1、而且悬架元件仅对局部的相对运动做出响应，故限 制了悬架参数的取值范围。研究表明在人体共振频率附近，振动的不适主要是由弹簧 的刚度决定，而在非悬置质量共振频率附近，阻尼力起决定性作用。减小悬架刚度后 对改善乘坐舒适性有利，但对改善轮胎的动载荷不利，故在被动悬架设计中需要针对 这些矛盾因素选择折衷方案。由于存在这种本质性的矛盾问题，这就必然导致设计人 员无法使参数优化达到期望的最优性能指标。所以传统被动悬架难以实现乘坐舒适性 和操纵稳定性的完美结合。随着汽车速度的提高，对汽车悬架的性能也提出了越来越 高的要求。所以在这种情况下智能悬架系统应运而生了，即基于电子控制的智能悬架 系统一一主动悬架，半主
2、动悬架得了迅速发展并逐渐在轿车上应用。2、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。它汇集了力学和 电子学的技术知识，是一种比较复杂的高技术装置。例如装置了主动悬架的法国雪铁 龙桑蒂雅，该车悬架系统的中枢是一个微电脑，悬架上的 5种传感器分别向微电脑传送车速、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。电脑不断接收这些数据并与预先设定的临界值进行比较， 选择相应的悬架状态。同时，微电脑独立控制每一只车轮上的执行元件，通过控制减振器内油压的变化产生 抽动，从而能在任何时候、任何车轮上产生符合要求的悬架运动。因此，桑蒂雅轿车 备有
3、多种驾驶模式选择，驾车者只要扳动位于副仪表板上的“正常”或“运动”按钮， 轿车就会自动设置在最佳的悬架状态，以求最好的舒适性能。主动悬架具有控制车身运动的功能。当汽车制动或拐弯时的惯性引起弹簧变形时， 主动悬架会产生一个与惯力相对抗的力，减少车身位置的变化。例如德国奔驰 2000 款Cl型跑车，当车辆拐弯时悬架传感器会立即检测出车身的倾斜和横向加速度。 电脑根据传感器的信息，与预先设定的临界值进行比较计算，立即确定在什么位置上将多 大的负载加到悬架上，使车身的倾斜减到最小。3、半主动悬架半主动悬架系统的构造与主动悬架类似，它利用弹性元件和阻尼器并列支撑悬置质量。不同之处是半主动悬架系统中可控阻
4、尼器代替了主动悬架的主动力作动器。一 般地，由于汽车悬架弹性元件需承载车身的静载荷，因而在半主动悬架中实施刚度控 制比阻尼控制困难得多，所以对半主动悬架的研究目前大多数都只限于阻尼控制问题， 利用合适的控制律，它可提供介于主动悬架和被动悬架之间的性能。半主动悬架除了 需要少量能量驱动电磁阀外，并不需要外加动力源，代表了性能提高和设计简单的折 衷。根据阻尼系数是连续可调还是离散可调，半主动悬架又可以分为连续可控式和分 级可控式。它们的区别是连续可控式中的阻尼系数在一定的变化范围内可以连续调节， 而分级可控式中只有几种阻尼系数可供选择切换。1.2主动悬架系统发展现状 为普遍，如自从汽车发明以来，工
5、程师们就一直在研究如何将汽车的悬架系统设计得更好。 最初的汽车悬架系统是使用马车的弹性钢板，效果当然不会很好。 1908年螺旋弹簧开始用于轿车，当时就曾经有两种截然不同的意见。第一种意见主张安装刚性较大的螺 旋弹簧，以使车轮保持着与路面接触的倾向，提高轮胎的抓地能力。但是这样的弊端 是乘坐汽车时有较强烈的颠簸感觉。另一种意见认为应该采用较软的螺旋弹簧，以适 应崎岖不平的路面，提高乘坐汽车时的平稳性及舒适性。但是这样的汽车操纵性较差。 到了三四十年代，独立悬架开始出现，并得到很大发展。减振器也由早期的摩擦式发 展为液力式。这些改进无疑提高了悬架的性能，但无论怎样改良，此时的悬架仍然属 于被动式悬
6、架，仍然在很多方面有很大局限性 2 0衡量悬架性能好坏的主要指标是汽车行驶的平顺性和操纵稳定性，但这两个方面 是相互排斥的性能要求，往往不能同时满足。怎样在二者之间取得合理的平衡以达到 最好的效果，一直是工程师们的研究课题。平顺性一般通过车体或车身某个部位（如车底板、驾驶员座椅处）的加速度响应来 评价，操纵稳定性则可以通过车轮的动载来度量。例如，若降低弹簧的刚度，则车体 加速度减少使平顺性变好，但同时会导致车体位移的增加。由此产生车体重心的变动 将引起轮胎负荷变化的增加，对操纵稳定性产生不良影响；另一方面，增加弹簧刚度 会提高操纵稳定性，但硬的弹簧将导致汽车对路面不平度很敏感，使平顺性降低。所
