车辆悬架主动控制系统发展现状和趋势

关键词： 车辆悬架； 主动悬架； 半主动悬架； 发展现状 【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】Ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ． Ｉｔ ｈａｖｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ． Ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｗｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｏ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｒｅ ａｄｖａｎｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：Ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ； Ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒ ｏｌ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ； Ｈａｌｆ ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒ ｏｌ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ； Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｆｕｔｕｒ ｅ
（ ２） 主动悬架， 采用有源或无源可控元件组成一个闭环或开 环的控制系统， 可根据路面激励后外部输入变化通过执行机构 主动地调整悬架控制力， 使悬架总是处于最佳减振状态。
传统被动悬架的阻尼和刚度参数一般按经验设计或优化设 计方法选择， 一经选定， 在车辆行驶过程中就无法进行调节， 因 而 不 能 适 应 车 辆 参 数 、运 行 工 况 等 的 复 杂 多 变 。在 某 个 特 定 工 况 下按目标优化出的悬架系统， 一旦载荷、车速和路况等发生变 化， 悬架在新的工况下便不再是最优。
中图分类号： Ｕ４６， ＴＰ２７ 文献标识码： Ａ
１ 引言
车辆行驶时， 由于路面不平、发动机活塞往复运动等因素引 起振动， 影响了乘坐舒适性和操纵稳定性。同时由车身振动引起 的噪声也是车内噪声的主要来源。
悬架系统是车辆减振的主要机构， 悬架系统按控制力可将 其分为：
（ １） 被动 悬 架 ， 由 弹 性 元 件 和 不 可 变 参 数 的 减 振 器 组 成 ， 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。
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文章编号： １００１－ ３９９７（ ２００７） １０－ ０２００－ ０３
机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第 １０ 期 ２００７ 年 １０ 月
基于数字阀的系统的仿真与性能分析
张志凤 １ 王存堂 ２ （ １ 镇江市高等专科学校 机械工程系， 镇江 ２１２００３） （ ２ 江苏大学 机械工程学院， 镇江 ２１２００３）
（ ２Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２００３， Ｃｈｉｎａ）
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【摘要】介绍了新型数字同步阀工作原理， 根据基于新型数字同步阀的位置同步控制系统， 分析 了开环系统位置同步误差的特性。通过仿真分析了采用模糊控制策略的闭环位置同步精度， 根据仿 真结果， 得出闭环控制时基于新型数字同步阀双缸位置同步系统能达到较高的位置同步精度。
会 便 驱 动 桥 、转 向 系 变 得 复 杂 起 来 。使 用 独 立 悬 架 的 目 的 是 在 坏
路和无路的情说下， 可保证全部车轮与地面的接触， 提高汽车的
行驶稳定性和附着性， 发挥汽车的行驶速度。英国早在 ７０ 年代，
就在“蝎”式轻型坦克上实验了 ＡＰ 液压件公司研制的液 力 机 械
主动悬架系统。
尼 桑 公 司 在 ９０ 年 的 ＩｎｆｉｎｉｔｅＱ４５ 轿 车 上 也 装 备 了 液 压 主 动 悬架。
此外， 保时捷， 福特， 奔驰等公司均在其高级轿车上装备有 各自开发的主动悬架系统。２００４ 年保时捷新车 ９１１ 就配备了全 新的主动悬架系统。
在军用车辆方面， 由于越野和高速行驶的需要， 所以使用主 动悬架的愿望更为迫切。
