汽车悬架

汽车悬架（精选九篇）

汽车悬架 篇1

悬架系统是提高车辆行驶平顺性和安全性，减轻动载荷对汽车零件损坏影响的必要装置，但是车辆行驶的平顺性和操纵的安全性是相互矛盾的，由于道路条件的复杂性，传统悬架系统无法解决这一矛盾关系。自70年代以来，工业较发达的一些国家开始研究汽车悬架系统的振动控制。根据汽车悬架系统特点，对车辆所设计的悬架振动控制系统，既能使平顺性达到令人满意的程度，又可使汽车安全性达到最佳状态。这就要涉及到机械动力学、液体力学、电子技术、计算机技术等多学科的互相协调，以使现代汽车悬架系统的振动控制达到更高的水平。随着人们对汽车性能要求的不断提高，将对悬架系统提出更高的要求。使悬架系统适应不同的道路条件，保证汽车行驶平顺性和安全性势在必行。

1 确定控制方案

汽车减振主要依赖于悬架系统，它由弹性元件和阻尼元件组成，传统悬架系统阻尼及刚度是在设计过程中确定的，而在汽车行驶中无法调整，这就使它不适应复杂的行驶工况和道路条件。通过采用电子技术来控制汽车悬架系统就可满足上述要求，所谓悬架系统控制，一般有两种方法，其一是对减振器阻尼力的大小进行控制，其二是控制汽车减振弹簧的弹性系数。众所周知，在车辆悬架中，弹性元件除了用于吸收和存贮振动能量外，还具有支撑作用。在无源的条件下，改变刚度要比改变振动阻尼困难。因此，本文仅设计并讨论通过对减振器阻尼力的调节，来实现对悬架系统振动的控制。

1.1 悬架系统两自由度振动模型

一般汽车悬架系统都由弹性元件和阻尼元件所组成，因此它可简化为两自由度的振动系统，如图1所示。

M1——悬架质量M2———非悬架质量C1———悬架阻尼K1———悬架刚度K2———轮胎刚度X1———悬架质量位移X2———非悬架质量位移X0———路面输入

1.2 振动控制类型的确定

汽车悬架的振动控制可分为被动控制、半主动控制和主动控制三种基本类型。不需要能量输入的振动控制称为被动控制;有少量能量输入以调节阻尼系数的控制称为半主动控制;通过输入外部能量使控制机构对悬架系统施加一定控制力的振动控制称为主动控制。被动控制由于无需能量，且结构简单而得到广泛的应用，单筒式液力减振器和套

如在悬架系统中附加一个可控制作用力的装置，并有一套提供能量的设备，这就组成了主动控制的悬架系统。由Feders pie l-Labros s e在1955年发明的，可明显减小车身的振动，主要采用流量控制法或压力控制法。近年来，日本日产公司研制了液力主动控制系统，如图2所示，它由压力控制阀与小型蓄能器和液压缸相结合，在不平路面上的振动输入被蓄能器吸收，从而减少整个系统所需要的流量，悬架质量的振动控制由液力系统的主动阻尼和被动阻尼共同完成。因此，该主动控制悬架系统与最初的主动悬架相比，耗能较少，结构较复杂，造价较贵，国外仅在高级赛车上应用。

半主动控制悬架系统是通过输入少量能量以调节减振器的液力阻尼，改善悬架的振动特性，一般采用on/off控制法或分段控制法。在路面的随机作用下，悬架系统则具有明显的非线性动力特性。应用半主动控制的悬架系统，由于车身的结构振动而造成高频不平顺性，若使用on/off式减振器，或控制回路中的时滞超过5ms，其后果明显变差。因此，针对悬架系统的振动特性，应用自适应控制理论和微机控制技术，使减振器的阻尼效果可以根据路面的不同激励而连续改变，即可解决on/off式控制方法的不足。

另外，理想的主动控制悬架与半3蓄能器4液压油缸主动控制悬架的位移x1相对于路面5控制器

1液压控制阀2振动传感器3蓄能器4液压油缸5控制器

另外，理想的主动控制悬架与半主动控制悬架的位移x1相对于路面激励x0的幅频特性函数为

而对于被动控制悬架其幅频特性函数为

其中：λ=ω/ω0(路面激励频率与悬架系统固有频率之比)

可见，主动控制悬架对振动的控制明显优于被动控制型悬架，而理想的主动控制悬架与半主动控制悬架具有相同的振动特性。

由于半主动悬架控制系统由无源但可控的阻尼元件组成，介于主动控制和被动控制之间，且具有与主动控制相近的性能，又可在工作时几乎不消耗车辆动力。因此，本项研究用半主动控制方法，以改进悬架系统的振动特性，提高车辆的平顺性和安全性。

2 微机控制系统

2.1 控制目标

对减振器阻尼力进行调节时，汽车车身的振动受到直接调节，即影响车身振动加速度的幅频响应。因此，减小车身垂直振动加速度做为本次研究的控制目标。

2.2 控制系统模型

以汽车悬架的两自由度振动模型为基础，设计悬架振动的微机控制系统模型。通过车身加速度传感器对车身垂直振动加速度值进行采样，经过A/D转换器，振动加速度信号以数字量形式输入单片机，分析处理后，单片机输出控制信号，驱动执行机构。

2.3 控制系统组成

该系统由传感器、单片机、外部存储器和驱动机构等组成，如图3所示。由于车辆行驶工况复杂，条件恶劣，故选用剪切型压电加速度传感器。它具有灵敏度高，环境特性、低频特性好等特点。

采用8098单片机作为控制微机，其完全可以承担对振动加速度信号的处理工作。同时，8098外接16K的EPROM27128作为扩展程序存储器。电控调整减振器阻尼力可以通过变化减振器节流口大小，或改变减振油液粘度的方法。本项研究选择前种调节方法，节流口大小的改变是通过驱动机构的驱动实现。目前常用的电驱动机构有电磁式和步进电机式两种，针对悬架系统的特点，采用具有误差小，控制性能好且结构紧凑的步进电机驱动。驱动机构工作过程为：单片机发出驱动指令，步进电机带动驱动杆转动，以调节节流口的大小，从而改变了减振器的阻尼力。步进电机的转角变化直接取决于单片机输出的脉冲信号，它决定了减振器的阻尼力变化。通过传感器的连续采样，可获得路面的不同激励，单片机随时改变输出信号，减振器的节流口大小作出不同的响应，以使汽车悬架系统的阻尼效果最有效。

3 结论

随着国内高速公路的不断发展，传统的被动型悬架已不能满足要求，为寻求较理想的悬架控制系统，通过研究与设计，得出如下结论：(1)车辆高速行驶的平顺性和安全性对优化及改进悬架系统的要求日益迫切。(2)经过对比分析，选择半主动控制悬架作为目前研究的主要对象。(3)根据悬架系统在路面随机激励作用下的非线性动力特性，应用自动控制理论和微机控制技术，设计了一种实用的微机控制系统。

摘要：根据现代汽车悬架特点,对其振动特性进行研究。本文在对比几种典型的悬架控制系统的基础上,应用自动控制理论和微机技术,设计了一种实用的汽车悬架微机控制系统,以期改善汽车在各种工况的平顺性和安全性。

关键词：汽车悬架,振动,控制

参考文献

[1]孙求理.主动悬架的发展和技术现状.世界汽车.1996.5.

[2]余强等.汽车悬架控制技术的发展.汽车技术.1994.9.

[3]陈君梅.凌志LS400的悬架装置.汽车杂志.1996.16.

[4]张育华.徐士鸣编.汽车电子技术与故障诊断.大连理工大学出版社.1996.

