汽車主動懸架畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　為了滿足現(xiàn)代汽車懸架提出的各種性能要求,懸架的結(jié)構(gòu)形式一直在不斷地更新和完善,盡管這樣,傳統(tǒng)的被動懸架仍然受到很多限制,主要是難于同時改善在不平路面上高速行駛車輛的穩(wěn)定性和行駛平順性,即使采用優(yōu)化設(shè)計也只能保證懸架在特定的激勵發(fā)生變化后,懸架的性能亦隨之發(fā)生變化,為了克服傳統(tǒng)的被動懸架對汽車性能改善的限制,近年來,汽車工業(yè)中相繼

2、出現(xiàn)了性能更加優(yōu)越的主動懸架和半主動懸架。</p><p>　　關(guān)鍵詞：汽車主動懸架 半主動懸架 生產(chǎn)發(fā)展方向 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In order to satisfy the modern automobile suspended frame of the p

3、roposed all sorts of performance requirements, suspension structure form has been in constant updates and perfect, despite this, traditional passive suspension still subject to many restrictions, mainly is difficult to i

4、mproving the uneven pavement on the stability of the vehicle and the art of, even if adopting the optimization design also only guarantee the suspension in particular incentive change, suspension performance also c</p

5、><p>　　Keywords: car active suspension semi-active suspension production and development direction</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p&

6、gt;　　Abstract2</p><p><b>　　前言4</b></p><p><b>　　1汽車懸架概述5</b></p><p>　　1.1汽車懸架功用5</p><p>　　1.2 懸架系統(tǒng)的性能要求6</p><p>　　2汽車電子控制懸架系統(tǒng)7

7、</p><p>　　2.1汽車電子控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容7</p><p>　　2.2汽車電子控制懸架概述8</p><p>　　3主動懸架系統(tǒng)概論9</p><p>　　3.1 主動懸架系統(tǒng)組成9</p><p>　　3.2主動懸架系統(tǒng)的類型及原理10</p><p>　　3.3 主動

8、懸架的優(yōu)缺點12</p><p>　　3.4主動懸掛技術(shù)應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r及趨勢13</p><p>　　3.5主動懸架的電控系統(tǒng)及控制策略15</p><p>　　3.5.1預(yù)見控制方法16</p><p>　　3.5.2自適應(yīng)控制16</p><p>　　3.5.3魯棒控制17</p><

9、p>　　3.5.4變結(jié)構(gòu)控制17</p><p>　　3.5.5模糊控制17</p><p>　　4主動懸架系統(tǒng)對汽車制動性能改善分析18</p><p>　　4.1問題的提出18</p><p>　　4.2模型的建立19</p><p>　　4.3控制器的建立19</p><p&

10、gt;　　4.4模擬分析19</p><p><b>　　結(jié)語22</b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p><b>　　前言</b></p><p&

11、gt;　　振動是影響汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性以及汽車零部件疲勞壽命的重要因素。劇烈的振動會影響汽車的行駛速度，并隨之產(chǎn)生環(huán)境噪音污染。隨著現(xiàn)代汽車隊乘坐舒適性和安全性的要求越來越高，設(shè)計一個具有良好綜合性能的懸架成為現(xiàn)代汽車研究的一個重要課題。</p><p>　　隨著車輛參數(shù)及行駛工況的變化，對懸架系統(tǒng)性能的要求是不同的：一方面，為提高懸架系統(tǒng)的行駛平順性，希望懸架系統(tǒng)的剛度較小，而采用較軟的懸架；另一方面，

12、為了提高車輛的行駛安全性和方向的控制，則要求懸架系統(tǒng)的阻尼和剛度都比較大，需要采用較硬的懸架以減少車輪與車身件的相對行程，獲得良好的路面附著于支撐。傳統(tǒng)的被動式懸架系統(tǒng)的彈性元件的阻尼元件的剛度值和阻尼值是固定的，在汽車行駛過程中無法隨著路面狀況、載荷和車速等因素的變化而變化。目前，被動懸架系統(tǒng)的潛力已經(jīng)接近極限，所以有必要設(shè)計一種不同于被動懸架系統(tǒng)的新型懸架系統(tǒng)，它可以隨汽車行駛狀況而自適應(yīng)的改變其阻尼和剛度參數(shù)，具有優(yōu)良的減震性和操

13、縱穩(wěn)定性。</p><p>　　近年來，由于計算機技術(shù)和各種新型控制方法的迅速發(fā)展，使人們對各種振動和噪音的控制水平不斷提高，為從本質(zhì)上改善汽車懸架系統(tǒng)性能提供了一條新途徑。隨著控制理論、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、測控技術(shù)、機械動力學(xué)等學(xué)科的快速發(fā)展，智能懸架系統(tǒng)應(yīng)運而生，即基于電子控制的智能懸架系統(tǒng)——主動懸架系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展并逐漸在轎車上應(yīng)用。特別是信息科學(xué)中對最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能

14、控制的研究，不僅在理論上取得了令人矚目的成績，同時已開始應(yīng)用于汽車懸架系統(tǒng)的振動控制，使懸架系統(tǒng)振動控制技術(shù)得以快速發(fā)展。隨著汽車結(jié)構(gòu)和功能的不斷改進和完善，研究汽車振動，設(shè)計新型懸架系統(tǒng)，將振動控制到最低水平是提高現(xiàn)代汽車質(zhì)量的重要措施。因此汽車懸架振動主動控制技術(shù)將成為未來汽車研究的一個主要方向。</p><p><b>　　1汽車懸架概述</b></p><p>