7、 以，理想的悬架应该在不同的使用条件下具有不同的弹簧刚度和减振器阻尼，既能满 足平顺性要求又能满足操纵稳定性要求为了克服这个缺陷，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的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（路面激励或者驾驶员方向盘的操作）作出反应，主动地调节和产生所需 的控制力，是悬架始终处于最佳减振状态。主动悬架由控制系统喝执行机构组成，执 行机构味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。半主动悬架由可调节弹簧或可调阻尼器构成，与全主动悬架相比，最大的优点就 是工作几乎不消耗发动机的功率，结构
8、简单，造价较低，因此受到广泛重视。由于被动悬架设计的出发点是在满足汽车平顺性和操纵稳定性之间进行折衷，对 于不同的使用要求，只能是在满足主要性能要求的基础上牺牲次要性能。所以尽管被 动悬架在设计上以不断改进被动元件而实现了低成本、高可靠性的目标，但始终无法 解决同时满足平顺性和操纵稳定性之间相矛盾的要求。为此，自五六十年代起产生了主动悬架的概念，它能够根据悬架质量的加速度， 利用电控液压部件主动地控制汽车的振动。在这方面的研究，各大汽车制造公司均不 遗余力。典型的例子，早期有雪铁龙公司在 1955年发展的一种液压-空气悬架系统， 可以使汽车具有较好的行驶性能和舒适性， 但是它的制造工序太复杂，
9、最终难以普及。到90年代，日产公司在无限Q45轿车上应用了新式主动悬架，进一步提高了轿车适应 崎岖路面的能力。随着电子技术的发展，出现了可变特性悬架控制系统。它可根据运行条件与路面状 况，以手动控制悬架特性变化。手动开关可选择两种挡位：1. “SPORT挡位，刚性高, 相当于高级跑车的悬架特性。2. “TOURING挡位，柔性，相当于高级旅行车的悬架特 性3。现时引人注意的是奔驰公司发展的 ABC（Active Body Control）系统,可算是相对 先进的主动悬架系统代表。ABC系统的设计人员从一开始就没有将注意力放在传统的思路上， 而是另辟蹊径，集中研究车身在行驶时的跳动。他们认为，从
10、稳定性考虑，通过抑制车身在行驶时的 起伏、倾斜及跳动，可以最大限度地提高舒适性，而且更简单直接。对驾驶而言，采 用刚性较大的螺旋弹簧，可以使汽车优越的操纵驾驶性得到保证。早在多年前，研究 人员已经进行过这方面的验证。随着近年来电子技术及电脑控制在轿车上大量应用， 这种新型主动悬架变为现实的条件越来越成熟。最新面世的系统采用了大量电子控制 技术，奔驰公司称之为主动式车身控制系统，简称 ABC。传统的悬架系统工作方式主要是通过厚重的车身跳动，推压液压油，通过阻尼减 振器抑制车身的振动，并由螺旋弹簧将跳动能量吸收。这种完全被动的方式当然有许 多不足之处。而ABC系统则通过感应最轻微的车轮及车身动作，
11、在任何大的车身振动 之前及时对悬架系统作出调整，保持车身的平衡。该系统能够很好地适应各种路面情况，即使在异常崎岖不平的地方，轿车也能保持优越的操纵性、舒适性及方向稳定性。为了达到理想的效果，ABC系统在各条悬架滑柱内装有一套新型的液力调节伺服 器，可动态调整的液压缸根据不同的路面情况自动调节螺旋弹簧座的位置，这一点很 重要。当车轮遇到障碍物时，ABC系统通过传感器感知，自动调节弹簧座，并在弹簧 座上施加压力，使之能最大限度地抵消传递给车身的跳动能量。同样的方法， ABC系统还能够避免轿车在制动、加速及转弯时产生的车身倾斜。当汽车制动或拐弯时的惯 性引起弹簧变形，悬架传感器会检测出车身的倾斜度和
