汽車主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)的研究

孫小敬　高敬　楊森

【摘 要】隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提升，人們對汽車穩(wěn)定性及舒適性要求越來越高。如何提升汽車性能，改善汽車服務(wù)指標(biāo)已經(jīng)成為新時(shí)期汽車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文從汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)出發(fā)，對汽車操控穩(wěn)定性及汽車舒適性進(jìn)行分析，深入挖掘了懸架系統(tǒng)對汽車操控穩(wěn)定性及舒適性的影響。

【關(guān)鍵詞】主動(dòng)懸梁；控制系統(tǒng)

【Abstract】 With the continuous development of automobile technology and people's living standards and constantly improve， people increasingly highon vehicle stability and comfort requirements more and. How to improve thevehicle performance， improve the automobile service index has become the key vehicle design in the new period. This article from the vehicle suspension system design based on vehicle handling stability， comfort andauto analysis， in-depth excavation of the influence of suspension system on the vehicle handling stability and ride comfort of 【Keywords】active cantilever； control system

Key Words：Active suspension ；control system

引言

汽車懸架系統(tǒng)作為汽車傳動(dòng)之間的重要裝置，可以明顯改善汽車的平穩(wěn)性，對汽車發(fā)展具有非常好的促進(jìn)作用。汽車懸架系統(tǒng)操穩(wěn)與舒適性技術(shù)對平順性及穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行全面分析，在汽車設(shè)計(jì)需求下對兩者進(jìn)行平衡，形成了系統(tǒng)化、科學(xué)化汽車懸架結(jié)構(gòu)，從本質(zhì)上改善了汽車使用質(zhì)量。

一、懸架的結(jié)構(gòu)組成與作用

汽車的舒適性能有著十分重要的影響。相對于傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架，主動(dòng)懸架更好地協(xié)調(diào)和提高了汽車行駛過程中的平順性與操縱穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步提高汽車的整體性能。近年來汽車主動(dòng)懸架的研究和開發(fā)工作成了國內(nèi)外觀注的重點(diǎn)，并且已成為汽車動(dòng)力學(xué)與智能控制領(lǐng)域比較前沿的課題。汽車主動(dòng)懸架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是能尋求一個(gè)能夠?yàn)槠囂峁┝己每刂菩阅艿目刂坡?。主?dòng)懸架系統(tǒng)的智能控制設(shè)計(jì)的本質(zhì)可概括為一個(gè)典型的不確定、多變量系統(tǒng)的控制問題。但是大部分現(xiàn)有的主動(dòng)懸架智能控制方法都存在一些特點(diǎn)，比如過于復(fù)雜、原理繁瑣、附加條件過多，這些都不利于工程應(yīng)用。因此，為了使控制方法簡便實(shí)用而且有效，應(yīng)用于主動(dòng)懸架的自適應(yīng)控制方法主要有增益調(diào)度控制、模型參考自適應(yīng)控制和自校正控制三類。

二、電子控制懸掛系統(tǒng)的原理與主要結(jié)構(gòu)

懸架系統(tǒng)是影響汽車駕駛及乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性的主要部件，是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動(dòng)，以保證汽車能平順地行駛。汽車懸掛系統(tǒng)就是指由車身與輪胎間的彈簧和避震器構(gòu)成的整個(gè)支撐系統(tǒng)。懸掛系統(tǒng)應(yīng)有支撐車身的功能，改善乘坐的顛簸感覺，不同的懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)使駕駛者有不同的乘坐感受。外表看似簡單的懸掛系統(tǒng)綜合多種作用力，決定著轎車的穩(wěn)定性、舒適性和安全性，是現(xiàn)代轎車十分關(guān)鍵的部件之一。常見的懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等組成，個(gè)別系統(tǒng)則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的電控單元控制懸掛系統(tǒng)可根據(jù)車載重量、路況條件、行駛速度等來調(diào)節(jié)懸掛系統(tǒng)的剛度、減振器阻尼力以及車身高度。從而使車輛在各種行駛條件下均可獲得最佳的行駛平穩(wěn)性和操縱協(xié)調(diào)性。

