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1、悬架文献综述姓名：冯帅帅 韩潇 韩硕 刘广峰 谷盛丰 井晓瑞学号：2015424033Tel：18843103162邮箱：2015/9/20目录1.前言32.汽车悬架系统的发展状况32.1被动悬架：32.2半主动悬架：42.3主动悬架：43.汽车悬架系统的分类和原理53.1汽车悬架的分类53.2汽车悬架系统的原理54.汽车悬架系统的新技术65.汽车悬架技术发展的趋势96悬架在汽车操纵性方面的仿真应用10杨彦三硕士论文大客adamas仿真10李进基于 ADAMS 的轻型客车操纵稳定性仿真分析 10大连理工赵秋芳硕士论文于ADAMS的汽车操纵稳定性仿真试验初步研究11汽车悬架仿真实验平台建立117
2、 结束语128参考文献121.前言悬架是安装在车桥和车轮之间用来吸收汽车在高低不平的路面上行驶所产生的颠簸力的装置。因此，汽车悬架系统对汽车的操作稳定性、乘坐舒适性都有很大的影响。由于悬架系统的结构在不断改进，其性能及控制技术也得到了迅速提高。尽管一百多年来汽车悬架从结构形式到作用原理一直在不断地演进，但从结构功能而言，它都是由弹性元件、减振装置和导向机构三部分组成。在有些情况下，某一零部件兼起两种或三种作用，比如钢板弹簧兼起弹性元件和导向机构的作用，麦克弗逊悬架中的减振器柱兼起减振器及部分导向机构的作用，有些主动悬架中的作动器则具有弹性元件、减振器和部分导向机构的功能。其作用是传递路面作用在
3、车轮和车架上的支承力、牵引力、制动力和侧向反力以及这些力所产生的力矩，并且缓冲和吸收由不平路面通过车轮传给车架或车身的振动与冲击，抑制车轮的不规则振动，提高车辆平顺性(乘坐舒适性)和安全性(操纵稳定性)，减少动载荷引起的零部件和货物损坏1。振动是影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性以及汽车零部件疲劳寿命的重要因素。严重的振动还会影响汽车的行驶速度，并产生环境噪声污染。悬架系统是提高车辆平顺性(乘座舒适性)和安全性(操纵稳定性)、减少动载荷引起零部件损坏的关键,但基于经典隔振理论的传统悬架无法同时兼顾这三方面的要求。自70年代以来,工业发达国家开始研究基于振动主动控制的主动/半主动悬架系统。近十年来,
4、主动控制技术学科的发展为悬架系统从被动隔振走向振动主动控制奠定了基础。尤其是信息科学中对模糊理论、人工神经网络、进化计算的研究,在理论上取得引人瞩目进展的同时已开始得以应用,其中包括车辆的减振和牵引。随着汽车结构和功能的不断改进和完善，研究汽车振动，设计新型悬架系统，将振动控制到最低水平是提高现代汽车质量的重要措施。2.汽车悬架系统的发展状况2.1被动悬架：一般的汽车绝大多数装有由弹簧和减振器组成的机械式悬架。简化模型如图 a 所示，其中，弹簧主要用来支承簧上质量的静载荷，而减振器主要用于控制响应特性。这种悬架系统的阻尼和刚度参数一般是通过经验设计或优化设计方法选择的。一经确定，在汽车行驶过程
5、中就无法随外部状态变化而变化。汽车悬架应满足两个方面的要求，一方面为提高转弯、制动等操纵过程的稳定性，要求悬架应具有高阻尼系数；另一方面为隔开随机路面不平对汽车的扰动，提高乘坐舒适性，要求悬架应具有低阻尼系数。由于参数不能任意选择和调节，限制了被动悬架系统性能的进一步提高。目前使用最普遍的是单筒式液力减振器和套筒式液力减振器两种类型。这两种减振器在工作过程中不能调节阻尼大小,不能满足车辆悬架振动控制的特性要求。因此,被动控制的减振效果较差。2.2半主动悬架：半主动悬架的简化模型如图b所示，由可变特性的弹簧和减振器组成。其基本工作原理是根据簧上质量相对车轮的速度响应和加速度响应等反馈信号，按照一
