汽车主动悬架研究分析

目录
一 : 主动悬架简介
二：电子技术控制
三：主动控制技术——三类典型的液力主动控制系统。

1）A类由 Lotus(莲花 )公司开发
2）B类由 AP公司发展的气液悬架
3）C类液力主动控制系统由 Nissan公司开发四：主动悬架的最优控制方法
五：智能控制系统
六：作动器－蓄能式减震器
七：主动式液压悬架
八：主动式空气悬架
九：电机蓄能式主动悬架
十：双重控制空气悬架系统－奔驰公司研发
一：主动悬架
汽车的主动悬架系统是在普通悬架系统中附加一个可以控制阻尼作用力的装置，由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统四部分组成。

主动悬架能够根据汽车的运动状态和路面状况，适时地调节悬架的刚度和阻尼，使悬架系统处于最佳减振状态，使车辆在各种路面状况下都会有良好的舒适性。

主动悬架的关键部位是其执行机构，也就是可以调节的悬架阻尼系统。

主动悬架有作为直接力发生器的动作器，可以根据输入与输出进行最优的反馈控制，使悬架有最好的减震特性，以提高汽车的平顺性和操纵稳定性。

主动悬架的一个重要特点就是，它要求作动器所产生的力能够很好地跟踪任何力控制信号。

因此，它为控制律的选择提供了一个广泛的设计空间，即如何确定控制律以使系统能够让车辆达到最佳的总体性能。

针对悬架系统的非线性特点，研究适宜的悬架系统电控技术是汽车悬架系统振动性能改进的方向。

悬架位于车身与轮胎之间，对车辆的运动性能、乘坐舒适性有重大的影响。

按照路面行驶工况最优控制，悬架性能以确保车辆行驶性能与乘坐舒适性，电子控制悬架将进一步向高性能方向发展。

作为实现这种对悬架的优化控制的方式之一，是利用“预知传感器”进行预知控制的“预知控制悬架”
二：电子控制技术
电子技术控制汽车悬架系统主要由（车高、转向角、加速度、路况预测）传感器、电子控制ECU、悬架控制的执行器等组成。

系统的控制功能通常有以下三个：
1）车高调整：当汽车在起伏不平的路面行驶时，可以使车身抬高，以便于通过；在良好路面高速行驶时，可以降低车身，以减少空气助
力，提高操纵稳定性。

2）阻尼力控制：用来提高汽车的操纵稳定性，在急转弯、急加速和紧急制动情况下，可以抑制车身姿态的变化。

3）弹簧刚度控制：改变弹簧刚度，使悬架满足运动或舒适的要求。

采用主动式悬架后，汽车对侧倾、俯仰、横摆跳动和车身的控制都能更加迅速、精确，汽车高速行驶和转弯的稳定性提高，车身侧倾减少。

制动时车身前俯小，启动和急加速可减少后仰。

即使在坏路面，车身的跳动也较少，轮胎对地面的附着力提高
三：主动控制技术
主动控制：通过输入外部能量施加一定控制力的悬架主动控制大多采用流体传动的控制系统。

主动控制的研究首先始于轨道车辆的悬架振动控制。

用于汽车的主动控制悬架的最初装置是由AP( Automotive Products)公司基于气液悬架发展的一种机械系统。

近年来 ,Nissan(日产 )和 Toyota(丰田 )公司宣布在轿车上成功地应用了液力主动悬架。

至今已发展了三类典型的液力主动控制系统。

A类由 Lotus(莲花 )公司开发 ,它由双作用油缸和高速响应液力控制阀直接耦合 ,这个系统的控制能力较强 ,但能耗很大 ,尤其是在粗糙路面上非悬挂质量共振时这一问题尤为突出。

B类由 AP公司发展的气液悬架 ,它通过一个流量控制阀把油液输送到单作用油缸和充填蓄能器执行主动控制 ,这种控制装置同样需要消耗较高的能量。

C类液力主动控制系统由 Nissan公司开发 ,它的主要特征之一是压力控制阀同小型蓄能器和液压油缸相结合 ,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 ,悬挂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。

同 A,B类主动控制相比 ,该类主动控制的耗能较少。

目前 ,开
发主动液力减振器研究方向之一是采用复合减振方法减少外部能量的消耗。

四：主动悬架的最优控制方法
对主动悬架的研究目前主要集中两个方面:一个是控制策略；另一个是作动器。

最早的主动悬架控制策略是天棚原理，假设车身上方有一固定的惯性参考，在车身和惯性参考之间有一阻尼器，作动器模拟此阻尼器的作用力来衰减车身的振动。

这种控制算法简单，在国外某些车型上已经得到了应用。

随着现代控制理论的发展，提出了主动悬架的最优控制方法，它比天棚原理考虑了更多的变量，控制效果更好，
目前最优控制规律有三种:线性最优控制、HQ最优控制和最优预见控制。