15、;<b>　　1.1汽車懸架功用</b></p><p>　　懸架是車架（或承載式車身）與車輪之間所有傳力連接零件的總稱。傳統(tǒng)的被動懸架包括彈性元件、減振裝置、導(dǎo)向機構(gòu)和橫向穩(wěn)定器?，F(xiàn)代的半主動懸架及主動懸架在被動懸架的基礎(chǔ)上增加了傳感器控制計算機和執(zhí)行元件。但無論哪種懸架其基本功能均為：</p><p>　?。?）支撐車身或車體；</p><p&

16、gt;　　（2）將路面作用于車輪上的各種力以及力矩傳遞給車架，從而保證車輛的正常行駛；</p><p>　?。?）通過彈性元件的緩和沖擊作用、減振裝置的衰減振動作用以及導(dǎo)向機構(gòu)對車身和車輪運動軌跡的限制作用，使汽車具有良好的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。實際車輛行駛在多變的環(huán)境里，即路況（路面不平度等級）、車速以及工況（加速、制動、轉(zhuǎn)向、直線行駛）經(jīng)常要發(fā)生變化，例如：汽車在急速起步或急速加速時會產(chǎn)生所謂的“加速后仰”

17、現(xiàn)象；汽車高速行駛緊急制動時，會產(chǎn)生所謂的“制動點頭”現(xiàn)象；汽車在急轉(zhuǎn)彎行駛時會產(chǎn)生所謂的“轉(zhuǎn)向側(cè)傾”現(xiàn)象。上述情況會對汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。被動懸架由于其結(jié)構(gòu)特點很難保證汽車的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性同時達到最佳。因此，為解決這一問題，產(chǎn)生了根據(jù)工況要求保證汽車的性能達到最佳的電控懸架。電控懸架采用傳感器技術(shù)、控制技術(shù)和機電液一體化技術(shù)，對汽車的行使工況進行監(jiān)測，由控制計算機根據(jù)一定的控制邏輯產(chǎn)生控制指令，控制執(zhí)行

18、元件產(chǎn)生動作，保證汽車具有良好的行駛性能。</p><p>　　1.2 懸架系統(tǒng)的性能要求</p><p>　　車輛動力學(xué)模型是進行性能分析和系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，下圖說明了與車輛行駛動力學(xué)有關(guān)的重要性能特性。在有限的懸架工作空間內(nèi)，設(shè)計師必須為駕駛員和乘客提供良好的乘坐舒適性、可接受的車身姿態(tài)、以及對車輪動載荷的合理控制。</p><p>　　綜合懸架的基本功能和行使動

19、力學(xué)的主要性能指標(biāo)我們大體可以得出對理想懸架的設(shè)計期望是：</p><p>　　(1) 車輛在不同路面（包括不同的車速、路面不平度情況）上直線行駛時能夠使車身及車輪的振動減少至最低水平，為乘員提供最好的乘坐舒適性（即所指的平順性）；</p><p>　　(2) 從行駛安全性和操縱穩(wěn)定性方面考慮，應(yīng)該能夠最大限度的減小輪胎的動載荷以保證良好的輪胎接地性；</p><p&g

20、t;　　(3) 懸架的動行程要控制在允許的范圍內(nèi)，以盡量保證不發(fā)生限位塊撞擊所引起的對人和貨物的沖擊；</p><p>　　(4) 從舒適性和穩(wěn)定性考慮保證良好的車身姿態(tài)；</p><p>　　(5) 此外，還需考慮再結(jié)合其它控制系統(tǒng)的情況下的車輛總體性能的要求，如結(jié)合自動防抱死系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）和四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（4WS）等在不同車輛工況下（如啟動、制動、轉(zhuǎn)彎時），仍需

21、保證對車身的方向控制和姿態(tài)控制，或根據(jù)需要提供各輪胎的載荷分布，同時提供良好的乘坐舒適性。以上要求在車輛參數(shù)變化時也同樣需要保證（如車身載荷或輪胎垂直剛度在一定范圍內(nèi)變化）。但是對這樣的理想懸架設(shè)計期望似乎過于苛求。而實際上在通常的懸架設(shè)計中，上述各項要求及性能之間存在著沖突與矛盾。比如在一個低剛度的軟懸架能獲得較好的乘坐舒適性，但同時需要較大的懸架空間又帶來較差的車身姿態(tài)控制；而為了保證較好的操縱穩(wěn)定性，使車輛在轉(zhuǎn)彎、起動和剎車時車體

22、的點頭、后坐較小，又要求車輛具有較“硬”的特點。在實際中，車輛行駛在一個多變的環(huán)境中，可能包括不同的路面輸入（如不同的車速和路面不平度），不同的車輛工況（如車輛在加速、制動、轉(zhuǎn)彎時等工作情況），而且車輛參數(shù)本身也可能發(fā)生變化（如隨乘員和貨物的多少而改變的車身質(zhì)量，以及隨車速和溫度、胎質(zhì)而改變的輪胎剛度等）。因此，懸架設(shè)計師要對以上變化因素給予充分考慮。多年來，</p><p>　　2汽車電子控制懸架系統(tǒng)</

23、p><p>　　2.1汽車電子控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容</p><p>　　汽車電子控制系統(tǒng)的研究目的應(yīng)該從系統(tǒng)工程的觀點出發(fā)，以數(shù)學(xué)和工程方法為工具，綜合應(yīng)用汽車和微電子技術(shù)以及自動化控制理論，使三者有機結(jié)合，實現(xiàn)汽車電子控制的最優(yōu)化。</p><p>　　汽車電子控制系統(tǒng)的基本研究內(nèi)容有：</p><p>　　（1）對汽車的各分系統(tǒng)建立模型，然后利

