浅析车辆半主动悬架工作原理及控制方法+商用车半主动悬架系统开发方法及应用研究.docx

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1、浅析车辆半主动悬架工作原理及控制方法f7图111/4车传统悬架d1车架2弹簧3减振器P图1.2半主动悬架工作原理摘要：悬架是汽车的重要部件之一，其性能是提高车辆平顺性和安全性的关键。悬架的主要作用是缓冲和吸收因路面不平而产生的激振力，同时承受汽车转向时产生的侧倾力，以保证汽车的正常行使。随着汽车工业的发展，对汽车的性能也要求越来越高，因此车辆悬架及其振动控制系统的研究和开发己成为国内外车辆工程领域的热门课题。关键字：半主动悬架；激励；响应；控制方法1研究背景和意义传统悬架（见图1.1）是由弹簧、减振器（减振筒）、导向机构等组成。其中弹簧主要起减缓冲击力的作用，减振器的主要作用是衰减振动。由于这

2、种悬架是由外力驱动而起作用的，所以又称为被动悬架。汽车行驶在不同路面上车轮受到随机激励，由于悬架装置实现了车身和车轮的弹性支承，有效地抑制和降低了车体与车轮的动载和振动，从而保证汽车行驶的舒适性和安全性。为了使车身的振动能够尽量减小，提高其平顺性及操纵稳定性，人们对弹性元件和减振器组成的减振系统不断改良革新，使汽车的行使性能随着汽车结构和功能的不断改进而达到进一步的改善，研究汽车振动，设计新型悬架电控系统，将振动控制到最低水平是提高现代汽车品质的重要措施。随着电、液控制、计算机技术的发展和传感器、微处理器及液、电控元件制造技术的提高，使可控悬架在车辆上的应用成为可能。而且，现代社会对车辆性能及

3、行驶速度的要求也不断提高，因此对车辆悬架的可控性的要求更为明显。于是，一些能够根据对汽车行驶的路面、工况和载荷等情况的监测来控制悬架的工作状态，使汽车的整体行驶性能达到最佳的可控悬架系统，即所谓的智能悬架。最初应用的智能悬架是手动调节阻尼的悬架，然后进一步发展为电控形式，即悬架阻尼或弹簧的比率在几档间由电信号控制，其后发展为能快速切换或连续可变阻尼和可变弹簧刚度的半主动悬架。进而发展到有自身能源、能连续可控的主动悬架系统。这些悬架都是根据汽车振动的反馈信号来产生控制力，以克服在被动悬架中那种固定弹簧和阻尼系数的不足。国内在半主动悬架系统研究方面起步较晚，在广度和深度上也不及国外，但发展势头迅速

4、，各高等院校和科研院所进行了大量的理论探索和实物研究，也取得不少的成就。国内的研究主要集中在变阻尼的半主动悬架上。有改变阻尼介质粘稠度实现变阻尼的，还有改变阻尼孔的大小实现变阻尼的。2半主动悬架的工作原理半主动悬架系统可以根据路面激励和车身的响应，对悬架参数进行控制，使车身的振动响应始终被控制在某个范围内，图1.2为其工作原理图。半主动悬架又可分为可切换半主动悬架和连续可调半主动悬架。而可切换半主动悬架中的阻尼系数只能在几个离散的阻尼值之间进行切换，连续可调半主动悬架中的阻尼系数在一定的范围内可以连续变化。汽车行驶过程中，当车轮受到地面冲击而向上跳时悬架弹簧收缩并且吸收强大的能量，冲击过后悬架

5、弹簧通过伸缩试图释放存储的能量，从而使车身发生上下振动，半主动悬架的功用就是通过对车身运动产生可控阻尼力，使振动能量迅速消散,减小甚至消除车身的振动；另外，在汽车转弯行使、紧急制动和急加速等行使状态下，汽车行驶姿势发生变化，给汽车行使安全性和操纵稳定性带来不利影响，此时即可通过减振器的阻尼力，使车身保持稳定的行驶姿势。传统悬架由于其刚度和阻尼不可变，当路面、车速以及载荷发生变化时很难适应。因此当工况改变时，很难满足期望的性能指标。主动悬架虽然性能优良，但因其结构复杂，技术难度大且造价昂贵，限制了其广泛应用，目前仍停留在理论研究和实验阶段。由弹性元件和阻尼力可控减震器组成的半主动悬架的出现和成熟

