主页 > 案例大全 > 论文写作模式-汽车全主动式悬架系统方案设计

论文写作模式-汽车全主动式悬架系统方案设计

2021-04-06 09:08:24

  汽车主动式悬架系统是当今汽车发展的主流趋势,其在设计上强调了除在悬架系统上增加阻尼装置之外,还有自适应调节装置,保证汽车可以在行进过程中根据路况和车辆的起伏情况,进行主动自适应调整,从而达到有效提高汽车舒适性和操控稳定性的作用,同时可以有效增加汽车整体的使用寿命,改善汽车驾驶人员的驾乘感受,本设计方案就是针对汽车主动悬架系统进行的方案设计和优化,目的就是通过方案设计,达到改进方案性能,提升产品品质的目的。

  悬架系统分别由弹性元件,减震器和导向机构等几部分组成,其结构形式呈现多样化。在现代汽车中,悬架基本上使用的都是螺旋弹簧以及扭杆弹簧结构,少数级别相对比较高的使用的是空气弹簧。

  汽车悬架可以分成独立悬架和非独立悬架,一个整体车桥连接两边车轮的结构属于非独立悬架,车桥采用断开式的属于独立悬架。独立悬架的优点是一个车轮不会因为另一个车轮的摆动而跟随摆动,它们相互之间不会影响,所以称为独立悬架。

  1.1.1悬架的功能

  因为车轮与车架之间的力和力矩是通过悬架来进行传递,汽车的各种使用功能都会受它影响,所以我们在对悬架进行设计时,要求比较高。

  从外表上而言,悬架只是通过一些杆以及筒或者是弹簧组成的,然而。轿车悬架一般情况下很难完美,因为一边要保证汽车的是否满足其舒适程度,又要满足驾驶过程中的平稳性,而这两者之间本来就有很大的矛盾。例如,为确保舒适性,应当尽量减少汽车振动,弹簧因此整体刚性都相对较软。但如果弹簧刚性过低,超过安全极限。在汽车制动过程中,又会使汽车车头下探,继而影响汽车的驾驶和操作过程的舒适性、平稳性。

  1.1.2悬架的分类

  小型乘用车根据其工作原理的不同,汽车悬架分成主动悬架,半主动悬架和被动悬架。

  1、主动悬架

  主动悬架是通过电脑来进行控制。利用电脑强大的功能使得力学与电子学相互结合,这种技术装置的复杂性也相对比其他技术装置高。

  结合电脑收集的各种数据对比固定临界值,然后通过计算整合选择最为匹配的悬架状态。另一边电脑可以对每一个车轮上面的执行原件进行独立的控制。所以,一般小型乘用车的驾驶模式就不再是单一的,就会有多种驾驶模式与体验,轿车可以在驾驶员的操作之下,及时反映出最佳状态的悬架,然后确保车辆的舒适性。

  主动悬架可以最大程度的将车身运动控制好。

  2、被动悬架

  被动悬架也就是传统的悬架,组成部分分别为弹簧导向机构以及减震器等等,具体的功能是使得路面的冲击力大幅度降低,减少汽车承载系统的振动。在这个过程中,弹簧的作用就是缓解冲击力,减震器是为了使得振动衰减。

  虽然这种传统的悬架结构相对比较简单,而且价格比较低,但是由于其中的参数没有办法调整,就存在很大的局限性。具体体现为:过去的悬架是被动调节,现在是主动调节,只能够针对一些特定的情况来进行优化;悬架元件只会对局部的运动反应,所以悬架参数的取值范围受到了局限。我们研究发现因为弹簧的刚度引起振动的不适,主要发现在人体共振频率附近,最终决定阻尼力的是在非悬置质量共振频率的附近。减小悬架刚度能够最大程度的解决舒适度的问题,但是不利于改善轮胎的动载荷。因为这种本质矛盾的存在,参与研究设计的工作人员无法优化其参数,也就不能达到最优的性能。因此,传统的被动悬架存在一些不完美。随着人们对于汽车速度要求提高时,悬架的性能也要大大提升。智能悬架系统的诞生就满足了这一条件。

