第七章 悬架-第五节主动悬架和半主动悬架
半主动悬架设计
悬架历史：随着世界经济、科技水平的发展，人们对汽车的要求也越来越高，因此生产即安全又舒适的高性能汽车成为汽车工业发展的新方向。
而作为汽车重要组成部分的悬架，其性能的优越直接影响车辆的安全性和舒适性。
因此，悬架的发展先后经历了被动悬架、主动悬架的演变过程。
然而，由于被动悬架本身结构的限制，其性能相对较差；主动悬架结构复杂、制造成本较高，在商业上也没能得到广泛应用。
后来，人们提出了介于前两种悬架之间的半主动悬架，它既有被动悬架结构简单、成本低廉，又有主动悬架的优越性能，因此，受到人们的广泛关注。
组成：悬架是车架与车桥之间的一切连接和传力装置的总称。
主要由弹性元件、减振器和导向机构组成。
悬架是汽车的一个重要组成部分，它把车架或车身与车轮弹性的连接起来。
因此，其性能的好坏直接影响车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。
其总体结构如图1.1所示。
f-r悬架按导向机构、弹性元件和阻尼元件不同，可分成不同的悬架类型。
以阻尼元件为例，按阻尼元件的不同，可以分成固定阻尼系数的悬架和可变阻尼系数的半主动悬架两种。
本文就是以可变阻尼系数的半主动悬架为例进行研究的。
按其发展过程来讲，悬架先后经历被动悬架、主动悬架和半主动悬架三种悬架的发展历程。
迄今为止，被动悬架发展历史最悠久，性能比较稳定、技术相对成熟，更兼结构简单、制造成本低廉，因此，仍在各种车辆上广泛应用。
但其弹性和阻尼不能随外部工况变化而变化，已经远不能满足人们对乘坐舒适性和安全性的要求。
随着计算机技术的发展和传感器、微处理器及液、电控元件制造技术的提高，使可控悬架在车辆上的应用成为可能。
半主动悬架：半主动悬架是指悬架弹性元件刚度和减振器阻尼力之一或两者均可根据需要进行捌节的悬架。
由于半主动悬架在控制品质上接近于主动悬架，且结构简单，能量损耗小，成本低，因而具有巨大的发展潜力。
1半主动悬架技术发展现状根据悬架的阻尼和刚度是否随着行驶条件的变化而变化，可将悬架分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。
底盘部件主动悬架简析课件
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提高乘坐舒适性
主动悬架能够有效地过滤路面不 平带来的振动，使乘坐更加舒适 。
主动悬架的缺点
01
成本较高
主动悬架需要使用更多的传感 器、执行机构和控制单元，导 致成本较高。
02
能耗较大
主动悬架需要持续供电以维持 工作状态，相对于被动悬架能 耗较大。
03
复杂度较高
主动悬架的结构和控制算法相 对复杂，维护和调试难度较大 。
它与传统的被动悬挂系统相比，具有更高的调节范围和适应性，能够更好地应对 复杂路况和行驶环境。
主动悬架的分类
根据调节方式的不同，主动悬架可以分为被动与半主动式、 主动式和混合式三种类型。
被动与半主动式主动悬架主要通过改变悬挂系统中的阻尼系 数来实现调节，而主动式和混合式主动悬架则具备独立的作 动器和控制单元，能够实现更加精准和灵活的调节。
主动悬架的控制算法
算法类型
用于处理传感器数据、计算控制指令 的算法，例如PID控制、模糊控制等 。
算法优化
针对不同路况和驾驶需求，对控制算 法进行优化，以提高主动悬架系统的 适应性和性能。
主动悬架的执行机构
执行机构类型
用于执行控制指令的机构，例如电磁阀、伺服电机等。
执行机构可靠性
高可靠性的执行机构能够确保主动悬架系统在各种工况下的稳定运行。
通过调整制动系统的响应特性，主动悬架可以优化车辆的制动性能和稳定性。
在紧急制动情况下，集成主动悬架的制动系统能够提供更加迅速和准确的制动效果 。
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主动悬架的工作原理
主动悬架的传感器
传感器类型
用于监测车辆姿态、路面状况和 行驶状态的各种传感器，例如加 速度计、陀螺仪、激光雷达等。
主动悬架技术
Continental空气悬架
Conti电控空气悬架系统
针对纯电动汽车提供的电子空气悬架系统，主要是采用了带有高性能压缩机和电 磁阀体的封闭式供气系统。和开放供气系统相比，封闭系统使用高压储气罐，系统 内部的空气只需在空气弹簧和高压空气储气罐之间往返流动。这样，系统的充气和 放气时间就会大大缩短，有效提升了汽车能效水平。而且系统也不需要经常从周围 环境中往系统中储放空气。自备闭合式供气系统的压缩机包含电动机、干燥机和开 关阀门。与其他应用于开放式供气系统的压缩机相比，这个闭合压缩机在重量上具 有显著优势。
