汽車懸架技術(shù)

汽車懸架技術(shù)摘要汽車懸架性能的好壞直接影響汽車行使的平順性和操縱穩(wěn)定性。目前，汽車上普遍采用的被動懸架系統(tǒng)，由于參數(shù)不可調(diào)節(jié)，對多變環(huán)境中工作的汽車難以滿足期望的性能要求。因此，為了克服被動懸架對汽車性能改善的限制，近年來出現(xiàn)了主動懸架系統(tǒng)。主動懸架能夠根據(jù)工況變化，實時主動地調(diào)整和產(chǎn)生所需的懸架控制力，以抑制車身的振動，使懸架處于最優(yōu)減振狀態(tài)，達到同時改善汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性的目的。因此，研究性能優(yōu)良的車輛主動懸架系統(tǒng)必將是今后汽車懸架發(fā)展的方向。Theautomobilesuspensionforkperformancequalitydirectlyaffectssmoothnessandtheoperationstabilitywhichtheautomobileexercises.Atpresent,ontheautomobilegenerallyusespassivesuspensionforksystem,becausetheparametercannotadjust,workstheautomobiletothechangeableenvironmentintosatisfytheexpectationwithdifficultytheperformancerequirement.Therefore,inordertoovercomethepassivesuspensionforktotheautomobileperformanceimprovementlimit,inrecentyearsappearedthedrivingsuspensionforksystem.Thedrivingsuspensionforkcanactaccordingtotheoperatingmodechange,real-timeonowninitiativeadjuststhesuspensionforkcontrollingforcewhichandproducesneeds,suppressestheautomobilebodythevibration,causesthesuspensionforktobeatthemostsuperiorantivibrationcondition,achievedsimultaneouslyimprovestheautomobilesmoothrunningandtheoperationstablegoal.Therefore,theresearchperformancefinevehiclesdrivingsuspensionforksystemwillwillcertainlytobethenextautomobilesuspensionforkdevelopmentdirection.關(guān)鍵詞：汽車懸架，被動懸架，主動懸架，半主動懸架，主動空氣懸架，控制，應用懸架的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀科技進步是人類永恒的追求。在馬車出現(xiàn)的時候，為了乘坐更舒適，人類就開始對馬車的懸架一葉片彈簧進行孜孜不倦的探索。在1776年，馬車用的葉片彈簧取得了專利，并且一直使用到20世紀30年代，葉片彈簧才逐漸被螺旋彈簧代替。汽車誕生后，隨著對懸架研究的深入，相繼出現(xiàn)了扭桿彈簧、氣體彈簧、橡膠彈簧、鋼板彈簧等彈性件。1934年世界上出現(xiàn)了第一個由螺旋彈簧組成的被動懸架。被動懸架的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗或優(yōu)化設(shè)計的方法確定，在行駛過程中保持不變。在20世紀60年代就提出了主動懸架的概念，主動懸架就是由在懸架系統(tǒng)中采用有源或無源可控制的元件組成。它是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)車輛的運動狀態(tài)和路面狀況主動作出反應，以抑制車體的運動，使懸架始終處于最優(yōu)減振狀態(tài)。所以主動懸架的特點就是能根據(jù)外界輸入或車輛本身狀態(tài)的變化進行動態(tài)自適應調(diào)節(jié)。