  3、半主动悬架

  主动悬架在构造方面和半主动悬架非常相似。两悬架系统的不同在于,在半主动悬架中,主动力作动器替换了本身的阻尼器。当前针对半主动悬架的相关钻研,大部分都局限在阻尼控制这一问题上,运用合理的控制律。半主动悬架则只需耗费极少的能量来对电磁阀进行进行驱动,不需要外加动力。半主动悬架能分成两种,第一种是连续可控式;第二种是分级可控式。这两者的不同便在于,第一种当中的阻尼系数从一定转变范畴当中能够持续调节,而第二种仅有几种阻尼系数能够选取切换。

  1.2主动悬架系统发展现状

  在汽车的发展过程中,车辆工程人员就一直钻研如何改进汽车悬架系统的设计。在1908年的时候,将螺旋弹簧运用在汽车上,当时的时候拥有两种完全不一样的意见。第一种意见表明,应当运用刚性非常大的螺旋弹簧,这能够让车轮维持和路面接触的倾向,让轮胎抓地力得到大幅度提升,可是其不足便是会让乘客拥有非常强大颠簸感。第二种意见表明,应当运用较软的螺旋弹簧,这样可以更加有效适应凹凸不平的道路,让汽车平稳性和舒适性得到有效提升。但是这样的汽车操纵性较差。到三四十年代的时候,独立悬架被研发出来,并获得了快速进展。而且减振器也从最开始摩擦式慢慢进展成液力式。这些改进从很大程度上提升了悬架性能,可是不管如何改进,这个时期的悬架依然是被动式悬架,在许多层面依然拥有非常大的局限性。

  对于悬架性能的权衡,重点是通过汽车在行驶过程中的平顺性以及操控平稳性来进行,可是这两者是彼此冲突的性能要求,通常无法同时得到满足。如何从两者间实现均衡进而达到最佳成效,始终是工程师钻研的主要课题。

  对于操控平稳性的评判,则能够经过车轮动载来衡量。譬如,要是弹簧刚度下降的话,那么车体加速度便会下降从而增强平顺性,可是也会致使车体位移情况得到增强。因此所形成的车体重心变动会致使轮胎负荷转变增强,这将会对操控平稳性造成非常不好的影响;另一层面,弹簧刚度的提高会让操纵平稳性得到增强,可是比较硬的弹簧会致使汽车对于道路凹凸状况非常敏感,致使平顺性下降。因此,良好的悬架应当可以才能够所有运用状况下都拥有不一样的弹簧刚度以及减振器阻尼,不但可以让平顺性需求得到满足,同时还可以让操控平稳性需求得到有效满足。

  为了弥补这一缺陷,主动悬架应运而生。主动悬架系统可以依照汽车系统的运作形态与外部输入的转变来进行反应,让悬架一直都处在良好的减振状态。半主动悬架是通过调节的弹簧或是调节能够进行调节的阻尼器所组成,让其和全主动悬架做比较,在运作的时候基本不会损耗发动机的功率,并且构造也较为简洁、成本比较低,所有获得了普遍关注。

  因为对于被动悬架的设计,是以让汽车平顺性以及操控平稳性两者间实行折中需求得到满足的方面开始着手的,针对不一样的运用需求,只可以做到让关键性能需求得到满足而降低次要性能。虽然杜绝了被动悬架一直在改进其被动元件,来降低其成本,提升其可靠性,可是依然无法让平顺性与操控平稳性两者间冲突的需求同时得到满足。

  应运而生的主动悬架观念,其可以依照悬架质量加速度,运用电控液压部件而针对汽车振动进行自主掌控。基于这一层面的钻研,许多汽车公司都投入了大量精力。到九十年代的时候,日产公司将新式主动悬架运用到了无限Q45轿车上面,这样汽车适应凹凸不平道路的实力得到了大幅度提升。

