車輛液壓式主動懸架系統(tǒng)的設(shè)計與試驗分析

張丹丹 楊曉楠 張建偉 高 楊 李俊峰

（北方自動控制技術(shù)研究所，太原 030006）

1 前言

車輛是人們生活中的重要載具，它的整體性能直接影響人們的生活質(zhì)量。懸架是汽車的重要部件，其作用是支撐車身，有效預(yù)防崎嶇地面對車輛穩(wěn)定性造成的影響，減少外在因素的影響，為車輛提供安全穩(wěn)定的性能。所以加強(qiáng)對車輛懸架系統(tǒng)的優(yōu)化，能為人們帶來更好的乘車體驗。

2 車輛中的懸架系統(tǒng)

2.1 懸架系統(tǒng)的意義

汽車懸架是車身與車輪之間的彈性連接部件，由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減振器組成。因為最初的汽車懸架是無法進(jìn)行控制調(diào)節(jié)的被動懸架，所以在使用過程種容易受外在因素的影響，難以真正發(fā)揮整體性能。但隨著科技的不斷發(fā)展，汽車領(lǐng)域的技術(shù)也在突飛猛進(jìn)，當(dāng)今計算機(jī)技術(shù)與電控制元件制造技術(shù)在不斷提高，研發(fā)出了具有可控性的智能懸架系統(tǒng)。這種智能懸架系統(tǒng)也被稱為電控空氣懸架系統(tǒng)，它能根據(jù)懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行變化，一般分為電控懸架系統(tǒng)與電控液壓懸架系統(tǒng)。

2.2 懸架的功能

懸架作為汽車中必不可少的部件，能支撐車身，將車身與車軸彈性進(jìn)行連接，有效減輕不平穩(wěn)道路所帶來的沖力，為人們提供良好的乘坐體驗；還能傳遞車輪與車體的力與力矩，讓輪胎能與地面保持貼合狀態(tài)，減少車身因外力造成的影響，保證車輛的平衡性。

軟懸架：應(yīng)用軟懸架，可以降低彈簧的剛度，降低車輛的加速度，保證車輛行駛的穩(wěn)定性；但是會對車身的重心造成影響，讓輪胎的動載加大，無法掌握操縱的穩(wěn)定性。

硬懸架：應(yīng)用硬懸架，能起到對車輛姿態(tài)的約束作用，保證輪胎與地面貼合，能掌握操縱穩(wěn)定性，但會破壞平順性。

所以要重視汽車懸架功能效果，對懸架進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計。

2.3 主動懸架

人們根據(jù)功能的不同，將懸架分為三種，分別是被動懸架、半主動懸架和主動懸架。本文主要針對主動懸架進(jìn)行分析。

主動懸架思想產(chǎn)生于1955年，最早被應(yīng)用于雪鐵龍2cv車型中。設(shè)計主動懸架的目的是避免被動懸架中存在問題，利用可控的具有隨機(jī)調(diào)節(jié)參數(shù)和信號處理能力的器件替代傳統(tǒng)懸架的器件，為汽車的穩(wěn)定性提供保障。主動懸架可以分為傳感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，與汽車系統(tǒng)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。控制器是整個系統(tǒng)的信息處理和管理中心，能接收各種傳感器的信號，并根據(jù)相關(guān)的規(guī)律與控制方法來執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，改變車身的運動形態(tài)，從而達(dá)到減振的效果。在整個懸架控制過程中，控制算法是決定主動懸架控制質(zhì)量的必要因素。主動懸架的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由能產(chǎn)生力和力矩的作動器和外加動力源構(gòu)成。如今主要以兩種形式出現(xiàn)，分別是應(yīng)用廣泛的并聯(lián)式主動懸架和獨立式主動懸架。并聯(lián)式主動懸架主要在被動懸架的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，增添一個驅(qū)動器，在被動懸架的基礎(chǔ)上補(bǔ)充能量，因為消耗的能量源比較少，即便主動懸架出現(xiàn)問題，也能轉(zhuǎn)換為被動懸架繼續(xù)工。獨立式主動懸架是由懸置質(zhì)量和非懸置質(zhì)量進(jìn)行作動器的連接，作動器可以以此吸收、補(bǔ)充能量，這種懸架的工作原理比較簡單，但因為能量消耗過快，一旦主動懸架出現(xiàn)問題，就無法正常工作。

