李崢杰,崔夏菁（鶴壁汽車工程職業(yè)學(xué)院,河南 鶴壁 458030）

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汽車半現(xiàn)代懸掛技術(shù)研究綜述

李崢杰,崔夏菁
（鶴壁汽車工程職業(yè)學(xué)院,河南 鶴壁 458030）

摘 要：汽車在正常行駛時(shí)，會(huì)隨著路面情況的變化產(chǎn)生程度不同的震動(dòng)和跳動(dòng)。汽車懸掛系統(tǒng)的主要任務(wù)之一就是低效一部分車身震動(dòng)對(duì)車內(nèi)乘客和貨物帶來(lái)的沖擊，提高安全性和舒適性。另外，路面的某些情況還會(huì)使車輛行駛過(guò)程中的姿態(tài)發(fā)生變化，如縱向俯仰、側(cè)傾等。輪胎跳動(dòng)則會(huì)使路面與車輪之間的動(dòng)載荷發(fā)生變化，影響輪胎的附著效果，若此變化發(fā)生在前輪，則極大的影響汽車的操控性，同時(shí)還會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生一定破壞作用。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)懸掛；控制策略；動(dòng)態(tài)控制

為減小上述車身震動(dòng)和輪胎跳動(dòng)對(duì)車輛行駛的影響，應(yīng)從兩方面下手：駕駛汽車時(shí)選擇相對(duì)平坦的大路，及時(shí)躲避路面缺陷以求避免懸掛受到過(guò)多壓力。另一方面就要讓汽車的懸掛系統(tǒng)有良好的性能，隔斷路面起伏對(duì)車身的震動(dòng)。除懸掛外，輪胎性能、座椅結(jié)構(gòu)也會(huì)起到一定作用，本文僅對(duì)懸掛系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行討論。

1 現(xiàn)有懸掛分類

懸掛系統(tǒng)對(duì)震動(dòng)的過(guò)濾功能主要來(lái)自其中的彈性元件和阻尼元件，所以震動(dòng)的過(guò)濾手段主要來(lái)自于對(duì)這些元件的調(diào)整。這些元件的總成構(gòu)成了懸掛系統(tǒng)，負(fù)責(zé)調(diào)整汽車行駛過(guò)程中的支撐力、牽引力、制動(dòng)力及側(cè)向作用力，確保汽車行駛正常，具有減震、緩和沖擊和導(dǎo)向作用。

1.1 按照控制方式分類

從控制方式來(lái)看，汽車懸掛可以分為被動(dòng)懸掛、主動(dòng)懸掛和半主動(dòng)懸掛。其中被動(dòng)懸掛在低端車型上普遍應(yīng)用，是一種純機(jī)械式懸掛，設(shè)計(jì)的初衷就是一套懸掛適應(yīng)各種情況，這種形式成本低廉，可以廣泛的應(yīng)用到各類不同型號(hào)的汽車上，但實(shí)際情況會(huì)隨著行駛狀態(tài)不同，產(chǎn)生較大的效果差異。

主動(dòng)懸掛和辦主動(dòng)懸掛則是采用動(dòng)態(tài)控制策略，在懸掛上增加了多種傳感器、控制器和能產(chǎn)生作用力的動(dòng)作器，如電磁鐵、空氣彈簧、伺服電機(jī)和液壓油缸等。它是一種具備主動(dòng)調(diào)整作用力的系統(tǒng)，也必然和被動(dòng)懸掛不同，需要?jiǎng)恿斎搿?/p>

1.2 按照工作方式分類

從工作方式和院里上來(lái)說(shuō)，汽車的主動(dòng)懸掛系統(tǒng)可以細(xì)分為慢主動(dòng)懸掛、半主動(dòng)懸掛以及全主動(dòng)懸掛。其中，根據(jù)懸掛的阻尼可調(diào)情況又可分為連續(xù)可調(diào)懸掛和有級(jí)可調(diào)懸掛。慢主動(dòng)懸掛的工作原理即一個(gè)動(dòng)作器和一個(gè)被動(dòng)式彈簧串聯(lián)，再并聯(lián)一個(gè)傳統(tǒng)阻尼減震器，這種懸掛在低頻振動(dòng)時(shí)具有較好的效果，如3～6KHz，調(diào)幅有限，所以常見于大型載客車如公共汽車、軌道車輛上。

