begin{array}{l}m{}_1\ddot{z}{}_1+c(\dot{z}{}_1-\dot{z}{}_2)+k(z{}_1-z{}_2)-k{}_t(q-z)=0(1)\\ m{}_2\ddot{z}{}_2-c(\dot{z}{}_1-\dot{z}{}_2)-k(z{}_1-z{}_2)=0(2)\end{array}$

式中, kt代表轮胎径向刚度;k为空气弹簧刚度 (对于半主动悬架其值可调, 对于被动悬架其值固定) ;c为减振器阻尼系数;m1、m2分别代表非簧载质量和簧载质量, q, z1, z2分别表示路面激励、非簧载质量位移以及簧载质量位移。

根据式 (1) 、式 (2) , 在Matlab/Simulink里建立系统的动力学模型, 如图2所示。

2模糊控制器的设计

模糊控制器的设计主要包括模糊输入输出变量及其论域的确定、模糊控制规则的确定、模糊化和解模糊化方法的确定等内容[5]。

本文选用了双输入单输出的模糊控制器。由于车身的振动加速度是评价汽车平顺性的最主要的指标之一, 选取参考输入加速度的均方根值与响应加速度的均方根值的偏差e及其变化率ec作为模糊控制器的输入量, 以空气悬架系统空气弹簧刚度的变化u作为模糊控制器的输出变量。输入输出变量均取7个语言值, 即正大 (PB) 、正中 (PM) 、正小 (PS) 、零 (ZE) 、负小 (NS) 、负中 (NM) 、负大 (NB) , 共49条控制规则。输入变量和输出变量的模糊子集均采用三角形隶属函数。隶属函数论域均取[-3, 3]。

若用E、EC和U分别代表控制器输入的误差和误差变化率的模糊集合以及输出的模糊集合, 所设计的模糊控制器的控制规则如表1所示。

本文的模糊推理和去模糊化方法均采用min-max重心法。

3模糊控制系统仿真与分析

3.1路面模型的建立

作为车辆振动输入的路面不平度, 主要采用路面功率谱密度描述其统计特性。产生随机路面不平度时间轮廓 (路面粗糙度) 常有两种方法, 即由白噪声通过一个积分器产生或由白噪声通过一阶滤波来模拟。本文采用第二种方法, 即滤波白噪声随机路面输入, 其时域模型可描述为[6]

$\dot{q}(t)+\alpha vq(t)=w(t)(3)$

式 (3) 中, q (t) 为车轮所受的路面随机激励;α为路面不平度系数;v为汽车前进速度;w (t) 为高斯分布的白噪声。

设车辆以v=50 km/h的速度驶过B级路面, 取路面不平度系数为0.130 3。在Simulink里, 得到图3所示路面仿真模型。

3.2悬架系统的参数及仿真模型

针对某型客车, 利用Matlab/Simulink和Fuzzy工具箱对建立的模糊控制悬架模型进行仿真。所用车型的相关参数为:非簧载质量m1=468 kg;簧载质量m2=3 490 kg;轮胎刚度Kt =3 000 (kN·m-1) ;阻尼器系数c=7 400 (N·m·s-1) ;空气弹簧的工作刚度可通过调节节流孔面积的大小, 使其在50 (kN·m-1) —110 (kN·m-1) 之间变化, 以适应不同路况。模糊控制悬架系统模型, 如图4所示。

3.3仿真结果及分析

结合所建模型, 参考国际标准ISO 2631人体对振动反应的“疲劳-工效降低界限”, 选取参考车身加速度均方根值0.5 (m·s-2) 为设定值, 对所建模糊控制半主动悬架模型和被动悬架模型进行对比仿真, 仿真时忽略空气弹簧的时滞影响[7]。

图5、图6和图7分别为半主动悬架和被动悬架在同一时间段、相同工况下轮胎动载荷、车身垂向加速度响应的均方根值和悬架动挠度的比较。

由图5、图6和图7可见, 当路面激励为白噪声信号时, 模糊控制半主动悬架汽车的车身垂直加速度明显小于被动悬架;悬架动扰度变化并不明显;轮胎动载荷与被动悬架的变化幅度基本一致。