24、用模型分析系統(tǒng)，最后確定各分系統(tǒng)的控制目標(biāo)。</p><p>　　（2）根據(jù)分系統(tǒng)的控制目標(biāo)，應(yīng)用自動控制理論，選擇最佳控制方式。</p><p>　?。?）協(xié)調(diào)各分系統(tǒng)的關(guān)系，實現(xiàn)綜合控制，從而保證汽車總體性能水平。</p><p>　?。?）研究汽車與駕駛員和環(huán)境的關(guān)系，探討人—車—環(huán)境系統(tǒng)控制規(guī)律。</p><p>　?。?）圍繞分系統(tǒng)

25、的控制目標(biāo)，實現(xiàn)各組成部分的有機結(jié)合。</p><p>　?。?）對汽車計算機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和要素進行分析，論述系統(tǒng)的最優(yōu)化途徑。</p><p>　?。?）討論汽車電子控制系統(tǒng)的可靠性問題。</p><p>　?。?）研究汽車計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計，包括硬件和軟件兩部分。</p><p>　　2.2汽車電子控制懸架概述</p>&

26、lt;p>　　懸架是車身與車輪之間一切傳力連接裝置的總稱。汽車懸架的作用除了緩沖和吸收車輪的振動之外，還要在汽車行駛過程中傳遞車輪與路面之間的驅(qū)動力和制動力，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時，懸架還要承受來自車身的側(cè)向力，并在汽車起步和制動時能夠抑制車身的俯仰振動，提高汽車的行駛穩(wěn)定性和安全性。</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)代汽車對懸架系統(tǒng)的各種性能要求，懸架的結(jié)構(gòu)形式和振動控制方法隨時在更新和完善。懸架的結(jié)構(gòu)形式很多，可分為獨

27、立懸架和非獨立懸架兩大類。如果按照控制力進行分類，則可分為被動懸架、半主動懸架和主動懸架三種基本類型，三種懸架的簡化模型如圖1-1所示。 其中：1—傳感器、2—可調(diào)減振器、3—執(zhí)行器。</p><p>　?。╝）被動懸架（b）主動懸架（c）半主動懸架</p><p>　　圖1-1 三種懸架系統(tǒng)簡化模型</p><p>　　① 被動懸架：被動懸架系統(tǒng)的概念是在1934

28、年由OLLEY提出的。它通常是指結(jié)構(gòu)上只包含彈簧和阻尼器（減震器）的系統(tǒng)。簡化模型如圖1—1（a）所示，其中，其中彈簧主要起減緩沖擊力的作用，而減振器主要用于控制響應(yīng)特征。被動懸架系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉且不消耗外部能源，但因為其參數(shù)固定，所以具有較大的局限性。主要表現(xiàn)在懸架參數(shù)固定，不能隨路況改變而變化，只能針對某種特定工況進行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，而且懸架元件僅對局部的相對運動做出響應(yīng)，因而限制了懸架參數(shù)的取值范圍。</p>

29、<p>　?、诎胫鲃討壹埽喊胫鲃討壹艿难芯抗ぷ魇加?973年，由D.A.Crosby和D.C.Kamopp首先提出。半主動懸架系統(tǒng)的簡化模型如圖1—1（c）所示。半主動懸架系統(tǒng)由可變特性的彈簧和減振器組成，因僅需要少量的能量輸入也被稱為無源主動懸架，雖然不能隨外界的輸入進行最優(yōu)控制，但它可以按照存儲在電腦中的各工況下懸架最優(yōu)參數(shù)指令來調(diào)節(jié)剛度和阻尼大小。改變懸架阻尼特性較改變剛度容易，所以可變阻尼半主動懸架系統(tǒng)最為常見。隨著

30、新型智能材料的應(yīng)用，半主動懸架越來越受到人們的重視。</p><p>　　③主動懸架：主動懸架是近十幾年發(fā)展起來的，最初裝置是由AP公司基于氣液懸架（液壓式和空氣式）發(fā)展的一種機械系統(tǒng)。主動控制懸架簡化模型如圖1—1（b）所示，主動懸架通常包括三部分：傳感器、控制器及執(zhí)行機構(gòu)，并由它們與汽車系統(tǒng)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中控制器是整個系統(tǒng)的信息處理和管理中心，他接受來自各個傳感器的信號，依照特定的數(shù)據(jù)處理方法和控制規(guī)律

31、，決定并控制執(zhí)行機構(gòu)的動作，從而達到改變車身的運動狀態(tài)。滿足隔振減振的目的。主動懸架是由電腦控制的一種新型懸架，需具備三個條件：（1）具有能夠產(chǎn)生作用力的動力源；（2）執(zhí)行元件能夠傳遞這種作用力并能連續(xù)工作；（3）具有多種傳感器并將有關(guān)數(shù)據(jù)集中到微電腦進行運算并決定控制方式。</p><p>　　主動懸架一般采用閉環(huán)控制。所謂閉環(huán)控制就是說輸出量反過來又對系統(tǒng)的控制作用有直接影響的控制，也就是說對彈簧剛度和減振器