  随着科技水平的不断提高,从而研制出了可变特性悬架控制系统。其能够依照运作条件和道路情况,用手动来针对悬架特性变动进行掌控。

  奔驰公司所运用的ABC系统就是十分完善的和先进的主动悬架系统的代表。ABC系统设计者从最初便没将关注点放到传统思路上面,其以一种独创的方法,从而针对车身在行驶过程中所产生的跳动进行具体钻研。他们觉得,在平稳性方面思考,经过掌控车身从行驶经过中所产生的起伏、倾斜和跳动,能够让舒适性得到大幅度提升,并且会更加简洁直接。对驾驶来说,运用拥有非常强刚性的螺旋弹簧,能够有效确保汽车良好的操控驾驶性。从很多年之前,钻研人员便针对这一层面实行了验证。近几年,伴随电子技术的迅速进展,以及汽车对于电脑控制的广泛运用,这样的新型主动悬架变成实际的条件也愈加成熟。ABC系统可以经过感应非常微小的车轮和车身动作,不管从怎样大的车身振动以前都可以快速针对悬架系统实行调整,确保车身处于水平状态。这一系统可以非常好地适应所有道路状况,即便是从非常不平整的道路上,汽车依然可以维持良好的操控性、舒适性和平稳性。

  如何实现预期的成效,这套系统在所有悬架滑柱中会装一个液力调节器,其作用是可以针对液压缸实施调节。让其依照不一样的道路状自主调整螺旋弹簧座方位,这点非常关键。。当车轮碰到阻碍物体的时候,ABC系统会经过传感器来进行感知,从而自主调整弹簧座,同时从弹簧座上面增加压力,让其可以尽可能消除传输给车身的跳动能量。并且,ABC系统还可以有效防止汽车在进行制动、加速或者是转弯的时候出现倾斜的状况。由于汽车的制动所产生的惯性,导致了弹簧发生形变,悬架系统的传感器就会根据其车身的制动情况进行勘测。微电脑会依照传感器所输送出来的讯息,和之前所设定的数据实行比对测算,并快速明确在悬架的什么方位应当增加多大的负载,从而让倾斜角度得到有效降低。几乎无论车身处于何种状态都可以维持水平。

  经过ABC系统的调节,汽车的运动性大大提高,可以精准的掌握和把控汽车的跳动状况,同时还可以有效调节汽车高度,即便是从非常崎岖的道路上,汽车出现跳动的幅度依然可以很小。并且汽车在快速行驶与进行转弯的时候,其平稳性可以得到大幅度提升。车身侧倾角度会变得非常小,并且车轮外倾情况也会得到有效改善,轮胎可以非常好地和地面维持垂直接触,让轮胎对于地面所产生的抓地力得到大幅度提升,让轮胎的驱动制动效用得以充分展现。并且汽车承载量不管发生怎样的变动,汽车依然可以维持相应的车身高度,保证悬架的几何关系不会发生变化。

  当前,这一主动式车身控制系统从奔驰最新的C系列轿车上面已获得了广泛运用。

  1.3课题的目的与意义

  汽车悬架系统的性能好快会对驾驶人员和乘客的舒适度,操控性和安全性有着十分大的影响。被动悬架因为参数的固定,所以使得其在根本上致使两者出现了冲突,主动悬架是一种非常先进的悬架系统,其可以依照实时运作情况,自主调整与形成需要的悬架控制力,让悬架一直处在比较好的减振状态当中,进而让两者得以有效结合。

  主动悬架由于本身所具有的结构特性,所以使得其从增强舒适性层面拥有非常大的潜力,会慢慢替代被动悬架与半主动悬架。随着理论知识和硬件设施的完善,主动悬架系统技术将会逐步完善,进而让汽车性能得到大幅度提升,这将会给主动悬架带来非常宽广的运用前景。