6、发展让人们更多的将目光聚集到半主动悬架上来，其阻尼或刚度参数能任意调节，故可以根据汽车行驶状态和道路激励大小主动做出响应，以控制悬架系统始终处于最优减振状态。在现今车辆系统动力学的研究领域中，半主动悬架系统的控制已经越来越多的受到人们的关注，许多成熟的控制技术已经在半主动悬架系统中得到了应用和发展。半主动悬架已成为国内外汽车领域内的一个较为活跃的热门研究课题。在汽车行驶过程中由于其外界条件变化的随机性，因此对汽车半主动悬架的控制变得较为复杂，虽然近年来不断引进国外先进技术，同时国内学者在对半主动悬架及其控制的研究方面也做了大量工作，但仍未成功应用于实车。所以，我国和一些发达国家在半主动悬架的研

7、究与实际运用方面相比还存在不少的差距。因此，研制出适合半主动悬架控制的控制方法及其性价比较高的可变阻尼减振器，对推进我国半主动悬架技术的进步和实车应用方面具有十分重要的意义。3半主动悬架控制方法在汽车半主动悬架控制系统中，控制方法直接决定了控制的效果。1973年,美国的D.A.Crosby和D.C.Karnopp提出半主动悬架的概念之后，各国学者陆续开发了半主动悬架和相关的控制方法。就汽车半主动悬架控制方法来说，主要有以下几种：1PID控制就是偏差的比例(Proportional)积分(Integral)和微分(Differential)的综合控制。由于其算法简单、鲁棒性能好、可靠性高等优点，

8、PlD控制策略被广泛应用于工业过程控制中。和模糊控制等方法结合的复合PlD控制应是今后的研究方向；2、天棚和地棚控制是美国学者Karnopp在1973年提出的，属于主动/半主动悬架的经典控制逻辑。它设想将减振器设置在簧载质量和惯性坐标(“天棚D之间，与被动悬架只控制簧载质量和非簧载质量的相对运动不同，天棚阻尼器直接控制簧载质量的绝对运动速度而与车轮的运动无关，这是它能使车身取得良好减振特性的原因；3、自适应控制主要是针对路面激励的随机干扰、传感器测量噪声及系统模型参数的不确定性，利用参数识别理论对模型参数进行在线识别并以此修正控制器规则、参数以适应变化。但是，在实际应用中，自适应控制存在着难以

9、弥补的严重缺陷，其应用的有效性受到了很大的限制。比如车辆参数的变化可能显著影响系统的输出，这可能会使控制器难以区别系统输出的变化是来自路面输入的变化还是来自车辆自身参数的变化从而不能选择到真正合适的控制参数；4、模糊控制它以系统的某些状态量作为输入，将输入量模糊化后按一定的模糊规则进行模糊推理决策，将得到的控制量作为输出结果去控制悬架。模糊控制设计不要求知道被控对象的精确数学模型，控制推理采用不精确推理模仿人的思维过程，鲁棒性较强，适应于解决常规控制难以解决的非线性、时变及滞后系统；4结束语汽品行驶过程中由于外界条件变化的随机性，因此对汽车半主动悬架的控制较为复杂，虽然近年来不断引进国外先进技

10、术，同时国内学者在对半主动悬架及其控制的研究方面也做了大量工作。但是，我国和一些发达国家在半主动悬架的研究与实际运用方面相比还存在不少的差距。因此，研制出适合半主动悬架控制的控制方法及其性价比较高的可变阻尼减振器，对推进我国半主动悬架技术的进步和实车应用方面具有十分重要的意义。参考文献川陈家瑞.汽车构造IML第2版.北京：机械工业出版社，2009.12钱瑜.汽车悬架分类及半主动悬架J.江南学院学报，1999,14(4):73-76.引陈兵.车辆智能悬架系统发展趋势研究J.起重运输机械，2005,14(6)：1-6.商用车半主动悬架系统开发方法及应用研究摘要：本文基于商用车半主动悬架开发及应用现

11、状，提出了技术路线、实现路径，差异性方法探索的半主动悬架开发方法，结合开发方法进行了实践。在多工况试验下，半主动悬架对车辆平顺性较传统悬架提升10%提上。本文所进行的研究和实践对于商用车智能化悬架的开发及应用有一定的借鉴性。关键词：商用车半主动悬架技术路线平顺性Abstract：Accordingtothestatusquothatsemi-activesuspensionsystemisntappliedanddevelopedwelltothecommercialvehicle,andthenewmethodincludingtechnicalandmaterializationdetai