32、阻尼的控制結(jié)果，還必須有反饋系統(tǒng)把信息傳遞給電腦，再有電腦進行分析和修正，以達到最佳的控制效果。</p><p><b>　　3主動懸架系統(tǒng)概論</b></p><p>　　3.1 主動懸架系統(tǒng)組成</p><p>　　主動懸架系統(tǒng)是可以自行產(chǎn)生的懸架。主動懸架電子控制系統(tǒng)基本組成如圖 2—1所示。</p><p>　　

33、圖2-1主動控制懸架電子控制系統(tǒng)圖</p><p>　　（1）傳感器。電子控制懸架系統(tǒng)傳感器將汽車行駛的路面狀況和車速，以及啟動、加速、轉(zhuǎn)向、制動等工況變?yōu)殡娦盘?，輸出給電子控制器。該系統(tǒng)所使用的傳感器見表3-1</p><p>　?。?）控制器。 控制器將傳感器送入的電信號進行綜合的處理，輸出對懸架的剛度\和阻尼及車身高度等進行調(diào)節(jié)的控制信號。它以一般由微機和信號輸出放大電路組成。<

34、;/p><p>　?。?）執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)按照電子控制器的控制信號，準確地動作，及時地調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼系數(shù)及車身的高度，通常所用的執(zhí)行元件是電磁閥和步進電機及空氣壓縮機等。</p><p>　　3.2主動懸架系統(tǒng)的類型及原理</p><p>　　主動懸架系統(tǒng)根據(jù)不同的分類方法可將其分為不同類型。</p><p>　　主動懸架系統(tǒng)按控制方式可

35、分為機械控制懸架系統(tǒng)和電子控制懸架系統(tǒng)。機械控制懸架最早出現(xiàn)，它主要是通過高度控制閥來調(diào)節(jié)油氣彈簧中的油壓，進而調(diào)節(jié)剛度。雖然結(jié)構(gòu)較簡單，成本較低，但其控制功能少，精度低，且不能適應(yīng)多種工況。近年來隨著各種傳感器的廣泛使用、ECU可靠性的提高及控制策略的完善，主動懸架逐漸進入電子控制時代。其信息輸入量更豐富，功能更豐富且控制精確，但其結(jié)構(gòu)及控制策略復(fù)雜，成本高。</p><p>　　主動懸架系統(tǒng)按執(zhí)行元件的頻率帶

36、寬度可分為寬帶寬懸架和窄帶寬懸架。寬帶寬懸架也稱全主動懸架，其執(zhí)行元件的響應(yīng)頻率要超過車輪剛度對應(yīng)的頻率（約為10 HZ），頻寬越高，控制效果越好，但越難實現(xiàn)，且成本、質(zhì)量和消耗的能量都會增加；窄帶寬懸架也稱慢主動懸架，可以將執(zhí)行元件頻響帶寬降至只考慮車身姿態(tài)振動及轉(zhuǎn)向反應(yīng)，帶寬可降至3到4HZ。 在大多數(shù)實際運行工況下，其性能都可以與主動懸架媲美，而在經(jīng)濟性方面則有明顯的優(yōu)勢。</p><p>　　主動懸架系統(tǒng)

37、按控制介質(zhì)主要可分為主動空氣懸架、主動油氣懸架、主動液力懸架等。</p><p>　　主動空氣懸架工作原理：用空氣壓縮機形成壓縮空氣，并將壓縮空氣送給彈簧和減振器的空氣室中，以此來改變車輛的高度。通過汽車電腦和駕駛員模式的選擇來控制空氣彈簧氣囊的充氣量，進而能控制車身的高度及阻尼的大小。在前輪和后輪的附近設(shè)有車高傳感器，按車高傳感器的輸出信號，微機判斷出車輛高度，再控制壓縮機和排氣閥，使彈簧壓縮或伸長，從而控制車

38、輛高度。在減振器內(nèi)設(shè)有電動機，電動機受微機的信號控制。利用電動機可以改變通氣孔的大小，從而改變了衰減力的大小。其工作原理圖見圖3-2</p><p>　　圖3-2主動空氣懸架系統(tǒng)的工作原理圖</p><p>　　主動油氣懸架工作原理：調(diào)節(jié)空氣體積實現(xiàn)剛度特性，通過改變油液管路中的節(jié)流孔的數(shù)量完成阻尼特性調(diào)節(jié)。工作原理圖見 3-3。</p><p>　　圖3-3 主動

39、油氣懸架系統(tǒng)的工作原理圖</p><p>　　主動液力懸架工作原理：電子控制的主動式液壓懸架能根據(jù)懸架的質(zhì)量和加速度等，利用液壓部件主動地控制汽車的振動。在汽車重心附近安裝有縱向、橫向加速度和橫擺陀螺儀傳感器，用來采集車身振動、車輪跳動、車身高度和傾斜狀態(tài)等信號，這些信號被輸入到控制單元ECU,ECU根據(jù)輸入信號和預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出控制指令，控制伺服電機并操縱前后四個執(zhí)行油缸工作。</p><

40、p>　　3.3 主動懸架的優(yōu)缺點</p><p>　　主動懸架的主要優(yōu)點如下：</p><p>　　1）乘坐舒適性控制。被動懸架設(shè)計是對各個性能的折中，而主動懸架則不必在穩(wěn)態(tài)直行時對乘坐舒適性折中，可在操作性能不降低的情況下調(diào)整懸掛系統(tǒng)的參數(shù)獲得更好的乘坐舒適性，也可基于特定的駕駛風(fēng)格進行調(diào)整。</p><p>　　2）車高的控制。載荷變化時保持車高不變，保持

