汽车电控悬架的现状及趋势.pdf

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1、E q u i p m e n tM a n u f a c t u r i n gT e c h n o l o g yN o 4 ，2 0 13 汽车电控悬架的现状及趋势 杨辉 ( 烟台汽车工程职业学院，山东烟台2 6 5 5 0 0 ) 摘要：A - 车- 电子控制悬架系统是一种先进的悬架系统，其减震性能优异，得到越来越广泛的使用在车辆振动控制中。 介绍了几种新的电子控制悬架系统。并对电控悬架发展趋势和研究开发给出参考依据。 关键词：电控悬架；主动悬架；空气悬架 中图分类号：U 4 6 3 3 3文献标识码：B文章编号：1 6 7 2 - 5 4 5 X ( 2 0 1 3 ) 0 4

2、0 2 0 4 - 0 3 随着生活水平的不断提高，人们对于汽车的操控 性和舒适性有了更高的要求。这其中，车辆减振系统起 着至关重要的作用，而采用被动悬架很难做到两全其 美，于是，适应能力更强，感受更完美的电控悬架系统 就诞生了。随着电子技术的迅猛发展，车用微机、各种 传感器、执行元件的可靠性和寿命都大幅度提高了，为 满足人们对汽车舒适性的要求，2 0 世纪9 0 年代以来， 各大汽车公司相继研发了提高汽车舒适性的电控悬架 系统E C S ( E l e c t r o n i cc o n t r o ls u s p e n s i o n ) o 在汽车上装备 了电控悬架系统，当汽车急转

3、弯、急加速或紧急制动 时，车上人员能够感觉到悬架较为坚硬，而在正常行驶 时能够感觉到悬架比较柔软。电控悬架还能平衡地面 反力，使其对车身的影响减小到最低程度。因此，随着 汽车电子技术的快速发展，许多中高档轿车、大客车以 及越野汽车上都装备了电控悬架系统。 1电控悬架的发展现状 现代汽车中的主动悬架多采用电子控制系统，简 称电控悬架。电控悬架系统由传感器及控制开关、电 子控制单元E C U ( E l e c t r o n i cc o n t r o lu n i t ) 和执行器组 成。它是一个闭环控制系统，根据车辆的运动状态和 路面状况，由加速传感器、制动灯开关、转向传感器等 检测信号，

4、并把信号输送给电子控制单元E C U ，由E C U 进行实时运算处理，而后对减振器控制器发出相 应指令，主动响应控制悬架的刚度大小、阻尼系数大 小及车身高度高低信号。E C U 的控制信号准确地动 作，及时地调节悬架的刚度、阻尼系数及车身高度，使 悬架系统始终处于最优减振状态，并能抑制和控制车 身运动。当汽车制动或转向时的惯性引起弹簧变形 时，主动悬架系统会产生一个与惯性力相对抗的力， 减少车身姿势的变化。目前大部分的电控主动悬架系 统都是通过空气、液压、电磁液这三种方式来实现悬 架的可调性的。所以主动悬架的特点就是能根据外界 输入或车辆本身状态的变化进行动态自适应调节。 目前研制开发的新型

5、主动悬架有电控主动液压 悬架，电控主动空气悬架，电磁主动悬架系统、A B C 主动车身控制悬架系统、B O S E 新型主动悬架系统等 几种。 1 1 电控主动液压悬架 电控主动液压悬架的悬挂高度可以手动调节， 并且可以自动调节减振器的刚度和阻尼。电控主动 液压悬挂液压球替代了传统的螺旋弹簧和液压球的 人工控制车身高度，车辆上无论装载多少人员或货 物的数量，行驶过程中车身高度能始终保持不变。在 汽车重心附近安装有纵向、横向加速度和横摆陀螺 仪传感器，用来采集车身振动、车轮跳动、倾斜状态 和加速度等信号，然后把这些信号输送给电子控制 单元E C U ，E C U 根据预先设定的程序发出控制指令，

6、 控制伺服电机并操纵前后四个执行油缸是增压还是 泄压，以保持合适的减振器阻尼和足够的支撑力【l 】。 电控调节阻尼力及弹簧刚度的控制过程为：通 过计算机( 自动) 及手动开关可改变悬架弹簧的弹性 系数和减振器的缓冲力。电子控制单元E C U 根据行 车条件自动调节车辆减振力和阻尼力，通过控制缓 冲力的强弱来消除车辆行驶中的不平衡，可以使车 辆在颠簸路面上保持平稳状态，并自动调整车辆在 紧急制动时前倾和加速时的后仰，以保证乘坐的舒 适性。电控主动液压悬架提供舒适( C o m f o r t ) 和运动 ( S p o r t ) 两种模式供选择，并且提高了电子控制单元 E C U 的计算速度。