因此，系統(tǒng)必須是有源的。70年代誕生了半主動懸架，半主動懸架則由無源但可控制的阻尼元件組成。在車輛懸架中，彈性元件除了吸收和存貯能量外，還得承受車身重量及載荷，因此，半主動懸架不考慮改變懸架的剛度而只考慮改變懸架的阻尼。由于半主動懸架結(jié)構(gòu)簡單，在工作時，幾乎不消耗車輛動力，又能獲得與主動懸架相近的性能，故應用較廣。汽車懸架系統(tǒng)的類型和應用懸架是車身與車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱。汽車懸架的作用除了緩沖和吸收來自車輪的振動之外，還要在汽車行駛過程中傳遞車輪與路面之間的驅(qū)動力和制動力，在汽車轉(zhuǎn)向時，懸架還要承受來自車身的側(cè)向力，并在汽車起步和制動時能夠抑制車身的俯仰振動，提高汽車的行駛穩(wěn)定和安全性。根據(jù)導向機構(gòu)不同，汽車懸架可分為獨立懸架和非獨立懸架兩大類。根據(jù)懸架控制力可分為被動懸架、主動懸架和半主動懸架。被動懸架被動懸架是傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)，由彈簧、減震器和導向機構(gòu)組成。被動懸架的剛度和阻尼系數(shù)均不可調(diào)，只能在特定的工況下達到最優(yōu)減振效果，存在明顯的共振峰，難以同時獲得良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性，缺乏靈活性。但被動懸架因結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計容易和制造方便，且無須額外的能量輸入，目前在中低檔轎車上應用最為廣泛。為了進一步改善被動懸架的減振效果，滿足現(xiàn)代汽車對懸架提出的更高的性能要求，在桑塔納、夏利和賽歐等轎車上加強了通過優(yōu)化尋找最優(yōu)懸架參數(shù)和對懸架導向機構(gòu)的研究，采用了帶有橫向穩(wěn)定桿的多連桿機構(gòu)懸架系統(tǒng)，在一定程度上改善了被動懸架減振效果。主動懸架主動控制懸架的最初裝置是由AP公司基于氣液懸架發(fā)展的一種機械系統(tǒng)。主動懸架通常包括三部分：傳感器、控制器以及執(zhí)行機構(gòu)，并由它們與汽車系統(tǒng)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中控制器是整個系統(tǒng)的信息處理和管理中心，它接受來自各個傳感器的信號，依據(jù)特定的數(shù)據(jù)處理方法和控制規(guī)律，決定并控制執(zhí)行機構(gòu)的動作，從而達到改變車身的運動狀態(tài)、滿足隔振減振要求的目的。主動懸架一般采用閉環(huán)控制。所謂閉環(huán)控制就是說輸出量反過來又對系統(tǒng)有直接影響的控制，也就是說對彈簧剛度和減振阻尼的控制結(jié)果，還必須有反饋系統(tǒng)把信息傳遞給電腦，再由電腦進行分析和修正，以達到最佳的控制效果。由于主動懸架的諸多優(yōu)點，所以它在現(xiàn)代汽車上得到廣泛的應用。半主動懸架半主動懸架的研究工作始于1973年，由D.A.Crosby和D.C.Kamopp首先提出。半主動懸架，由可變特性的彈簧和減振器組成。其基本工作原理是根據(jù)簧上質(zhì)量相對車輪的速度響應和加速度響應等反饋信號，按照一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)可調(diào)彈簧的剛度或可調(diào)減振器的阻尼力。半主動懸架在產(chǎn)生力的方面近似于被動懸架，但是半主動懸架的阻尼系數(shù)或剛度系數(shù)是可變的。通常以改變減振器的阻尼力為主，將阻尼分為兩和三級，由人工選擇或根據(jù)傳感器信號自動確定阻尼級。1984年日產(chǎn)公司研制出一種聲納式半主動懸架，它能通過聲納裝置預測前方路面信息，及時調(diào)整懸架減振器的三種狀態(tài)。另外，D.A.Crosby等人又提出了阻尼連續(xù)可調(diào)的半主動懸架系統(tǒng)。新興技術(shù)主動懸架系統(tǒng)當汽車行駛在凹凸不平的路面時，執(zhí)行元件抑制了輸入方向的力，使懸架產(chǎn)生抽動。因此，主動懸架能夠有效的抑制車身的側(cè)傾，并使高度一致。由此可見，主動懸架的主要作用是：提高舒適性。主動懸架用計算機獨立地控制每個車輪，能夠在任何時候在任何車輪上產(chǎn)生符合要求的懸架運動，它不像軟彈簧汽車那樣遇到大凸起時有可以感覺到的回彈或顛簸。