6、定的控制规律调节可调弹簧的刚度或可调减振器的阻尼力。半主动悬架在产生力的方面近似于被动悬架，但是半主动悬架的阻尼系数或刚度系数是可变的。半主动控制通过输入少量控制能量调节减振器的液力阻尼,改善悬架的振动特性。Karnopp控制规则反映出既要对作用在弹簧上、正比于车身绝对速度x 1的振动产生抑制,也要使和弹簧变形速度(x 1-x 2)成比例的粘性阻尼力起作用,这是“ on”和“ off”的“开关式”控制方法。另一种称为SM(Sliding Mode滑模)控制模式，该控制模式以减低加速度为目标抑制振动。半主动控制系统采用on-off(开关式)控制或分段控制策略,因而在路面随机激励作用下使悬架系统具
7、有强非线性动力特性。应用半主动控制的悬架系统由于车身的结构振动而造成的高频不平顺性的研究表明,若用开关式控制减振器替代连续改变阻尼的减振器,或者控制回路中的时滞超过5ms,其后果明显恶化。2.3主动悬架：主动控制悬架简化模型如图 c 所示，由弹性元件和一个力发生器组成。力发生器的作用在于改进系统中能源的消耗和供给系统以能量，该装置的控制目标是要实现一个优质的隔振系统，而又不需对系统作出较大的变化。因此，只需使力发生器产生一个正比于绝对速度负值的主动力，即可实现该控制目标。这种悬架的减振效果非常理想。主动悬架系统通常有两种形式，即由电机驱动的空气式悬架和由电磁阀驱动的油气式悬架。近年来，日产和丰
8、田公司宣布在轿车上成功地应用了液力主动悬架，主要在高速赛车上进行了试验，其弯道行驶横向加速度可达到8g。至今已发展了三类典型的液力主动控制系统（如下图）。A类由Lotus(莲花)公司开发,它由双作用油缸和高速响应液力控制阀直接耦合,这个系统的控制能力较强,但能耗很大,尤其是在粗糙路面上非悬挂质量共振时这一问题尤为突出15;B类由AP公司发展的气液悬架,它通过一个流量控制阀把油液输送到单作用油缸和充填蓄能器执行主动控制,这种控制装置同样需要消耗较高的能量;C类液力主动控制系统由Nissan公司开发,它的主要特征之一是压力控制阀同小型蓄能器和液压油缸相结合,在不平路面上的振动输入被蓄能器吸收,从而
9、减少整个系统所需要的流量,悬挂质量的振动控制由液力系统的主动阻尼和被动阻尼共同完成。同A,B类主动控制相比,该类主动控制的耗能较少。主动悬架的商品化存在严重困难，一是硬件价格昂贵；二是能量消耗过大，目前仅用于排量较大的高档车型。3.汽车悬架系统的分类和原理3.1汽车悬架的分类悬架按作用原理分可分为被动悬架、半被动悬架、半主动悬架、主动悬架。被动悬架由参数固定的弹簧构成。对半被动悬架的设计，就是要确定其弹簧和减振器的参数，使系统在平顺性和安全性之间寻求一个折衷方案，这种折衷方案只可能在特定工况下才是最优的。它不能随路况、车速等条件调节悬架参数。半被动悬架的一些参数可由司机根据路面载荷等条件在一定
10、的范围内调节。从平顺性和安全性出发，希望弹簧刚度和减振器阻尼系数随汽车的状态的变化而改变，使悬架性能总是处于最优状态附近。半主动悬架要求其阻尼随行驶状态的动力学要求作无级调节，并在几毫秒内由最小变到最大，具有阻尼快速响应的特点。全主动悬架不仅阻尼特性连续可控，而且可调节悬架刚度，在悬架系统上附加一个可控制作用力的装置。主动悬架又有电磁阀驱动的油气式悬架和步进电机驱动的空气悬架等形式。半主动悬架不再强调在大宽带下对悬架的控制，使能量消耗和功率要求大幅度下降，在横向和垂直方向动力学方面仍能保持全主动悬架系统的性能3。悬架按结构分可分为独立悬架和非独立悬架。非独立悬架是指两侧的车轮安装在一副整体式的
11、车桥上，车桥通过弹性元件与车架相连的悬架。缺点是该悬架当一侧车轮跳动时，将要影响另一侧车轮的工作，优点是结构简单、制造方便。非独立悬架因其结构简单，工作可靠，而被广泛应用于货车的前、后悬架。在轿车中，非独立悬架仅用于后桥。它的类型可分为平行钢板弹簧式悬架和连杆式螺旋弹簧式悬架4。3.2汽车悬架系统的原理传统汽车悬架由控制臂连杆、弹簧、减震器和稳定杆等基本构件组成。弹簧的作用是承受并传递垂直载荷，缓和汽车在不平路面上行驶时所引起的冲击。轿车使用的弹簧的种类很少，主要受悬架方式的限制，目前使用的悬架弹簧主要有螺旋弹簧、钢板弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧、油气弹簧和橡胶弹簧5。螺旋弹簧即一根钢丝卷成螺旋状
