汽车半主动悬架关键技术发展现状与展望

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1、汽车半主动悬架关键技术发展现状与展望摘要：文章介绍了国外典型半主动悬架系统的产品特点，详细阐述了半主动悬架的关键技术以及其发展现状，同时对汽车半主动悬架系统的研究与开发进行了展望。关键词：汽车；半主动悬架；关键技术；可调阻尼减振器中图分类号：U463.33文献标识码：A文章编号：1006-8937(2013)09-0081-02半主动悬架系统是无源控制，系统输入少量的调节能量来局部改变悬架系统的动特性(刚度或阻尼系数)，作动器价格低、能耗小、结构简单，又因系统动特性变化很小，仅消耗振动能量，故稳定性好，同时减小振动的能力几乎和主动悬架一样，其控制品质接近主动悬架。因此半主动悬架技

2、术日益受到人们的重视，已成为当今国内外学者和生产商研究和开发的热点。1国外典型半主动悬架系统产品特点介绍1.1Tenneco连续控制电子悬架系统(CES)天纳克(Tenneco)公司的连续控制电子悬架系统是一种半主动悬架系统，能够按照路面条件和驾驶状况对悬架阻尼进行连续性调整。CES的核心部位是一套先进的阀控系统,该阀控系统整合了电子控制器和底盘传感器，使之共同作用以实现最佳阻尼特性。CES机电阀控系统的调节速度非常快,通常在10ms左右，这一速度足以满足最高达20Hz的车轮振动频率，在满足车身振动控制之外还可实现对车轮振动模态的控制，Tenneco连续控制电子悬架系统如图1所示

3、。1.2ZFSachs连续阻尼控制系统(CDC)采埃孚萨克斯(ZFSachs)公司的连续阻尼控制系统(ContinuousDampingControl,CDC)是一种半主动悬架系统，该系统通过对每个独立的车轮施加优化的阻尼力，能够显著地改善汽车的操纵稳定性、舒适性和安全性。CDC主要由阻尼可控减振器、电控单元、传感器等构成。传感器获取车身、车轮，以及侧向加速度等信号，电控单元对传感器得到的有关信号进行实时分析处理，使得由于载荷、行驶工况，以及路面状况等造成的影响得以自动校正，ZFSachs连续阻尼控制系统(CDC)如图2所示。从以上两种成熟的半主动悬架系统产品可以看出，目前，半主

4、动悬架研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面，连续可调阻尼减振器是整个系统中的核心。2半主动悬架系统发展的关键技术2.1可调阻尼减振器目前，在半主动悬架系统中改变弹簧刚度要比改变阻尼困难，因此半主动悬架研究主要集中在调节减振器的阻尼系数方面，即将阻尼可调减振器作为执行机构。筒式减振器阻尼产生机理有两方面：一是减振器油液有黏度，二是减振器油液流经各节流口时产生阻力，即为减振器阻尼力。从简式减振器阻尼产生机理来看，实现阻尼调节的方式有两种：一是调节减振器油液的黏度，二是调节节流口的开度。采用第一种方式（即调节减振器油液粘度）实现调节阻尼的减振器，根据不同的机理又可以分为两种：电流变减

5、振器和磁流变减振器。磁流变（电流变）减振器是以磁流变（MR）液体（分散的铁粉微粒）为介质的柱式减振器，通过传感器感知悬架减振系统的运转，通过调节电流改变磁场（电场）强度，改变磁性流体的粘、剪特性，进而达到改变阻尼特性的目的。采用第二种方式，通过调节节流口开度实现阻尼调节的减振器，是在传统双筒式减振器的基础上发展而来的。一般有两种实现方式：一是采用步进电机调节内置于活塞上的节流口实现调节阻尼，这种方式通过调节活塞杆芯转动阀片，控制活塞上的节流孔的开度大小，从而实现阻尼的连续调节；二是在原有的双筒式减振器基础上增加中间缸和电磁阀实现调节阻尼。理论和实际证明，采用调节节流口开度的方式实

6、现阻尼调节成本较低，易于实现，经过结构优化，可以较好的解决阻尼迟滞现象，易于商业化。国外对之进行了大量研究，并已有商业化产品问世。有代表性的产品已如美国天纳克公司生产的电子减振器以及德国萨克斯公司生产的连续可变阻尼减振器，如图3所示。2.2控制策略skyhook阻尼控制策略是一种经典的半主动悬架阻尼控制策略。美国D・KARN0PP教授提出了该控制方法。skyhook阻尼控制策略能够大幅降低车身垂向振动加速度，而且有良好的鲁棒性。其所需测试仪器少，控制算法简单，因而是目前研究最多，也是应用最多的方法。单一的天棚阻尼控制提高了舒适性，却没有解决好操纵稳定性问题，根据天棚阻尼控制提出的

7、地棚阻尼控制是以非簧载质量为控制对象的一种控制策略，与天棚刚好相反。综合天棚和地棚阻尼控制的优点而产生的混合阻尼控制算法，可以兼顾平顺性和操纵稳定性的要求，目前产业化的半主动悬架系统中采用的控制策略大都是基于skyhook理论的阻尼控制策略，如图4所示。半主动悬架的控制策略还有很多，比如线性最优控制、预瞄控制、自适应控制、模糊控制等，但出于研究中，并未真正应用在商业化产品上。由于每种主动悬架的控制策略均各有利弊，因此对性能优化的控制器的研发，使各种控制策略的复合成为必然。比如说，