3 主動懸架的發(fā)展情況

主動懸架誕生于國外，所以國外的相關(guān)研究比較廣泛。隨著汽車的日漸普遍，人們對車輛主動懸架的研究越發(fā)重視，世界各地都開始對主動懸架進(jìn)行深入研究，將所得出的理論在實踐中進(jìn)行應(yīng)用分析，并逐漸積累研發(fā)經(jīng)驗。主動懸架的研究可以從各種可能模型的主動懸架及特性和主動懸架控制規(guī)律的研究兩個方面進(jìn)行。運用不同的控制規(guī)律進(jìn)行研究，所得出的效果是不同的，所以模型與控制規(guī)律是主動懸架的主要研究方向。

主動懸架已廣泛應(yīng)用到一些車輛中，即便在功能上得到了優(yōu)化，也還有大量的工作要做。研究與應(yīng)用合理的控制方法，能以主動懸架的基本需求來進(jìn)行相關(guān)的控制。車輛懸架振動控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究是車輛動力學(xué)與控制領(lǐng)域的重心，其研發(fā)理論與機(jī)械動力學(xué)、流體傳動與控制、計算機(jī)技術(shù)、材料科學(xué)等相關(guān)聯(lián)。在當(dāng)今社會背景下，科技的迅猛發(fā)展會促進(jìn)主動懸架的振動控制系統(tǒng)得到不斷優(yōu)化。

4 車輛液壓式主動懸架系統(tǒng)的設(shè)計

4.1 主動懸架液壓系統(tǒng)的設(shè)計

液壓主動懸架系統(tǒng)能根據(jù)汽車模型進(jìn)行設(shè)計，并根據(jù)相關(guān)的已知經(jīng)驗進(jìn)行改進(jìn)，有可靠性高、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點，能有效預(yù)防路面不平穩(wěn)對車輛造成的影響，特別適用于越野車及施工車輛的應(yīng)用。相關(guān)專家對液壓主動懸架系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)它只能在遇到崎嶇路面時進(jìn)行車身的振動抑制，沒有注意車輛姿態(tài)的改變情況。針對這樣的設(shè)計理念，利用加速度傳感器與車身位移傳感器來檢測車身載重變化信號與控制系統(tǒng)兩個部分，利用路面位移傳感器來檢測路面信號，并合理運用控制器來進(jìn)行液壓系統(tǒng)的控制作用，也能起到明顯的減振作用。

4.2 液壓系統(tǒng)的工作過程

利用傳感器來完成液壓主動懸架對車身、車軸的檢查，將接收到的信號進(jìn)行系統(tǒng)控制器的傳送，由控制器來控制作動器形成控制力。液壓主動懸架減振系統(tǒng)是隨著車身載重的增加與減少、路面不平來進(jìn)行減振工作，液壓主動懸架減振系統(tǒng)的設(shè)計也是以這些問題進(jìn)行分析與研究。因為生活中車輛的重量總是容易發(fā)生改變，比如乘車人數(shù)增多、車上物品增加等都會改變車輛固有的重量平衡。引起車輛不平穩(wěn)的主要原因主要是地面凹凸不平，如果車輛沒有行駛，是不會受其影響的。

載重增加：車輛的載重平常都保持平穩(wěn)的狀態(tài)，當(dāng)載重驟然增加時，車身會迅速產(chǎn)生向下的加速度，車身就會向下運動。為了避免向下運動，需要液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)車身恢復(fù)平衡；此時液壓泵為液壓缸無桿腔提供液壓油，這是保持車身穩(wěn)定的重要因素。

載重減?。狠d重減少時，車身也會產(chǎn)生向上的加速度，從而使車身向上運動。為了避免向上運動，需要采用液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)車身的平衡。這時回油管路被打開，車身在自身重力的作用下將無桿腔中的液壓油排出，減少車身的振動，保持車身的平衡。

路面凹凸：車輛行駛過程中，有時會遇到凹凸不平的路面，車軸及液壓缸活塞桿產(chǎn)生向下或向上的瞬時位移，為了保證車輛的平衡狀態(tài)，減振液壓缸會根據(jù)實際情況，使活塞桿進(jìn)行向上或向下運動。

5 結(jié)語

以上分析了主動懸架對車輛平衡性的重要促進(jìn)作用，并根據(jù)液壓系統(tǒng)的特性，確定了液壓系統(tǒng)設(shè)計方案，為車輛主動懸架的持續(xù)發(fā)展提供有效的科學(xué)依據(jù)。