4结论

本文对基于模糊控制的某型客车半主动悬架系统进行了仿真研究。研究结论表明, 与被动悬架相比较, 基于模糊控制的半主动悬架能有效降低车身垂向加速度, 在一定程度上提高汽车的行驶平顺性, 但在减小轮胎动载荷及悬架动挠度方面效果不明显。因此, 模糊控制方法有待与其它控制方法组合后对悬架系统进行联合控制, 以取得更佳的振动控制效果。

参考文献

[1]赵开林.汽车半主动悬架模糊控制研究.南昌:华东交通大学, 2007

[2]张孝祖, 乐巍, 陈龙.阻尼模糊控制在车辆半主动悬架中的应用.农业机械学报, 2004;35 (2) :5—8

[3]吴九山.车辆半主动悬架模糊PID控制仿真及实验研究.南京:南京林业大学, 2008

[4]余志生.汽车理论 (第5版) .北京:机械工业出版社, 2009

[5]李士勇.模糊控制.神经控制和智能控制论.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2004

[6]檀润华, 陈鹰, 路甬祥.路面对汽车激励的时域模型建立及计算机仿真.中国公路学报, 1998;11 (3) :96—102

悬架系统在汽车上的应用与展望 篇8

关键词：被动悬架,半主动悬架,主动悬架

悬架是汽车上的重要总成之一, 它把车身和车弹性地连接在一起。汽车悬架是车身和车轮之间的一切传力连接装置的总称。一般由弹性元件、减振器和导向元件组成。在汽车行驶过程中, 悬架的作用是弹性地连接车桥和车架, 减缓行驶中车辆受到由路面不平引起的冲击力, 保证乘坐舒适和货物完好, 迅速衰减由于弹性系统引起的振动, 传递垂直、纵向、侧向反力及其力矩, 并起导向作用, 使车轮按一定轨迹相对车身运动。悬架决定着汽车的稳定性、舒适性和安全性, 是现代汽车十分重要的部件之一。

1 悬架的种类

根据悬架的阻尼和刚度是否随着行驶条件的变化而变化, 可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架, 半主动悬架还可以按阻尼级分为有级式和无级式两类。传统的悬架系统的刚度和阻尼系数, 是按经验设计或优化设计方法选择的, 一经选定后, 在车辆行驶过程中, 就无法进行调节, 因此其减振性能的进一步提高受到限制, 这种悬架称为被动悬架。为了克服被动悬架的缺陷, 国外在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。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。由于路面输入的随机性, 车辆悬架阻尼的控制属于自适应控制, 即所设计的系统在输入或干扰发生大范围的变化时, 能自适应环境, 调节系统参数, 使输出仍能被有效控制, 达到设计要求。它不同于一般的反馈控制系统, 因为它处理的具有“不确定性”的反馈信息。自适应控制系统按其原理不同, 可分为校正调节器和模型参考自适应控制系统两大类。由于要建立一个精确的“车辆-地面”系统模型还很困难, 故目前的主动悬架, 多采用自校正调节器。

