汽車半主動懸架系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r

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1、汽車半主動懸架系統(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)被動懸架系統(tǒng)無須外部能量輸入，結(jié)構(gòu)簡單，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。主動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。????半主動懸架系統(tǒng)輸入少量的調(diào)節(jié)能量來局部改變懸架系統(tǒng)的動

2、特性(剛度或阻尼系數(shù))，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，因系統(tǒng)動特性變化很小，僅消耗振動能量，故穩(wěn)定性好，而減小振動的能力幾乎和主動懸架一樣[3](見表1)。半主動懸架系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)是設(shè)計并實現(xiàn)可控制減振環(huán)節(jié)和控制策略，這并不比主動控制簡單，有時甚至更加復(fù)雜[4]，故而汽車半主動控制懸架系統(tǒng)已成為當(dāng)今國內(nèi)外學(xué)者和生產(chǎn)商研究和開發(fā)的熱點。表1　懸架系統(tǒng)分類????????注：fB為簧上質(zhì)量的固有振動頻率；fW為簧下質(zhì)量的固有振動頻率；△z為相對位移????2半主動懸架系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展????2．1發(fā)展簡況????半主動懸架的概念

3、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現(xiàn)方法[5]。直到20世紀80年代初期才有試驗性的產(chǎn)品問世，但它投入應(yīng)用的速度比主動懸架快得多。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，半主動懸架逐步從實驗室走向工廠。1975年，Margolis等人提出了“開關(guān)”控制的半主動懸架，1983年日本豐田汽車公司開發(fā)了具有3種減振工況的“開關(guān)”式半主動懸架，并應(yīng)用于ToyotaSoarer280GT型轎車上。1986年，KimBrough在半主動懸架控制方法中引入了Lyapunov方法，改進了

4、控制算法的穩(wěn)定性。1988年日本日產(chǎn)公司首次將“聲納”式半主動懸架系統(tǒng)應(yīng)用于Maximas轎車上，它可預(yù)測路面信息，懸架減振器有“柔和”、“適中”和“穩(wěn)定”3種選擇狀態(tài)。20世紀90年代以后，研究的顯著特點是新型智能材料在半主動懸架上的運用。1994年，Prinkos等人使用電流變和磁流變體作為工作介質(zhì)，研究了新型半主動懸架系統(tǒng)。2002年，采用美國德爾福(Delphi)公司磁流變減振器的MagneRide半主動懸架系統(tǒng)應(yīng)用在CadillacSevilleSTS高檔車上，此懸架系統(tǒng)能根據(jù)行駛情況自動改變減振阻尼。????

5、2．2彈性元件剛度可控半主動懸架系統(tǒng)????彈性元件剛度可控半主動懸架系統(tǒng)是在空氣懸架的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。通過改變彈簧剛度來減振的半主動懸架由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”控制理論，采用比例壓力控制閥對空氣彈簧進行控制，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、路面狀況等對空氣彈簧的剛度實現(xiàn)有級控制。????汽車彈性元件需承擔(dān)車身的靜

6、載，因而實施剛度控制比阻尼控制困難得多，目前在半主動懸架的研究中，對阻尼控制的研究偏多。但空氣彈簧與機械彈簧相比具有剛度低、可調(diào)節(jié)、質(zhì)量輕、噪聲低、壽命長等優(yōu)勢，加上對汽車路面破壞機理的深入認識以及政府對高速公路養(yǎng)護的重視，剛度可控半主動懸架的研究日益引起人們的關(guān)注。????2．3可控阻尼半主動懸架系統(tǒng)????2．3．1傳統(tǒng)可調(diào)減振器　　傳統(tǒng)可調(diào)減振器可分成有級可調(diào)和連續(xù)可調(diào)減振器。由各種開關(guān)型的節(jié)流閥或連續(xù)活門來控制液體阻尼的大小，實現(xiàn)阻尼的有級或連續(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

7、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。????通常有級可調(diào)減振器可在2～3個擋位之間快速切換，切換時間為10～20ms，通過電機控制轉(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)相對簡單，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現(xiàn)阻尼的有級調(diào)節(jié)，利用壓電負效應(yīng)，在500V直流電壓的作用下可在5ms的時間內(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

8、[9]。????連續(xù)阻尼可調(diào)減振器通過步進電機或電磁閥來控制節(jié)流閥的流通面積連續(xù)調(diào)節(jié)阻尼[10]。已有實車產(chǎn)品，如Sachs公司開發(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，國內(nèi)也有很多學(xué)者在進行研究[11-12]，以有級可調(diào)減振器為主，并取得了一些成果