有多種不同類型的電子控制懸掛系統(tǒng)，以大眾汽車的電子控制空氣彈簧懸掛系統(tǒng)為例，電子控制懸掛系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、干燥器、車身高度傳感器、帶有減振器的空氣彈簧、懸掛控制執(zhí)行器、懸掛控制選擇開關(guān)、懸掛用電控單元等組成。在汽車行駛過程中，電控單元不停地接收車身高度傳感器、加速度傳感器（即油門動(dòng)作傳感器）、制動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)向傳感器以及車速傳感器輸出的信號并進(jìn)行運(yùn)算、分析和判斷，最終向執(zhí)行器輸出控制信號，控制車身高度和懸掛剛度。

電控單元中計(jì)算機(jī)仿真控制懸掛系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：為提高汽車正常行駛時(shí)乘坐的舒適性，可以將彈簧剛度設(shè)計(jì)得較小，以使車身的自然振動(dòng)頻率盡可能的低。為提高汽車的操縱穩(wěn)定性，使汽車的行駛安全性明顯提高，可以將汽車懸掛抗側(cè)傾，抗縱擺的剛度設(shè)計(jì)得比較大。將車輪快速提起，避開障礙物，可以在車輪碰到障礙物（如磚、石等）時(shí)，提高汽車的通過性。電控單元可以在汽車載荷變化，在不平路面上行駛時(shí)自動(dòng)保持車身高度不變。仿真技術(shù)可以防止汽車制動(dòng)時(shí)車頭的下沖。提高汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱穩(wěn)定性，可以避免汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)車身向外傾斜。為提高車輪與地面間的附著力，可以減小輪跳離地面的傾向。

三、汽車電子控制懸架技術(shù)分析

1、半主動(dòng)懸架技術(shù)

作為常見的電子控制懸架技術(shù)，半主動(dòng)技術(shù)可以明顯改善懸架中減震器的阻尼效果，依照系統(tǒng)需求對減震器參數(shù)及元件剛度進(jìn)行對應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化控制。半主動(dòng)懸架技術(shù)通過專門元件對系統(tǒng)裝置進(jìn)行控制，由邏輯運(yùn)算裝置對汽車運(yùn)行中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理，將信息傳輸?shù)娇刂破髦袌?zhí)行所需主動(dòng)控制操作，達(dá)到車身的震動(dòng)控制。該技術(shù)在汽車懸架控制過程中應(yīng)用非常廣泛，可以通過阻尼可調(diào)節(jié)減震器及控制策略達(dá)到汽車懸架系統(tǒng)操穩(wěn)與舒適性指標(biāo)的提升和優(yōu)化，是當(dāng)前汽車懸架系統(tǒng)操穩(wěn)與舒適性技術(shù)研究的主要方向。

2、電控主動(dòng)空氣懸架技術(shù)

電控主動(dòng)空氣懸架技術(shù)主要通過電子裝置完成汽車懸架控制。該技術(shù)運(yùn)用過程中需要對汽車懸架狀況進(jìn)行全方位分析，依照汽車運(yùn)行狀況使用對應(yīng)傳感器對相應(yīng)信號進(jìn)行采集，對信息進(jìn)行運(yùn)算分析，實(shí)施汽車懸架調(diào)節(jié)。電控主動(dòng)空氣懸架技術(shù)調(diào)節(jié)時(shí)主要是對汽車車高的調(diào)節(jié)、減震器的調(diào)節(jié)、空氣彈簧彈性系數(shù)的調(diào)節(jié)。當(dāng)路面起伏不平時(shí)，電控主動(dòng)空氣懸架會(huì)適當(dāng)將車身抬高，從而保證汽車可以順利通過該段路線。懸架會(huì)主動(dòng)提升減震器的阻尼力，控制車身姿態(tài)的變化。與此同時(shí)，懸架還會(huì)改變彈簧剛度，確保提升行車舒適度。電控主動(dòng)空氣懸架技術(shù)可以通過微機(jī)指令對汽車運(yùn)行過程中的懸架剛度及懸架阻尼系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證懸架剛度與懸架阻尼系數(shù)與當(dāng)前運(yùn)行狀況相協(xié)調(diào)，從本質(zhì)上提升了汽車懸架系統(tǒng)操穩(wěn)及舒適性指標(biāo)，對汽車應(yīng)用效益的改善具有非常積極的意義。