12、横向加速度。微电脑根据传感 器的信息，与预先设定的数值进行比较计算，并立即确定在什么位置上将多大的负载 加到悬架上，使车身的倾斜减到最小。几乎可以说，车身在任何状态下都能保持水平 位置。ABC系统的控制感应装置由两个微型处理器及 13个传感器组成，每10 pS对悬架 系统作一次扫描和调整。各传感器分别向微处理器传送车速、车轮制动压力、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。电脑不 断接收这些数据并与预先设定的临界值进行比较。同时，电脑能独立控制每一个车轮 上的执行元件，从而能在任何时候、任何车轮上产生符合要求的悬架运动以适应汽车 的每一种行驶状况。ABC系统
13、使汽车对侧倾、俯仰、横摆、跳动和车身高度的控制都能更加迅速、精 确，即使在路况较差的路面上，汽车的跳动也很小。而且汽车高速行驶和转弯的稳定 性大大提高。车身的侧倾小，车轮外倾角度变化也小，轮胎就能较好地保持与地面垂 直接触，使轮胎对地面的附着力提高，以充分发挥轮胎的驱动制动作用。此外汽车的 载重量无论如何变化，汽车始终能保持一定的车身高度，所以悬架的几何关系也可以 确保不变。目前，这种主动式车身控制系统已经应用在奔驰最新的 C系列轿车上，虽然价格 不菲，但也赢得极佳的口碑，被誉为是动力性能和乘坐舒适性改进的一个里程碑。 主1.3课题的目的与意义汽车悬架系统性能的优劣直接影响汽车的乘坐舒适性和操
14、纵安全性。传统的被动 悬架由于其参数固定从根本上造成了两者的矛盾，主动悬架作为最先进的悬架系统， 能根据实时工况，主动及时地调整和产生所需悬架控制力，使悬架处于最优的减振状 态，从而达到两者的完美结合。主动悬架拥有自身的能源，并以一个力的发生器取代了被动悬架中的减振器，采 用电液伺服阀作为悬架系统中液压作动器的控制阀，通过液压系统的设计，结合 ECU 的控制功能，实现对汽车车身高度的自动调节，阻尼及刚度的自动调节。主动悬架因为具有特定的结构特性而具有提高乘坐舒适性方面的巨大潜力，将逐 步取代被动悬架和半主动悬架。随着控制理论的不断完善以及其他软、硬件技术的发 展，主动悬架技术会渐渐走向成熟，从
15、而可极大地提高汽车性能，使得主动悬架具有 广阔的应用前景。1.4本课题的研究内容设计一套越野汽车液压式主动悬架系统。所设计的悬架系统能根据车况进行悬架 刚度和阻尼力调节、车身高度的调节。主动悬架是一个动力驱动系统，包括测量系统、 反馈控制中心、能量源和执行器四个部分。其原理是测量系统通过传感器获得车辆振 动信息，传递给控制中心进行处理，进而由控制中心发出指令给能量源产生控制力， 再由执行器进行控制，衰减悬架的振动。第2章汽车液压式主动悬架系统设计电脑不断接收这些数据并与预先设定的临界值进行比较，选择相应的悬架状态。同 时，微电脑独立控制每一只车轮上的执行元件，通过控制减振器内油压的变化产生抽
16、动，从而能在任何时候、任何车轮上产生符合要求的悬架运动。因此，桑蒂雅轿车备 有多种驾驶模式选择，驾车者只要扳动位于副仪表板上的“正常”或“运动”按钮， 轿车就会自动设置在最佳的悬架状态，以求最好的舒适性能。2.1从动悬架与主动悬架的对比主动悬架是一个动力驱动系统，包括测量系统、反馈控制中心、能量源和执行器 四个部分4L其原理是测量系统通过传感器获得车辆振动信息，传递给控制中心进行 处理，进而由控制中心发出指令给能量源产生控制力，再由执行器进行控制，衰减悬 架的振动。由于主动悬架结构复杂，成本高，需要很大的能量消耗，它的发展受到了 一定的制约，只在少数高级轿车中有所应用。与之相比，半主动悬架具有
17、结构简单、 成本较低、基本不需要消耗能量等优点，而对振动的控制效果在一定程度上却可以接 近主动悬架，远远优于被动悬架，因而越来越受到业界的重视，得到了飞速发展从动 悬架设计的出发点是满足汽车平顺性和操纵稳定性之间进行折衷， 对不同的使用要求,只能是在满足主要性能要求的基础上牺牲次要性能。被动悬架的优点是成本低、有较 高的可靠性。缺点是无法解决同时满足平顺性和操纵稳定性之间相矛盾的要求。刚性 较大的螺旋弹簧以使车轮保持着与路面接触的倾向，提高轮胎的抓地能力。但是这样 的弊端是乘坐汽车时有较强烈的颠簸感觉。采用较软的螺旋弹簧，以适应崎岖不平的 路面，提高乘坐汽车时的平稳性及舒适性，但是这样的汽车操
