汽车半主动悬架系统发展状况

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1、汽车半主动悬架系统发展状况2006-04-21 [字体：大中小]姚嘉伶　蔡伟义　陈宁    1前言    基于经典隔振理论的传统被动悬架系统无须外部能量输入，结构简单，因而获得广泛应用，但其只是一种优化折衷方案，不能适应变化的行驶工况和任意道路激励。主动悬架是一种具有作功能力的悬架，在提高系统性能上具有较大的潜力[1]，但能量消耗大、液压装置噪声大、成本高、结构复杂，到目前为止，仅有少数几种主动悬架系统成为商业化产品[2]，限于装载在一些排量较大的高档车型上。    半主动悬架系统输入少量的调节能量来局部改变悬架系统的动

2、特性(刚度或阻尼系数)，结构简单、可靠性高，因系统动特性变化很小，仅消耗振动能量，故稳定性好，而减小振动的能力几乎和主动悬架一样[3](见表1)。半主动悬架系统所涉及的关键技术是设计并实现可控制减振环节和控制策略，这并不比主动控制简单，有时甚至更加复杂[4]，故而汽车半主动控制悬架系统已成为当今国内外学者和生产商研究和开发的热点。表1　悬架系统分类        注：fB为簧上质量的固有振动频率；fW为簧下质量的固有振动频率；△z为相对位移    2半主动悬架系统的产生和发展    2．1发展简况    半主动悬架的概念

3、首先由Crosby和Karnopp于1973年提出，Karnopp还提出天棚阻尼控制模型和实现方法[5]。直到20世纪80年代初期才有试验性的产品问世，但它投入应用的速度比主动悬架快得多。随着电子技术和计算机技术的发展，半主动悬架逐步从实验室走向工厂。1975年，Margolis等人提出了“开关”控制的半主动悬架，1983年日本丰田汽车公司开发了具有3种减振工况的“开关”式半主动悬架，并应用于ToyotaSoarer280GT型轿车上。1986年，KimBrough在半主动悬架控制方法中引入了Lyapunov方法，改进了

4、控制算法的稳定性。1988年日本日产公司首次将“声纳”式半主动悬架系统应用于Maximas轿车上，它可预测路面信息，悬架减振器有“柔和”、“适中”和“稳定”3种选择状态。20世纪90年代以后，研究的显著特点是新型智能材料在半主动悬架上的运用。1994年，Prinkos等人使用电流变和磁流变体作为工作介质，研究了新型半主动悬架系统。2002年，采用美国德尔福(Delphi)公司磁流变减振器的MagneRide半主动悬架系统应用在CadillacSevilleSTS高档车上，此悬架系统能根据行驶情况自动改变减振阻尼。    

5、2．2弹性元件刚度可控半主动悬架系统    弹性元件刚度可控半主动悬架系统是在空气悬架的基础上实现的。通过改变弹簧刚度来减振的半主动悬架由Hubbard和Margolia于1976年提出[6]。C．J．Stein利用前馈与反馈相结合的“天棚”控制理论，采用比例压力控制阀对空气弹簧进行控制，福特汽车公司在ContinentalMarkⅦ车型上[7]丰田汽车公司在Lexus车型上都成功地推出了电子控制空气悬架系统。该系统可以根据乘客数量或载质量、车速、路面状况等对空气弹簧的刚度实现有级控制。    汽车弹性元件需承担车身的静

6、载，因而实施刚度控制比阻尼控制困难得多，目前在半主动悬架的研究中，对阻尼控制的研究偏多。但空气弹簧与机械弹簧相比具有刚度低、可调节、质量轻、噪声低、寿命长等优势，加上对汽车路面破坏机理的深入认识以及政府对高速公路养护的重视，刚度可控半主动悬架的研究日益引起人们的关注。    2．3可控阻尼半主动悬架系统    2．3．1传统可调减振器　　传统可调减振器可分成有级可调和连续可调减振器。由各种开关型的节流阀或连续活门来控制液体阻尼的大小，实现阻尼的有级或连续调节。可调节流阀既可以设置在减振器内部，如日本丰田公司的LS400的

7、可调式减振器；也可以设置在外部的旁通道上，如梅赛德斯—奔驰公司的一种可调减振器。    通常有级可调减振器可在2～3个挡位之间快速切换，切换时间为10～20ms，通过电机控制转阀的旋转位置，使减振器阻尼在“软、中、硬”三挡之间变化，其结构及控制系统相对简单，但在适应行驶工况和道路条件的变化方面有一定的局限性[8]。还有一种压电式减振器也可实现阻尼的有级调节，利用压电负效应，在500V直流电压的作用下可在5ms的时间内产生500μm左右的位移，经放大后使阻尼力变换阀动作。这种减振器具有较高的响应能力，但要求电压高、结构复杂

8、[9]。    连续阻尼可调减振器通过步进电机或电磁阀来控制节流阀的流通面积连续调节阻尼[10]。已有实车产品，如Sachs公司开发的CDC(continuous-damp-er-control)系统。    传统可调减振器研究和应用早，国内也有很多学者在进行研究[11-12]，以有级可调减振器为主，并取得了一些成果