3、電控主動(dòng)液壓懸架技術(shù)

電控主動(dòng)液壓懸架技術(shù)主要通過汽車液壓部件達(dá)到汽車受力的控制，提升汽車懸架系統(tǒng)操穩(wěn)與舒適性指標(biāo)。該技術(shù)運(yùn)用過程中需要在汽車中心處設(shè)置對應(yīng)傳感器及減震裝置，對汽車運(yùn)行過程中的各項(xiàng)震動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。采集的信息直接傳輸?shù)紼CU單元中，通過ECU單元內(nèi)容進(jìn)行對應(yīng)處理，發(fā)出系統(tǒng)控制指令，對汽車狀況進(jìn)行調(diào)整，提升彈簧彈性系數(shù)及減震器阻尼效果。電控主動(dòng)液壓懸架技術(shù)可以依照傳感器信號及EUC單元對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，向懸架發(fā)出對應(yīng)控制指令，及時(shí)調(diào)整懸架控制操作，對汽車懸架系統(tǒng)操穩(wěn)與舒適性效果的提升具有至關(guān)重要的意義。當(dāng)前電控主動(dòng)液壓懸臂技術(shù)主要應(yīng)用于我國進(jìn)口汽車中。

四、主動(dòng)懸架系統(tǒng)的控制策略

1、智能控制

近些年來智能控制取得了很大的發(fā)展最有代表性的便是模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。汽車懸架可以看作是用一組非線性微分方程來描述的非線性系統(tǒng)，利用模糊推理方法可推導(dǎo)出合適的阻尼力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示采用模糊控制理論設(shè)計(jì)的控制器可使主動(dòng)懸架的性能得到有效提高提高了汽車行駛的平順性。模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制能夠?yàn)樘厥鈼l件下的模型處理問題提供有效的方法?？梢哉J(rèn)為智能控制將是21世紀(jì)控制領(lǐng)域的核心技術(shù)智能控制的發(fā)展必將推動(dòng)科技的發(fā)展從而對社會(huì)進(jìn)步的推動(dòng)力是不可估

量的。

2、混合控制

當(dāng)前用于汽車懸架振動(dòng)的控制策略比較多單一控制策略可以使某一控制目標(biāo)達(dá)到理想的效果，但很難達(dá)到多個(gè)控制目標(biāo)同時(shí)滿足要求的要求。因?yàn)楦鞣N控制策略都有自身無法彌補(bǔ)的缺陷考慮到一方面則往往另一面就會(huì)有損失。因此常將多種控制方法結(jié)合起來對懸架系統(tǒng)進(jìn)行混合控制，例如將模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制混合設(shè)計(jì)應(yīng)用于奔馳高級轎車和重型坦克，這種混合控制策略同樣適用于汽車主動(dòng)懸架這樣復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，仿真結(jié)果顯示均能取得良好的效果從長遠(yuǎn)來看混合控制方法將是今后懸架控制策略研究的一個(gè)很重要方向

結(jié)束語

作為車架與車橋之間的傳力連接裝置，汽車懸架系統(tǒng)可以明顯提升汽車使用效益，對汽車穩(wěn)定性及舒適性的提升具有非常重要的作用。在對汽車懸架系統(tǒng)操穩(wěn)與舒適性指標(biāo)進(jìn)行研究的過程中，相關(guān)人員要把握好汽車懸架技術(shù)，對相應(yīng)汽車懸架技術(shù)種類、特征及應(yīng)用效果進(jìn)行分析，依照具體車輛狀況選取對應(yīng)懸架設(shè)計(jì)方案，從本質(zhì)上改善懸架運(yùn)用指標(biāo)，加速汽車懸架發(fā)展進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖中文，黃軍輝，王海林.電動(dòng)汽車懸架布置方案對操縱穩(wěn)定性影響的仿真試驗(yàn)分析[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2011，02：23-26+29.

[2]李斌，譚征蘭.汽車懸架檢測技術(shù)研究綜述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，14：9-10.