  1.4本课题的研究内容

  针对汽车液压式主动悬架系统进行相关设计。让悬架系统针对悬架刚度以及阻尼力进行相应调整,同时针对车身高度进行相应调整。其工作原理为,经过传感器的测量系统准确测出汽车的各个部位振动情况,随后控制中心接收传感器测出的汽车的振动情况,之后再通过控制中心为能量源发出指示,从而形成控制力,再通过执行器来实行掌控,以此来让悬架振动得到有效减弱。

  2汽车全主动式悬架系统方案设计

  主动悬架是通过电脑来控制悬架系统进行工作的新型悬架,在技术上结合了机电和力学等相关专业知识,属于较为繁琐的机电控制装置。

  微电脑控制单元可以针对所有车轮上面的执行元件实行单独掌控,经过掌控减振器当中油压的转变情况从而形成抽动,进而可以随时从任意车轮上面形成与需求相符的悬架运动。

  2.1对比主动和从动悬架

  主动悬架自身结构也是一个独立的动力驱动系统,是由执行机构、检测系统、反馈控制系统和能源系统四部分组成。它的运作原理便是,测量系统通过传感器获得汽车振动有关讯息,然后再将所获信息传输至控制中心来进行处理。为了让悬架的振动能有效减弱,控制中心发出的指示是先让能量源形成控制力,再指示执行器来进行掌控,主动悬架因为其是独立系统主动调节,所以在工作过程中能量损耗巨大,综合成本也相对比较大。基于此,所以主动悬架技术在发展过程中仅在少部分高档乘用车中使用。而半主动悬架与其相比,不仅构造简捷,而且成本相对也比较低,还不需要耗费太多能量,对于振动的控制效果基本和主动悬架相靠近,综合性价比和被动悬架相比要好很多,受到了业内的普遍关注,所以在发展前期发展迅猛。针对这种悬架设计的目的是让汽车平顺性和操控平稳性进行匹配,寻找最佳的结合点。针对不同的需求差异,需要在综合性能保障方面进行综合权衡和比较。被动悬架成本低且可靠性高,但是它的缺点是不能让平顺性和操控平稳性两个需求同时得到满足。众所周知,螺旋弹簧的刚性非常大,如果采用可以使车轮维持和路面接触的倾向,让轮胎抓地力得到大幅度提升,但在汽车制动过程中会让乘客感觉十分颠簸。如果运用比较软的螺旋弹簧,则能够非常好的适应比较崎岖的道路,让乘客舒适性得到大幅度提升,但这种汽车却很难进行操控。

  2.2对比电控液压悬架系统和电控空气悬架系统的优劣点

  如果按照悬架系统机构进行区分对比,就将分为电控液压悬架系统和电控空气悬架系统。。

  从前面车轮以及后面车轮的周边设置高传感器,依照其所发出的讯号,从而微机判定车身高度的变动情况,再真滴压缩机以及排气阀进行掌控,从而让弹簧压缩或者是延长,进而实现减振目的。空气悬架给予了汽车更多的灵性。当汽车处于高度行驶状态的时候,悬架能够经过变硬,从而让车身平稳性得到大幅度提升;反之汽车长时间低速行驶在不平整路面时,控制单元又将悬架变软,让驾驶的舒适性得到提高。

  主动悬架是较为先进的控制形式,用电脑的控制实现在面对路面的各种状况时减少其对汽车和乘客的冲击。其不但可以让汽车拥有想安装了弹簧一样的舒适感,同时还可以确保汽车拥有非常强的操控平稳性;对传统悬架系统来说,只要参数确定,那么汽车从行驶经过中便不可以再调节,所以,也对悬架性能产生了非常大的约束。当前在乘用车上面所运用的电液控制悬架系统,基本都拥有两个功能,分别是:一是具有车高调节功能。无论汽车负载从设定范畴当中发生怎样的变动,都能够确保车高一定,能够从很大程度上避免汽车在进行转向的时候出现侧倾的状况。当汽车从比较崎岖的路面上进行行驶的时候,能够让车身高度得到有效提升;当汽车处于高速行驶状态的时候,又可以使高度得到下降,以此来降低风阻,同时还可以提升其操控平稳性。二是具有衰减力调节功能。它的效用便是可以提升车辆操控平稳性。