41、車輪全行程跳動，消除在非設(shè)計行駛高度下引起的操縱性變化現(xiàn)象。同時解決了被動懸架針對載荷變化通常將剛度設(shè)計偏高而造成舒適性損失的問題。在粗糙路面上增加離地間隙提高通過性，高速行駛時適當(dāng)減少離地間隙以減少阻力，同時降低重心便于提高操控性和舒適性。</p><p>　　3）側(cè)傾及縱擺的控制。轉(zhuǎn)向時的車身側(cè)傾、加速、制動時車身的縱擺都可以通過調(diào)整有關(guān)車輪的懸架參數(shù)來解決，提高了舒適性，同時消除或減少了由于車身運動而帶來了

42、車輪定位參數(shù)的變化和制動跑偏等問題。提高了操縱性，也減輕了對轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)、懸架桿系設(shè)計時的過高要求。</p><p>　　4)接地性。通過調(diào)節(jié)懸架系統(tǒng)參數(shù)可降低車輪動載波動，提高附著效果，有利于操控性。同時也減輕了輪胎的磨損。缺點方面,主動懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制策略復(fù)雜。其硬件要求高、耗能大、成本高，且采用主動懸架會增加整車重量，其給整車空間布置也帶來了一定的困難，這些都對目前限制主動懸架普及的原因。</p&g

43、t;<p>　　3.4主動懸掛技術(shù)應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r及趨勢</p><p>　　1954年，通用公司的 Federspiel Lacrosse 教授首次提出主動懸架的概念。</p><p>　　1955年作為較早開始研發(fā)主動懸架的公司之一，法國雪鐵龍研發(fā)了一種純機械式的油氣主動懸架系統(tǒng)，但是它的制造工藝過于復(fù)雜，最終未能普及。</p><p>　　1995年

44、Obsen和 Allen 在主動懸架系統(tǒng)上嘗試采用慣性來測量加速度和驅(qū)動液壓閥。進入80年代后，隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得主動懸架系統(tǒng)得以真正實現(xiàn)。</p><p>　　1982年美國Lotus 公司研制了有源主動懸架，并在Vovlo740汽車上進行試用。</p><p>　　1984年美國Lotus 公司發(fā)明了主動懸架專利，且應(yīng)用于賽車。</p><p>　　1

45、986年日本豐田soarer 車型上采用可以對阻尼剛度三級可調(diào)的主動空氣懸架系統(tǒng)。</p><p>　　1989年豐田Celica 車型上裝備了真正意義的油氣彈簧主動懸架系統(tǒng)。</p><p>　　1991年日本NISSAN 在無限Q45車型上裝備來了全主動油氣彈簧懸架。</p><p>　　近年來保時捷、奔馳、寶馬、福特、奧迪等汽車公司也都紛紛在其高級轎車上裝備了

46、各自開發(fā)的主動懸架系統(tǒng)。表3.4列出了部分車型的主動懸掛系統(tǒng)。</p><p>　　表3.4部分車型的主動懸掛系統(tǒng)</p><p>　　同時主動懸架在軍用車輛上的研究及應(yīng)用也是從很早時候就開始了，英國早在70年代就開始在“蝎”使輕型坦克上實驗了液力機械主動懸架系統(tǒng)。2005年底美國L—3公司牽頭研發(fā)生產(chǎn)的電控主動式懸架系統(tǒng)（ECASS）開始在“悍馬”上進行試驗。目前主動懸架研發(fā)的重點和難點

47、主要是執(zhí)行器和控制策略。其主要方向也必然是圍繞上述兩部分技術(shù)尋求突破，具體如下：</p><p>　　1)隨著電子技術(shù)及智能材料的出現(xiàn)，全新的性能更好的執(zhí)行器不斷出現(xiàn)，比如直線伺服電機、電磁蓄能器，帶液壓馬達控制防側(cè)傾桿系統(tǒng)都是研發(fā)熱點。</p><p>　　2)針對目前執(zhí)行器本身的缺點，如果能在執(zhí)行器的響應(yīng)速度、能耗、重量及體積、成本及集成度等一項或多項上能有較大提高，都將大大利于主動懸

48、架的普及。</p><p>　　3)關(guān)于非線性段控制算法和提高算法魯棒穩(wěn)定性的研究。解決這些問題可以從多方面下手，一是繼續(xù)研究新的控制算法；二是尋找多種控制算法的復(fù)合辦法。畢竟單一的算法都要其自身的局限性。如基于LQG的模糊邏輯控制算法等。三是針對模型的不確定性問題，如果能克服及利用“抖振”現(xiàn)象和利用其極限剛度，滑?？刂瓶赡苁且粋€較好的方法。</p><p>　　4)底盤各主動控制系統(tǒng)的聯(lián)

49、合控制。車輛各系統(tǒng)之間，車輛各性能之間都存在著相互影響和相互制約，通過對發(fā)動機、制動、轉(zhuǎn)向、懸架等各系統(tǒng)和相關(guān)性能進行綜合控制，可防止各單獨控制鍵的相互干擾，滿足汽車所有系統(tǒng)性能最優(yōu)而不是單一性能最優(yōu)化。同時聯(lián)合控制還可以共享和集成傳感器、油壓源、控制器。這一年可以提高系統(tǒng)的可靠性，降低成本。</p><p>　　3.5主動懸架的電控系統(tǒng)及控制策略</p><p>　　主動懸架電控系統(tǒng)是典

