汽车主动悬架及控制方法的研究(3)

山东交通学院毕业设计（论文）

图1-4汽车主动悬架示意图 Figure 1-4 Active suspension scheme

主动悬架是近几十年发展起来的由电脑控制的一种新型悬架系统,它具备以下3个条件.

(1)具有能够产生作用力的作用源.

(2)执行元件能够传递这个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型计算机中运算并决定控制方式 1.3.4主动悬架的优点

主动悬架汇集了力学和电子学的技术知识,是一种比较复杂的高技术装备,例如法国桑蒂雅车装备了主动悬架系统,该悬架系统的中枢是一个微型计算机,5种传感器分别向微型计算机传送速度,前轮制动压力,踏动油门踏板的速度,车身垂直方向的振幅及频率,转向盘角度及转向速度等数据,微型计算机不断的接受数据并与预先设定的临界值比较,选择相应的悬架系统状态.同时,微型计算机独立控制每一只车轮上的执行元件,通过控制减震器内的油压的变化而产生抽动,从而能在任何时候,任何车辆上产生符合要求的悬架系统运动.因此,该悬架系统有多重驾驶模式,驾车者只要扣动位于副仪表盘上的“正常”或“运动”按钮，轿车就会自动设置在最佳的悬架系统状态，以求最好的舒适性能。

主动悬架还有控制车身运动的功能，当汽车制动或转弯时的惯性引起弹簧变形时，主动悬架系统会产一个力与惯性力对抗，减少车身位置的变化，例如德国奔驰2000款C1型跑车，当车辆转弯时悬架系统传感器会立即检测出车身的倾斜和横向加速度，微型

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葛金龙：汽车主动悬架及控制方法的研究

计算机根据传感器的消息，与预先设定的临界值进行比较，立即确定在什么位置上以多大的负载加到悬架系统上，使车身的倾斜减到最小。 1.3.5主动悬架主要元件及工作原理

主动悬架可以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，使其处于最佳减振状态。阻尼调节可以采用和半主动悬架相同的方法，而刚度调节则必须利用额外的能源来实现。主动悬架（图1-8）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，通常由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统四部分组成。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，其核心部件是汽车电脑（ECU）。能源系统的作用是为以上各部分的动作提供能量。主动悬架最主要的控制目标是簧载质量的各个方向的振动，使之振幅最小，达到车身最平稳的状态。所以大部分传感器都是装在车身或车架上的。虽然非簧载质量不是主要控制对象，但几乎所有的振动能量都是通过非簧载质量（轮胎）传递给簧载质量的，所以主动悬架带来的一个附加好处就是使得轮胎和路面可以始终保持良好接触（几乎不会发生因为冲击而使车轮被弹离路面的情况），从而保证了驱动力、制动力和转向力，提高了汽车的操纵稳定性。

根据采用的可调节刚度的弹性元件种类，主动悬架分为主动油气悬架、主动空气悬架和主动液力悬架。

主动空气悬架的典型工作原理: 改变主副气室之间通路的大小来调节刚度，用步进电机驱动阻尼力调节杆来调节阻尼力，另可通过向主气室充放气来调整车高

1-轮胎 2-弹性元件 3-减振器

图1-5主动悬架的工作原理

Fig 1-5 The working principle of active suspension

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主动油气悬架的典型工作原理: 调节空气体积实现弹簧刚度特性的变化，通过改变油液管路中的节流孔的数量或改变减振液的黏度完成减振器阻尼特性调节。

主动液力悬架的典型工作原理: 执行器(液压缸)中所采用的介质是不可压缩的油液，故其响应的灵敏度较高。当执行器(液压缸)发生作用时，液压缸中的活塞从上、下两侧接受油压，一侧油压上升，另一侧油压下降，从而使活塞产生往复伸缩运动，以主动适应路面的凸凹，保持车身的平稳。

图1-6主动悬架系统的液压控制装置的工作原理图

Fig 1-6 Hydraulic active suspension system control device operating principle a-进油管 b-工作压力 c-控制压力 d-回流管

1-径向柱塞泵 2-储液罐 2a-机油滤清器 4-后轴储压器 9-机油冷却器 14-前轴储压器 40-前悬挂滑柱 41-后悬挂滑柱 52-压力供应阀装置 52a-脉动缓冲器 52b-压力限制阀 53-储压器回流管 56-前放气螺钉 57-后放气螺钉 B4/5-ABC 压力传感器 B22/1-左后柱塞行程传感器 B22/4-左前柱塞行程传感器 B22/5-右前柱塞行程传感器 B22/6-右后柱塞行程传感器

