汽车悬挂系统的主动控制研究

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：主动悬挂系统对车辆的乘坐舒适度和操作稳定性是非常重要的，也是汽车工业的核心技术之一。本文主要是对汽车悬挂系统的主动控制的工作原理、组成和分类、优缺点和发展趋势为方向进行研究。
　　关键词：汽车悬挂;主动悬挂;技术现状;发展趋势
　　 汽车悬挂系统对汽车行驶的操作稳定性，乘坐舒适性和安全性有直接影响。悬挂系统可根据控制力的不同分为被动悬挂、半主动悬挂、主动悬挂三类。其中被动悬挂是目前应用最广的，该类型只是在某种情况下是最优的，但是很难满足一些高性能的要求。半主动悬挂随着新型智能材料的应用，也越来越受人们的重视[1]。主动悬挂是最高级别悬挂形式，主要应用于高级轿车和赛车上，有针对性的对实际工况和用户设定，可以实时调节整体和各轮的悬挂参数，从而使汽车操作稳定性、乘坐舒适性等性能达到最佳组合。
　　1 发展现状
　　 主动悬挂系统是近几年来的发展起来的一种新型的悬挂系统。随着时代的发展和科技的进步，传统的悬挂方式会逐渐被取代。这种技术目前已经被豪华轿车和跑车应用。当前执行器和控制策略是主动悬挂研发的重点和难点，围绕上述两部分技术寻求突破可以加快其发展。随着各种新型和智能材料的出现，全新的性能更好的执行器不断出现。当前的执行器有很对缺点，针对目前执行器的缺点，对响应速度、重量及体积、成本等方面有一个提高都会有利于主动悬挂的普及。对控制算法方面有两方面的研究，一是继续研究新的控制算法;二是寻求多种控制算法的复合方法，因为单一的算法都有其自身的局限性，复合方法可以克服这种局限性。克服及利用“抖振”现象和利用其极限刚度，滑模控制可能是一个较好方法[2]。联合控制底盘各主动控制系统。车辆的各系统各性能之间都是相互影响相互制约的，通过综合控制，可防止各单独控制间的相互干扰。
　　2 主动悬挂系统的组成和分类
　　 主动悬挂系统的组成：以液压泵，空气压缩机等为代表的动力源;以油缸、步进电机、电磁铁等为代表的产生力及力矩的作动器;此外还有各种传感器和控制单元;有些车型还包括普通弹簧和被动阻尼器等。
　　 主动悬挂的分类：根据不同分类方法可将主动悬挂分为不同的类型。（1）按控制方式分类：分为机械控制悬挂系统和电子控制悬挂系统。机械控制悬挂是最早出现的，主要特点是结构较简单、制作成本较低、控制功能少且不能适应多种工况。随着科技的发展和技术的进步，逐渐进入了电子控制悬挂时代。主要特点是相较于机械控制悬挂系统信息输入更丰富、功能增多、控制更加精确，但是成本比较高。（2）按照频率带宽来分类：可分为宽带宽悬挂和窄带宽悬挂。宽带宽悬挂的执行元件的响应频率要超过车轮刚度对应的频率，车辆的频带越高，对车辆的控制效果越好，但是一般很难实现，而且成本、耗能都会增加。窄带宽悬挂可以将执行元件频响带宽降低，在日常运行工况下，性价比是很高的，在车辆中的应用是相对较广泛的。
　　3 主动悬挂系统的功能
　　 主动悬挂主要是根据汽车的运动状态和行驶的路面状态，来适时的调节悬架的高度和阻尼，使其处于最佳的减震状态。主动悬挂按控制介质可以分为三大类，具体为主动空气悬挂、主动油气悬挂、主动液力悬挂等。主动空气悬挂的工作原理是：通过改变主气室和副气室之间通路的大小来调节悬架的刚度，通过步进电机对阻尼力调节杆进行驱动从而调节阻尼力，这样就可以通过向主气室充放气来调整车的高度。主动油气悬挂典型的工作原理是：通过调节空气的体积来实现刚度的特性，阻尼特性调节主要是通过改变油液管路中的节流孔的数量完成。主動液力悬挂典型的工作原理是：通过控制液压油缸活塞两侧的油压差，使得活塞抽动来跟踪路面的变化和车身的变化。
　　4 代表车型的特点及比较
　　 以主动油气悬挂为代表的雪铁龙C5，车的高度有4个级别可以调节，三级阻尼设定并与刚度调节在一起，从而实现舒适与运动两种工作模式;以主动空气在悬挂为代表的奔驰S级，配备有双功能空气悬挂系统，能够综合调节汽车刚度、阻尼和车高等参数;以主动液压悬挂系统为代表的奔驰CL级，该车型配备比Airmatic DC更高级的主动车身控制系统（ABC），对车身的侧倾、纵摆、跳动和车高度控制会更加的快速和精确;以主动空气悬挂系统为代表的奥迪A8，配备自适应空气悬挂系统;以主动空气悬挂为代表的宝马7系，带有液压马达控制侧倾杆系统，并且配备电子避震系统和主动式动态驾驶系统，主动悬挂的主要优点有四方面：（1）乘坐舒适性。主动悬挂系统可在保证操控性能的情况下，通过调整悬挂参数来获得更好的乘坐舒适性，也可以根据驾驶风格进行自行调整。（2）可以对车的高度进行控制。在粗糙路面上，可以增加离地间隙提高通过性，从而使车辆在高速行驶过程中，适当减少离地间隙以减少阻力，同时还可以降低重心，这样对操控性和舒适性都有一个提高作用。（3）对侧倾及纵摆的控制。车轮悬挂参数的调整可以解决转向时的车身侧倾、加速、制动时车身的纵摆，通过对参数的适当调整，提高了车辆的舒适性，车身运动会带来车轮定位参数的变化或者制动跑偏，这些问题都会使车辆的舒适性及安全性下降。但是对车轮悬挂参数的调整可以有效解决这些问题，提高车辆的操控性。（4）对车辆接地性的改善。悬挂参数的调整，可以使车轮动载波动降低，从而提高了车轮对地面的附着效果，这样有利于对车辆的操控，还对车辆的轮胎有一个保护作用，减轻轮胎磨损。
　　 主动悬挂的主要缺点有：因为主动悬挂结构及控制策略是非常复杂的，这种高技术就要求有非常专业的人员来设计，而且对材料的要求也很严苛，从而使得主动悬挂系统的成本提高，而且主动悬挂系统的重量比其他的悬挂系统都要大，所以在车辆中应用主动悬挂会使得整个车辆的重量随之增加，不利于车辆空间的布置，以上这些因素都会限制主动悬挂的普及。
　　5 结语
　　 作为汽车工业的核心技术之一，汽车悬挂系统这一技术主要被国外掌握和垄断，我们国家的相关部门应该加紧研究来共同推动主动悬挂的研发。
　　参考文献：
　　[1]胡志栋，陈奕呈.森工机械控制技术课程教学改革的探索和实践[J].现代农业科技，2019（04）：255-256.
　　[2]方倚广.多功能汽车悬挂系统的创新设计[J].内燃机与配件，2018（21）：55-56.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14888635.htm