简介
(半)主动悬架
主 要 内 容
Continental空气悬架 ZF减震技术 磁流变减震技术 奔驰Airmatic
简介
传感器
电子控制 ECU
控制执行机 构
可实现
车高调节
阻尼力控制
பைடு நூலகம்
弹簧刚度控制
简介
空气悬架—空气弹簧作为弹性元件的悬架 结构：主要由ECU、空气泵/空压机、储压罐、气动前后 减震器和空气分配器等部件构成，可调节车身水平高度 和悬架软硬程度。 原理：利用前后轮附近的离地距离传感器，控制电脑可 判断出车身高度变化，再控制空气泵和排气阀门，使空 气弹簧自动伸长或压缩，从而改变底盘离地间隙，进而 影响车身稳定型和通过性。空气悬挂工作压力在 600~1000kPa，压力由空压机或储压罐（1300~1600kPa） 提供
ZF减震技术
Nivomat车高自平衡减震系统
功能： 1 可根据行驶工况自动调整车身高度，动力来源是车轮和车身的 相对运动 2 Nivomat内的高压气腔形成空气弹簧，与螺旋弹簧、缓冲块共 同构成悬架系统的弹性元件，刚度可变
3 提供与负载相关的附加阻尼力
讲义07--电控悬架的结构、原理概要
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典型汽车电子控制悬架系统
一、半主动悬架系统 丰田凌志LS400轿车电控悬架系统是 一种典型的半主动悬架系统。
二、主动悬架系统 三菱 GALANT 轿车装有电控空气主 动悬架（A-ECS）
主动式
按驱动机构 和介质不同
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电磁阀驱动的油气主动式
步近电动机驱动的空气主动式
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油气悬架： 油气弹簧以气体作为弹性介质，而用油液 作为传力介质，一般由气体弹簧和相当于液力 减振器的液压缸组成。通过油液压缩空气室中 的空气实现刚度特性，通过电磁阀控制油液管 路中的小孔实现变阻尼特性。
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21.1 电控悬架概述
二、分类 1. 主动悬架 根据载荷、车速、路面等条件的变化，自动调节弹簧 刚度、减振器阻尼、车身高度。 按弹簧的种类又可分为空气弹簧主动悬架和油气弹簧 主动悬架。 2. 半主动悬架 悬架系统中只有弹簧刚度或减振器阻尼之一可以调节。
电控悬架控制系统PPT课件
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❖（8）加速度传感器
❖只有凌志400ucF20车则才装有加速 度传感器，两个前加速度传感器分别 装在前左、前右高度传感器内；一个 后加速度传感器装在行李箱右侧的下 面，车身后左位置的垂直加速度则由 悬架ECU从这3个加速度传感器所获 得的数据推导出来。
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❖2、防后倾功能
❖悬架ECU根据节气门位置或加速度传 感器信号，对两个后悬架减振器进行 调节，使其阻尼系数增大。
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❖3、防侧倾功能
❖悬架ECU根据转向角度传感器信号； 对单侧悬架进行调节；使其阻尼系数 或弹性刚度增大
❖4、车门控制车身功能
❖悬架ECU根据门边开关传感器信号， 对所有悬架高度进行调节。当开启车 门、车身降低，关闭车门车身升高。
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❖3、空气弹簧：
❖空气弹簧安装于可调减振器上端，与可调 式减振器一起构成悬架支柱，上端与车架 相连接，下端装在悬架摆臂上。主副气室 之间由连通阀相连，连通阀由悬架控制执 行器通过连通阀控制杆来控制，以连通或 关闭主、副气室之间的空气通道，使空气 弹簧的有效工作容积改变，从而使空气弹 簧的刚度发生变化。
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三、悬架执行器