全主動(dòng)懸掛最早由德國(guó)工程師Federspiel在1955年提出，在懸掛中用動(dòng)作器取代彈簧和阻尼減震元件。經(jīng)過(guò)傳感器對(duì)信號(hào)的采集，通過(guò)系統(tǒng)策略計(jì)算后控制相應(yīng)的控制器主動(dòng)改變懸掛的應(yīng)力結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全車的減震控制。同時(shí)，也可以人為調(diào)節(jié)車身高度，改變車輛的操控性能。這種懸掛具有極高的舒適性和路面適應(yīng)性，但初期可靠性欠佳，價(jià)格昂貴，目前可靠性的問(wèn)題基本得到了良好解決，但仍只見于高端車型。

通過(guò)彈簧剛度的調(diào)整和減震器阻尼系數(shù)的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)懸掛的半主動(dòng)適應(yīng)化。調(diào)整方式主要是新型彈簧結(jié)構(gòu)，如空氣控制彈簧和油氣彈簧。半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)中的傳感器通過(guò)車輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)試，采用分級(jí)或無(wú)極調(diào)節(jié)的方式對(duì)彈簧的彈性系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。減震器阻尼則通過(guò)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角控制或?qū)崿F(xiàn)節(jié)流來(lái)改變阻尼系數(shù)，或通過(guò)外加電場(chǎng)變化控制來(lái)實(shí)現(xiàn)阻尼連續(xù)調(diào)節(jié)的電流變減震器；通過(guò)電磁閥回路電流或電壓控制來(lái)實(shí)現(xiàn)阻尼連續(xù)可調(diào)的電磁閥式減震器。半主動(dòng)懸掛的好處是在工作過(guò)程中需要能量輸入較少，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，制造成本提高不明顯，但常見路況的性能指標(biāo)已經(jīng)接近主動(dòng)懸掛。

2 汽車懸掛控制策略

各類控制方法在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)過(guò)幾十年的不斷測(cè)試改進(jìn)，留下了集中較為常見的策略，如預(yù)測(cè)控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制、模糊控制、天棚控制等，我們?nèi)≥^為典型的天棚控制和模糊控制簡(jiǎn)單介紹。

2.1 天棚控制

由美國(guó)工程師Karnopp提出的天棚可調(diào)懸掛控制理論，主要作用是要求執(zhí)行器產(chǎn)生一個(gè)與車身垂直振動(dòng)方向上的震動(dòng)速度成比例的控制力來(lái)衰減車身的震動(dòng)。除車身震動(dòng)外，還引入了輪胎相對(duì)變形的速度，通過(guò)加大輪胎的等效阻尼，對(duì)輪胎動(dòng)載荷實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制。這種理論適應(yīng)性很強(qiáng)，效果十分顯著。

2.2 模糊控制

動(dòng)態(tài)懸掛還有一個(gè)非常常見的控制策略，即模糊控制策略。這種策略調(diào)整時(shí)無(wú)需考慮控制對(duì)象的精確模型?？刂频倪^(guò)程通過(guò)大量較為成熟的人控操作方式和策略融入到模糊控制語(yǔ)言中代替數(shù)字變量，產(chǎn)生類似于人為操作的職能控制動(dòng)作。在汽車懸掛中，可以把車身相對(duì)速度、車輪相對(duì)速度（滑移率）和垂直加速度作為輸入量，產(chǎn)生控制器的變量作為輸出量，通過(guò)動(dòng)作器對(duì)汽車懸掛實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。模糊控制也是與其它控制最容易結(jié)合使用的控制方式。

3 總結(jié)

汽車的發(fā)展決定了其目標(biāo)客戶將會(huì)非常細(xì)化，這樣，就不能采用同樣的剛性懸掛來(lái)折衷客戶的需求。改善舒適性、改善性能、改善安全性的需求中都有懸掛系統(tǒng)的支持。所以主動(dòng)懸掛是今后汽車發(fā)展的重要方向。隨著傳感器和車載信息處理系統(tǒng)的不斷進(jìn)步，主動(dòng)懸掛的調(diào)整功能也不斷有著更多的發(fā)展空間，未來(lái)的汽車做到平穩(wěn)過(guò)坑應(yīng)該十分容易。

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DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.201

作者簡(jiǎn)介：李崢杰（1984-），男，河南鶴壁人，碩士，初級(jí)，研究方向：車輛工程。