[5]KawakamiH.Developmentofintegratedsys tembetweenactivecon-trolsuspension.active4WS.TRCandABS.SAEpaper.920271.41_48.

汽车悬架系统振动控制的研究 篇2

汽车悬架系统振动控制的研究

根据现代汽车悬架特点,对其振动特性进行研究.本文在对比几种典型的悬架控制系统的基础上,应用自动控制理论和微机技术,设计了一种实用的.汽车悬架微机控制系统,以期改善汽车在各种工况的平顺性和安全性.

作 者：曲正新 刘世刚 作者单位：黑龙江省鸡西市运管处刊 名：中小企业管理与科技英文刊名：MANAGEMENT & TECHNOLOGY OF SME年，卷(期)：“”(4)分类号：U4关键词：汽车悬架 振动 控制

汽车悬架 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。

汽车悬架系统动态性能数值仿真研究 篇4

随着现代科技的不断发展,传统的被动悬架系统已经不能满足现代汽车对平顺性和操纵稳定性的要求。半主动控制悬架系统因可根据汽车行驶状态和道路激励的大小主动地做出响应,以控制悬架系统始终处于最优状态,从而具有良好的应用前景。

磁流变液体是一种非牛顿流体,其剪切应力由流体的粘性和屈服应力两部分组成[1]。在外加磁场的作用下,其阻尼特性具有变化范围大,容易控制等优点,配合一定的控制策略,因此磁流变减振器能成为理想的半主动控制阻尼器[2,3,4]。本文基于磁流变减振器的汽车悬架系统,在建立磁流变减振器的数学模型、力学模型及运动微分方程基础上,通过数值仿真分析研究线性减振器的被动悬架系统、半主动开关控制悬架系统和磁流变减振器的被动悬架系统的动态性能。

1 磁流变减振器的数学模型

磁流变减振器常用的阻尼力简化计算Bingham塑性模型[5]为:

式中L为活塞长度,D为缸体内径,h为活塞与缸体间的间隙,Ap为活塞的有效面积,u(t)为活塞与缸体间的相对流速,η为流体的动力粘度,τ为剪应力,τy(H)为磁流变液的屈服强度,它与磁场强度H有关,可以表示为:

其中K和β是与磁流变液相关的实验系数,这里取K=0.0618,β=1.25,H为阻尼通道中的磁场强度。根据安培环路定律并考虑到间隙磁压远大于磁芯磁压可以得出:

其中N为线圈匝数,I为输入电流。结合以上各式可得到[6]:

从式(3)可以看出,磁流变减振器所提供的阻尼力的第一项仅与磁流变的表现粘度系数和缸体的外观尺寸有关,它提供的阻尼力相当于普通流体阻尼器的粘滞阻尼力;第二项与磁流变液的屈服应力有关,具有库仑磨擦阻尼力特性,是磁流变减振器的可调阻尼力。磁流变减振器的结构参数含义如表1所示。

2 汽车悬架系统磁流变减振器的动力学方程

选用两个自由度的基于磁流变减振器的悬架系统作为分析对象,则半主动悬架系统的力学模型[7]如图1所示。图中m2为车体质量,m1为轮胎质量,k2为悬架线性刚度系数,k1为轮胎线性刚度系数,C为悬架等效线性阻尼系数,x0为路面位移激励,x2为车体垂直位移,x1为轮胎垂直位移,F(v)为磁流变减振器的可调阻尼力。

根据牛顿第二定律,建立其运动微分方程为:

根据式(3)、式(4),可得到:

当磁流变减振器的输入电流I=0时,F(v)=0,该系统可视为基于线性阻尼减振器的被动悬架系统,忽略非线性力的影响,可得到其运动微分方程为:

若该系统采用半主动开关控制规律,由式(8)可得到其控制规律为:

当磁流变减振器的输入电流I固定不变时,该系统可视为基于磁流变减振器的被动悬架系统,其运动微分方程同式(5)。

3 数值仿真分析

以图1所示的两个自由度汽车悬架简化模型为例,由表1给出磁流变减振器的结构参数可计算出悬架系统的等效线性阻尼系数C=1500N.s/m。设路面的激励为正弦激励,其振幅A=0.01m,频率ω=13rad/s。用x咬2来衡量车身的振动加速度,它反映着汽车车体的振动激烈程度,其越小,汽车的舒适程度越高;用x2-x1来衡量悬架变形量(悬架动挠度);用x1-x0来衡量轮胎变形量。汽车悬架系统基本参数如表2所示,根据式(5)~(8)和表1~2的数据利用MATLAB数值仿真软件进行数值仿真[8,9]。

3.1 被动悬架系统和半主动悬架系统动态性能数值仿真

由式(8)、式(9)和表2,对采用半主动开关控制的半主动悬架系统和基于线性阻尼减振器的被动悬架系统的振动加速度、悬架变形量、轮胎变形量等性能指标进行数值仿真。半主动开关控制与被动悬架系统的振动加速度数值仿真结果如图2所示,半主动开关控制与被动悬架系统的悬架变形量数值仿真结果如图3所示,半主动开关控制与被动悬架系统的轮胎变形量数值仿真结果如图4所示。

3.2 磁流变减振器的被动悬架系统和线性阻尼减振器的被动悬架系统动态性能数值仿真

假设磁流变减振器输入电流固定为0.5A,那么该悬架系统为基于磁流变减振器的被动悬架系统,根据式(5)~(8)与式(9)和表1~2,对基于磁流变减振器被动悬架系统和基于线性阻尼减振器被动悬架系统的振动加速度、悬架变形量、轮胎变形量等性能指标进行数值仿真。基于磁流变减振器悬架系统与基于线性阻尼悬架系统的振动加速度数值仿真结果如图5所示,基于磁流变减振器悬架系统与基于线性阻尼悬架系统的悬架变形量数值仿真结果如图6所示,基于磁流变减振器悬架系统与基于线性阻尼悬架系统的轮胎变形量数值仿真结果如图7所示。

3.3 数值仿真结果分析

对图2~图7进行分析比较,可以看出:

3.3.1

半主动开关控制策略和磁流变减振器都在不同程度上减少了车身振动加速度,但半主动开关控制的振动加速度变化比较激烈。

3.3.2

采用半主动开关控制的半主动悬架系统、基于磁流变减振器的被动悬架系统和基于线性阻尼减振器的被动悬架系统三者的悬架变形量相差不大,半主动开关控制的半主动悬架系统的悬架变形量比基于线性阻尼减振器的被动悬架系统有一定程度的下降。

3.3.3

在某些区域,半主动开关控制的半主动悬架系统的轮胎变形量比基于线性阻尼减振器的被动悬架系统大一些,并且变化很激烈。基于磁流变减振器的被动悬架系统的轮胎变形量比基于线性阻尼减振器的被动悬架系统小,并且变化比较平缓。

3.3.4

总的来说,半主动开关控制方法和磁流变减振器都可以减少车身的振动加速度,但半主动开关控制悬架系统的各项指标变化比较激烈,甚至可能加剧了轮胎的变形量。基于磁流变减振器的悬架系统在各项指标要优于基于线性阻尼减振器的悬架系统,但若不加任何控制的话,效果不是很明显。

4 小结

从数值仿真结果可知,磁流变减振器和半主动控制可以有效地提高汽车悬架系统的动态性能,对磁流变减振器采取半主动控制策略可以更好地发挥半主动控制和磁流变减振器各自的优点,能进一步减小车身振动加速度和提高汽车悬架系统的动态性能。本文的研究结果为磁流变半主动悬架在汽车上的应用提供了参考。

摘要：为了研究汽车悬架系统动态性能,本文基于磁流变减振器的汽车悬架系统,建立了磁流变减振器的数学模型及汽车悬架系统磁流变减振器的动力学方程,通过数值仿真对不同悬架系统的动态性能进行分析。结果表明磁流变减振器和半主动控制可以有效地提高汽车悬架系统动态性能,为磁流变半主动悬架在汽车上的应用提供了参考。

关键词：汽车悬架系统,磁流变减振器,半主动控制,数值仿真,动态性能

参考文献

[1]翁建生,胡海岩,张庙康.磁流变液体的流变力学特性试验和建模[J].应用力学学报,2000,17,(3):1-5.