❖1、 悬架控制执行器
❖装在各空气弹簧和可调减振器的上方， UcF10的悬架控制执行器是一个有3步动 作的电磁阀；ucF20的则是一个有9步动 作的步进电机。执行器同时驱动减振器的 转阀和空气弹簧的连通阀，以改变减振器 的减振阻尼和空气弹簧的刚度； 对于ucF20车型，执行器只驱动减振器的 转阀。
主动悬架系统
主动悬架系统主动悬架是用一个有自身能源的力发生器来代替被动悬架中的弹簧和减振器。
根据作动器响应带宽的不同，主动悬架又分为宽带主动悬架和有限带宽主动悬架，也被叫做全主动悬架和慢主动悬架。
全主动悬架系统所采用的作动器具有较宽的响应频带，以便对车轮的高频共振也加以控制。
作动器多采用电液或液气伺服系统，控制带宽一般应至少覆盖0〜15Hz,有的作动器响应带宽甚至高达100Hz。
结构示意图见上图。
从减少能量消耗的角度考虑，也可保留一个与作动器并联的传统弹簧，以用来支持车身静载。
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。
近二十年来，有大量关于主动悬架的研究论文及专题回顾文献发表。
研究结果表明，主动悬架能够在不同路面情况及行驶条件下显著地提高车辆性能。
主动悬架的研制工作起始于八十年代。
Lotus 制造了第一辆装有主动悬架的样车。
其系统的响应可达30Hz,它可使乘坐舒适性和转弯及制动时的车身姿态控制提高约35%还有一些主动悬架实施的例子，如Lotus Turbo Esprit 、Damlar Benz的试验样机系统、BMW和Ford等。
然而，由于这些主动悬架系统具有的高成本、高能耗、增加的重量及复杂程度，使主动悬架仅限于样车及一些赛车等有限的应用上。
结构上，有限带宽主动悬架通常由作动器与一个普通弹簧串联后，再与一个被动阻尼器并联构成，见上图。
这种系统在低频时（一般小于5 或6 赫兹）采用主动控制，而高于这个频率时，控制阀不再响应，系统特性相当于传统的被动悬架，而被动悬架在高频时的效果也比较好。
由于有限带宽主动悬架作动器仅需在一窄带频率范围内工作，所以它降低了系统的成本及复杂程度，比全主动悬架便宜得多。
尽管如此，它的主动控制仍然覆盖了主要的车身振动，包括纵向、俯仰、侧倾以及转向控制等要求的频率范围，改善了车身共振频率附近的行驶性能，提高了对车身姿态的控制，性能可达到与全主动系统很接近的程度。
汽车主动悬架设计介绍 080821
应用 ：货车、大客车的前、后悬架以及某些轿车的后悬架
2） 独立悬架
簧下质量小；
悬架占用的空间小；
优点
可以用刚度小的弹簧，改善了汽车行驶平顺性； 由于有可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下
降，又改善了汽车的行驶稳定性；
左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和
振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。
4.3主动悬架装置介绍
(1)电子控制空气悬架 (2)电子控制油气悬架 (3)电子控制液压悬架
4.3.1电子控制空气悬架的特点
（1）弹簧刚度和减振器阻尼力控制
高速感应控制
前后关联控制 良好路面形式控制
（2）车身高度控制
主动悬架控制系统在轿车上的示意图
主动悬架各零件在轿车上的位置
而主动悬架的控制环节中安装了能够产生驱动的装置，采用 一种以力抑力的方式来抑制路面对车身的冲击力及车身的倾斜力。 由于这种悬架能够自行产生作用力，因此称为主动悬架。
主动悬架是近十几年发展起来的，由电脑控制的一种新型悬 架，具备三个条件： （1）具有能够产生作用力的动力源； （2）执行元件能够传递这种作用力并能连续工作； （3）具有多种传感器并将有关数据集中到微电脑进行运算并决定 控制方式。
可控阻尼减振器所起的作用与主动悬架中执行元件的作用类似， 都是通过系统内的力闭环控制，实现控制单元提出的力要求。
所不同的是执行元件要做功，而减振器则是通过调节阻尼力控 制耗散掉的能量的多少，几乎不消耗汽车发动机的能量。显然， 在半主动悬架中，必须并联弹簧以支持悬挂质量，一般情况下 该弹簧刚度是不变的。
实际设计时，考虑一种状态，如某个速度下或某个路况，优化选 定一个刚度和阻尼系数，不断去试验，改善两着间的关系。所以 称之为被动悬架。
汽车悬架设计
