4.有关悬架的分析及讨论
(1)悬架功能与基本组成;
悬架功能汽车悬挂悬架是汽车的车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的总称,其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭,并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力,并减少由此引起的震动,以保证汽车能平顺地行驶。
基本组成典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成,个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式,而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧,个别高级轿车则使用空气弹簧。
(2)主动悬架、半主动悬架控制原理;
汽车的主动悬架系统是在普通悬架系统中附加一个可以控制阻尼作用力的装置,由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统四部分组成。主动悬架能够根据汽车的运动状态和路面状况,适时地调节悬架的刚度和阻尼,使悬架系统处于最佳减振状态,使车辆在各种路面状况下都会有良好的舒适性。主动悬架的关键部位是其执行机构,也就是可以调节的悬架
阻尼系统。当汽车载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件发生变化时,主动悬挂系统能自动调整悬挂刚度(包括整体调整和各轮单独调整),从而同时满足汽车的行驶平顺性,操纵稳定性等各方面的要求。
半主动悬挂可视为由可变特性的弹簧和减振器组成的悬挂系统,虽然它不能随外界的输入进行最优控制和调节,但它可按存贮在计算机内部的各种条件下弹簧和减振器的优化参数指令来调节弹簧的刚度和减振器的阻尼状态。半主动悬挂又称无源主动悬挂,因为它没有一个动力源为悬挂系统提供连续的能量输入,所以在半主动悬挂系统中改变弹簧刚度要比改变阻尼状态困难得多,因此在半主动悬挂系统中以可变阻尼悬挂系统最为常见
(3)对主动悬架控制策略的理解及其相关思考。
其优点可归纳为如下几个方面:
(1)悬挂刚度可以设计得很小,使车身具有较低的自然振动频率,以保证正常行驶时的乘坐舒适性。汽车转向等情况下的车身侧倾,制动、加速等情况下的纵向摆动等问题,由主动悬挂系统通过调整有关车轮悬挂的刚度予以解决。而对于传统的被动悬挂系统,为同时兼顾到侧倾、纵摆等问题,不得不把悬挂刚度设计得较大,因而正常行驶时汽车的乘坐舒
(1)悬挂刚度可以设计得很小,使车身具有较低的自然振动频率,以保证正常行驶时的乘坐舒适性。汽车转向等情况下的车身侧倾,制动、加速等情况下的纵向摆动等问题,由主动悬挂系统通过调整有关车轮悬挂的刚度予以解决。而对于传统的被动悬挂系统,为同时兼顾到侧倾、纵摆等问题,不得不把悬挂刚度设计得较大,因而正常行驶时汽车的乘坐舒
适性受到损失。
(2)采用主动悬挂系统,因不必兼顾正常行驶时汽车的乘坐舒适性,可将汽车悬挂抗侧倾、抗纵摆的刚度设计得较大,因而提高了汽车的操纵稳定性,即汽车的行驶安全性得以提高。
(3)先进的主动悬挂系统,还能保证在车轮行驶中碰抵砖石之类的障碍物时,悬挂系统在瞬时将车轮提起,避开障碍行进,因而汽车的通过性也得以提高。
(4)汽车载荷发生变化时,主动悬挂系统能自动维持车身高度不变。在各轮悬挂单独控制的情况下,还能保证汽车在凸凹不平的道路上行驶时,车身稳定。
(5)普通悬挂在汽车制动时,车头向下俯冲。而装有某些主动悬挂系统的汽车(如沃尔沃740型小轿车)却不存在这种情况。制动时,该车尾部下倾,因而可以充分利用后轮与地面间的附着条件,加速制动过程,缩短制动距离。
(6)装有某些主动悬挂系统的汽车在转向时,车身不但不向外倾斜,反而向内倾斜,从而有利于转向时的操纵稳定性。TOP
(7)主动悬挂可使车轮与地面保持良好接触,即车轮跳离地面的倾向减小,保持与地面垂直,因而可提高车轮与地面间的附着力,使车轮与地面间相对滑动的倾向减小,汽车抗侧
(2)采用主动悬挂系统,因不必兼顾正常行驶时汽车的乘坐舒适性,可将汽车悬挂抗侧倾、抗纵摆的刚度设计得较大,因而提高了汽车的操纵稳定性,即汽车的行驶安全性得以提高。
(3)先进的主动悬挂系统,还能保证在车轮行驶中碰抵砖石之类的障碍物时,悬挂系统在瞬时将车轮提起,避开障碍行进,因而汽车的通过性也得以提高。
(4)汽车载荷发生变化时,主动悬挂系统能自动维持车身高度不变。在各轮悬挂单独控制的情况下,还能保证汽车在凸凹不平的道路上行驶时,车身稳定。
(5)普通悬挂在汽车制动时,车头向下俯冲。而装有某些主动悬挂系统的汽车(如沃尔沃740型小轿车)却不存在这种情况。制动时,该车尾部下倾,因而可以充分利用后轮与地面间的附着条件,加速制动过程,缩短制动距离。
