汽車主動懸架技術(shù)特征分析

陳俊杰，李菲，肖鑫，宋建桐

（1.北京電子科技職業(yè)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，北京 100176；2. 中國質(zhì)量認證中心南京分中心，江蘇 南京 210019；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京 100083）

引言

隨著汽車大規(guī)模的增長，人們越來越重視車輛的乘坐安全性和舒適性。懸架是車輛底盤重要組成部分，由彈性元件、阻尼元件和導(dǎo)向機構(gòu)組成。人們?yōu)榱俗非筌囕v舒適性，通常會采用降低彈性元件的剛度來實現(xiàn)。這樣雖然可以緩沖來自路面的沖擊，但也會加大車輛的不穩(wěn)定，尤其增加車輪跳動量，加大車輪離開路面的概率，影響行駛安全性。如果增大彈性元件的剛度，可以減少車身姿態(tài)的變形量，保證輪胎良好接地，但是會破壞車輛行駛平順性。在提高車輛行駛安全性和舒適性之間存在矛盾。而傳統(tǒng)的被動懸架由于其懸架性能參數(shù)不可調(diào)，無法根據(jù)實際路況來調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼參數(shù)，只能針對特定的情況，對懸架進行優(yōu)化設(shè)計。而隨著國家道路條件越來越好，車輛行駛速度也不斷提高，因此，在這種情況下，主動懸架就應(yīng)運而生。主動懸架通常由傳感器、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等組成?？刂破骺梢愿鶕?jù)加速度傳感器、車速信號、轉(zhuǎn)向信號等，控制執(zhí)行機構(gòu)，改變懸架剛度、懸架阻尼及車身高度等參數(shù)，保證車輛乘坐舒適性和行駛安全性。常見的主動懸架有空氣懸架、油氣主動懸架、液力主動懸架和電磁主動懸架等。

1 空氣主動懸架

1.1 空氣主動懸架的構(gòu)成

奔馳S級汽車空氣懸架由空氣彈簧、壓縮機、壓縮空氣儲氣罐、自適應(yīng)阻尼減振器、傳感器、控制器、機油熱交換器等組成。壓縮機可以把壓縮空氣泵入到四個空氣彈簧柱中，實現(xiàn)車身高度調(diào)節(jié)功能。自適應(yīng)阻尼減振器中的減震閥單元可以通過改變旁通閥的開通量，實現(xiàn)阻尼力調(diào)節(jié)?？刂破骺梢宰x取傳感器的信號，并可以根據(jù)傳感器信號，評估輸入因素，控制執(zhí)行器工作。

1.2 空氣主動懸架的工作過程分析

空氣懸掛系統(tǒng)是空氣懸掛與自適應(yīng)減振器的組合，此系統(tǒng)可以根據(jù)路面狀況和駕駛方式以車輪為單位對減震進行調(diào)節(jié)。

在正常工況下，空氣懸掛根據(jù)負載的不同調(diào)節(jié)工作壓力。如圖2所示，壓縮機A9/1 用于提供系統(tǒng)工作壓力?？諝鈶覓煜到y(tǒng)控制單元N51-3通過空氣懸掛繼電器K67提供控制電壓，繼電器開關(guān)閉合，壓縮機A9/1m1主電路接通，壓縮空氣可以通過空氣懸掛系統(tǒng)閥裝置分配到各個懸掛減震柱中。

空氣懸掛系統(tǒng)裝有一個儲存壓縮空氣的中央儲氣罐，可以獨立于壓縮機的操作實現(xiàn)對車輛水平高度的快速調(diào)節(jié)。

當車速發(fā)生變化時，中央儲氣罐會通過空氣懸掛系統(tǒng)閥裝置中相應(yīng)的閥門向氣壓彈簧套輸送空氣或者釋放空氣，從而改變車身高度，保證行駛安全性。

2 主動車身控制系統(tǒng)（ABC）

2.1 主動車身控制系統(tǒng)的構(gòu)成

奔馳CL Coupe為全球第一款配備ABC系統(tǒng)的車型。該懸架系統(tǒng)也是主動式懸架中功能最強的懸架之一。它可以在保證舒適性的同時，保持最好的車身穩(wěn)定控制。相比傳統(tǒng)的懸架，主動懸架控制系統(tǒng)采用主動車身避振，可以很好的改善車體振動。還可以補償轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾及加速或制動時的縱傾運動，提高行駛安全。