50、型的多輸入多輸出系統(tǒng)，如下圖所示，其輸入主要是當(dāng)前工況的狀態(tài)信息，輸出主要是調(diào)節(jié)剛度、阻尼和車高的信號，具體調(diào)節(jié)方法很多，通過不同的執(zhí)行元件來實現(xiàn)。</p><p>　　圖 3-4 主動懸架電控系統(tǒng)示意圖</p><p>　　無論哪種類型的主動懸架，都需要有行之有效的控制策略，進而產(chǎn)生確、可靠且具有魯棒性的控制規(guī)律及算法，只有這樣才能最大限度的發(fā)揮主動懸架的性能優(yōu)勢。</p>

51、<p>　　一直以來主動懸架控制理論研究都是熱點，目前已經(jīng)取得一些研究成果，例如天棚阻尼控制、自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、預(yù)測控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、魯棒控制等。其中有些控制理論已經(jīng)在量產(chǎn)車中應(yīng)用。這些控制方法，通過建立系統(tǒng)的狀態(tài)方程式提出控制目標(biāo)及加權(quán)系數(shù)，然后應(yīng)用控制理論求解出所設(shè)目標(biāo)下的最優(yōu)控制方案。與天棚阻尼器控制方式相比，現(xiàn)代控制方法對系統(tǒng)中更多的變量的影響加以考慮，因而控制效果更好。而且，現(xiàn)代控制方式的應(yīng)用，主要

52、是在系統(tǒng)的控制軟件方面做一些改善，并不增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。</p><p>　　3.5.1預(yù)見控制方法</p><p>　　當(dāng)遇到較大或突變的干擾時，由于系統(tǒng)的能量供應(yīng)峰值和元件響應(yīng)速度的限制，很可能無法輸出所需的控制力而達不到希望的控制效果。而預(yù)見控制，由于通過某種方法提前檢測到前方道路的狀態(tài)和變化，使系統(tǒng)有余地地采用相應(yīng)的措施，有可能降低系統(tǒng)的能量消耗且大幅度改善系統(tǒng)控制性能，取得一舉兩

53、得的效果。根據(jù)預(yù)見信息的獲取及利用方法的不同，可構(gòu)成不同的預(yù)見控制系統(tǒng) ，現(xiàn)有的研究中大致有如下兩種：</p><p>　　1）對四輪全進行預(yù)見控制。這種預(yù)見控制系統(tǒng)在車的前部設(shè)置有特制的預(yù)見傳感器以測試前方道路的凹凸情況，然后將這些信息傳至控制器?？刂破鞲鶕?jù)這些信息計算出控制指令。并將相應(yīng)信號送至四個輪中的每一個懸架執(zhí)行機構(gòu)。從理論上講，這種系統(tǒng)應(yīng)該取得最為理想的控制效果，但需要設(shè)置特定的傳感器。</p&

54、gt;<p>　　2）利用前輪信息對后輪進行預(yù)見控制。在這種控制方式中，兩個前輪采用的僅為反饋控制，但通過前輪部分各種傳感器所獲得的信息，都被作為預(yù)見信息而傳送至控制器。在決定后輪的控制指令時，控制器不僅考慮當(dāng)時后輪傳感器得到的各種信息，而且也根據(jù)當(dāng)時的車速和前后輪間的跨距，并考慮前輪各傳感器所獲得的信息。因此，在后輪的執(zhí)行機構(gòu)上，實行的是反饋加前向反饋的雙作用控制。這樣，無須增設(shè)特制的預(yù)見傳感器，只需對控制系統(tǒng)軟件做些修

55、改，便可對后輪實施預(yù)見控制，從而提高后輪的減振效果，同時就整車而言可以減少車體的擺動。因而控制效果得以改善。</p><p>　　3.5.2自適應(yīng)控制</p><p>　　懸架的自適應(yīng)性表現(xiàn)在兩個方面，首先，懸架能夠針對不同的路面輸入自動的在乘坐舒適性與操縱穩(wěn)定性之間進行取舍，既在好路面下強調(diào)操縱穩(wěn)定性，而在壞路面下則強調(diào)乘坐舒適性；其次，懸架能夠針對不同的車輛參數(shù)做出反應(yīng)，并自動進行調(diào)整

56、，使控制器在新的參數(shù)配置下仍然能夠達到性能的最優(yōu)。</p><p><b>　　3.5.3魯棒控制</b></p><p>　　在懸架中應(yīng)用魯棒控制是為使其在任何工況下都能夠性能穩(wěn)定。懸架系統(tǒng)本質(zhì)上屬于一個非線性系統(tǒng)，而在控制器的設(shè)計中，往往將其簡化為一個線性系統(tǒng)。汽車實際運行在一個多變且相對惡劣的環(huán)境中，由于噪聲的干擾、系統(tǒng)建模誤差，車輛參數(shù)的多變性等原因，原本在理

57、論仿真和正常條件下控制性能良好的控制器就很可能出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。魯棒控制很好的解決了這個問題。但因為它主要考慮的是控制器的穩(wěn)定性，是在穩(wěn)定性的前提下尋找滿意解。也就是說，以性能換穩(wěn)定，這種設(shè)計思想偏重于保守。</p><p>　　3.5.4變結(jié)構(gòu)控制</p><p>　　變結(jié)構(gòu)控制是一種控制系統(tǒng)的綜合方法。它是通過切換函數(shù)來實現(xiàn)的。當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)變量所決定的切換函數(shù)值，隨著系統(tǒng)的運動達到某一特