2 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-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。它是一系列路况的折中, 很难适应各种复杂路况, 减振的效果较差。为了克服这种缺陷, 采用了非线性刚度弹簧和车身高度调节的方法, 虽然有一定成效, 但无法根除被动悬架的弊端。被动悬架主要应用于中低档轿车上, 现代轿车的前悬架一般采用带有横向稳定杆的麦弗逊式悬架, 比如桑塔纳、夏利、赛欧等车, 后悬架的选择较多, 主要有复合式纵摆臂悬架和多连杆悬架等。半主动悬架的研究工作开始于1973年, 由D.A.Crosby和D.C.Karnopp首先提出。半主动悬架以改变悬架的阻尼为主, 一般较少考虑改变悬架的刚度。工作原理是:根据簧上质量相对车轮的速度响应、加速度响应等反馈信号, 按照一定的控制规律调节弹簧的阻尼力或者刚度。半主动悬架产生力的方式与被动悬架相似, 但其阻尼或刚度系数可根据运行状态调整, 这和主动悬架极为相似。有级式半主动悬架是将阻尼分成几级, 阻尼级由驾驶员根据“路感”选择或由传感器信号自动选择;无级式半主动悬架根据汽车行驶的路面条件和行驶状态, 对悬架的阻尼在几毫秒内由最小到最大进行无级调节。由于半主动悬架结构较简单, 工作时不需要消耗车辆的动力, 而且可取得与主动悬架相近的性能, 具有广阔的发展空间。随着道路交通的不断发展, 汽车车速有了很大的提高, 被动悬架的缺陷逐渐成为提高汽车性能的瓶颈, 为此人们开发了能兼顾舒适和操纵稳定的主动悬架。主动悬架的概念是1954年美国通用汽车公司在悬架设计中率先提出的。它在被动悬架的基础上, 增加可调节刚度和阻尼的控制装置, 使汽车的悬架在任何路面上保持最佳的运行状态。控制装置通常由测量系统、反馈控制系统、能源系统等组成。20世纪80年代, 世界各大著名的汽车公司和生产厂家竞相研制开发这种悬架。奔驰、沃尔沃、洛特斯、丰田等在汽车上进行了较为成功的试验。装备主动悬架的汽车, 在不良路面高速行驶时, 车身非常平稳, 轮胎的噪音小, 转向和制动时车身保持水平。其特点是乘坐非常舒服, 但不同程度存在着结构复杂、能耗高、成本昂贵、可靠性问题。由于种种原因, 我国的汽车绝大部分采用被动悬架。在半主动和主动悬架的研究方面起步晚, 与国外的差距大。在西方发达国家, 半主动悬架在20世纪80年代后期趋于成熟, 福特公司和日产公司首先在轿车上应用, 取得了较好的效果。主动悬架虽然提出早, 但由于控制复杂, 并且牵涉到许多学科, 一直很难有大的突破。

3 悬架的发展趋势

由于汽车行驶的平顺性和操纵稳定性的要求, 具有安全、智能和清洁的绿色智能悬架将是今后汽车悬架发展的趋势。3.1被动悬架是传统的机械结构, 刚度和阻尼都是不可调的, 依照随机振动理论, 它只能保证在特定的路况下达到较好效果。但它的理论成熟、结构简单、性能可靠、成本相对低廉且不需额外能量, 因而应用最为广泛。在我国现阶段, 仍然有较高的研究价值。被动悬架性能的研究主要集中在三个方面:通过对汽车进行受力分析后, 建立数学模型, 然后再用计算机仿真技术或有限元法寻找悬架的最优参数;研究可变刚度弹簧和可变阻尼的减振器, 使悬架在绝大部分路况上保持良好的运行状态;研究导向机构, 使汽车悬架在满足平顺性的前提下, 稳定性有较大的提高。3.2半主动悬架的研究集中在两个方面:执行策略的研究;执行器的研究。阻尼可调减振器主要有两种, 一种是通过改变节流孔的大小调节阻尼;一种是通过改变减振液的粘性调节阻尼。节流孔的大小一般通过电磁阀或步进电机进行有级或无级的调节, 这种方法成本较高, 结构复杂。通过改变减振液的粘性来改变阻尼系数, 具有结构简单、成本低、无噪音和冲击等特点, 因此是目前发展的主要方向。3.3主动悬架研究也集中在两个方面:可靠性;执行器。由于主动悬架采用了大量的传感器、单片机、输出输入电路和各种接口, 由于元器件较多, 降低了悬架的可靠性, 所以, 加大元件的集成程度, 是一个不可逾越的阶段。执行器的研究主要是用电动器件代替液压器件。电气动力系统中的直线伺服电机和永磁直流直线伺服电机具有较多的优点, 今后将会取代液压执行机构。运用电磁蓄能原理, 结合参数估计自校正控制器, 可望设计出高性能低功耗的电磁蓄能式自适应主动悬架, 使主动悬架由理论研究转化为实际应用。

4 结论

总体来说, 主动悬架的减振效果好, 性能优越, 解决了“平顺性和操纵稳定性”的矛盾。但元件成本较高, 工作时需要较多的能量, 整车质量也有所增加, 因此主动悬架会大大增加成本和能量消耗;半主动悬架的减振性能接近主动悬架, 操纵稳定性优于被动悬架。性能可靠, 调节方便的可调阻尼减振器和算法简单有效的控制策略将是半主动悬架发展的必经之路。被动悬架的性能相对最差, 但它的成本最低, 也不需消耗能量。被动悬架在一定的时间内仍将是应用最广泛的悬架系统, 通过进一步优化悬架结构和参数可以继续提升悬架性能。

参考文献

[1]陈家瑞.汽车构造[M].北京:人民交通出版社, 2003.