  2.3液压式主动悬架的工作原理

  液压式主动悬架原理图如2.1所示,是由数字控制器环节、比例放大器环节、电液比例方向阀环节、非对称阀控非对称缸-负载环节和反馈环节构成,结构简图如图2.2所示。

  图2.1电液压力控制系统原理框图

  当指令信号电压作用于自适应主动悬架液压系统时,可以使液压缸活塞输出力推动外负载力矩杆运动。在液压缸无杆腔内安装压力传感器,可以实时反馈液压缸无杆腔的压力。反馈回的电压信号与指令电压信号比较,得出偏差电压信号,经比例放大器放大后输入到电液比例方向阀中。电液比例方向阀输出的负载压力与偏差电压信号成比例,负载压力使负载力朝着使误差趋近于零的方向变化,直至负载力反馈信号电压与指令信号电压相等为止。

  图2.2非对称阀控制非对称缸系统结构简图

  2.4液压系统方案确定

  电控空气悬架与电控液压悬架这两个系统有着共同的优点,在不平整的路面上开动的时候可以升高自身车身保护车辆底盘也提高了通过不平整路面的可能性。当然缺点有,电控主动空气悬架的后期保养维护这一方面费用一直是高居不下的。这就让我们不得不对现有的液压式悬架系统扎漏补缺,保证原有的优点的同时也要设计出改正了原有缺点的液压式悬架系统[5]。

  电脑板能将它接收的讯号经过计算处理后掌握各零部件的完全控制和调整,是因为有阻尼孔的调节,阻尼孔调节节流阀,再由传感器发送电脑板能接受的讯号。将车身高度传感器所勘测到的讯息输送至电脑板,然后通过电脑板将所接收到的讯息进行相关处置,以此来掌控系统中影响车身高度的控制元件,保证了悬架达到车身的高度理想值。在通过了蓄能器的排气与进气后,使气室容积发生改变,以此来达到刚度调节的目的。伺服阀方位的调整是由控制器的运用实现的,阀芯方位确定后再从伺服阀所流出的压力油的多少和处于什么样的方向,在测得各种压力差,控制力的情况下,车辆的行驶状况就会在电脑板的调整下变得变得更具有舒适性和平稳性。如图2.3。

  图2.3液压伺服控制系统原理图

  1-液压缸;2-蓄能器;3-M型三位四通阀;4-溢流阀;5-电动机;6-液压泵;7-过滤器;

  8-蓄能器 ;9-单向阀;10-空气压缩机;11-放气阀;12-节流阀;13-油箱

  2.5本章小节

  此章重点针对汽车悬架的类别实行了解析,并探析了主动悬架的进展情况,针对悬架实行了系统性的比较钻研,掌握其类的优点以及缺点,阐明了液压主动悬架的基础运作愿意、基础控制功能,并针对下面文章提供了理论基础。

  3悬架刚度调节机构设计

  在各类汽车装置的电子控制悬架系统当中,基本上都采用了空气弹簧和普通减震器。为了能清晰液压式悬架的设计我们借鉴了悬架的刚度能由普通减震器和空气弹簧来进行调节的相关知识,普通减振器通过液压缸来进行替换,而蓄能器则可以用来替换空气弹簧。经过空压机供应气体和蓄能器排出气体的功能,就能让蓄能器当中压缩空气的压力发生变化,从而改变悬架的刚度。

  3.1悬架刚度的自动调节

  图3.1车身高度调节机构系统图

  1-液压缸;2-蓄能器;3-M型三位四通阀;4-溢流阀;5-电动机;6-液压泵;7-过滤器8-蓄能器 ;9-单向阀;10-空气压缩机;11-放气阀;12-油箱

  空气压缩机连接蓄能器,经过液压缸来发送压力讯号,而蓄能器的排期和补气是由电脑板掌控空气压缩机来实现的,再由补充的压缩空气调节和控制刚度。蓄能器只要进行补气工作,那压力讯号比所设定的压力高,在补气过程中悬架的刚度也会随之提高,反之则需要经过蓄能器排气来为空压机进行补气,让悬架刚度得到降低。