58、定值時?？刂葡到y(tǒng)就由一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)。變結(jié)構(gòu)控制的一大優(yōu)點是其滑動模態(tài)對加給系統(tǒng)的干擾和攝動具有完全的自適應(yīng)性。</p><p><b>　　3.5.5模糊控制</b></p><p>　　模糊控制是對人腦所具有的模糊推理機能的模擬。它應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的知識，模擬人的思維方法，把人用自然語言描述的控制策略改造成模糊控制規(guī)則，按此規(guī)則確定控制量，再對控制量進行解模糊

59、，得到精確的控制值。模糊控制中關(guān)鍵就是控制規(guī)則的確定，它是許多專家經(jīng)驗和知識的結(jié)合。近幾年對模糊控制的研究非常多但真正實用的卻非常少。盡管對這些控制理論的計算機仿真模擬比較成功，證明它們確實能大大改善汽車的行駛性能，但上述工作的大部分仍然只限于理論研究階段，各種現(xiàn)代控制方法在汽車懸架控制中的運用仍然停留在理論探索、仿真及臺架試驗階段。因為它控制算法比較復(fù)雜，所需控制器成本高，而且要求的執(zhí)行元件精度高，響應(yīng)快等等，這一些都決定了它的難實用

60、性。</p><p>　　4主動懸架系統(tǒng)對汽車制動性能改善分析</p><p><b>　　4.1問題的提出</b></p><p>　　由于汽車質(zhì)量的存在，加速及制動過程中必然會產(chǎn)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移，質(zhì)量轉(zhuǎn)移直接影響到汽車動態(tài)軸向載荷的變化。而車輪可能產(chǎn)生的最大制動力與汽車的軸向載荷有著直接的關(guān)系，即: (其中: 制動力，附著系數(shù)， 車軸載荷) 。&

61、lt;/p><p>　　汽車在制動過程中，由于質(zhì)量轉(zhuǎn)移使得各車軸在原靜態(tài)軸向載荷的基礎(chǔ)上附加了動態(tài)軸向載荷。這個動態(tài)軸向載荷使得前軸總軸向載荷增加，后軸總軸向載荷減小。</p><p>　　由于汽車前、后軸的制動力分配比例是一定的，這樣，前軸軸向載荷的增加不可能使地面制動力增加，而后軸軸向載荷的減小將直接影響到制動狀態(tài)。當(dāng)車輪制動力比較小時，由于制動力未超過地面附著極限，地面制動力不會減小，總

62、制動力基本保持不變。</p><p>　　但是當(dāng)車輪制動力比較大時，由于后軸軸向載荷的減小，使制動力超過地面附著極限，</p><p>　　后輪地面制動力減小，對于無制動防抱死系統(tǒng)的車輛或者制動防抱死系統(tǒng)不工作的情況下，后輪會產(chǎn)生抱死，使車輛處于一種非穩(wěn)定狀態(tài)，影響汽車的制動性能。所以，如何減小汽車制動過程中的質(zhì)量轉(zhuǎn)移，進而減小車輛軸向載荷的變化，使最大制動力盡量保持在原來水平，保證汽車足

63、夠的制動力以及制動穩(wěn)定狀態(tài)，是需要研究的問題。</p><p>　　從設(shè)計角度考慮，通過減小質(zhì)心高度、增大軸距的方法可以有效降低質(zhì)量轉(zhuǎn)移。但是，軸距大小影響汽車的總長、通過性、操穩(wěn)性等性能，而質(zhì)心高度影響到汽車的最小離地間隙進而影響到汽車的通過性參數(shù)，這些參數(shù)在設(shè)計過程中一經(jīng)確定，很難進行改動。</p><p><b>　　4.2模型的建立</b></p>

64、<p>　　主動懸架系統(tǒng)就是在原被動懸架系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加裝一個可以產(chǎn)生作用力的動力裝置。動力裝置由液壓源、液壓缸和電磁控制閥等組成。通過控制系統(tǒng)調(diào)整液壓缸壓力，來改變車身運動狀態(tài)。由于在此僅考慮汽車制動過程中俯仰運動所引起的質(zhì)量轉(zhuǎn)移，左右側(cè)的運動狀態(tài)基本接近，為了討論問題簡單，選擇汽車的單車轍模型進行討論。</p><p><b>　　4.3控制器的建立</b></p&g

65、t;<p>　　由于前、后懸架彈簧變形量之差間接反映了汽車俯仰角的大小,即反應(yīng)了汽車俯仰運動狀態(tài)，它與前、后軸軸向載荷大小有著密切的聯(lián)系，所以這里取液壓缸的作用力大小和前、后懸架彈簧的變形量之差以及它們的變形速度之差成線性關(guān)系，即控制器的輸入為前、后懸架彈簧的變形量和它們對應(yīng)的變形速度，輸出為前、后懸架液壓缸的作用力。</p><p><b>　　4.4模擬分析</b><

66、/p><p>　　在模擬過程中,采用一種車型的單車轍模型,各參數(shù)值如下:</p><p>　　模擬汽車直線制動過程中,前、后軸軸載荷的變化以及制動力變化情況。輸入的減速度為近似階躍信號(由0上升到最大減速度的時間為0.25 s) ,取地面附著系數(shù)為0.5,汽車可能達到的最大減速度為4.9m / s 。載荷變化的模擬結(jié)果如圖4-3所示。由于載荷變化產(chǎn)生的減速度變化曲線如圖4-4 所示，速度隨減速