(6)装有某些主动悬挂系统的汽车在转向时,车身不但不向外倾斜,反而向内倾斜,从而有利于转向时的操纵稳定性。TOP
(7)主动悬挂可使车轮与地面保持良好接触,即车轮跳离地面的倾向减小,保持与地面垂直,因而可提高车轮与地面间的附着力,使车轮与地面间相对滑动的倾向减小,汽车抗侧
滑的能力得以提高。轮胎的磨损也得以减轻,转向时车速可以提高。
(8)在所有载荷工况下,由于车身高度不变,保证了车轮可全行程跳动。而传统的被动悬挂系统中,当汽车载荷增大时,由于车身高度的下降,车轮跳动行程减少,为不发生运动干涉,不得不把重载时的悬挂刚度设计得偏高,因而轻载时的平顺性受到损失。而主动悬挂系统则无此问题。
(9)由于车身高度不变,侧倾刚度、纵摆刚度的提高,消除或减少了转向传动机构运动干涉而发生的制动跑偏、转向特性改变等问题,因而可简化转向传动机构的设计。
(10)因车身平稳,不必装大灯水平自调装置。
主动悬挂系统的主要缺陷是成本较高,液压装置噪音较大,功率消耗较大。
主动悬挂和半主动悬挂系统按其控制方式又可分为机械控制悬挂系统和电子控制悬挂系统。 最早在英国伦敦的公共汽车上用的一种主动悬挂系统,是一种纯机械式控制系统。系统中有四个油气弹簧和高度控制阀,油泵和贮压器可使供油管路中维持稳定的高压,四个高度控制阀则分别控制四个油气弹簧中的油压,从而控制了四个油气弹簧的刚度。汽车载荷增大时,高度控制阀动作,油气弹簧中油压上升,反之则油压下降,直至车身高度达到设定值为止。汽车转向时,外侧两个高度控制阀增大两个外侧油气弹簧的油压,内侧两个
(8)在所有载荷工况下,由于车身高度不变,保证了车轮可全行程跳动。而传统的被动悬挂系统中,当汽车载荷增大时,由于车身高度的下降,车轮跳动行程减少,为不发生运动干涉,不得不把重载时的悬挂刚度设计得偏高,因而轻载时的平顺性受到损失。而主动悬挂系统则无此问题。
(9)由于车身高度不变,侧倾刚度、纵摆刚度的提高,消除或减少了转向传动机构运动干涉而发生的制动跑偏、转向特性改变等问题,因而可简化转向传动机构的设计。
(10)因车身平稳,不必装大灯水平自调装置。
主动悬挂系统的主要缺陷是成本较高,液压装置噪音较大,功率消耗较大。
主动悬挂和半主动悬挂系统按其控制方式又可分为机械控制悬挂系统和电子控制悬挂系统。 最早在英国伦敦的公共汽车上用的一种主动悬挂系统,是一种纯机械式控制系统。系统中有四个油气弹簧和高度控制阀,油泵和贮压器可使供油管路中维持稳定的高压,四个高度控制阀则分别控制四个油气弹簧中的油压,从而控制了四个油气弹簧的刚度。汽车载荷增大时,高度控制阀动作,油气弹簧中油压上升,反之则油压下降,直至车身高度达到设定值为止。汽车转向时,外侧两个高度控制阀增大两个外侧油气弹簧的油压,内侧两个
油气弹簧油压则下降,从而维持车身水平,即提高了车身抗侧倾能力。制动(或加速)时,则前面两个(或后面两个)高度控制阀使前面两个(或后面两个)油气弹簧中的油压上升,另外两个油气弹簧中的油压下降,维持车身水平,即提高了车身的抗纵摆能力。
为了保证车轮正常跳动时防止高度控制阀误动作,在高度控制阀与车轮摆臂的连接传感元件中装有缓冲减振装置。该缓冲减振装置的振动特性必须与车轮悬挂的振动特性良好匹配才能保证系统正常工作。这一点完全靠机械振动系统的合理设计来保证。
法国某些雪铁龙汽车上采用的主动悬挂系统(由英国开发),也是种纯机械控制系统,其主要特点是:前桥采用了两个高度控制阀,两个油气弹簧;后桥采用了一个高度控制阀,一个油气弹簧。两个前油气弹簧的液压缸分别于对角线处的两个对应的后液力滑柱的下腔相通,两个后液力滑柱的上腔均与后油气弹簧的液压腔相通。主液压管路中的液压由油泵和贮压器维持。
机械控制悬挂系统的特点是结构简单,成本低,但是机械控制悬挂系统存在着控制功能少,控制精度低,不能适应多种使用工况等问题。所以,近年来随着电子技术的飞速发展,随着车用微机、各种传感器、执行元件的可靠性和寿命的大幅度提高,电子控制技术被有效地应用于悬挂系统控制中。
为了保证车轮正常跳动时防止高度控制阀误动作,在高度控制阀与车轮摆臂的连接传感元件中装有缓冲减振装置。该缓冲减振装置的振动特性必须与车轮悬挂的振动特性良好匹配才能保证系统正常工作。这一点完全靠机械振动系统的合理设计来保证。
法国某些雪铁龙汽车上采用的主动悬挂系统(由英国开发),也是种纯机械控制系统,其主要特点是:前桥采用了两个高度控制阀,两个油气弹簧;后桥采用了一个高度控制阀,一个油气弹簧。两个前油气弹簧的液压缸分别于对角线处的两个对应的后液力滑柱的下腔相通,两个后液力滑柱的上腔均与后油气弹簧的液压腔相通。主液压管路中的液压由油泵和贮压器维持。
机械控制悬挂系统的特点是结构简单,成本低,但是机械控制悬挂系统存在着控制功能少,控制精度低,不能适应多种使用工况等问题。所以,近年来随着电子技术的飞速发展,随着车用微机、各种传感器、执行元件的可靠性和寿命的大幅度提高,电子控制技术被有效地应用于悬挂系统控制中。
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