[2]潘双夏,杨礼康,冯培恩.磁流变减振控制应用的研究动态[J].汽车工程,2002,24,(3):254-258.

[3]郭大蕾,胡海岩.基于磁流变阻尼器的车辆半主动控制研究—建模与直接自适应控制[J].振动工程学报,2002,15,(1):10-12.

[4]申永军,杨绍普,刘献栋.采用磁流变阻尼的一种改进型半主动控制汽车悬架研究[J].振动、测试与诊断,2001,21,(4):253-257.

[5]关新春,欧进萍.磁流变耗能器的阻尼力模型及其参数确定[J].振动与冲击,2001,20,(1):5-8.

[6]方子帆,朱大林,吕红梅.车辆半主动悬架系统的振动特性的研究[J].三峡大学学报(自然科学版),2003,25,(2):144-148.

[7]李以农,郑玲.基于磁流变减振器的汽车半主动悬架非线性控制方法[J].机械工程学报,2005,41,(5):31-37.

[8]何青玮,林青,张国贤等.MATLAB在汽车半主动悬架仿真中的应用[J].机床与液压,2002,34,(3):34-36.

汽车悬架 篇5

根据调研数据,国内轿车平均用套管量约为36 kg/辆,按照2011年1 448.53万辆轿车计算,则轿车用套管总量约为52万吨。在成本压力和先进技术得以用于批量生产的条件下,焊接钢管将在用量上超过无缝钢管,以降低汽车自重和提供同等或更出色的性能。焊接钢管主要用于轿车的悬架、侧防撞杆、稳定杆、操纵器、减震器、转向器、消音器以及车架等。由于汽车用材的特殊性,对焊接钢管(业内习惯将此类焊接钢管称为套管,后文套管即代表高尺寸精度焊接钢管)的时效性提出了苛刻要求,因此焊接钢管必须具有良好的耐腐蚀性、机械性能、工艺性能及表面质量等以保证设计寿命。套管的制造工艺决定了焊缝处特性与母材不同,对焊缝处的耐久特性提出了苛刻要求。本文将对汽车悬架系统用套管焊缝位置优化,以保证制造出更高品质的产品。

1 汽车悬架系统用套管生产工艺

将热轧或冷轧钢板条带通过辊轮装置进行弯曲,形成有缝隙管并对缝隙处进行焊接得到焊接钢管。焊接管生产工艺为钢板条带整平供料、缝隙管成形、焊接、去除毛刺、定型和定长度切断。其生产工艺的核心是通过强力将条带弯曲成期望直径的缝隙管以及焊接,如图1所示。汽车用管采用压焊方式焊接,主要焊接工艺包括Fretz-Moon焊接、DC电阻焊接、低频电阻焊接、高频感应焊接和高频接触焊接。

钢管作为构成件通过焊接成为悬架与车体的连接部,在连接部装入减震橡胶衬套[1]与车体通过螺栓连接,套管在悬架中的位置如图2所示。

2 汽车悬架用套管的应用特点

2.1 套管的制造工艺特点

汽车悬架用套管属于有缝管,焊接是关键工序,在焊接条件稳定,施焊过程受控条件下,常见焊接缺陷如脱焊、针孔、夹渣、裂纹等可以通过过程控制和专用检查设备来避免和剔除。但焊缝和热影响区的存在改变了套管沿圆周向的机械性能如硬度[2]等,使得套管的以上特性在焊缝处发生变化,因此套管的耐久性成为其实际应用的最核心问题,而焊缝处的耐久性则成为核心问题的关键。

2.2 套管的受力特点

悬架系统能够缓解从路面传来的震动及冲击,以确保操纵的稳定性及降低车内噪声。其作用是通过5级震动传入的减低来实现的:即通过轮胎胎面花纹软橡胶变形来吸收大量的高频震动;轮胎整体变形来吸收如碾压石子等引起的路面震动;悬架摇臂连接套管内橡胶衬套对震动进行隔绝来减小悬架系统总成受到的冲击;悬架系统的上下运动吸收如过沟坎时引起的长波震动;悬架与车体连接部套管内橡胶衬套对前4级没有完全屏蔽的震动进行吸收。这说明车辆行驶过程中整个悬架系统受到复杂的外部激振载荷作用,悬架与车体连接部的套管以及摇臂与悬架连接部套管因此承受复杂的激振载荷作用。

悬架系统能够发挥作用,要求橡胶衬套与套管在使用过程中不能发生相对位移或者分离。因此,根据具体车型的车重和设计极限条件下的冲击力而计算得到橡胶衬套与套管分离所需要的最低拔脱力。为保证该拔脱力橡胶衬套必须通过过盈方式压入到套管内,这种装配方式使得套管承受预应力作用。

2.3 套管的耐久性

套管的制造工艺决定了套管的耐久性取决于套管焊缝处的耐久性,套管在悬架系统中所承受的外部激振载荷和装配预应力对套管的耐久性提出了苛刻的要求。2010年5月12日在美国发生了一起汽车召回事件,总计召回TITAN、ARMADA、QX56、FRONTIER、XTERRA、PATHFINDER 共6个车型的汽车41 469台。召回事件的起因是焊接套管焊缝处达不到强度要求,可能因焊缝开裂而导致车祸发生。类似套管除不能满足静强度要求外,也不能满足复杂内、外部载荷作用下的耐久性要求。因此,在考虑更加完善的焊接工艺以杜绝焊接问题发生外,对套管的使用方式有必要进行优化。

3 套管焊缝位置应用优化方案

3.1 套管焊缝与悬架本体的相对位置

套管作为悬架的构成部件,通过弧焊接方式与悬架本体总成。根据套管自身焊缝相对弧焊焊缝的位置可以分成2种情况:①套管自身焊缝被弧焊焊缝包裹;②套管自身焊缝未被弧焊焊缝包裹。这两种情况在正常的焊接作业过程中随机发生,如图3所示。

3.2 现状

假定套管在焊缝处发生开裂,2种位置套管会产生不同的后果:①套管自身焊缝开裂后由于被弧焊焊缝包裹而不会发生彻底失效,受到外部载荷后整车会发出异常声音而产生危险预警,避免恶性事故的发生;②套管自身焊缝未被弧焊焊缝包围则在焊缝开裂后无任何预警而彻底失效,酿成恶性事故。因此,在实际使用中套管焊缝包裹在弧焊焊缝内的方式能提供更高品质的产品。

3.3 套管自身焊缝标识方式

套管在焊接取用过程中,被随机放置在悬架本体焊接配合部位,套管自身焊缝随机分布在弧焊焊缝内部或外部,这种随机性正是在套管超过耐久性限度后发生破坏时所不希望看到的,因此有必要对套管自身焊缝相对弧焊焊缝的位置进行限定,使其处于弧焊焊缝包裹状态。通过对套管焊缝进行滚花标识,如图4所示,为后序焊接套管提供焊接位置参考标志以方便把套管自身焊缝控制在悬架上期望的位置,从而完全避免套管自身焊缝未被弧焊焊缝包裹的情况发生,同时,滚花标识属于永久标志,能够通过检查该标识的位置来衡量套管焊缝位置是否满足要求。