图1-6所示为奔驰公司的Airmatic主动悬架系统（奔驰公司简称其为ABC）的液压控制装置的原理图。ABC主动悬架作为一种主动式的悬架和减振系统，所有静态及动态支撑都由车轮上的四个悬挂滑柱（图1-7）提供。在每个悬挂滑柱中有一个可动态调节的液压缸g，它与一个螺旋弹簧串联，与减振器并联。液压缸可以产生与车轮运动相反的力，从而在车轮剧烈跳动时，可以主动提供反向作用力来保持车身的稳定。同时液压缸也可以调节车身的高度。图1-7中用四种颜色表示液压控制装置的工作路径。a颜色表示进油管，从能源系统接收高压油。b颜色表示工作压力管路，该管路系统储存能量并由压力供应阀装置52保持工作压力的稳定性。c颜色表示控制压力管路，其压力在前轴阀装置Y36/1和后轴阀装置Y36/2的控制下根据需要分别给4个悬挂滑柱的液压缸提供高低适合的控制压力，从而实时不间断地调节4个悬架的动态性能。d颜色表示回流

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管路，用于将多余的控制油液送回储液罐。在车身多处装有各种传感器，包括转向角传感器、车身垂直加速度传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、悬挂柱塞传感器和水平高度传感器。汽车电脑ECU通过分析计算这些传感器提供的信息，发出指令给前、后轴阀装置，控制悬挂滑柱的刚度、阻尼和高度位置。

图1-9 主动悬架系统后轴悬挂结构

Fig 1-9 Active suspension system rear axle suspension structure

a-减震橡胶挡块 b-上刮油环 c-上弹簧片 d-活塞杆管 e-活塞杆 f-定位磁铁 g-液压缸 h-下导套 i-下刮油环 j-内侧止动缓冲器 k-外侧止动缓冲器 l-阀门弹簧座 m-回弹橡胶挡块 n-悬挂塔型连接板 o-液压管路 p-上导套 q-高压密封件 r-钢质弹簧 s-防尘罩 t-下液压缸挡块 u-活塞杆减震器 v-减震器 w-球形节 B22/1-左后悬挂滑柱运动传感器 B22/6-右后悬挂滑柱运动传感器

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1.4主动悬架的控制功能

汽车主动悬架的控功能主要包括车速路面感应控制，车身姿态控制和车身高度控制。

1.4.1车速路面感应控制

车速路面感应控制主要随着车速和路面的变化改变悬架的刚度和阻尼，使之处于“软”或运动模式。每种模式按照刚度和阻尼的大小依次有低，中，高3种状态。在“软”模式中，悬架经常处于低刚度和低阻尼的低状态，在运动模式中，悬架经常保持在中状态。按照两种不同的控制方式，悬架由微型计算机控制在3种状态之间，根据车速和路面的变化情况自动地调整悬架高度和阻尼系数，使车身的振动可能达到的最佳值。

车速路面感应控制具有3种控制功能，即高速感应控制，前后车轮关联感应控制和坏路面感应控制。其控制逻辑表见下表。

Table 1-1 The logic control Of The speeding and road

表1-1车速和路面感应控制逻辑

功能 高速感应 联感应 工况 车速≧11km/h 车高在0.0.3s内突变 ⊙ 车高在0.5s内突变 车速≧100km/h,车高在○→⊙→● ⊙→● 0.5s内多次大幅度变化 1）高速感应控制能力

当车速大于110KM/H时，微机根据车速传感器信号，经过分析后发出指令改变悬架的刚度和阻尼。如果驾驶员选择的模式是“软”模式，则悬架的刚度和阻尼自动地从低状态进入中状态；如果选择的是运动状态，则悬架仍然稳定在中状态保持不变，以提高车辆高速行驶时的操纵稳定性。当车速降低后，悬架又回到软模式的经常保持状态。

2）前后车轮关联感应控制

车速在30-80KM/H时，如果前轮遇到障碍时，安装在汽车前部的车身高度传感器将脉冲信号送给微机，微机经过分析后发出命令，令悬架改变刚度，阻尼等参数。如果驾驶员选择的是“软”模式，则后轮的悬架保持在低状态；如果选择的是运动状态，则后轮悬架从中状态进入低状态，从而提高汽车的乘坐舒适性。当后轮越过障碍后，悬架又回到选定模式经常保持的状态。

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软模式 低 中 高 ○→⊙ 运动模式 低 中 高 ⊙ ○←⊙ 前后车轮关30km/h≦车速≦80km/h,○ 坏路面感应 40km/h≦车速≦100km/h,○→⊙

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