由于实际悬架系统中有许多非线性的、时变的、高阶动力系统，使最优控制方法变得不稳定，为此又发展了自适应控制方法。

自适应控制方法具有参数识别功能，能适应悬架载荷和元件特性的变化，自动调整控制参数，保持性能最优。

自适应控制方法也有增益调度控制、模型参考自适应控制和自校正控制三类。

在德国大众汽车公司的底盘上应用了自适应控制规律。

五：智能控制
目前发展最迅速的控制策略是智能控制(模糊控制和神经网络控制)。

模糊控制方法具有制动调节输入变量的组合、隶属函数的参数和模糊规则数目等学习功能，计算机仿真结果表明该方法更有效。

神经网络是一个由大量处理单元组成的高度并行的非线性动力系统，它能进行数据融合、学习适应性和并行处理，研究表明它比传统控制有更好的性能。

六：作动器
目前主动悬架上应用的作动器主要是液力式结构。

尼桑公司则开发了蓄能式减震器，它将压力控制阀同小型蓄能器及液压缸结合起来，使路面不平度引起的振动被蓄能缸吸收，车身隔振由主动阻尼和被动阻尼共同完成，因而能耗有所降低。

不过液压动力系统尚有许多不足之处，比如对工作环境有一定要求；元件制造精度要求高、成本难以下降；处理小信号的数字运算，误差的检测与放大、测试与补偿、自动化与实现远距离等功能不如电气系统灵活准确等。

因此现在作动器的研究主要集中在直线伺服电机、电磁蓄能器的方向。

七：主动式液压悬架
电子控制的主动式液压悬架能根据悬架的质量和加速度等，利用液压部件主动地控制汽车的振动。

在汽车重心附近安装有纵向、横向加速度和横摆陀螺仪传感器，用来采集车身振动、车轮跳动、车身高度和倾斜状态等信号，这些信号被输入到控制单元ECU，ECU根据输入信号和预先设定的程序发出控制指令，控制伺服电机并操纵前后四个执行油缸工作。

主动式液压悬架在轿车上的布置如图所示
八：主动式空气悬架
在电子控制的主动式空气悬架系统中，微机根据传感器送来的信号和驾驶员给予的控制模式经过运算分析后向悬架发出指令，悬架可
以根据微机给出的指令改变悬架的刚度和阻尼系数，是车身在行驶过程中保持良好的稳定性能，并且将车身的振动响应控制在允许的范围内。

一般说来，主动式空气悬架的控制内容包括车身高度、减振器衰减力、弹簧弹性系数等三项；
空气悬架电子控制系统的工作原理：用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送给弹簧和减震器的空气室中，以此来改变车辆的高度。

在前轮和后轮的附近设有车高传感器，按车高传感器的输出信号，微机判断出车辆高度，再控制压缩机和排气阀，使弹簧压缩或伸长，从而控制车辆高度。

在减震器内设有电动机，电动机受微机的信号控制。

利用电动机可以改变通气孔的大小，从而改变了衰减力的大小。

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图所示为丰田汽车公司的空气悬架控制装置在车上的布置情况。

九：电机蓄能式主动悬架
一种采用电机作动器并具有电磁蓄能作用的电机蓄能式主动悬架。

它采用电机传动系统代替液压传动系统，改善了原有液力式主动悬架的诸多缺陷，使主动悬架的推广应用成为可能。

其工作原理是：将悬架动挠度传感器所得编码信号和电机转子位置传感器所得脉冲信号输入微处理器，经无刷电机换相逻辑、电磁蓄能控制算法和主动悬架控制律处理后，通过驱动及蓄能电路和车载电源电路，实时控制
电机作动器的电动、反接制动或再生制动状态，以主动缓冲和衰减由路面不平引起的、并由车轮传导至车身的冲击和振动，同时还将再生制动电能回收再利用
十：双重控制空气悬架系统
奔驰公司研发出了双重控制空气悬架系统（Airmatic DC System）。

Airmatic悬架系统不仅在电子控制方面有了更为明显的进步，更是把主动控制空气悬架系统和自适应阻尼悬架系统（ADS）整合到一起，实现了双重控制（Dual Control）。

Airmatic悬架系统作为奔驰新S系车
型的标准配备，它共拥有四种工作模
式：第一模式是柔软舒适的设定，用于
普通路面的行驶。

这个时候，悬架系统
是行车电脑自动控制的，通过测量系
统、反馈控制系统的帮助，电脑自动调
节悬架的阻尼，以保证车辆在不同路面
情况下，始终具备最佳的舒适性和操控
性。

第二模式和第三模式减振器分别采
取硬压缩、软回弹和软压缩、硬回弹两
种方式，这两种方式适合两种特殊路况，第二模式适合高速路况，在高速下保证了车辆的稳定性，第三模式是偏重于路面复杂的慢速行驶状况，在颠簸路面能够过缓和颠簸，自动调整弹簧的软硬度，驾驶员也可以根据自己的驾驶习惯手动固定某一种模式。

第四种模式是纯粹忽略了舒适性的极端运动模式，这种模式需要驾驶员通过控制菜单进行选择，这时驾驶奔驰新S系轿车与驾驶一辆跑车相差无几。

事业部：汽车工程研究院部门：底盘行驶系
姓名：张永强
工号：397485。