[2]陈兵.车辆智能悬架系统发展趋势研究[J].起重运输机械, 2005 (6) .

汽车电子悬架系统 篇9

微型载货汽车的前悬架一般采用麦弗逊式独立悬架, 由前减震器和螺旋弹簧等零部件组成, 后悬架一般采用纵置钢板弹簧式非独立悬架, 由钢板弹簧、筒式后减震器、缓冲块等零部件组成。

2 前悬架系统偏频的计算

人体所习惯的垂直振动频率是步行时身体上下运动的频率, 约为1~1.6Hz, 所以车身固有频率应当尽可能地处于或接近这一频率范围。前后悬架固有频率的匹配应合理, 对微型载货汽车要的偏频高些, 一般在1.6~2.2Hz。

前悬架偏频计算公式为:

式中, C为悬架刚度 (N/cm) ;m为前悬架簧上质量。

代入空、满载整车的参数后可得出前悬空载和前悬满载的偏频是否符合要求。

3 减振器相对阻尼系数的校核

汽车的悬架中安装减振装置的作用是衰减车身的振动保证整车的行驶平顺性和操纵稳定性。下面仅考虑由减振器引起的振动衰减, 不考虑其他方面的影响, 以方便对减振器参数的计算。

减振器中的阻尼力F和速度v之间的关系可以用下式表示:

式中:δ为减振器阻尼系数;

i是常数, 常用减振器的i值在卸荷阀打开前等于1。

根据汽车理论, 带线性阻尼减振器的质量悬架系统作自由衰减振动时, 评定振动衰减快慢程度的是一个称为相对阻尼比ψ的数值。表达式为:

式中:C、m、δ分别为悬架系统的刚度、簧载质量和阻尼系数。

根据以上公式, 举例输入前减振器的参数如表1进行计算。

根据表1数据可知F与V取线性关系

实验速度V=0.05m/s时:拉伸阻力Fr=245N;

压缩阻力Fp=175N;

实验速度V=1m/s时:拉伸阻力Fr=1670N;

压缩阻力Fp=690N。

减振器阻尼系数δ代表速度 (V) —阻力 (F) 曲线的斜率, 因此, 拉伸行程时的阻尼系数δR:

满载时, 拉伸行程相对阻尼系数:

式中C值在本次计算中按55N/cm, 计算, M值按369.25/9800计算。

同样方法可以求的压缩行程时的减振器阻尼系数δp和相对阻尼系数ψp:

微型载货汽车的车轮处的阻尼力始终随减震器运动, 因此此处不存在杠杆比。只是减震器存在一个安装角度。计算得前悬架的相对阻尼比为:

式中:n表示悬架系统的偏频

m表示悬架系统的簧载质量

i为常数, 为减振器的杠杆比

α为减振器的空间安装角 (本次计算角度按7.5°)

δ为减振器阻尼系数

代入式中, 可计算出:

拉伸行程时悬架相对阻尼系数:ψR=δRcos2a/ (2) i2=0.38

压缩行程时悬架相对阻尼系数:ψp=δPcos2a/ (2) i2=0.13

前减震器总结

减振器的阻尼作用在与不同刚度C和不同簧上质量M的悬架系统匹配时, 会产生不同的阻尼效果。通常情况下, 将压缩行程时的相对阻尼系数ψp取的小些, 伸张行程时的相对阻尼系数ψR取的大些。两者之间保持ψp= (0.25-0.5) ψR的关系。经计算, 前悬架减震器的相对阻尼系数在推荐的范围之内。

4 后悬架系统偏频的计算

按偏频计算公式可计算出后悬架空载和后悬架满载的偏频是否符合要求。

前后悬架总结

悬架的偏频直接关系到静挠度, 影响着整车的行驶平顺性。前后悬架的偏频应当接近, 并且两者之比约为0.85~0.95, 这样有利于防止车身产生较大的纵向角振动。根据计算结果可校核空载时前后悬架的偏频比值和满载时前后悬架的偏频比值是否符合要求。