  3.2蓄能器的选择

  气囊式蓄能器其实就是经过上方的充气阀把一定压力的惰性气体充进气囊当中,蓄能器压力是通过气体压力大小而确定的。若系统压力超出蓄能器许应值,那么压力油便会通过壳体底部限位阀流进蓄能器中,将气囊当中所拥有的气体进行收缩,用蓄能器来进行能量的保存;若是系统压力比蓄能器内小的话,那么气囊便会扩张,从而把压力油经过限位阀输送出来,蓄能器便会将所保存的能量进行释放。限位阀主要是用来避免气囊在扩张的时候,在蓄能器油口的位置被挤压出来而遭到毁坏。这一类型的蓄能器气体和液体是被分隔开的,是如今最为常见的一种蓄能器。

  液压系统中的液压泵在运作中突然停止的时候,蓄能器就会为液压紧急系统供油用来救急。这就是蓄能器的主要作用。0.6L的容积是因为液压缸的下腔比上腔大。

  因

  由式整理得出,

  为了降低功损,有效的办法就是在伺服控制系统中安装靠近悬架的蓄能器且容积必须大于8L,还要满足充当空气弹簧的作用。

  3.3空气压缩机的选择

  空气压缩机的作用就是把机械能变为压力能的一种装置。

  空气压缩机有很多种,活塞式适合运用的压力范畴非常大,尤其是适合运用在拥有非常高压力的中小流量场合,当前其依然是运用非常普遍的一种类型。而螺杆式与离心式两种的运作非常平稳。另一方面是有着无限发展前景的用作气压传动的空气压缩机。螺杆式的比较适合运用在压力比较低,流量比较小的场合。

  当前,一般气动系统工作压力都在0.5~0.8范围内,所以,对于额定排气压力应当选取数值在0.7~1范围之内的低压空压机。

  当拥有特殊需求的时候,也能够选取中压是1~10、高压是10~100乃至超出100的空气压缩机。引用国标QC/T29078-1992

  1、输出压力

  由式整理可得===8.2

  2、输出流量

  要测出空气压缩机需要消耗的具体流量数值,需要各种不同的启动设施消耗的压缩空气量推出的自由空气量。

  自由空气流量,达到可以不用在意因温度变化而影响计算,那么;引用国标QC/T29078-1992

  由式整理可得出qz=

  所谓自由空气流量,实际上指的是当温度处于、大气压力处于、相对湿度处于百分之六十五情况下的流量。

  由式整理可得qc

  上式中~;~;即为求得结果

  通常情况下,可令~。依照上面所测算出来的与数值,对于压缩机的选取,我们能够选取容量比较大的型号。因为压力不足,我们只能选取压力达到中压的空气压缩机。

  3.4本章小节

  此章明确的说明了运作原理和刚度调节机构的组成情况,其是经过传感器从而将讯号输送至ECU,然后再通过ECU来对空气压缩机以及蓄能器排气阀两个部件发送相关控制指令,以此来让悬架刚度实现自主调节。还进行了蓄能器及空气压缩机的选择。

  4结论

  本设计是通过针对全主动式悬架系统进行设计和分析的基础上,对传统悬架系统进行分析和比较,从中找出有待改进和提升的地方。然后结合当前主流悬架系统所采用的主动式悬架系统进行设计,对比各个方案之中的异同,从中找出一个可以有效保证汽车整体操控性和稳定性的最优方案,为今后汽车制动系统的改进和优化提供理论支持,从悬架系统的技术方案改进设计过程中,探索未来汽车全主动悬架系统发展的趋势和方向,研究在当前机电液结合的技术背景下,汽车全主动悬架的技术发展情况,将汽车整体的舒适性和稳定性再进行有效提高,为汽车整体性能的有效改善贡献一点力量。