12、的弹簧，是现在轿车里使用最多的弹簧。与钢板弹簧相比，它具有良好的吸收冲击的能力，可改善乘坐舒适性。但是弹簧很长使安装部位突出，很难使悬架系统布置得十分紧凑。钢板弹簧多用于厢式车及卡车，它是由若干个细长弹簧片组合而成。这种弹簧比螺旋弹簧的结构简单，成本低，可紧凑地装配于车身底部。钢板弹簧在工作时会发生各片间的干摩擦，弹簧本身具有衰减效果。扭杆弹簧是利用具有扭曲刚性的弹簧钢制成的。它的一端固定于车身，另一端与悬架控制臂相连。气体弹簧是利用充入气体的可压缩性起弹簧的作用，多用于旅游大客车，也有一部分轿车用它来代替金属弹簧。减震器的作用是加速车身震动的衰减，改善汽车行驶平顺性和乘坐舒适性。它与弹性元件
13、并联，安装于车身架与车桥之间。它的工作原理是将车身的机械能转化为热能被减震器内介质吸收，散入大气中。减震器阻尼力越大，震动消除得越快。但因其与弹性元件并联使用，过大的阻尼力将导致弹簧的缓冲作用不能充分发挥，甚至导致弹簧减震器连接零件及车架的损坏，所以减震器的阻尼力要适中，以使其与弹性元件匹配。减震器可分为双作用式减震器、单作用式减震器、充气加压式减震器、阻力可调式减震器。稳定杆具有减少转弯时车身侧倾作用，主要用于前轮，有时也用于后轮。稳定杆是“J”型扭力杆的一种，中央部位利于橡胶衬套安装在车身上，两端固定于悬架控制臂上。汽车转弯车身侧倾时，悬架由于离心力使外轮侧稳定杆压沉同时内轮侧稳定杆被拉长
14、，发生扭曲。因为稳定杆是起弹簧的作用，所以会产生恢复力，这个抬起外侧车轮的力使车身又保持平衡。控制臂是悬架的骨架，控制臂一般有上控制臂和下控制臂之分。球节是连接转向节和控制臂的结构，当汽车转向时允许转向节在控制臂之间转动，同时他们还允许控制臂上下运动。球节可分为承载球节和非承载支撑球节，而承载球节又分为压缩承载球节和拉伸承载球节6。4.汽车悬架系统的新技术为提高汽车的安全性、可靠性和乘坐舒适性，近年汽车悬架系统采用了许多新部件和新式装置。悬架和转向系统中出现的新技术有空气弹簧、电控减振器、主动悬架电控平顺性和操纵稳定性等。(1)新型悬架电控系统随着汽车结构和功能的不断改进和完善，研究汽车振动，
15、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。汽车振动是影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性，以及汽车零部件疲劳寿命的重要因素。严重的振动还会影响汽车的行驶速度，并产生环境噪声污染。汽车减振主要使用悬架系统。悬架系统一般由弹性元件和阻尼元件构成，用以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。而汽车行驶的平顺性与操纵稳定性在汽车设计中又是矛盾的，故传统悬架系统难以同时满足这种要求7。工业发达国家在70年代就己经开始研究基于振动主动控制的悬架系统，这种悬架系统是典型的非线性机、电、液一体化动力系统。近年来，随着现代控制理论的发展，对最优控制、自适应控制、模糊控制、人工神经网络控制等的研究，不仅在理论上取得令人瞩目的成绩，同时已开始应用于汽车悬架系统的振动控制。现代汽车悬架的结构形式和振动控制方法随时在更新和完善。按导向机构的形式，可分为独立悬架和非独立悬梁两大类。电控空气悬架是利用压缩空气充当弹簧作用的悬架，弹簧的刚度和车身的高度根据汽车行驶状况进行自动控制，减振器的减振力控制也用来抑制汽车行驶和停驶时车身姿态的变化。其具体功能：在水平路面上高速行驶时, 使车身变低、弹簧变软，以提高舒服性，在凹凸不平的路面行驶时，车