ABC系統(tǒng)的基本組成如圖3所示。ABC控制系統(tǒng)包括車身高度傳感器、車身加速度傳感器、控制器、主動車身控制系統(tǒng)后軸閥門單元、脈動緩沖器、液壓泵、中央儲壓罐等。其中中央儲壓罐用于儲存200bar的高壓油。脈動緩沖器可以減少系統(tǒng)壓力的波動。車身高度傳感器和加速度傳感器可以測量到車身高度和路面的不平度，并傳遞給控制器。

圖3 ABC系統(tǒng)組成圖

2.2 主動車身控制系統(tǒng)的工作過程分析

主動車身控制系統(tǒng)是一個全支撐懸掛系統(tǒng)，四個液壓懸掛減震柱在各個車輪處主動產(chǎn)生壓力適應(yīng)路面條件變化。系統(tǒng)壓力由串聯(lián)泵3產(chǎn)生，位于串聯(lián)泵上的主動車身控制系統(tǒng)（ABC）節(jié)氣門Y86/1和轉(zhuǎn)換閥均由控制系統(tǒng)的控制單元促動。其中，節(jié)氣門Y86/1控制串聯(lián)泵的供油量。當系統(tǒng)壓力過高時，轉(zhuǎn)換閥可以將串聯(lián)泵轉(zhuǎn)換至無壓狀態(tài)，因此機油不會泵至高壓回路。在懸掛位置處，采用了動態(tài)可調(diào)式液壓缸1、2，它與懸掛彈簧串聯(lián)，并通過位移產(chǎn)生作動力，以消除車輪負荷的波動，這樣可以將車身加速度降至最小，從而可以省去傳統(tǒng)懸架的穩(wěn)定桿。此外，還可以根據(jù)行駛條件持續(xù)調(diào)節(jié)懸掛和減震特性。

當在平滑路面行駛時，ABC的轉(zhuǎn)換閥在系統(tǒng)壓力大于180bar時打開。如果系統(tǒng)壓力下降，低于170bar時，轉(zhuǎn)換閥會再次關(guān)閉。這時，系統(tǒng)壓力由節(jié)氣門Y86/1控制，液壓油經(jīng)過前軸閥單元Y36/1和后軸閥單元Y36/2進入前后減震柱進行力控制。

圖4 ABC懸架控制系統(tǒng)原理圖

如果路面變化導(dǎo)致機油需求量增加或者在較高的橫向加速度下轉(zhuǎn)彎時，壓力增長由節(jié)氣門控制執(zhí)行。如果車輛處于靜止狀態(tài)并且發(fā)動機處于怠速時，轉(zhuǎn)換閥關(guān)閉。液壓油從儲油罐8中抽出，然后通過冷油器4和回流濾清器8.1流回。

液壓油從串聯(lián)泵3輸入到前軸閥單元Y36/1時會流經(jīng)中央儲氣罐5，它可以在ABC系統(tǒng)耗油量急劇上升的情況下，系統(tǒng)可以通過兩個中央儲氣罐緩沖。在回流的過程中，也會經(jīng)過回流儲液罐 7，它可以防止系統(tǒng)達到壓力峰值和出現(xiàn)噪音。

3 總結(jié)

主動懸架相比被動懸架有著很大優(yōu)勢，但同時也存在著成本，能耗和響應(yīng)速度等問題。成本方面，我們還需要加大科研投入，研發(fā)新材料、新工藝并做好產(chǎn)業(yè)化，多方面降低成本。能耗方面，國內(nèi)有些學(xué)者通過在懸架上增設(shè)能量回收裝置，在懸架振動時吸收能量，在需要能量時在釋放出來。為提高懸架響應(yīng)速度，國內(nèi)外開始研究電磁懸架，這種懸架的響應(yīng)速度很快，極大提高了車輛行駛的舒適性和安全性。隨著新技術(shù)不斷發(fā)展，智能、環(huán)保、安全將是主動懸架技術(shù)發(fā)展的重要方向。

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