18、纵性较差。2.2电控空气悬架系统和电控液压悬架系统的特点对比电子控制悬架系统按悬架系统结构形式分，可分为电控空气悬架系统和电控液压 悬架系统两种5。电控空气悬架工作原理就是用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送到弹簧 和减振器的空气室中，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，微机判断出车身高度的变化，再控制压缩机和排气阀，使弹簧压缩或伸长，从而起到减振的效果。 空气悬架给予了汽车更多的灵性。当你在高 速行驶时悬架可以变硬来提高车身的稳定性；而长时间在低速不平的路面行驶时，控 制单元会使悬架变软来提高车子的舒适性。电控主动式液压悬架系统的控制形式是较
19、先进的形式，主动悬架就属于这一类形 式，它采用一种有源方式来抑制路面对车身的冲击力及车身倾斜力。它既能使车辆具 有软弹簧般的舒适性，又能保证车辆具有良好的操纵稳定性；对于传统的悬架系统而 言，一旦参数固定，在车辆行驶过程中就无法进行调节，因此使悬架性能的进一步提 高受到很大限制。目前乘用车上采用的电液控制悬架系统基本上具有三个功能：一是 具有车高调节功能。不管车辆负载在规定范围内如何变化，都可以保证车高一定，可 大大减少汽车在转向时产生的侧倾。当车辆在凸凹不平的道路上行驶时，可提高车身 高度；当车身高速行驶时，又可使车身高度降低，以减小风阻并提高其操纵稳定性。 二是具有衰减力调节功能。具作用是
20、提高车辆操纵稳定性，在急转弯、急加速和紧急 制动时可以抑制车辆姿势变化（减小俯仰角、后仰角、侧倾角）。三是具有控制悬架 系统减振力和弹性元件的弹性或刚性系数的功能。利用弹性元件或刚性系数的变化， 控制车辆起步时的姿势。该系统由液压源、压力控制阀、液压悬架缸、传感器、 ECU等组成。2.3液压式主动悬架的工作原理液压式主动悬架就是在被动悬架的基础上加装个可以产生作用力的动力装置，由动力源、压力控制阀、液压缸、传感器、控制器等组成 61,如图2.1。系统作用过程：路面有不平度输入 Z0经轮胎K1传递到非簧载质量M1,然后再由 M1经悬架刚度Ks与悬架阻尼Cs出家门都传递到簧载质量 M2使簧载质量M
21、2产生加 速度：此时，液压主动悬架控制系统通过加速度传感器测得其加速度信号，再经电荷 放大器将所有的电信号放大以使其与控制器的输入电信号幅值相匹配；最后再由控制 器对所测得的电信号按照事先设计好的控制规律进行处理，得到对应得输出控制量传 给比例阀，比例阀输出相应的流量来控制液压缸，使其作用出相应的动作以改变簧载 质量的加速度，从而让加速度在期望的范围内波动。理论上，这一动力装置产生的作 用力可根据需要在极短的时间内由零变化到无穷大。 但作用力越大，加速度变化越快， 需要液压系统的工作压力就越高，系统消耗的能量也就越大。加速度传感器图2.1液压式主动悬架工作原理图M1-非簧载质量；M2一簧载质量
22、；Kt一轮胎刚度；Ks一悬架弹簧刚度；Cs一悬架阻尼系数；F作用力发生 器；Z0一路面激励位移；Z1非簧载质量位移；Z2一弹簧质量位移2.4液压系统方案确定根据电控空气悬架系统和电控液压悬架系统的比较，两者的共同性则是能为高速 行驶的车辆提供足够的稳定性，当车辆在不平路面行驶时，又能提高车身增加通过能 力。但电控主动空气悬架的缺点也很明显，成本高昂、维护保养成本高。所以对液压 式悬架进行设计7102.4.1液压系统设计特点：1、采用控制器控制三位四通伺服阀阀芯的位置，阀芯位置决定了流出伺服阀的 压力油的流量大小和方向，通过活塞杆上下的压力差产生主动控制力，控制器根据汽 车的运动状态调整作动器作
