汽車半現代懸掛技術研究綜述

李崢杰,崔夏菁（鶴壁汽車工程職業學院,河南 鶴壁 458030）

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汽車半現代懸掛技術研究綜述

李崢杰,崔夏菁
（鶴壁汽車工程職業學院,河南 鶴壁 458030）

摘 要：汽車在正常行駛時，會隨著路面情況的變化產生程度不同的震動和跳動。汽車懸掛系統的主要任務之一就是低效一部分車身震動對車內乘客和貨物帶來的沖擊，提高安全性和舒適性。另外，路面的某些情況還會使車輛行駛過程中的姿態發生變化，如縱向俯仰、側傾等。輪胎跳動則會使路面與車輪之間的動載荷發生變化，影響輪胎的附著效果，若此變化發生在前輪，則極大的影響汽車的操控性，同時還會對路面產生一定破壞作用。

關鍵詞：主動懸掛；控制策略；動態控制

為減小上述車身震動和輪胎跳動對車輛行駛的影響，應從兩方面下手：駕駛汽車時選擇相對平坦的大路，及時躲避路面缺陷以求避免懸掛受到過多壓力。另一方面就要讓汽車的懸掛系統有良好的性能，隔斷路面起伏對車身的震動。除懸掛外，輪胎性能、座椅結構也會起到一定作用，本文僅對懸掛系統的發展進行討論。

1 現有懸掛分類

懸掛系統對震動的過濾功能主要來自其中的彈性元件和阻尼元件，所以震動的過濾手段主要來自于對這些元件的調整。這些元件的總成構成了懸掛系統，負責調整汽車行駛過程中的支撐力、牽引力、制動力及側向作用力，確保汽車行駛正常，具有減震、緩和沖擊和導向作用。

1.1 按照控制方式分類

從控制方式來看，汽車懸掛可以分為被動懸掛、主動懸掛和半主動懸掛。其中被動懸掛在低端車型上普遍應用，是一種純機械式懸掛，設計的初衷就是一套懸掛適應各種情況，這種形式成本低廉，可以廣泛的應用到各類不同型號的汽車上，但實際情況會隨著行駛狀態不同，產生較大的效果差異。

主動懸掛和辦主動懸掛則是采用動態控制策略，在懸掛上增加了多種傳感器、控制器和能產生作用力的動作器，如電磁鐵、空氣彈簧、伺服電機和液壓油缸等。它是一種具備主動調整作用力的系統，也必然和被動懸掛不同，需要動力輸入。

1.2 按照工作方式分類

從工作方式和院里上來說，汽車的主動懸掛系統可以細分為慢主動懸掛、半主動懸掛以及全主動懸掛。其中，根據懸掛的阻尼可調情況又可分為連續可調懸掛和有級可調懸掛。慢主動懸掛的工作原理即一個動作器和一個被動式彈簧串聯，再并聯一個傳統阻尼減震器，這種懸掛在低頻振動時具有較好的效果，如3～6KHz，調幅有限，所以常見于大型載客車如公共汽車、軌道車輛上。

全主動懸掛最早由德國工程師Federspiel在1955年提出，在懸掛中用動作器取代彈簧和阻尼減震元件。經過傳感器對信號的采集，通過系統策略計算后控制相應的控制器主動改變懸掛的應力結構，實現全車的減震控制。同時，也可以人為調節車身高度，改變車輛的操控性能。這種懸掛具有極高的舒適性和路面適應性，但初期可靠性欠佳，價格昂貴，目前可靠性的問題基本得到了良好解決，但仍只見于高端車型。

通過彈簧剛度的調整和減震器阻尼系數的調整，可以實現懸掛的半主動適應化。調整方式主要是新型彈簧結構，如空氣控制彈簧和油氣彈簧。半主動懸掛系統中的傳感器通過車輛動力學參數測試，采用分級或無極調節的方式對彈簧的彈性系數進行調節。減震器阻尼則通過步進電機轉角控制或實現節流來改變阻尼系數，或通過外加電場變化控制來實現阻尼連續調節的電流變減震器；通過電磁閥回路電流或電壓控制來實現阻尼連續可調的電磁閥式減震器。半主動懸掛的好處是在工作過程中需要能量輸入較少，結構相對簡單，制造成本提高不明顯，但常見路況的性能指標已經接近主動懸掛。

2 汽車懸掛控制策略

各類控制方法在實際應用中，經過幾十年的不斷測試改進，留下了集中較為常見的策略，如預測控制、自適應控制、魯棒控制、模糊控制、天棚控制等，我們取較為典型的天棚控制和模糊控制簡單介紹。

2.1 天棚控制

由美國工程師Karnopp提出的天棚可調懸掛控制理論，主要作用是要求執行器產生一個與車身垂直振動方向上的震動速度成比例的控制力來衰減車身的震動。除車身震動外，還引入了輪胎相對變形的速度，通過加大輪胎的等效阻尼，對輪胎動載荷實現動態控制。這種理論適應性很強，效果十分顯著。

2.2 模糊控制

動態懸掛還有一個非常常見的控制策略，即模糊控制策略。這種策略調整時無需考慮控制對象的精確模型。控制的過程通過大量較為成熟的人控操作方式和策略融入到模糊控制語言中代替數字變量，產生類似于人為操作的職能控制動作。在汽車懸掛中，可以把車身相對速度、車輪相對速度（滑移率）和垂直加速度作為輸入量，產生控制器的變量作為輸出量，通過動作器對汽車懸掛實現調節。模糊控制也是與其它控制最容易結合使用的控制方式。

3 總結

汽車的發展決定了其目標客戶將會非常細化，這樣，就不能采用同樣的剛性懸掛來折衷客戶的需求。改善舒適性、改善性能、改善安全性的需求中都有懸掛系統的支持。所以主動懸掛是今后汽車發展的重要方向。隨著傳感器和車載信息處理系統的不斷進步，主動懸掛的調整功能也不斷有著更多的發展空間，未來的汽車做到平穩過坑應該十分容易。

參考文獻：

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DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.201

作者簡介：李崢杰（1984-），男，河南鶴壁人，碩士，初級，研究方向：車輛工程。