5 后减振器相对阻尼系数校核

根据后减震器的输入参数可分别计算出拉伸行程时悬架相对阻尼系数和压缩行程时悬架相对阻尼系数:

5.1 后减震器总结

压缩行程时的相对阻尼系数ψp与伸张行程时的相对阻尼系数ψR两者之间保持ψp= (0.25-0.5) ψR的关系。通过计算结果可判断后悬架减震器的相对阻尼系数是否在推荐的范围之内。

5.2 缓冲块的校核

5.2.1 最大压缩行程

当汽车在满载状态下行驶在不平的路面上时, 通常要满足车轮 (或下摆臂球头) 上下跳动的动行程.在跳动范围内, 弹簧不应出现并圈的状态, 否则, 汽车在不平道路上行驶时, 会造成硬性撞击, 导致机件损坏, 缓冲块则起着限制最大压缩动行程的作用。

满载时, 下摆臂球头处的相应最大压缩动行程

fm为满载时, 弹簧压缩至并圈后的最大变形量

β为弹簧中心线与地面垂线的夹角

5.2.2 缓冲块的计算

缓冲块的设计原则是:在汽车满载的工况下, 保证车轮最大上跳动行程时螺旋弹簧不会产生并圈而导致撞击 (通称悬架击穿) 。根据参数计算出缓冲块压缩量不应超过缓冲块的2/3。

例如:满载时, 缓冲块上端面与减振器的筒体上端面距离为49.2mm

缓冲块高为41mm

缓冲块下端面与减振器的筒体上端面距离为8.2mm

当缓冲块被压缩2/3 (28mm) 时, 弹簧还将压缩f=8.2+28=36.2mm

此时弹簧的压缩力为P=Pm+f×C=3618.7+36.2×55=5609.7N

这力将反作用在缓冲块上。

现在使用的缓冲块在5609.7N时变形23mm, 根据曲线情况, 5609.7N时缓冲块被压量是22mm, 缓冲块压缩量满足要求。

摘要：本文主要是根据微型载货汽车整车开发所输入悬架系统的参数要求对悬架系统进行校核计算, 目的在于校核悬架系统性能的基本特性量, 包括偏频、相对阻尼系数等是否符合设计要求, 悬架系统匹配是否合理。

关键词：微型载货汽车,偏频,阻尼系数

参考文献

[1]刘大维, 主编.汽车工程概论[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[2]余志生, 主编.汽车理论[M].5版.北京:机械工业出版社, 2009.

[3]王望予, 主编.汽车设计[M].4版.北京:机械工业出版社, 2004.

汽车前悬架设计走向和分析 篇10

在汽车性能日益复杂的情况下, 在汽车前悬架性能分析和研究的过程中, 前悬架的运动学以及动力仿真学分析的作用日益突出, 这种新的计算分析方式为汽车前悬架的设计提供了一种新的方法和思路。对汽车前悬架的集合定位参数、减震器、扭杆等组成部分进行实验设计以及对各项参数进行分析, 使得汽车车轮的角度、前悬架的垂直刚度得到进一步改善或强化, 改善了前悬架的设计。

2 汽车前悬架的现状分析

汽车前悬架系统是车架和车桥之间用于连接和进行力量传输的装置, 其组成元件包括弹性元件、传力和减震装置, 用于减轻和消除车辆在行驶过程中路面行驶状况较差导致的震动和冲击, 在整个汽车运行过程中对保证车体的稳定起着关键作用。采用多体动力学来研究汽车的运行性能对于汽车前悬架的设计和优化具有重要意义, 从80年代中后期开始, 国内的高等院校逐渐将多刚体系统动力学的分析方式引进到汽车的整体性能分析中, 尤其是汽车的运动和动力学研究中, 这项新的计算和分析技术对国内汽车, 尤其是作为汽车关键部分的前悬架的设计作用显著, 极大加快了我国汽车行业的创新和发展。

目前国内的多体系统动力学将经典力学理论体系同现代计算机技术进行结合, 能够完成复杂的建模和数据计算。在进行前悬架的设计时, 利用多体系统力学进行数学建模, 输入基本参数, 计算机就能够对这些数据进行处理和计算, 极大地保证了运算结果的可靠性, 减少了数据运算的时间。