4 套管焊缝位置优化方案验证

以某悬架为例,将滚花标识套管按照优化位置要求焊接在悬架本体上,如图5所示。对该悬架进行静强度及耐久强度测试,载荷施加方式如图6所示,以验证该方案不会削弱悬架的整体性能。图6中,Fq为牵引力与行驶阻力的合力,+表示水平向前,-表示水平向后;Fs为汽车自重力与路面支撑力的合力,+表示竖直向上,-表示竖直向下。

静强度试验结果见表1,耐久性试验结果见表2。试验结果表明采用滚花标识套管后悬架的静强度和耐久性同时满足设定规格。

5 结论

本文通过介绍汽车悬架用套管成型工艺以及套管在车体上的受力特点,表明套管是汽车悬架的重要构件,套管的性能直接决定了汽车悬架整体的性能;同时,结合一起因套管焊缝失效而引发的召回案例,验证了汽车悬架系统用套管焊缝位置优化方案,该优化方案能够保证制造出更高品质的产品,避免交通事故的发生。

摘要：针对汽车悬架系统用套管的受力特点和耐久性要求,通过分析汽车悬架系统用套管的制造工艺特点,提出了套管焊缝位置优化应用方案,并通过1个实例验证了该方案的可行性。通过该优化方案的实施,能够避免突发性悬架构件失效的发生。

关键词：焊接钢管,套管,悬架,焊缝位置

参考文献

[1]余振龙,具龙锡.轿车悬架橡胶衬套结构特点分析[J].汽车技术,2009(8):34-38.

汽车悬架液压限位减振器研究综述 篇6

减振器是汽车悬架的重要组成部件,现阶段双筒式减振器已被人们广泛应用于汽车悬架中。随着人们对汽车的乘坐舒适性及平顺性需求的提高,减振器在复杂工况下的高效性和高稳定性受到了各学者的广泛关注。目前,某些双筒式减振器在拉伸和压缩极限处设有限位结构,作用是防止出现刚性碰撞。减振器常见的限位结构分为两类,一类是在工作缸内部放置聚氨酯材料的限位结构,另一种是内置螺旋弹簧的限位缓冲结构。但是此类结构易出现材料老化及磨损失效等问题,从而影响减振器的使用性能。

1、液压限位减振器的特点

参照QC/T 545—1999《汽车筒式减振器台架试验方法》,对双筒式汽车悬架减振器进行示功特性试验,得到的示功图多为图1所示,其中点A为压缩极限位置,点C为拉伸极限位置,曲线ABC表示减振器拉伸行程,曲线CDA表示减振器压缩行程。根据图1所示,普通汽车悬架减振器在拉伸极限C点处阻尼力逐渐减小,拉伸行程中当阻尼力为0时,工作缸内部的活塞未停止运动,会产生减振器的“击穿现象”,即与工作缸内部的导向套发生刚性碰撞,降低减振器使用过程中的稳定性,最终影响汽车的乘坐舒适性与平顺性。

与普通双筒式减振器相比,液压限位减振器的示功图如图2所示,在接近拉伸极限位置时依靠液压限位结构产生较大的附加阻尼力,使活塞的惯性力与油液产生的缓冲压力相抵消,以达到活塞杆总成减速制动的目的,防止导向套与减振器活塞的刚性碰撞。而且可将减振器与车身间的冲击能量转化为热能并衰减,从而改善车辆在恶劣工况下行驶的的平顺性。

2、液压限位减振器的发展

近些年,汽车悬架减振器普遍使用的是液压阻尼减振器,因此采用液压原理开发新型减振器限位缓冲结构已经成为减振器研发的主流趋势。随着Etman、ChoonTar LEE等人对液压限位缓冲减振器进行研究,国外学者对其阻尼特性进行了仿真分析,但缺少对其试验研究与仿真对比分析。

随后,吉林大学郭孔辉院士对液压限位减振器进行了深入的研究,2007年其团队首次提出了泵式位移相关变阻尼减振器并申请专利,具体结构如图3所示,它可以使阻尼力依据载荷的变化实现自动调节。此减振器特点是在工作缸的上部断口处连接有卸荷阀座及油封座,工作缸与储油缸之间设油液导流罩,导流罩的外壁与储油缸的内壁留有间隙,此间隙可构成油液流通的通道;在底阀座、活塞及卸荷阀的油液通道口处设置控制油液进出的单向阀,工作缸内壁中部开有用于卸油减阻的旁通槽,使阻尼力实现自动调节。减振器的限位缓冲作用是通过上、下限位器实现的,当活塞杆总成处于拉伸行程时,上限位器的上端面与卸油阀座的底面接触,使卸油阀上的两个单向阀堵塞,活塞上行阻尼力达到最大;当活塞杆总成处于压缩行程时,下限位器的上簧座顶面将活塞上的单向阀堵塞,下腔停止卸油,活塞下行阻尼力达到最大,起到限位缓冲的作用;弹簧可减缓活塞工作时的速度,使阻尼力随活塞的行程而改变。

由于上述液压限位缓冲减振器结构复杂,随后在此基础上,提出了一种新型液压限位变阻尼减振器。其主要结构参数与普通双筒式液压减振器较为相似,只是增加了一套带有卸荷阀和限位弹簧的浮动活塞总成,其结构如图4所示。当减振器的压缩行程超过限位弹簧的长度,主活塞与浮动活塞相接,堵住浮动活塞中部的油液主通道;主活塞继续下行时,浮动活塞下腔的油液通过通过浮动活塞上的阻尼小孔或底阀上的压缩阀挤入储油腔,使压缩阻力急剧增大,产生数值上等于工作缸面积与限位压强乘积的限位力,使减振器具有液压限位缓冲作用。

为了避免减振器在拉伸行程和压缩行程活塞与导向套和底阀座发生刚性碰撞,2013年郭孔辉院士及其团队提出了一款双向液压限位减振器,不仅可以调节减振器的压缩阻尼力和复原阻尼力,还可以利用这种随行程变化的阻尼力来控制车身的加速度和悬架的动行程,具体结构如图5所示。

带有空心轴的悬浮底阀总成代替普通固定的底阀总成,且底阀上不设阻尼孔,压缩行程时油液通过空心轴进入底阀装置。当压缩行程较大时,活塞杆上的流通流通阀通道被其遮挡,无杆腔压力压力上升,使阻尼力变大,进而产生压缩限位作用。在空心轴与活塞上的流通阀通道配合后,空心轴下方的单向补偿阀打开,利用两腔的压力差进行补油;设置在导向套下面的复原限位管和设置在活塞上部的复原限位锥体在复原行程较大时相结合,有杆腔内油液被封闭,腔内压力上升,使阻尼力变大,进而产生复原限位作用。且悬浮式的浮动底阀总成可进行微量的径向移动,以抵消两轴线产生的微量便宜对空心轴的损害和不必要的摩擦,以提高减振器的寿命。

2013年,锦州立德减振器有限公司自发研制一款双活塞阻尼减振器,其结构是在原有的活塞杆总成基础上增加了一套浮动活塞总成,此浮动活塞总成具有液压限位功能,其部分结构如图6所示。其浮动活塞上设有流通槽,浮动活塞与导向套之间设有起缓冲作用的螺旋弹簧。

减振器未工作时,螺旋弹簧未被压缩,其长度为弹簧的自然长度。当减振器处于拉伸行程时,限位缓冲垫与浮动活塞总成相接触,使得浮动活塞上的常通孔被限位缓冲垫遮住一部分,从而上腔油液流回下腔;随着拉伸行程位移的增加,限位缓冲垫与浮动活塞总成一起压缩限位弹簧向导向套的方向做减速运动。此时浮动活塞总成上腔油压升高,上腔油液在压力的作用下通过浮动活塞上的常通孔与限位缓冲垫形成小孔节流作用,从而产生较大的附加阻尼力,起到限位缓冲的作用。