7、 收稿日期：2 0 1 3 - 0 1 1 0 作者简介：杨辉( 1 9 7 8 一) 男，工学硕士，主要担任汽车类专业课程理论和实习教学及研究工作。 万方数据 装备制造技术) 2 0 1 3 年第4 期 1 2 电控主动空气悬架 电控主动空气悬架的软硬程度和车身高度可以 自我调节和控制，采用空气弹簧和减震器，以提供更 好的舒适性和车身高度。它的原理是用空气压缩机 提供压缩空气，并将压缩空气送给弹簧和减振器的 空气室中，以此来改变车辆的高度。在所有车轮的附 近设有车身高度传感器，根据车身高度传感器输出 的信号，电子控制单元E C U 确定该车辆的高度，然后 控制所述压缩机和排气阀，使弹簧的压缩

8、或伸长，从 而达到控制车辆高度的目的。 以雷克萨斯L 5 4 0 0 轿车电控空气悬架系统为例， 该车电控悬架为主动式空气弹簧悬架，弹簧刚度和汽 车高度控制可以自动根据驾驶条件进行控制，减振器 也由E C U 控制，以抑制汽车的侧倾、制动时前部点头 和加速行驶时后部下坐时汽车姿势发生变化，因此， 可以显著提高车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性闭。 电控空气悬架由传感器及开关、悬架E C U 和执 行器组成，如图1 所示 3 1 。 1 4A B C 主动车身控制悬架系统 A B C ( A e t i v eb o d yc o n t r 0 1 ) 主动车身控制悬架系统 是比较先进的主动悬架系统

9、，它通过感应轻微的车 轮及车身的运动，在车辆有任何较大的车身振动之 前，及时调整悬架系统，保持车身的平衡，简称主动 式车身控制悬架系统，即A B C ( A c t i v eb o d yc o n t r 0 1 ) 。该 系统可以很好地适应各种道路条件，不平坦的路面 上行驶时，车辆可以保持良好的操纵性，舒适性和方 向稳定性。 1 5B o s e 新型主动悬架系统 B o s e 主动悬架系统在每个车轮处使用一个线性 磁电动机取代了传统的减振器和弹簧装置。放大器 随着系统的每次压缩重新产生动力向电动机提供电 力。此种电动机的主要优点是它们不受传统液压式 减振器固有的惯性限制。因此，线性磁

10、电动机伸缩速 度更快了，从而几乎完全消除了车厢的振动。车轮的 运动可以控制得如此之好，以至于不管车轮发生什 么情况，车身都能保持平稳。线性磁电动机还可以抵 消汽车加速、制动和转弯时的车身运动，操控稳定性 更好。虽然有许多新型弹簧和减振器，但在过去的几 十年中，汽车悬架的基本设计仍未有重大突破，但随 着B o s e 全新的悬架设计理念的引入，可能会使汽车 悬架设计发生变化，B o s e 悬架是独立悬架面世以来 汽车悬架领域的最大进步。 孝 2汽车主动悬架的发展趋势及研究开发建议 高 度 控 制 2 1 汽车主动悬架的研究发展趋势 图1雷克萨斯L S 4 0 0 轿车电控悬架系统控制方框图 1

11、 3 电磁主动悬架系统 凯迪拉克电磁主动悬架，当接通电流后，磁流变 减振器磁流变体材料中的原来处于分散状态的磁性 体便会横向排成一列，减振器内部的液体形状会发 生变化，因此，减振器的阻尼会变硬，并且可随着磁 场强弱无级变化。磁流变减振器结构简单，其反应速 度是微秒级的，每秒可以动作10 0 0 次，这是普通主 动悬架难以实现的，而且高速行驶时也会应付自如。 另外，磁流变减振器对车辆是低功率要求( 每一减振 器最大需要2 0w ) ，这几乎不会损耗发动机的动力。 半主动悬架性能稍逊于主动悬架，但结构简单， 成本低，半主动悬架扔是目前主要研究方向。半主动 悬架今后主要解决问题是如何研发可靠、调节方