控制車身運動。從動懸架的汽車在制動時，作用在車身上的慣性力引起載荷前移，造成彈簧變形，引起車身前傾。汽車轉(zhuǎn)彎時離心力的作用使彈簧受到一個力矩的作用，引起車身向外傾斜。而主動懸架的汽車在制動和縱搖時，能夠產(chǎn)生與慣性力相對抗的力，減少了車身位置的變化。調(diào)節(jié)車身高度。主動懸架系統(tǒng)還有一個實用的好處，即其乘坐高度可以隨時調(diào)節(jié)。汽車在高速公路上行駛時，車身可以調(diào)節(jié)的低一些，通過壞路面時，車身可以調(diào)節(jié)的高一些。當指令抬起損壞的車輪時，就可以更換輪胎。主動懸架系統(tǒng)的發(fā)展最初提出懸架主動控制這一設(shè)想的是洛特斯，這種系統(tǒng)的開發(fā)是在80年代初期，由液壓主動控制抽動的洛特斯型系統(tǒng)完成了最初的路試，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，具有足夠高的響應速度，執(zhí)行元件發(fā)生作用時，液壓缸中的活塞從兩側(cè)接受油壓，一側(cè)的油壓上升，另一側(cè)的油壓降低，從而帶動活塞抽動。在該系統(tǒng)中，各種信號通過傳感器輸入電腦，然后由電腦分析這些傳來的信息，反饋給四個輪子，以便能瞬時產(chǎn)生足夠的油壓，保證在凹凸不平的路面上行駛時懸架的伸縮。采用洛特斯主動控制懸架專利的制造廠有許多，沃爾沃便是其中之一。它的主動懸架系統(tǒng)根本不用彈簧，而是采用傳感器，計算機及液力促動器等裝置構(gòu)成的復雜系統(tǒng)，使車輪上下運動，以適應路面及車輛動力學的要求。主動懸架的應用前景主動懸架系統(tǒng)可以控制車身的運動，使汽車在行駛過程中保持車身平穩(wěn)，高度一致，無傾斜，并能負側(cè)傾轉(zhuǎn)彎，但這種懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，消耗能量大，成本高，當汽車輪胎載荷突然增加時，活塞容易卡住，駕駛?cè)藛T雖能感知這一變化，卻很難控制車輪。所以，該系統(tǒng)在現(xiàn)階段，作為高級轎車的研究具有很大意義。它對懸架裝置的改進和新系統(tǒng)的研究，開發(fā)也有較大的推動作用。另外，由于主動懸架系統(tǒng)中，計算機可以編制程序，修改行駛過程中，汽車的復雜動力學性能。例如，急轉(zhuǎn)彎時，來自水平轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)向角傳感器的輸入信號，就能告訴計算機，汽車在轉(zhuǎn)彎時是否打滑，于是計算機調(diào)整每一個車輪的負載，迅速改變側(cè)滑，是黔輪胎進入不足轉(zhuǎn)向狀態(tài)，而易于掌控。由于主動懸架系統(tǒng)潛在優(yōu)勢，也促進了開發(fā)的競爭，或許近幾年內(nèi)該系統(tǒng)就會普及應用在高級轎車上。主動式空氣懸架空氣懸架誕生于19世紀中期，到20世紀30年代初，美國凡世通輪胎公司首次把空氣彈簧應用于汽車工業(yè)，于1934年研制出柱式空氣彈簧懸架系統(tǒng)——AIREDE空氣彈簧，并在1944年與通用汽車公司合作，進行了首次客車試驗，試驗結(jié)果顯示出了空氣懸架強大的內(nèi)在優(yōu)越性。1953年，美開始正式生產(chǎn)裝有空氣懸架的客車，這也是商用汽車采用空氣懸架的開端，同時，空氣系統(tǒng)控制技術(shù)的發(fā)展也極大地促進了空氣懸架的廣泛應用?？v觀國外汽車空氣懸架的發(fā)展歷程，大致經(jīng)歷了“鋼板彈簧一氣囊復合式懸架一被動式空氣懸架一主動式空氣懸架”的變化模式。主動式空氣懸架采用微電腦控制技術(shù)，不僅能實現(xiàn)各個懸架的氣壓主動控制，還增加了許多輔助功能（如故障診斷等），使傳統(tǒng)空氣懸架的性能得到了很大改善。可以預見，隨著人們對汽車安全性和舒適性要求的不斷提高，主動式空氣懸架在汽車上的應用在不久的將來將會得到普及。對本課程的見解：通過對電噴發(fā)動機原理與檢修這門課程的學習，使我對電噴發(fā)動機有了更進一步的認識，而且更加深了我對汽車發(fā)動機的興趣。上課過程中，老師將其進行了詳細的論述，我知道了電噴發(fā)動機是采用電子控制裝置，取代傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)（如化油器）