参考以上液压限位结构,今年笔者运用工作缸缩颈形成环状缝隙附加阻尼力原理,设计一款新型液压限位减振器,其结构示意图如图7所示。工作腔腔壁与缓冲腔腔壁之间的锥形过渡段,辅助活塞上开有沿轴向截面积逐渐减小的凹槽。由于辅助活塞与缸壁之间形成的通流面积不断减小,形成环状缝隙阻尼,实现弱液压缓冲,可避免缓冲腔直径突然减小而引起的压力冲击。通过调整辅助活塞底面的直径d与锥面锥角α的大小,可实现最大阻尼力的调整;通过调整主活塞与辅助活塞之间的距离,可以实现阻尼力峰值点位置的调整;过调整锥形过渡段的长度、锥形辅助活塞的锥角及其上的凹槽的数量及尺寸,可实现强弱缓冲的平稳过渡。

3、结语

液压限位缓冲减振器在汽车悬架减振器中逐步得到了应用,但是对其研究仍旧处于起步阶段,还有很多需要深入讨论的问题。

液压限位结构的设计与简化。现阶段液压限位结构主要类型分为两种,一种是利用限位弹簧在拉伸与压缩极限处堵塞某一单向阀而形成小孔节流作用产生液压缓冲作用,另一种是利用工作缸缩颈与浮动活塞行程环状缝隙阻尼形成缓冲作用。对比两种作用形式,笔者认为减振器内部加入限位弹簧及其组件增加了减振器结构的复杂性,生产时需要对其进行简化设计。

建立准确的动力学模型。使用计算机仿真手段研究液压限位结构对减振器性能的影响,均是基于普通汽车减振器模型建立液压限位结构等效液压模型,其模型建立的准确性是研究液压限位减振器对汽车平顺性的影响起着至关重要的作用。

虽然液压限位减振器的研究我国仍处于起步阶段,液压限位减振器对于改善越野车辆及特种装备车辆的舒适性有着显著的效果,这为液压限位技术的发展和水平的提高提供了巨大的动力。

摘要：随着汽车行业的发展,汽车悬架对减振器的需求向着高效能、高稳定性与安全性方向发展,液压限位减振器在悬架系统中的应用与研究受到了人们广泛的关注。本文首先讨论了普通减振器和液压限位减振器在示功图上的不同之处,并对比其优缺点;接着结合国内外对用于汽车悬架的液压限位各种结构的研究成果,综述了其结构形式和工作原理;最后对比此类液压限位结构哪些更适用于减振器内部进行了深刻的讨论。

关键词：汽车悬架,液压限位减振器,附加阻尼力

参考文献

[1]孙胜利.位移相关减振器动力学建模及对车辆性能影响的研究[D],长春:吉林大学,2008.

[2]郭孔辉等.泵式位移相关变阻尼减振器.中国,200710054822.8.[P].2007—12—26.

[3]郭孔辉.液压限位式变阻尼减震器.中国,200720094743.5.[P].2008-08-27.

[4]郭孔辉.分立底阀式变阻尼液压限位减震器.中国,200920160131.0.[P].2010-05-19.

[5]王冕等.双向液压限位减震器中国,201110245924.4.[P].2013-03—06.

[6]陈双等.液压限位缓冲结构在汽车减振器上的应用[J],农业装备与车辆工程,2013.

[7]王雪等.液压限位缓冲结构减振器.中国,201420654821.2.[P].2014—01-23.

汽车悬架 篇7

汽车悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统 (车架或承载式车身) 之间具有弹性联系, 并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称。悬架系统直接影响着汽车的安全性、稳定性和舒适性, 是汽车的重要组成部分之一, 它主要包括三部分:弹性元件、减振器和导向机构。弹性元件主要指螺旋弹簧, 其作用是承受垂直载荷, 缓和不平路面对车体的冲击, 有一定的吸振能力;减振器的作用是快速减小车身的振动;导向机构用来控制车轮的定位和车身的姿态, 以保证汽车的正常行驶。

汽车的悬架可分为非独立悬架和独立悬架两种形式。采用非独立悬架的汽车, 两个前轮或两个后轮分别安装在一根车轴的两端, 这种悬架具有结构简单、成本低、牢固、轮胎磨损小等优点。缺点是当一边的车轮受到路面不平的影响发生跳动时, 另一边的车轮受到与之相连的车轴的影响也会随着跳动, 容易发生整个车轮的横向振动和上下振动, 从而使整个车身受到影响, 汽车的平稳性和舒适性较差。独立悬架的车轴分成两段, 汽车的每只车轮都被独立地安装在车架下面, 当一边车轮发生跳动时, 另一边车轮不受其影响。虽然独立悬架的构造复杂, 承载能力较小, 但由于应用独立悬架的汽车的平稳性和舒适性较好, 所以轿车大都采用独立悬架, 并且已成为一种发展趋势。

2 汽车悬架控制系统的分类

汽车悬架按控制力可分为被动悬架、主动悬架和半主动悬架三种基本类型。

2.1 被动悬架

被动悬架是目前应用较广泛的一种悬架, 它由弹性元件和参数不可变的减振器组成, 其简化模型如图1所示。图中, M为簧载质量, m为非簧载质量, Ks为悬架弹簧刚度, Kt为轮胎刚度, C1为定值阻尼。这种悬架系统的阻尼和刚度参数, 一般是通过经验设计或优化设计方法选择的, 一旦确定, 在车辆行驶过程中就无法随外部状态变化而改变[4]。被动悬架的结构较为简单, 但它无法同时满足汽车的稳定性和行驶平顺性的要求, 减振性能较差。

2.2 主动悬架

主动悬架由弹性元件和力发生器组成, 力发生器用来改进系统中能源的消耗, 并供给系统能量, 由其产生一个正比于绝对速度负值的主动力来实现控制目标。主动悬架产生的作用力根据车辆行驶状态的不同而变化, 能够适应不同的行驶环境, 使悬架性能达到最优。主动悬架的减振效果非常理想, 但它需要有额外的能源、传感器、控制器、作动器、伺服阀等, 因此主动悬架造价高, 能量消耗大, 使其推广应用受到了一定的限制。主动悬架简化模型如图2所示。图中, M为簧载质量, m为非簧载质量, Kt为轮胎刚度, A为作动器。主动悬架系统通常分为由电机驱动的空气式悬架和由电磁阀驱动的油气式悬架两种形式。根据作动器响应带宽的不同, 主动悬架又分为有限带宽主动悬架和宽带主动悬架, 在有些文献中也被分别称为“慢主动悬架”和“全主动悬架”。

2.3 半主动悬架

半主动悬架由参数可变的弹簧和减振器组成, 其简化模型如图3所示。图中, M为簧载质量, m为非簧载质量, Ks为悬架弹簧刚度, Kt为轮胎刚度, C2为可变阻尼。其基本工作原理是根据簧载质量和非簧载质量的振动情况, 按照一定的控制规律改变弹簧的刚度系数或减振器的阻尼力, 以达到较好的减振效果。半主动悬架可分为可切换半主动悬架和连续可调半主动悬架, 可切换半主动悬架的阻尼系数只能取几个离散的阻尼值, 而连续可调半主动悬架的阻尼系数在一定的范围内可连续变化, 其减振性能优于可切换半主动悬架。