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文章编号： １００１－ ３９９７（ ２００７） １０－ ０１９８－ ０２
机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
（ ２） 压力控制型， 目前， 日本丰田、日产公司的一些高级车上 装载的系统属于这一类。如图 ２（ ｂ） ， 压力控制阀实际上是由一个 电液比例压力阀（ 针阀） 和一个机械式压力伺服滑阀构成， 而油气 缸则是一个具有弹性元件（ 气体室） 和阻尼元件的特殊液压缸。
３ 主动控制悬架发展现状
世界各国的汽车行业目前都将全主动、半主动悬架列为重 要的研究目标之一。
无级可调减振器的阻尼调节可采用以下两种方式。 （ １） 节流孔径调节通过步进电机驱动减振器阀杆， 连续调节 减振器节流阀的通流面积来改变阻尼。 （ ２） 减 振 器 粘 度 调 节 使 用 粘 度 连 续 可 调 的 电 流 变 液 体 或 磁 流变液体作为减振液， 从而实现阻尼无级变化。 目 前 ， 电 流 变 减 振 器 ， 在 国 外 已 产 品 问 世 ， 如 德 国 Ｂａｙｅｒ 公 司的商业电流变液与电流变减振器， 美国 Ｌｏｒｄ 公司的几种电流 变减振器等。
军用 车 辆 的 悬 架 系 统 多 为 独 立 悬 架 系 统（ 图 略） ， 即 每 个 车 轮单独通过一套悬挂安装于车身或者车桥上， 车桥采用断开式， 中间一段固定于车架或者车身上； 此种悬挂两边车轮受冲击时
互不影响， 而且由于非悬挂质量较轻； 缓冲与减震能力很强， 乘
Байду номын сангаас坐舒适。
各项指标都优于非独立式悬挂， 但该悬挂结构复杂， 而且还
ＳＵＮ Ｊｉｎ－ ｈｏｕ， ＳＵＯ Ｓｈｕａｎｇ－ ｆｕ， ＸＩＡＯ Ｌｉ－ ｙｉｎｇ（ Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４， Ｃｈｉｎａ）
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【摘要】悬架系统是车辆主要减振机构， 对改变车辆性能有很大作用。悬架系统的主动控制技术 能大大改善悬架系统的作用， 介绍了主动悬架技术以及其发展现状。并对主动悬架系统的发展前景 作了预测分析。
为了克服这个缺陷， 国外在 ５０ 年代就提出了主动悬架的概 念。主动悬架采用有源或无源可控元件组成一个闭环或开环的 控制系统， 根据车辆系统的运动状态和外部输入的变化（ 路面激 励或驾驶员方向盘操作） 做出反应， 主动地调整和产生所需的控 制力， 使悬架始终处于最佳减振状态。
主动悬架由控制系统和执行机构组成， 执行机构为有源液 压系统的主动悬架简称全主动悬架， 而无源主动悬架则简称半 主动悬架。半主动悬架由可调弹簧或可调阻尼器构成， 与全主动
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节的悬架。由于改变弹簧刚度在目前只有通过切换空气弹簧或 悬架系统。该系统主要是由三位四通流量阀和双作用油缸等构
油气弹簧来实现。但是由于空气弹簧和油气弹簧组件的高精度 要求及寿命低、成 本 高 等 因 素 ， 目 前 ， 半 主 动 悬 架 研 究 主 要 集 中 在调节减振器阻尼系数方面。
（ ａ） 流量控制型
Ｌｏｔｕｓ 公 司 与 美 国 陆 军 坦 克 自 动 车 司 令 部 （ ＴＡＣＯＭ） 和 Ｔｅｌｅｄｙｎｅ 大陆汽车公司（ ＴＣＭ） 联合 组 成 小 组 在 １９９２ 年 １０ 月 把
一 种 简 化 的 主 动 悬 架 装 置 安 装 在 Ｈｕｍｍｅ“ｒ 蜂 鸟 ”轮 式 车 辆 上 ，
早在 １９８２ 年， Ｌｏｔｕｓ 公司就研制出有源主动悬架系统， 瑞典 Ｖｏｌｖｏ 公司在其车上安装了实验性的 Ｌｏｔｕｓ 主动悬架系统。
丰 田 汽 车 公 司 １９８６ 年 的 Ｓｏａｒｅｒ 车 型 采 用 了 能 分 别 对 阻 尼 和刚度进行三级调节的空气悬架。１９８９ 年丰田 Ｃｅｌｉｃａ 车型上装 置了真正意义上的主动油气悬架系统。
第 １０ 期 ２００７ 年 １０ 月
&&’ 车辆悬架主动控制系统发展现状和趋势
综述
孙晋厚 索双富 肖丽英（ 清华大学 精仪系设计工程研究所， 北京 １０００８４）
Ｔｈｅ ｄｅ ｖｅ ｌｏｐｍｅ ｎｔ ａ ｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｏｆ ｖｅ ｈｉｃｌｅ ｓ ｕｓ ｐｅ ｎｓ ｉｏｎ ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｉｅ ｓ ｗｉｔｈ ａ ｕｔｏｍａ ｔｉｃ ａ ｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ
从阻尼可调减振器作为执行机构的半主动悬架， 通过传感 器检测到路况及行驶状态的变化以及车身加速度等 ， 由 ＥＣＵ 根 据控制策略发出脉冲控制信号， 实现对减振器系数的有级或无 级可调。