梁津，王印，曹洲，王羽

（陜西汽車控股集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

前言

傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架，將其減振器的阻尼特性標(biāo)定完成后，其節(jié)流孔徑等結(jié)構(gòu)尺寸即確定，因此阻尼力曲線不會(huì)改變[1]。當(dāng)車輛行駛于不同路況時(shí)，懸架系統(tǒng)阻尼力無法調(diào)整，阻尼特性無法適應(yīng)不同路況始終處于最優(yōu)值，因此存在一定不足[2]。

而電磁閥式半主動(dòng)懸架，可以根據(jù)不同路況和要求調(diào)節(jié)電磁閥內(nèi)可變節(jié)流孔面積，使得阻尼力連續(xù)可變，因此可以使懸架系統(tǒng)阻尼特性根據(jù)不同路況自適應(yīng)調(diào)節(jié)，始終保持良好平順性[3]。

1 分級(jí)調(diào)控式電磁閥半主動(dòng)懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分級(jí)調(diào)控式電磁閥半主動(dòng)懸架系統(tǒng)，由傳統(tǒng)鋼板彈簧作為彈性元件，并兼有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)作用，后懸架還具有直推力桿、V型推力桿結(jié)構(gòu)等零部件。懸架系統(tǒng)阻尼力由電磁閥減振器提供，另外還具有傳感器及控制器[4-5]。

1.1 電磁閥減振器結(jié)構(gòu)

電磁閥減振器與傳統(tǒng)的雙向作用筒式減振器結(jié)構(gòu)基本一致，均具有壓縮閥、伸張閥、流通閥、補(bǔ)償閥，以及活塞桿、活塞、油缸、防塵罩等，區(qū)別在于電磁閥減振器內(nèi)部還集成有電磁閥結(jié)構(gòu)。

電磁閥的工作原理為：根據(jù)安培定則，當(dāng)電磁閥的電磁線圈通過電流時(shí)，在導(dǎo)線周圍的空間將產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁力吸引將會(huì)克服電磁閥內(nèi)部壓力彈簧的彈力，從而帶動(dòng)閥芯移動(dòng)，以此改變節(jié)流孔徑。通過的電流越大，產(chǎn)生的磁場(chǎng)就越強(qiáng)，因此不同的輸入電流對(duì)應(yīng)不同的電磁力大小，同時(shí)也對(duì)應(yīng)不同的節(jié)流孔徑。通過對(duì)電磁閥輸入電流的控制，就可以利用電磁閥調(diào)節(jié)減振器的阻尼力。

1.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)包括：信息采集類零部件、控制器ECU、支架與線束類零部件。

其中信息采集類零部件包括車身加速度傳感器、車橋加速度傳感器、電磁閥減振器溫度傳感器、車速傳感器，主要功能為采集整車運(yùn)動(dòng)信息及電磁閥減振器狀態(tài)，為控制策略的執(zhí)行提供相關(guān)依據(jù)。

支架類包括線束支架、ECU控制器支架等，負(fù)責(zé)對(duì)線束進(jìn)行固定，避免控制系統(tǒng)的線束在懸架跳動(dòng)過程中與周邊零部件干涉，造成磨損損壞。

2 半車模型建立及路譜仿真

2.1 半車模型建立

一般情況下，左、右車輪接觸的道路區(qū)別不大，因此本文不考慮左、右輪接觸的路面差異造成的側(cè)傾影響，從而將整車模型建立為只研究單邊的4自由度半車模型，如下圖1所示：

圖1 4自由度半車模型

把簧載質(zhì)量m2、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ic分解為前軸、后軸和質(zhì)心上三個(gè)集中的質(zhì)量m2f、m2r和m2c，他們的大小關(guān)系為：

式中，ρy為繞橫軸y的回轉(zhuǎn)半徑；a為質(zhì)心距前軸距離；b為質(zhì)心距后軸距離。由此可以得到三個(gè)集中質(zhì)量的值為：

式中，m1f為前輪質(zhì)量；m2f為后輪質(zhì)量；ksf、cf為前懸架剛度、阻尼；ksr、cr為前懸架剛度、阻尼；cr為后懸架阻尼力阻尼力；x0f為前輪處路面不平度；x0r為后輪處路面不平度；x1f為前輪垂直位移；x1r為前輪垂直位移；θ為車身繞過質(zhì)心水平橫軸的轉(zhuǎn)角。