由于被动悬架系统的参数一旦确定就不能改变, 因此其减振性能很有限, 即使是用优化设计方法来设计, 也只能把其性能改善到一定程度。汽车主动悬架、半主动悬架是在悬架中增加自动调节装置, 通过一定的控制方法, 产生一个变化的主动力或实时调节悬架的刚度与阻尼, 从而使悬架在汽车行驶的不同状态下都具有最佳的乘坐舒适性和行驶安全性。由于主动悬架是有源控制, 通常价格贵, 能耗大, 结构复杂, 而半主动悬架是无源控制, 价格低, 能耗小, 结构简单, 且其性能接近主动悬架。因此, 半主动悬架日益受到人们的重视, 成为了研究的热点, 其应用前景更为广阔。

3 半主动悬架的控制方法

对半主动悬架控制策略进行的研究很多, 具有代表性的控制方法可归纳如下:

3.1 天棚阻尼控制

“天棚”阻尼器控制策略原理是在簧载质量的绝对速度和簧载质量、非簧载质量的相对速度方向相同时等于常数, 相反时等于零[1]。这种控制方法比较简单, 得到了广泛的应用。但天棚阻尼控制只是解决了悬架系统的舒适性, 而没有很好的解决操纵稳定性问题[2]。因此, 目前研究的重点是改进型天棚阻尼控制方法。

3.2 最优控制

应用于汽车悬架系统的最优控制方法有线性最优控制、H∞最优控制和最优预见控制三种[3]。最优控制是通过经验确定一个能提高平顺性和操纵稳定性的目标函数, 然后以一定的数学方法算出使该函数取得极值的控制输入。线性最优控制建立在系统较为理想的模型基础上, 其性能指标采用受控对象的状态响应与控制输入的加权二次型, 同时保证受控结构在动态稳定条件下实现最优控制[4]。由于半主动悬架只能调节阻尼系数产生阻尼力, 而不能产生主动力, 因此应用最优控制理论时, 一般由约束双线性最优控制原理直接确定半主动控制策略, 或者先根据最优控制理论确定主动控制的控制律, 然后用耗能原理设计半主动控制策略。当要求其产生主动力时, 半主动控制力为零, 而在耗能阶段, 半主动控制力等于主动控制律要求的控制力。

3.3 预测控制

车辆悬架系统的预测控制是指通过传感器将车辆前方路面信息预先传给悬架装置, 使参数的调节与实际需求同步。预测控制可以通过某种方法提前测得前方路况的信息, 使得控制系统有足够的时间采取措施。预测控制可以分为两类:第一类是用前轮悬架的状态信息对后轮悬架进行预测控制;第二类是测量车辆行驶过程中前方道路的状态信息, 以此信息来对前后轮悬架进行预测控制。采用预测控制的关键是要获得具有一定精度、不受干扰和反映路面真实情况的信息。

3.4 自适应控制

自适应控制是针对具有一定不确定性的系统设计的。自适应控制方法可以自动检测出系统的参数变化, 从而时刻保持系统的性能指标是最优。其基本出发点是根据系统当前输入的相关信息, 从预先计算并存储的参数中选取最合适当前的控制参数。自适应控制的设计关键是选择能准确、可靠地反映输入变化的参考变量。只要参数选择适当, 控制器就可以快速并且方便地改变控制参数, 以适应当前输入的变化。自适应控制的特点是在系统模型不确定的情况下求解控制规律, 使给定的性能指标达到并保持最优。自适应控制考虑了车辆系统参数的时变性, 通过自动检测系统的参数变化来调节控制策略, 使系统逼近最优性能[5]。

应用于汽车半主动悬架的自适应控制, 一般来说有模型参考自适应控制和自校正控制两种控制策略。模型参考自适应控制是在外界激励条件和车辆自身参数状态发生变化时, 被控车辆的振动输出仍能跟踪所选定的理想参考模型, 这种方法在实际中很难实现。自校正控制基于控制对象数学模型的在线辨识, 在此基础上给出控制力, 使给定的性能指标得以优化, 这里辨识的被控对象的动态模型是局部的, 可以用于实时控制。

3.5 模糊控制

在过去的20年中, 基于专家知识和经验的模糊控制, 逐步成为解决具有非线性、复杂和不定因素系统问题的有效方法。模糊控制的实质是将相关领域的专家知识和熟练操作人员的经验, 转换成模糊化后的语言规则, 通过模糊推理与模糊决策, 实现对复杂系统的控制。 模糊控制的控制对象不需要建立精确的数学模型, 可以避免因系统建模误差带来的影响。自20世纪90年代以来, 模糊控制被应用到汽车半主动悬架系统的控制中。由于半主动悬架系统本身存在的非线性因素, 致使难以对其建立精确的数学模型, 并且道路状况的复杂性也使控制难度增加, 而模糊控制不需要建立被控对象的精确数学模型, 并且对系统本身参数变化也不太敏感, 因而可以取得较好的控制效果[6]。

3.6 神经网络控制

人工神经网络是生物学中脑神经网络的某种抽象、简化和模拟, 它是由大量类似于人脑神经元的基本信息处理单元, 通过广泛连接而构成的高度非线性超大规模连续时间动力系统, 反映了人脑功能的若干基本特性。作为一种并行分布式处理系统, 它具有自动知识获得、联想记忆、自适应性、良好的容错性和推广能力。目前, 神经网络控制方法越来越多地应用在特定环境以及采用固定描述方式的多种目的的设计中。汽车半主动悬架系统是非线性系统, 常规的控制策略应用于非线性系统有一定的局限性, 采用神经网络的控制方法日益引起人们的重视。神经网络控制在车辆悬架控制系统中有广泛的应用前景。

4 半主动悬架发展趋势

随着科学技术的发展, 汽车悬架系统也在不断的发展进步。悬架系统的发展趋势应是性能更加可靠、成本更加低廉的智能型悬架系统。因此, 未来在这方面就需要解决一些理论和实际问题。

(1) 复合控制策略的研究与开发

对汽车悬架系统的控制几乎应用了所有的现代控制理论和方法, 但由于每种控制方法都有其各自的优缺点, 因此, 综合应用多种控制方法的复合控制策略是未来的一个发展方向。

(2) 开发具有高效、可靠、低成本的汽车悬架控制系统。

目前, 半主动悬架的成本虽然比主动悬架低, 但相对被动悬架来说依然较高, 使得其推广应用受到了一定的限制。因此, 如何使其更加高效、可靠的同时, 降低生产成本也应是研究的重点之一。

(3) 智能控制器的研发

智能控制器能够根据路况和汽车振动情况等输入信息, 自动地调节悬架系统的参数, 使汽车具有良好的稳定性和舒适性。

5 结束语

随着科学技术的进步和经济的发展, 人们对汽车稳定性和舒适性的要求也在不断的提高。由于传统被动悬架的性能提高有限, 因此, 性能较好的主动悬架和半主动悬架就成为了研究的热点。相对来说, 半主动悬架具有结构简单、能耗小、价格低等优势, 因此具有更加广阔的发展前景。

参考文献

[1]任勇生, 周建鹏.汽车半主动悬架技术研究综述[J].振动与冲击, 2006, 25 (3) :162-165.

[2]王梅.汽车半主动悬架系统研究的技术现状[J].辽宁省交通高等专科学校学报, 2004, 6 (4) :50-51.

[3]高国生, 杨绍普, 郭京波.汽车悬架控制系统研究动态与展望[J].机械强度, 2003, 25 (3) :279-284.

[4]贾启芬, 王影, 刘习军.汽车悬架振动系统的若干控制技术和发展[J].机床与液压, 2005, (1) :12-14.

[5]尹丽丽, 高婷婷.车辆半主动悬架技术和发展趋势[J].黑龙江交通科技, 2005, (1) :64-65.

