汽車半主動(dòng)懸架系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r

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1、汽車半主動(dòng)懸架系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r2006-04-21?[字體：大中小]姚嘉伶　蔡偉義　陳寧????1前言????基于經(jīng)典隔振理論的傳統(tǒng)被動(dòng)懸架系統(tǒng)無(wú)須外部能量輸入，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因而獲得廣泛應(yīng)用，但其只是一種優(yōu)化折衷方案，不能適應(yīng)變化的行駛工況和任意道路激勵(lì)。主動(dòng)懸架是一種具有作功能力的懸架，在提高系統(tǒng)性能上具有較大的潛力[1]，但能量消耗大、液壓裝置噪聲大、成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，到目前為止，僅有少數(shù)幾種主動(dòng)懸架系統(tǒng)成為商業(yè)化產(chǎn)品[2]，限于裝載在一些排量較大的高檔車型上。????半主動(dòng)懸架系統(tǒng)輸入少量的調(diào)節(jié)能量來(lái)局部改變懸架系統(tǒng)的動(dòng)特性(剛度或阻尼系數(shù))，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，因系統(tǒng)動(dòng)特性變化

2、很小，僅消耗振動(dòng)能量，故穩(wěn)定性好，而減小振動(dòng)的能力幾乎和主動(dòng)懸架一樣[3](見(jiàn)表1)。半主動(dòng)懸架系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)可控制減振環(huán)節(jié)和控制策略，這并不比主動(dòng)控制簡(jiǎn)單，有時(shí)甚至更加復(fù)雜[4]，故而汽車半主動(dòng)控制懸架系統(tǒng)已成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外學(xué)者和生產(chǎn)商研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。表1　懸架系統(tǒng)分類????????注：fB為簧上質(zhì)量的固有振動(dòng)頻率；fW為簧下質(zhì)量的固有振動(dòng)頻率；△z為相對(duì)位移????2半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展????2．1發(fā)展簡(jiǎn)況????半主動(dòng)懸架的概念首先由Crosby和Karnopp于1973年提出，Karnopp還提出天棚阻尼控制模型和實(shí)現(xiàn)方法[5]。直到20世紀(jì)8

3、0年代初期才有試驗(yàn)性的產(chǎn)品問(wèn)世，但它投入應(yīng)用的速度比主動(dòng)懸架快得多。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，半主動(dòng)懸架逐步從實(shí)驗(yàn)室走向工廠。1975年，Margolis等人提出了“開(kāi)關(guān)”控制的半主動(dòng)懸架，1983年日本豐田汽車公司開(kāi)發(fā)了具有3種減振工況的“開(kāi)關(guān)”式半主動(dòng)懸架，并應(yīng)用于ToyotaSoarer280GT型轎車上。1986年，KimBrough在半主動(dòng)懸架控制方法中引入了Lyapunov方法，改進(jìn)了控制算法的穩(wěn)定性。1988年日本日產(chǎn)公司首次將“聲納”式半主動(dòng)懸架系統(tǒng)應(yīng)用于Maximas轎車上，它可預(yù)測(cè)路面信息，懸架減振器有“柔和”、“適中”和“穩(wěn)定”3種選擇狀態(tài)。20世紀(jì)9

4、0年代以后，研究的顯著特點(diǎn)是新型智能材料在半主動(dòng)懸架上的運(yùn)用。1994年，Prinkos等人使用電流變和磁流變體作為工作介質(zhì)，研究了新型半主動(dòng)懸架系統(tǒng)。2002年，采用美國(guó)德?tīng)柛?Delphi)公司磁流變減振器的MagneRide半主動(dòng)懸架系統(tǒng)應(yīng)用在CadillacSevilleSTS高檔車上，此懸架系統(tǒng)能根據(jù)行駛情況自動(dòng)改變減振阻尼。????2．2彈性元件剛度可控半主動(dòng)懸架系統(tǒng)????彈性元件剛度可控半主動(dòng)懸架系統(tǒng)是在空氣懸架的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)改變彈簧剛度來(lái)減振的半主動(dòng)懸架由Hubbard和Margolia于1976年提出[6]。C．J．Stein利用前饋與反饋相結(jié)合的“天棚

5、”控制理論，采用比例壓力控制閥對(duì)空氣彈簧進(jìn)行控制，福特汽車公司在ContinentalMarkⅦ車型上[7]豐田汽車公司在Lexus車型上都成功地推出了電子控制空氣懸架系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)乘客數(shù)量或載質(zhì)量、車速、路面狀況等對(duì)空氣彈簧的剛度實(shí)現(xiàn)有級(jí)控制。????汽車彈性元件需承擔(dān)車身的靜載，因而實(shí)施剛度控制比阻尼控制困難得多，目前在半主動(dòng)懸架的研究中，對(duì)阻尼控制的研究偏多。但空氣彈簧與機(jī)械彈簧相比具有剛度低、可調(diào)節(jié)、質(zhì)量輕、噪聲低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，加上對(duì)汽車路面破壞機(jī)理的深入認(rèn)識(shí)以及政府對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)的重視，剛度可控半主動(dòng)懸架的研究日益引起人們的關(guān)注。????2．3可控阻尼半主動(dòng)懸架

6、系統(tǒng)????2．3．1傳統(tǒng)可調(diào)減振器　　傳統(tǒng)可調(diào)減振器可分成有級(jí)可調(diào)和連續(xù)可調(diào)減振器。由各種開(kāi)關(guān)型的節(jié)流閥或連續(xù)活門來(lái)控制液體阻尼的大小，實(shí)現(xiàn)阻尼的有級(jí)或連續(xù)調(diào)節(jié)?？烧{(diào)節(jié)流閥既可以設(shè)置在減振器內(nèi)部，如日本豐田公司的LS400的可調(diào)式減振器；也可以設(shè)置在外部的旁通道上，如梅賽德斯—奔馳公司的一種可調(diào)減振器。????通常有級(jí)可調(diào)減振器可在2～3個(gè)擋位之間快速切換，切換時(shí)間為10～20ms，通過(guò)電機(jī)控制轉(zhuǎn)閥的旋轉(zhuǎn)位置，使減振器阻尼在“軟、中、硬”三擋之間變化，其結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，但在適應(yīng)行駛工況和道路條件的變化方面有一定的局限性[8]。還有一種壓電式減振器也可實(shí)現(xiàn)阻尼的有級(jí)調(diào)節(jié)，

7、利用壓電負(fù)效應(yīng)，在500V直流電壓的作用下可在5ms的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生500μm左右的位移，經(jīng)放大后使阻尼力變換閥動(dòng)作。這種減振器具有較高的響應(yīng)能力，但要求電壓高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜[9]。????連續(xù)阻尼可調(diào)減振器通過(guò)步進(jìn)電機(jī)或電磁閥來(lái)控制節(jié)流閥的流通面積連續(xù)調(diào)節(jié)阻尼[10]。已有實(shí)車產(chǎn)品，如Sachs公司開(kāi)發(fā)的CDC(continuous-damp-er-control)系統(tǒng)。????傳統(tǒng)可調(diào)減振器研究和應(yīng)用早，國(guó)內(nèi)也有很多學(xué)者在進(jìn)行研究[11-12]，以有級(jí)可調(diào)減振器為主，并取得了一些成果