12、lsandcarefulcontrastenableiteasiertoeffectuate.Standardsinvehiclesridecomforthaveimproved10%comparedtotraditionalsystem,whichweremanifestedintheexperimentationsunderdifferentconditions.Themainfindingsoftheresearchwouldbeusefultoinvestigationofcommercialvehiclesintelligentsuspensionsystem.Keywords：co

13、mmercialvehicle,semi-activesuspensionsystem,technologydetails,ridecomfort引言汽率苴架系统在车辆行驶过程中对保证车体的稳定性起着关键作用O在汽车工业中都在努力改进汽车的操控稳定性和平顺性，随着人们对汽车驾驶性能要求日益重视的情况下，实现操控稳定性和平顺性平衡愈现迫切。智能化悬架可通过半主动或主动控制在不同工况和路面下保证汽车获得最优性能，实现车辆操控稳定性和平顺性完美协调，为用户提供最优的驾乘体验。2商用车半主动悬架开发及应用现状随着用户对驾乘舒适性、操稳性需求，车辆运载货物对车辆平顺性要求日益增加;物联网的发展对于车辆底

14、盘智能化及底盘零部件耐久性需求迫切。从产品前赠性和技术领先性方面考虑，被动悬架的潜力几乎接近极限了，逐渐无法满足发展需求。根据行业调研，结合悬架系统历史发展及借鉴乘用车发展趋势，商用车领域中，半主动悬架既能满足产品性能要求且附加值高，市场应用前景良好，可应用至轻量化牵引车、载货车等车型。半主动悬架技术路线目前都选用阻尼可变减振器实现。阻尼可调减振器在乘用车领域已批量应用，国际某知名品牌商用车、国际农业机械已应用半主动悬架技术。半主动悬架系统开发的关键是控制系统，目前主机厂大多采用的方式是减振器与控制系统打包供货。3商用车半主动悬架开发方法研究3.1 技术路线的确定技术路线的论证确定用于指导产品

15、开发方向。从技术成熟度，目前商用车领域智能悬架系统应用均为半主动悬架，半主动悬架技术采用调节阻尼的方式实现半主动控制;从成本上，主动悬架成本高出半主动悬架3-5倍，与商用车用户价值不符，性价比不如半主动悬架;从汽车智能化发展上，半主动悬架可实现电动控制，从传感器精度、安全性、可靠性足以支撑辅助驾驶和有条件自动驾驶。从商用车行业发展趋势来看，判断悬架系统发展基本趋势为：半主动-主动-智能化;控制方面：功能实现过程为：多档位可调-自适应连续可调-预见性智能控制。3.2 关键技术实现路径的确定半主动悬架系统的关键技术为机电一体化控制技术，目前行业主流路径是硬件与软件打包由供应商提供，包括后期悬架系统

16、调校均有相关供方承担进行。由供方提供软硬件技术意味着主机厂完全没有自主技术权，没有主导设计的话语权，关键核心参数均由供方掌握，属主机厂黑匣子件，且成本高昂。随着国际形势的变化，国家鼓励自主创新，鼓励企业掌握核心关键技术。自主开发控制系统是未来主机厂考虑选用的开发模式，与供方进行硬件及变阻尼减振器的联合开发或联合调校。3.3 较传统悬架开发的差异性方法探索传统悬架系统的开发是在一个知识领域内容开展的系统设计，而半主动悬架系统是机电一体化系统的设计，开发设计的过程包括建模和仿真、样机原型系统和部署三个阶段1。开发过程是跨学科设计;包含了四门基础的学科：电学、机械学、计算机科学及信息技术。设计阶段，

17、从涉及的设计职能部门也能看出跨学科的差异，传统悬架系统的开发涉及部门有整车级部门、底盘、试制试验部门、采购部门等;而半主动悬架系统开发的部门增加了电控部门、电器部门等。基于传统悬架的差异，需要在开发初期确定好协同设计的策略，跨部门的沟通模式等关键事项。3.4 全新产品研发中风险管控思维的运用全新产品研发中风险管控思维的运用：随着智能化悬架系统产品的复杂度提升，风险管控思维需前置，从设计初期就应开始渗透到设计当中。该风险包含两方面内容，一是主观上的不确定，半主动悬架系统为全新开发的产品，缺乏类似开发的经验，开发阶段各个环节存在主观考虑不全面;二是客观上的不确定，半主动悬架系统是跨学科的系统，系统本身存在不确定性。针对风险需实施风险管理，降低风险。基于目标的确定的，开始风险识别，风险分析评价，风险决策及风险实施，最终按照PDCA流程进行。