汽车悬架 篇8

汽车悬架系统可以分为被动悬架、主动悬架和半主动悬架, 这些悬架结构和性能上有很大区别。

被动悬架就是传统的被动式的悬浮液, 将悬浮液通过弹簧振动, 阻尼缸和指南, 在弹簧的作用下, 从它为主要成分的减震器的阻尼, 以减缓冲击力的。由于此类悬架是由外力而起作用的, 而且各个元件在工作时不消耗外界能源, 所以又称为从动悬架。由于被动悬架设计的出发点是在满足汽车的行驶平顺性和汽车操控稳定性之间进行折衷, 对不同的使用要求, 只能在满足其主要的性能要求的基础上, 牺牲掉次要性能。被动悬架的优点是成本低、有较高的可靠性。缺点是只能在特定工况下达到最优, 缺少对变载荷、变车速、不可预测路况的适应性, 无法解决行驶平顺性和操控稳定性之间相矛盾的问题。即便经过优化, 也只能是在特定的车速和路面状况下才能达到最佳。刚性比较大的螺旋弹簧, 其特征在于, 所述车轮的倾斜, 以保持与路面接触的轮胎的能力, 以提高抓地力。但是这样做会有在乘坐汽车时有比较强烈的颠簸感的弊端。如果采用比较软的螺旋弹簧, 来适应崎岖的路面来提升汽车行驶的平稳性和舒适性, 但是又会使汽车难以控制。

当汽车或汽车制动引起的弹簧的变形量的转动惯量, 该弹簧是活动的, 为了减少身体位置的变化产生了阻力的惯性力。该车辆的转向传感器的悬浮系统会立即检测到的车辆的身体和横向加速度的倾斜度, 其特征在于, 根据传感器信息, 与调整后的水平开始的比较的计算机, 并作为有效载荷, 为了以确定在该位置上悬浮液, 使身体的倾斜, 以尽量减少。制动时车身前俯小, 启动和急加速可减少后仰。即使在路面条件不好的情况下, 车身的跳动也较少, 轮胎对地面的附着力提高。其缺点是系统功率消耗大, 装置复杂, 对技术要求高, 价钱昂贵。因此一般仅在豪华轿车上使用, 应用范围比较小。

2 汽车半主动悬架可调控减振环节

半主动悬架的弹性构件的刚度和减震器的阻尼系数可以根据需要进行调整。目前, 半主动悬架阻尼系数的减震器的调节。包含无级可调阻尼系数在一个特定的区域的连续变化, 电/磁流体的粘度调节剂和气体孔两种形式。打开阀/关闭序列由所述控制阀, 以实现衰减之间的多个离散值衰减的快速切换 (切换时间通常是10-20ms的) 平面可调阻尼器的结构和控制是比较简单的, 但调整汽车驾驶条件改变和道路条件, 有一定的局限性。未来发展的关键是提出了先进的阀门技术, 增加开关时间缩短的阻尼变化齿轮。

通过轴的步进电动机来驱动阻尼阀是连续可调节流阀, 用于阻尼器的阻尼节流电磁阀的表面, 或实现其他形式的致动的阀。电/磁流体, 施加电磁/场下的流变材料的特性, 如表观粘度剪切强度将发生很大变化。此电/磁流体之间的内和外筒的电场/磁场的变化的电场/磁场的磁场强度, 液体的粘度, 从而增加了阻尼力的减震器中的减震器的变化。值得一提的是一个强有力的电场/磁场的电场/磁场的流体的半固体状态, 如产生额外的刚度和阻尼器, 因此可以被用来作为一个可控制的弹性元件第六电源稳定, 塑性粘度, 屈服应力和温度MRF比ER流体强。因此, 磁流变液阻尼器阻尼控制部分有更好的发展前景。

电/磁流体的非牛顿流体, 这种现象学的数学模型已经有很多的研究, 翁建生得到实验磁流体剪切应力和温度, 应变速率, 磁感应的本构关系。/MR流体材料方程, 分析和预测的动态特性的减震器结构。通过这种类型的分析, 一组假设, 可靠的电/磁流变阻尼器模型和参数, 所以实验, 以确定介绍。

3 仿真建模及仿真结果分析

现在一个真正的系统的数学模型来研究的一门学科, 系统的性能和系统仿真研究是利用计算机研究和数学模型, 计算机模拟系统, 模型, 算法, 计算机程序和仿真结果表明, 分析和验证方面。目前专门用于计算机数字仿真的仿真语言与工具主要有:CSMP, ACSL, SIMNON, MATLAB/Simulink, Matrix SystemBuild, CSMP-C等。Simulink是一个动态系统建模, 模拟和分析软件包, 它支持连续, 离散, 或它们的混合物, 线性和非线性的系统。它提供用户一个图形界面块图建模, 比较的传统模拟软件包与差分方程和差分方程建模, 更直观, 更方便, 更灵活。在Simulink中创建模型分层结构的同时, 用户可以建立自上而下或自下而上的结构模型, 然后开始用鼠标, 最先进的模型子系统验证一个模型来观看内容的两倍, 因此, 可以整个模型的详细信息, 使使用者了解模型的结构之间的关系, 每个模块的模型中, 用户通过在Simulink菜单命令模拟。模块与模块中的模拟范围, 并授权在同一时间, 模拟结果可以观察到。

综合以上因素, 本文对悬架模型所进行的仿真均在MATLAB和Simulink中完成。

随着新的电子功能材料, 高效的微处理器技术和计算机控制技术的发展, 使研发和推广实用, 可以调整在中低档汽车半主动悬架振动控制系统的应用。同时, 随着车辆的结构和功能的不断改进和完善, 车辆振动的研究, 新的悬挂设计, 以提高控制系统, 振动控制在最低水平的技术, 现代汽车的质量。目前, 还没有进入暂停使用的电子控制单元, 用于控制的定时。更好的控制方法, 以得到更好的阻尼和更低的功耗, 车辆悬挂系统的主要发展方向。

摘要：随着汽车工业的发展, 我国的汽车产量不断增加, 对汽车性能的要求也越高, 因此车辆悬架及其振动控制系统的研究和开发己经成为国内外车辆工程领域的热门课题。为了满足人们对汽车安全性和平顺性的要求, 汽车悬架控制系统的研究与改进就成了必不可少的环节。

关键词：汽车悬架系统,半主动悬架常见控制

参考文献

[1]丁科等.车辆主动悬架的神经网络模糊控制[J].汽车工程, 2001 (5)

混合动力汽车悬架预见最优控制设计 篇9

汽车行业一直以来是工业生产的重中之重,代表着国家工业化的水平。对于国家近些年提出的可持续发展的要求,汽车行业得到了迅猛的发展,同时也带来了严重的环境污染,例如雾霾、能耗高等,带给了环境沉重的负担,也提醒人们考虑未来汽车的发展方向。具有节能环保等特点混合动力车辆成为汽车行业的发展方向之一,也对促进了关于混合动力汽车各个领域的研究,其中悬架系统是混合动力汽车整车系统中一个重要组成部分,为了车辆的行驶平稳、乘坐舒适和操作稳定,研究悬架系统成为重要一环。随着微型计算机与微电子的发展,结合计算机仿真,探索各种工况对车辆的影响状况方便了很多,对汽车行驶平顺性与操作性的研究有了重要的意义,对比无法实现随车辆行驶环境条件而转变的传统研究方式,有了长足的进步。同时促使对悬架系统有了更深的研究,具有便于实现、成本低和平顺性高的成为车辆悬架系统的解决方案之一,也带给其深入研究的意义和应用发展。