式中，m1f為前輪質(zhì)量；m2f為后輪質(zhì)量；ksf、cf為前懸架剛度、阻尼；ksr、cr為前懸架剛度、阻尼；cr為后懸架阻尼力阻尼力；x0f為前輪處路面不平度；x0r為后輪處路面不平度；x1f為前輪垂直位移；x1r為前輪垂直位移；θ為車身繞過質(zhì)心水平橫軸的轉(zhuǎn)角。

2.2 仿真分析

為對(duì)某重型牽引車進(jìn)行不同隨機(jī)路面輸入條件下車身加速度均方根值仿真，根據(jù)上文建立的半車模型，搭建matlab/simulink仿真模型，如下圖2所示：

圖2 仿真模型

該matlab/simulink仿真模型以路面不平度作為隨機(jī)路面輸入模型的振動(dòng)輸入，路面不平度的取值依照GB/T 7031《機(jī)械振動(dòng) 道路路面譜測(cè)量數(shù)據(jù)報(bào)告》中相關(guān)數(shù)據(jù)。重型牽引車的主要行駛工況為良好路面條件，因此振動(dòng)輸入分別取B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)路面不平度相關(guān)參數(shù)，對(duì)某重型牽引車簧載質(zhì)量加速度進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果如下圖3所示。

圖3 簧載質(zhì)量加速度

某重型牽引車簧載質(zhì)量加速度均方根值如下表1所示。

表1 某重型牽引車在不同路面等級(jí)下簧載質(zhì)量加速度均方根值表單位：m/s2

3 分級(jí)調(diào)控式電磁閥半主動(dòng)懸架控制策略

分級(jí)調(diào)控式電磁閥半主動(dòng)懸架的控制策略為：將電磁閥減振器劃分為多級(jí)的工作模式，不同工作模式對(duì)應(yīng)不同的輸入電流大小，不同的輸入電流控制著不同的電磁閥節(jié)流孔開度，以此實(shí)現(xiàn)不同工作模式下的減振器具有不同阻尼特性。

根據(jù)簧載質(zhì)量加速度均方根值及電磁閥減振器相關(guān)參數(shù)對(duì)電磁閥式半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行初步劃分，影響其工作模式劃分的主要參數(shù)有：簧載質(zhì)量加速度aj、車速vs、電磁閥線圈溫度Ts。

由于重型牽引車主要行駛路況較好，因此簧載質(zhì)量加速度閾值aj0選擇0.3 m/s2，優(yōu)于B級(jí)路面的簧載質(zhì)量加速度均方根值，具有較好平順性。

通常車輛車速較低時(shí)，其簧載質(zhì)量加速度也較小，通常具有較好平順性。而車輛車速較高時(shí)，懸架系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先保證操縱穩(wěn)定性，因此需對(duì)車速vs進(jìn)行劃分，在此初步定義低車速閾值vsL=10 km/h、高車速閾值為vsH=100 km/h。

減振器的使用溫度過高會(huì)損壞油封等橡膠件，造成減振器漏油、失效，因此需要對(duì)電磁閥減振器本體進(jìn)行溫度檢測(cè)。通過對(duì)電磁閥線圈溫度Ts的檢測(cè)判斷是否可以正常工作，電磁閥線圈溫度閾值Ts0=80 ℃。

由于實(shí)際路面會(huì)產(chǎn)生偶發(fā)性沖擊，導(dǎo)致車輛某一車輪處產(chǎn)生加速度峰值，因此為避免電磁閥減振器的工作模式頻繁切換，需要設(shè)定振動(dòng)持續(xù)時(shí)間t的閾值t0，在此初步選定t0=2 s。

電磁閥減振器的工作模式定義如下表2所示：

表2 工作模式描述

分級(jí)調(diào)控式電磁閥半主動(dòng)懸架的控制策略為：

4 結(jié)論

本文首先通過4自由度半車數(shù)學(xué)模型在matlab/simulink中搭建了仿真模型。然后在B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)路面的隨機(jī)振動(dòng)輸入條件下，仿真分析得到了某重型牽引車簧載質(zhì)量加速度均方根值。并且定義了簧載質(zhì)量加速度閾值aj0、低車速閾值vsL、高車速閾值vsH、電磁閥線圈溫度閾值Ts0、持續(xù)時(shí)間閾值t0等關(guān)鍵參數(shù)，最后進(jìn)行了分級(jí)調(diào)控式電磁閥半主動(dòng)懸架工作模式的劃分，完成控制策略制定，為后續(xù)樣件臺(tái)架試驗(yàn)及實(shí)車道路試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。