23、用力的大小、方向和变化速度，使汽车行驶的平顺性得以 改善。2、液压缸与蓄能器之间安装一个阻尼孔可调的节流阀（主、副节流孔截面积不 同），根据传感器输入信号，由EC3理后控制电磁阀接通主、副节流孔，起到阻尼控 制。3、利用蓄能器的进气与排气来改变气室容积，起到刚度调节作用。4、车身高度传感器测得的信息输入 ECU经处理后控制伺服阀动作，使液压缸上、图2.2液压伺服控制系统原理图1-液压缸；2-蓄能器；3-M型三位四通阀；4-溢流阀；5-电动机；6-液压泵；7-过滤器；8-蓄能器 ；9-单向阀；10-空气压缩机；11-放气阀；12-节流阀；13-油箱2.5本章小节本章首先分析了汽车悬架几个类型的分
24、类，了解了主动悬架的发展现状，对悬架 进行了系统性的对比研究，了解其类的优缺点，说明液压主动悬架的基本工作原理， 基本控制功能，对下文做了理论基础。第3章车身高度调节机构设计车高控制系统能够根据车身负载的变化自行调节，使车身高度不随乘员和货物的 变化而变化，保证悬架始终都有合适的工作行程。车高控制系统的执行机构通常由空气或油气弹簧组成，因而高度调节机构一般分 为空压式与液压式两类。该车高控制系统采用液压式，执行元件为油液作动器（液压 缸），并由电控装置、动力源、电液伺服阀、蓄能器、传感器、 ECU等组成。3.1车身高度调节系统设计：3.1.该车高控制系统采用液压式，执行元件为油液作动器（液压
25、缸），并由电控装置、动力源、电液伺服阀、蓄能器、传感器、 ECU?组成，如图图3.1车身高度控制原理图8-油箱ECU根据车高传感器信号的变化和驾驶员选择的控制模式指令，给控制车高的电 液伺服阀发出指令。当车需要升高时，三位四通伺服阀动作，接通供油油路，液压泵此毕业设讨已通过答辩，详细计算，完整说明书和全套设计图纸 清联系扣扣：零；4.4.1压电晶体式告诉开关阀压电晶体是一种利用在压电材料上施加一定的电压，电压材料会产生相对应的变 形，利用该变形带动滑阀阀芯运动的电-机械转换元件。压电晶体工作时无噪音，工作 可靠性及稳定性好，易于实现微型化，尤其是他的响应非常快，可达到20150千赫兹, 分辨率
26、非常高，可达5丽/V,可获得极高的位移精密度，外形如图4-2 o设计有多层压 电晶体的叠合元件4左右分别施加电压时，阀芯1被驱动，阀芯带着阀体2左右移动 来控制油液。4.5本章小节本章主要介绍了阻尼调节机构的组成及工作原理，节流阀，高速开关阀的设计与 外部尺寸，还介绍了影响节流阀流量稳定性的因素。从而确定了自动液压调节阻尼调 节机构的系统设计。第5章 悬架刚度调节机构设计在部分小轿车、越野汽车和大型豪华客车上的电子控制悬架系统中，每个车轮上 都采用了空气弹簧和普通减震器14 L改变空气弹簧气压腔中压缩空气的压力（实际上 是改变空气的密度），即可改变空气弹簧悬架的刚度。根据空气弹簧和普通减震器改
27、变 悬架刚度的原理，设计液压式悬架刚度调节的调节机构，用一个蓄能器代替空气弹簧, 液压缸代替普通减震器，通过空气压缩机的供气及蓄能器的排气改变蓄能器内压缩空 气的压力，进而改变悬架的刚度。刚度调节机构由电控装置、动力源、电液伺服阀、空气压缩机、蓄能器、油液作 动器（液压缸）、车身位置传感器、电磁阀等组成18 o5.1悬架刚度的自动调节车身刚度调节机构系统设计，如图 5.1所示图5.1车身高度调节机构系统图7-过滤器8-蓄能器 ；9-单向阀；12-油箱蓄能器与空气压缩机相连，通过液压缸的压力信号，由 ECU空制空气压缩机向蓄能器补气及蓄能器的排气，利用蓄能器中压缩空气的多少来进行刚度控制。当压力
28、信 号高出设定压力时，空气压缩机向蓄能器补气，使悬架的刚度增加，系统处于“硬”状 态。液压缸的压力在设定范围内变化时，通过蓄能器的排气及空气压缩机的补气，使 悬架的刚度减小，系统处于“软”状态。当汽车在路面上行驶时，ECL收到各传感器送来的信号后，和设定值比较，在 压力范围内变化时，液压缸的压力增加， ECLK出指令，通过电路控制打开蓄能器排气阀，排气来减小刚度。液压缸的压力减小，需要向蓄能器补气来保持正常行驶压力， ECIK送指令，通过电路控制，接通空气压缩机的电路，使空气压缩机开始工作，向 蓄能器补气。达到正常行驶压力 ECU空制空气压缩机停止工作。液压缸压力高出正常 行驶压力范围时，EC3送指令，控制空气压缩机