1汽车悬架与预见最优控制

混合动力汽车悬架是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间一切传力连接装置的总称。悬架一般由弹性元件(弹簧、橡胶衬套等)、阻尼元件(减振器)、导向机构和横向稳定杆等组成。从能量传递的角度描述了悬架系统弹簧和减振器的作用(如图1),弹簧作为路面与车身之间有效的介质,承载着把路面激励传递给车身的冲击转换为车身振动的作用,同时减震器的出现,是通过往复运动来减缓车身的振动效果,并以热能的方式释放出去,进而减小了路面对车身的冲击,有效得提高车辆的乘坐舒适性和行驶平顺性。

1.1四分之一悬架

研究车辆悬架控制规律,常用四分之一车辆模型,本文也以此为研究对象,作为基础模型,加以探究。四分之一车辆模型,虽并没有车辆的整体车况与操作信息,但凭借包括了实际工况下的运行特征与性能分析,也可广泛应用。本文构建一个双质量二自由度的力学模型,结构简单主要考虑车辆的垂直振动,因为车身的垂直振动是影响车辆乘坐舒适性和平顺性的主要因素。同时,为了能够符合半主动悬架的要求,这里是采用基于可变阻尼的弹簧悬架的二自由度四分之一车辆模型,如图2。

在此模型中用线性弹簧代替弹性轮胎,忽略轮胎的阻尼。

图中kt代表轮胎刚度系数;ks代表悬架刚度系数,是系统的控制量;cs代表可变阻尼减振器阻尼系数。

1.2半主动悬架

根据悬架的阻尼和刚度随着行驶条件的变化,可以将悬架分为三类,分别是:被动悬架、半主动悬架和主动悬架。本文主要研究的是半主动悬架,半主动悬架一般指由弹性刚度可变的弹簧和阻尼系数可调的减振器组成的悬架系统,随着传感器收集车辆的行驶状况与路况,根据分析处理弹簧与减震器的参数,从汽车微计算机内储存的优化参数配置得到最优的的弹簧刚度或者是阻尼值,以达到控制悬架系统的作用,提高平顺性与舒适性。根据作为动力输出元件特性调节方式不同,半主动悬架大体可以分为刚度可调和阻尼可调两种型式,如空气弹簧和阻尼力可调减振器,其中阻尼可调又分为阻尼分级可调和阻尼连续可调两类。

1.3预见最优控制

在控制领域,最优控制是一种在理论上较为成熟的控制方法之一,主要的功能是使控制系统的性能指标达到能够产生的最优化的基本条件和综合方法。具体可以概括为:在一个受控的动力学系统或运动过程中,在某些控制方案集成中,找到一个最优的控制方案,以便系统运动在某个初始状态转移到指定的目标状态的时候,能够使得性能指标达到最优化,整体的目标结果有最优解。基本原理是利用最小值原理(或称为最大值原理),选择一个容许控制u(t),在一些初、终端条件和约束条件下,使系统的性能指标函数J取最小(或最大)。

许多学者将最优控制与其它优化算法或控制算法结合起来,本文考虑使用性,设计带有车前传感器,感应路况信息,并把数据输入最优控制算法器,并在预见最优控制数学模型,得到最优阻尼系数C,最后输入到半主动阻尼控制器中,得到阻尼值得变化,最后可以得到半主动的控制。整体概念设计如图3。

2路面激励数学模型

本文应用最优预见控制,是指不仅要考虑当时的道路和车辆状态,而且要考虑未来的路面干扰,并在一定的目标和条件下求得最优的控制效果。本文设计思路在,控制混合动力汽车前段放置高敏的预见传感器,扫描路况信息,得到应急所需的路况信息。在悬架系统的动力学分析研究时,常用更为真实反映实际路况信息的路面谱,在低频范围内近似为水平的实际情况下加以仿真,并选取滤波白噪声作为路面输入模型,即

采用MATLAB的仿真工具箱simulink进行数值仿真,框图结构如图4。

3二自由度四分之一半主动悬架数学建模

控制算法的设计是以被控对象的数学模型为基础的,车辆主动悬架控制算法设计也需要在设计控制算法前,先分别建立被动悬架和半主动悬架的数学模型。

3.1二自由度1/4混合动力汽车被动悬架动力方程

z1为轮胎位移,m;

z2为车体位移,m;

k1代表轮胎刚度系数;

k2代表悬架刚度系数;

c2代表固定阻尼减振器阻尼系数。

采用simulink进行数值仿真如图5。

3.2二自由度1/4混合动力汽车半主动悬架动力方程

并结合预见最优控制,采用simulink进行数值仿真。

4预见最优控制模型建立

最优控制问题就是在已知的条件下对于给定的受控系统确定以后总控制规律,使得该系统相应于某一预先规定的指标具有最优值。

即状态方程即输出方程为:

式中

采用无限时间调节器的输出反馈时,最优控制的性能指标函数选取为:

采用simulink进行数值仿真如图6。

5仿真结果及分析

本文通过MATLAB仿真白噪声路面谱,作为感应感应路况信息,并把数据输入最优控制算法方程中,并在预见最优控制数学模型下,得到最优阻尼系数C,最后输入到半主动阻尼控制器中,预判时间内改变悬架阻尼系数,得到阻尼值得变化,最后可以得到半主动的控制。本文利用MATLAB输入道路到控制仿真过程中,然后得到所需要的情况,最终可以实现道路的平稳性。图7是白噪声路面激励,随后通过MATLAB的显示,得到车体加速度,以反映车辆的平稳性与舒适度。

经过预见最优控制半主动悬架和被动悬架后的车体加速度,如图8。

最终得到的最优阻尼系数值,如图9所示。

仿真结果可看出,经过预见最优控制半主动悬架的车体加速度,最大值为0.08m/s2左右,且较平稳。对比经过被动悬架的车体加速度,最大值在1m/s2左右,且有明显的变化。根据数据说明,基于预见最优控制算法的半主动悬架,可以明显改善混合动力汽车的驾驶平顺性,证明了预见最优控制算法在混合动力汽车悬架控制中的可行性和准确性。

6结论

混合动力汽车预见式最优控制半主动悬架系统,通过车前安装传感器,感应路面激励,达到车前路况平稳和突变的预警,经主控制器分析调节可变阻尼悬架的阻尼值,预判时间内改变悬架阻尼系数,得到阻尼值得变化,最后可以得到半主动的控制,达到车内平顺性的提升。

1经过与被动悬架平顺性的对比,可以显著看出方法的优越性。2可以结合小波变换在信号处理中的应用,可以构建车前传感器信号的去噪、奇异点判断模型,去除无用噪声信号,恢复原始信号,使得阻尼器调节更加平稳,避免调节冗余。

参考文献

[1]申永军,杨绍普.采用磁流变阻尼的一种改进型半主动控制混合动力汽车悬架研究[J].振动.测试与诊断,2001,21(4):253-257.

[2]刘永强,杨绍普,申永军.基于磁流变阻尼器的混合动力汽车悬架半主动相对控制[J].振动与冲击,2008,27(2):154-156.

[3]徐志强,高瑞贞,等.基于Adams/Car和Matlab/Simulink的混合动力汽车半主动悬架模糊控制研究[J].机械设计与制造,2012(8):101-103.

[4]陈黎卿,郑泉,陈无畏,等.基于ADAMS和Simulink联合仿真的主动悬架控制[J].农业机械学报,2007,38(4):12-15.

[5]刘静.基于MATLAB/Simulink的车辆悬架建模与仿真[J].公路与汽运,2012(6):22-27.

[6]唐天德.基于Simulink的混合动力汽车双轴悬架动态仿真分析[J].农业装备与车辆工程,2010(4):24-27.

[7]赵玲.基于SIMULINK的混合动力汽车悬架系统动态仿真[J].机械,2002(z1):11-13.