12、便 的执行器和算法简单有效地执行策略。电控主动悬 架性能优越，是车辆悬架未来发展方向，但因其成本 高，结构复杂，需要额外的控制功率等原因，目前还 只装备于高级轿车及越野车上。目前，主动悬架研究 的集中在主动悬架的可靠性和执行器及悬架系统最 佳参数控制及理论。 2 2 汽车电控悬架的研究开发建议 ( 1 ) 注重控制策略的综合运用 电控悬架需对悬架参数进行控制，所采用的许 多控制方法有：天棚阻尼控制、P I D 控制、最优控制、 自适应控制、神经网络控制、滑模变结构控制、模糊 控制、预测控制等。因此，必须根据车辆类型、悬架结 构、减振器类型，对控制方法和控制理论进行研究， 2 0 5 万方数据

13、E q u i p m e n tM a n u f a c t u r i n gT e c h n o l o g yN o 4 ，2 0 1 3 综合运用控制策略和控制方法。 ( 2 ) 重视汽车其它系统与悬架系统的联合控制 研究 因汽车的车身运动不是某个系统单独决定的，是 由多个系统之间的联合作用决定的。只研究主动悬架 的控制问题，而不研究各个子系统之间的相互影响， 已经不能满足汽车发展的要求，今后更应注重电控悬 架系统与转向系、制动系之间的集成控制研究f 4 J 。 ( 3 ) 悬架系统最佳参数控制 根据车辆舒适性、安全性优化设计要求，利用车 辆进行动力学模型，对车辆悬架系统进行研究

14、，并通 过对相互矛盾和相互制约的车辆振动加速度、车辆 动载和悬架动挠度等参数进行分析，建立在不同车 速、不同路况、不同车辆参数以及不同振动情况下的 车辆悬架系统最佳控制参数的数学模型；将在不同 车速、不同路况、不同车辆参数悬架系统最佳控制设 计参数，与主动悬架系统的控制相结合，使悬架系统 本身的参数与车辆当时的状态相适应，使车辆达到 最佳减振效果，满足车辆的乘坐舒适性和操纵稳定 性的要求。这应该是研究主动悬架设计和控制的基 本问题，为主动悬架真正实现在现代车辆上实际的 推广使用，奠定坚实的理论基础。 ( 4 ) 研究开发高效率馈能型悬架和可以再生能 量的电控悬架，尽量回收和转换振动能量，减少车

15、辆 对外界能源的依赖。 3结束语 随着科学技术的进步和经济的发展，人们对汽 车稳定性和舒适性的要求也在不断的提高。性能优 越的主动悬架系统也将随之得到不断的发展和应 用。未来会不断有成本低廉和质量优越的主动悬架 产品出现，主动悬架系统也不再是高级汽车的专利， 普通汽车上也将越来越多地使用主动悬架系统。 参考文献： 【l 】周长城汽车平顺性与悬架系统设计【M 】北京：机械工业出 版社。2 0 1 1 【2 】谢剑汽车底盘电控技术【碉北京：国防科技大学出版社， 2 0 0 9 【3 】解福泉汽车典型电控系统构造与维修【l 哪北京：人民交通 出版社。2 0 0 5 【4 】陈军等汽车主动悬架系统的研

16、究开发进展综述忉研究与 开发，2 0 1 0 ( 2 ) ：6 4 _ 6 6 P r e s e n tR e s e a r c h a n dD e v e l o p i n gT r e n d so fA u t o m o b i l eE l e c t r o n i cC o n t r o lS u s p e n s i o n Y A N G H u i ( Y a n t a iA u t o m o t i v eE n g i n e e r i n gT e c h n i c a lC o l l e g e ，Y a n t a iS h a n d o

17、n g2 6 5 5 0 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：A u t o m o t i v eE l e c t r o n i cC o n t r o lS u s p e n s i o na d v a n c e ds u s p e n s i o ns y s t e m ，e x c e l l e n td a m p i n gp e r f o r m a n c e ，t o b em o r ew i d e l yu s e di nt h ev e h i c l ev i b r a t i o nc o n t r 0 1 T

18、 h i sa r t i c l ed e s c r i b e ss e v e r a ln e we l e c t r o n i c a l l yc o n t r o l l e d s u s p e n s i o ns y s t e m P r e s e n tr e s e a r c ha n dt h et r e n d sa n dd e v e l o p m e n to fa u t o m o t i v ee l e c t r o n i cc o n t r o ls u s p e n s i o n r e c o m m e n d e d K e yw o r d s ：e l e c t r o n i cc o n t r o ls u s p e n s i o n ；a c t i v es u s p e n s i o n ；a i rs u s p e n s i o n 万方数据