67、距離變化關(guān)系如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-3 制動過程中后軸軸載荷隨時間的變化曲線</p><p>　　圖4-4 制動減速度隨時間變化曲線圖</p><p>　　圖4-5 制動過程中速度隨制動距離變化曲線</p><p>　　由圖中曲線可知，在整個模擬過程中，由于制動引起被動懸架系統(tǒng)后軸軸向載荷降低最大幅度為22.08% ，平均

68、下降幅度為11.56%。而主動懸架系統(tǒng)后軸軸向載荷降低最大幅度為1.36% ，平均下降幅度為0. 92%。相比之下，主動懸架系統(tǒng)后軸軸載荷最大降低幅度僅為被動懸架系統(tǒng)的6.16% ，整個過程平均下降幅度為被動懸架系統(tǒng)的7. 96%。</p><p>　　由此引起的主動懸架系統(tǒng)的制動力下降幅度相對減小，使制動過程比被動懸架系統(tǒng)更快一些，整個過程被動懸架系統(tǒng)減速度平均值為3.98m /s ，而主動懸架系統(tǒng)減速度平均值

69、為4.23m /s2 ，主動懸架系統(tǒng)比被動懸架系統(tǒng)平均減速度增加了6.25%。并且由圖5可以看出，在制動距離為10m時，主動懸架系統(tǒng)比被動懸架系統(tǒng)速度低1.78%，在20m時速度低3.45%。</p><p><b>　　結(jié)語</b></p><p>　　由模擬結(jié)果可以看出，與被動懸架系統(tǒng)相比較，在汽車制動過程中，主動懸架系統(tǒng)使汽車的后軸軸向載荷下降程度大幅度減小，并

70、且使得整個過程中軸向載荷的振蕩幅度也相應(yīng)下降，說明汽車通過主動懸架系統(tǒng)可以有效提高制動能力和制動穩(wěn)定性，是改善汽車制動性能的一種比較有效的方法。</p><p>　　隨著車輛參數(shù)及行駛工況的變化，對懸架系統(tǒng)性能的要求是不同的：一方面，為提高懸架系統(tǒng)的行駛平順性，希望懸架系統(tǒng)的剛度較小，而采用較軟的懸架；另一方面，為了提高車輛的行駛安全性和方向的控制，則要求懸架系統(tǒng)的阻尼和剛度都比較大，需要采用較硬的懸架以減少車輪

71、與車身件的相對行程，獲得良好的路面附著于支撐。傳統(tǒng)的被動式懸架系統(tǒng)的彈性元件的阻尼元件的剛度值和阻尼值是固定的，在汽車行駛過程中無法隨著路面狀況、載荷和車速等因素的變化而變化。目前，被動懸架系統(tǒng)的潛力已經(jīng)接近極限，所以有必要設(shè)計一種不同于被動懸架系統(tǒng)的新型懸架系統(tǒng)，它可以隨汽車行駛狀況而自適應(yīng)的改變其阻尼和剛度參數(shù)，具有優(yōu)良的減震性和操縱穩(wěn)定性。</p><p>　　主動懸架一般采用閉環(huán)控制。所謂閉環(huán)控制就是說輸

72、出量反過來又對系統(tǒng)的控制作用有直接影響的控制，也就是說對彈簧剛度和減振器阻尼的控制結(jié)果，還必須有反饋系統(tǒng)把信息傳遞給電腦，再有電腦進行分析和修正，以達到最佳的控制效果。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在即將畢業(yè)的這段時間論文研究過程中我收獲到了很多，對我今后的工作啟發(fā)很大，知識要不段運用才有新的啟發(fā)與進步。</p><

73、;p>　　本文是在xx教授悉心指導(dǎo)下完成的，在寫論文期間教授的指導(dǎo)和教誨使我受益非，他對論文進行了詳細的審閱傾注了大量的心血，在此特向老師表示衷心的感謝，感謝他對我的無私教誨和幫助。</p><p>　　同時也要感謝系里老師們的教導(dǎo)。感謝汽車教研室的老師們，為我提供了良好的學(xué)習(xí)研究環(huán)境！你們不但是傳授科學(xué)知識的導(dǎo)師，同時也是傳授人生觀、價值觀的良師益友。</p><p>　　感謝我的

74、爸爸媽媽，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。 </p><p>　　另外，在我大學(xué)的學(xué)習(xí)生活中，我得到了身邊很多同學(xué)老師對我生活和學(xué)習(xí)上的大力幫助，使我從中受益很多，在此一并感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]余強,鄭慕僑. 汽車懸架控制技術(shù)的發(fā)展. 汽車技術(shù), 1994.

75、</p><p>　　[2]崔勝民，《現(xiàn)代汽車系統(tǒng)控制技術(shù)》，北京大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[3]張玉春，王良曦，等。 汽車主動懸掛控制的研究現(xiàn)狀和未來挑戰(zhàn) [J]控制理論與應(yīng)用，2004.</p><p>　　[4]林秉華，最新汽車設(shè)計實用手冊，哈爾濱，黑龍江人民出版社，2005.</p><p>　　[5]王國麗等，車輛

76、主動懸架技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，兵工學(xué)報，V01.2,2000.</p><p>　　[6] 劉同福. 汽車維修企業(yè)8項管理[J]. 北京: 機械工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　[7] 周龍保. 國內(nèi)外著名汽車維修行業(yè)管理制度全集[J].河北:中國汽車工業(yè)科技出版社，2006.</p><p>　　[8] 陳煦.邁向新世紀—車輛維修業(yè)發(fā)展研究(一).