第5章电子控制悬架系统

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1、汽车电子控制技术第5章电子控制悬架系统5.1汽车悬架的发展概况5.1.1汽车悬架的作用汽车悬架是指连接车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)的一系列传力装置。汽车悬架的作用有：(1)承载即承受汽车各方向的载荷，这些载荷包括垂直方向、纵向和侧向的各种力。(2)传递动力即将车轮与路面间产生的驱动力和制动力传递给车身，使汽车向前行驶、减速或停车。(3)缓冲即缓和汽车和路面状况等引起的各种振动和冲击，以提高乘员乘坐的舒适性。除此之外，汽车的悬架对汽车车轮的定位有较大的影响，进而影响汽车行驶性能、操纵性能及乘坐的舒适性。5.1.2汽车悬架的发展历程20世纪40年代，汽车悬架由

2、工字形系统改变为长短臂系统，70年代末至80年代初，在前轮驱动的轿车上，麦弗逊(Macpherson)撑杆式悬架又取代了长短臂悬架系统。传统的汽车悬架主要由弹性元件、减振器及稳定杆组成。其中弹性元件、减振器和轮胎的综合特性，决定了汽车的行驶性、操纵性和乘坐的舒适性。由于弹性元件、减振器均是决定刚度的元件，它们对路面状况和汽车的行驶状况(如汽车直线行驶时的加速和制动，汽车转弯)的适应性均受到了很大的局限。而且汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性是一对矛盾的两方面，如果要保证汽车的乘坐舒适性，就要求悬架比较柔和；要保证汽车的操纵稳定性，就要求悬架具有较大的弹簧刚度和阻尼力较大

3、的减振器。如果这两方面任意地加强一面，均会使另一方面受到较大的影响。因此，在汽车设计时，为了对它们进行兼顾，只能采用折中措施，根据汽车的行驶状况、道路状况、悬架结构等进行最优化设计，如改进悬架的结构和有关参数。近年来的轿车越来越多地采用横臂式独立悬架(单横臂式和双横臂式)、纵臂式独立悬架(单纵臂式和双纵臂式)，车轮沿主销移动的悬架(烛式和麦弗逊式)，使汽车的有关性能得到较大的最优化折中处理。尽管如此，汽车的悬架系统也只能适应特定的道路和行驶条件，无法满足变化莫测的道路条件和汽车行驶的各种状况。而且这种悬架只能被动地承受地面对车身的各种作用力，无法对各种情况进行主动

4、地调节车身的状况，使汽车的操纵稳定性与乘坐的舒适性达到和谐的调节。近年来，高速路网得到了迅猛的发展，对汽车的性能也提出了更高的要求，许多驾车者在高速公路上行驶时喜欢柔软、舒适的行驶性能；而在急转弯、紧急制动或快加速时又喜欢刚硬稳固的行驶性能，在这些驾驶条件下，刚硬稳固的行驶性能可以降低汽车的横摆、侧倾和俯仰。传统的悬架结构越来越难适应这一发展的势头。为了更进一步地提高汽车的性能，提高汽车的质量和档次，突出汽车工业的经济效益，各国汽车行业竞相开发更能适应现代交通的高性能汽车。除了对汽车的其他总成进行更有效的改进之外，对汽车的悬架系统也进行了切实有效的改良。随着电子技

5、术、传感器技术和各种柔性适时控制技术的发展，用这些技术装备起来的汽车悬架系统，既使汽车的乘坐舒适性达到了令人满意的程度，又促使汽车的操纵稳定性得到了可靠的保证。1981年汽车上开始应用车身高度控制技术，同年又成功开发出可变换减振器阻尼力控制的新技术，以后又开发出自动变换减振器阻尼力、弹性元件刚度的电控悬架。1987年，日本本田公司率先推出装有空气弹簧的主动悬架，它是一种通过改变空气弹簧的空气压力来改变弹性元件刚度的主动悬架。1989年，世界上又推出了装有油气弹簧的主动悬架。20世纪90年代是电子技术在汽车悬架系统中的应用越来越多的时期。现在，某些计算机控制的悬架系

6、统已具有在10ms到12ms内即能对路面和行驶条件做出反应的能力，以改善行驶时的平稳性和操纵性。5.1.3汽车悬架的分类目前，汽车的悬架系统通常分为传统被动式、半主动式、主动式三类。其中半主动式又分为有级半主动式(阻尼力有级可调)和无级半主动式(阻尼力连续可调)两种；主动式悬架根据频带和能量消耗的不同，分为全主动式(频带宽大于15Hz)和慢全主动式(频带宽3Hz到6Hz)；而根据驱动机构和介质的不同，可分为由电磁阀驱动的油气主动式悬架和由步进电动机驱动的空气主动式悬架。无级半主动式悬架可以根据路面的行驶状态和车身的响应对悬架阻尼力进行控制，并在几毫秒内由最小变到最

7、大，使车身上的振动响应始终被控制在某个范围内。但在转向、起步、制动等工况时不能对阻尼力实施有效的控制。它比全主动式系统优越的地方是不需要外加动力源，但所需要的传感器较多，使成本较高。主动式悬架是一种带有动力源的悬架，在悬架系统中附加一个可控制作用力的装置。主动式悬架可根据汽车载荷、路面状况、行驶速度、启动、制动、转向等状况的变化，自动调整悬架的刚度、阻尼力及车身高度等。通常把用于提高平顺性的控制称为路面感应控制，而把用于增加稳定性的控制称为车身姿势控制。另外，车身高度控制是主动式悬架系统的重要控制项目之一。5.2电控悬架的结构及工作原理汽车上装用的普通减振器的伸张

8、型减振器，