3 汽车前悬架的仿真设计

汽车前悬架的稳定性决定了汽车在操作过程中的稳定性和安全性, 因此在设计过程中进行仿真模型的建构是十分重要的设计环节。汽车前悬架的仿真设计可以通过两种主要的方式实现, 首先可以采用ADAMS/Car等软件中的驾驶模型进行闭环仿真;其次, 采用直接输入方向盘转角等操作数据进行控制实验, 这种仿真方式叫做开环仿真, 采用这种方式进行仿真模拟, 操作过程更为灵活。

4 前悬架的系统特性分析

4.1 汽车车轮角度

汽车前悬架的设计是否合理, 最重要的表现在于汽车运行过程中车轮的状况。在汽车行驶过程中, 车轮向上跳动时汽车车轮的外倾角会呈现角度的变化, 这种外倾角的变化应该控制在±1度的范围以内, 以保证汽车的正常直线行驶。主销内倾角在汽车车轮自动回正的过程中发挥作用, 主销横向偏距与主销内倾角相关, 二者能够协调驾驶员作用在方向盘上的力, 使得驾驶员在方向盘上施加较小的力就能够实现方向盘的转向。

4.2 汽车车轮轮间距

汽车行驶过程中车轮间距的变化会引起不同侧的轮胎发生反向偏移, 影响汽车行驶的稳定性。因此在汽车前支架设计过程中需要对汽车车轮间距进行合理的设计。

4.3 前悬架的垂直刚度

在汽车荷载发生上下垂直运动时, 汽车前悬架的垂直刚度对于保证汽车的整个底盘的稳定性具有重要作用, 前悬架在汽车垂直运动过程中给车身以弹性恢复力。

5 小结

在设计汽车前悬架的过程中仿真分析能够有效检测汽车前悬架设计的合理性, 同时对汽车行驶进行仿真实验, 有效地将设计过程中可能存在的缺陷检测出来, 并将前悬架系统的运动特性进行获取, 为后续的改进和继续研发提供依据。在此基础上进行设计和优化的汽车前悬架系统运行更加理想, 汽车的运行状态也将更加稳定。

参考文献

[1]吴志成, 陈思忠, 杨林, 张斌.几种独立悬架运动学特性对比研究[J].北京理工大学学报, 2006 (10) .

[2]陈辛波, 赵锐.双横臂扭杆悬架力学特性的非线性分析与设计[J].同济大学学报 (自然科学版) , 2006 (05) .

悬架对汽车行驶平顺性的影响 篇11

关键词：悬架,汽车行驶平顺性,影响

汽车在行驶中对路面不平的降震程度，称为汽车的行驶平顺性。

从《汽车理论》得知，汽车行驶平顺性的评价方法，通常是根据人体对振动的生理反应，以及保持货物完整性的影响来制定的，并用表征振动的物理量，如频率、振幅、加速度、加速度变化率等作为行驶平顺性的评价指标。

目前常用汽车车身振动的固有频率(低频)和振动加速度来评价汽车的行驶平顺性。试验得知，为了保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频率应为人体所习惯的步行时身体上下运动的频率，约为60—851/min (1Hz—1.6Hz)，振动加速度的极限容许值为3—4m/s2。

从保持所运货物完整性的观点出发，车身振动加速度也不能过大;如果车身加速度达到1g (g：重力加速度)，则未经固定的货物可能离开货厢底版。所以，为保证所运货物完整无损，应取车身振动加速度的极限值为0.6—0.7g。

因此，在设计汽车或进行试验分析时，除车身振动固有频率外，还应以车身振动加速度作为行驶平顺性的评价指标。

汽车在路面上行驶时，乘员所承受的振动是随机性质的，且人体器官产生疲劳感觉与乘坐时间的长短有很大关系。因此，国际标准协会(ISO)在进行了大量调查研究的基础上，提出了人体感受振动极限的国际标准(ISO/TC108/DIS2631)。它把乘员承受振动的疲劳界限表示为加速度均方根值的频率函数，并与承受振动的时间有关。