第六章悬架设计悬架设计§1 概述§2 悬架结构形式分析§3 悬架主要参数的确定§4 弹性元件的计算§5 主动与半主动悬架系统§1 概述一主要作用传递车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩;缓和、抑制路面对车身的冲击和振动；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性。
保证汽车的操纵稳定性。
二对悬架提出的设计要求1）保证汽车有良好的行驶平顺性。
2）具有合适的衰减振动能力。
3）保证汽车具有良好的操纵稳定性。
4）汽车制动或加速时要保证车身稳定，减少车身纵倾；转弯时车身侧倾角要合适。
5）有良好的隔声能力。
6）结构紧凑、占用空间尺寸要小。
7）可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩，在满足零部件质量要小的同时，还要保证有足够的强度和寿命。
2 悬架结构形式分析一、非独立悬架和独立悬架悬架非独立悬架独立悬架两类左、右车轮用一根整体轴连接，再经过悬架与车架（或车身）连接左、右车轮通过各自的悬架与车架（或车身）连接非独立悬架独立悬架1 非独立悬架优点纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置结构简单制造容易 维修方便 工作可靠缺点汽车平顺性较差高速行驶时操稳性差轿车不利于发动机、行李舱的布置应用：货车、大客车的前、后悬架以及某些轿车的后悬架2 独立悬架优点 簧下质量小；悬架占用的空间小；可以用刚度小的弹簧，改善了汽车行驶平顺性；由于有可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下降，又改善了汽车的行驶稳定性；左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。
缺点 结构复杂 成本较高 维修困难应用：轿车和部分轻型货车、客车及越野车二、独立悬架结构形式分析分类 双横臂式 单横臂式、 双纵臂式 单纵臂式 单斜臂式麦弗逊式和扭转梁随动臂式1 评价指标：1）侧倾中心高度侧倾中心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧倾力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。
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§7 悬架
§7.5 主动悬架和菲主动悬架
上面讲述的传统式悬架特点是：刚度、阻尼是根据经验或优化方法确定，依此而设计的悬架结构，性能不变。
不能调节——被动悬架。
主动悬架：刚度、阻尼动态自适应调节，是悬架始终处于最佳状态。
包含动力源的主动悬架系统称为全主动悬架或有源主动悬架；不包含动力源的主动悬架系统称为半主动悬架或无源主动悬架。
1.全主动悬架（简称主动悬架）
定义：主动悬架是在被动悬架系统（弹性元件、减振
器、导向装置）中附加一个可控制作用力的装置。
组成：执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统4
部分组成。
执行机构的作用：是执行控制系统的指令，一般为力发生器
或转矩发生器（液压缸、气缸、伺服电动机、电磁阀等）。
测量系统的作用：是测量系统各种状态，为控制系统提供依
据，包括各种传感器。
控制系统的作用：是处理数据和发出各种控制指令，其核心
部件是电子计算机。
能源系统的作用：是为以上各部分提供能量。
（1）主动油气悬架系统
特点是通过调节油气弹簧的刚度达到主动调节目的。
（2）主动空气悬架系统
特点是通过调节空气弹簧的刚度达到调节目的。
2．半主动悬架
半主动悬架与主动悬架的区别是，半主动悬架用可控
阻尼的减振器取代了执行器。
因此它不考虑改变悬架的刚
度，而只考虑改变悬架的阻尼。
半主动悬架无动力源，由
可控的阻尼元件(减振器)和弹簧组成。
（1）有级式半主动悬架
将悬架系统中的阻尼分成两级、三级或更多级，可由
驾驶员选择或根据传感器信号自动进行选择所需要的阻
尼级。
（2）无级式半主动悬架
特点是可根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架系统的阻尼在几毫秒内由最小变到最大进行无级调节。