这种评价振动的国际标准，目前正在试行之中，尚未在工程计算中得到推广。故在悬架设计时，初选悬架参数所用的平顺性指标仍以振动固有频率为主。

1. 悬架弹性特性对汽车行驶平顺性的影响

汽车是一个多质量的复杂的振动系统，为简化计算，可将汽车身看成一个在弹性悬架上作单自由度振动的质量，其固有频率n可由下式确定：

式中g———重力加速度, g=9810mm/s2;

c———悬架刚度，N/mm;

G———簧载质量，N。

因为G/C=f (f———重量G作用下的悬架的静挠度，mm)，则

当f以cm为单位时，上式可改写为

从上面可看出，车身振动的固有频率n，由簧载重量G、悬架刚度C或悬架静挠度f决定。而这种力而后变形(G=C·f)的关系曲线称为悬架的弹性特性。

线性弹性特性，即悬架变形与所受载荷成比例地变化，所以其刚度C是常数。由上面公式可知车身振动频率将随载荷而变。一般钢板弹簧悬架即属此类。具有线性弹性特性的汽车，在使用中其车身振动的固有频率将随装载的多少而改变，尤其是后悬架载荷变化很大的货车和大客车。这种变化将使汽车前后悬架的频率相差过大，结果导致汽车车身的猛烈颠簸(纵向角振动)，因而使汽车行驶平顺性变坏。为此，可采用具有非线性弹性特性的悬架，即悬架的刚度可随载荷的改变而变化，也称为变刚度悬架。

变刚度悬架的非线性弹性特性，由于刚度C随载荷而改变，可以使得在载荷变化时，保持车身振动的固有频率不变，从而获得良好的汽车行驶平顺性。

然而，这种较为理想的弹性特性的悬架是难于实现的。在悬架设计中，力求减小固有频率随载荷而变化的幅度(或范围)，从而不同程度地改善汽车行驶平顺性。

非线性的悬架弹性特性可以采用适当的悬架结构(导向机构)或弹性元件(如加辅助弹簧、调节弹簧、空气弹簧等)来实现。

2. 悬架系统中的阻尼对汽车行驶平顺性的影响

为了衰减车身的自由振动和抑制车身、车轮的共振，以减小车身的垂直振动加速度和车轮的振幅(减小车轮对地面压力的变化，防止车轮跳离地面)，悬架系统中应具有适当的阻尼。

在悬架系统中，引起振动衰减的阻尼来源很多。例如，在有相对运动的摩擦副中，轮胎变形时橡胶分子间的摩擦，或在系统中装置减振器，等等。对于各种悬架结构，以钢板弹簧悬架系统中的干摩擦最大，钢板弹簧叶片数目越多，摩擦越大。所以，有的汽车采用钢板弹簧悬架时，可以不装减振器。而采用其他内摩擦很小的弹性元件(如螺旋弹簧、扭杆弹簧等)的悬架，则需用减振器使自由振动衰减，以提高汽车行驶平顺性。

虽然在悬架系统中存在干摩擦能衰减振动，但其阻尼力不稳定，不易控制，而且干摩擦的存在又使悬架在承受路面冲击时，将部分冲击传给车身，损害了行驶平顺性。故目前在多数汽车的悬架系统中尽量减少干摩擦而装有液力减振器，促使振动迅速衰减以提高汽车行驶平顺性。

钢板弹簧悬架系统中，可采用减少叶片数目，在叶片间加润滑脂或减摩衬垫等方法减少干摩擦。

3. 非簧载质量对汽车行驶平顺性的影响

由悬架支承的部件、总成等称为簧载质量(或悬挂质量)，不是由悬架支承的部分称为非簧载质量(或非悬挂质量)。减小非簧载质量，使簧载质量与非簧载质量的比值较大，可以减小高频共振区车身振动加速度和减少车轮离开地面的机率。因此，在汽车设计中，为提高汽车行驶平顺性，采用非簧载质量较小的独立悬架更为有利。

综上，优化设计性能良好的悬架，可以有效改善汽车的平顺性，保证乘客的舒适与所运货物的完整，提高汽车的运输生产率，降低燃料消耗，延长零件使用寿命和提高零件的工作可靠性等。

参考文献

[1]余志生.汽车理论.机械工业出版社, 1995.

[2]张洪欣.汽车设计.机械工业出版社, 1995.