自動行車高度控制系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)

陳德玲+++周振華

摘 要：文中介紹了一種自動行車高度控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，并通過最終路試驗證，以及安裝前后整車性能的對比，對Nivomat的性能進行了評估，驗證了該車上Nivomat系統(tǒng)的有效性。

關(guān)鍵詞：自動行車高度控制系統(tǒng)（Nivomat）；懸架系統(tǒng)

0 引言

傳統(tǒng)懸架參數(shù)一經(jīng)選定就難以改變，在設(shè)計過程中通常尋找一個最佳的折中方案來確定參數(shù)。即只有在特定工況下，汽車的性能才最佳；一旦工況發(fā)生改變，其性能將會變差，難以同時滿足舒適性和穩(wěn)定性的要求。要提高車輛平順性，懸架剛度需要設(shè)計的軟一點；為了滿足操穩(wěn)性，懸架剛度則要硬一點；有時為了保證安全，就需要犧牲部分平順性。

而對于剛度阻尼可變的主動及半主動懸架，可以根據(jù)實際工況，改變剛度，既能滿足操穩(wěn)性，也能提高車輛的平順性。車輛行車高度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)（Nivomat）是涉及交通、運輸、車輛領(lǐng)域中汽車的懸架控制裝置，能夠自適應(yīng)控制汽車整車姿態(tài)始終處于設(shè)計位置，同時滿足操穩(wěn)性和平順性，并能提升滿載情況下的離地間隙，增加整車通過性。

1 Nivomat系統(tǒng)的原理

Nivomat采用油氣彈簧與減振器集成技術(shù)，搭配低剛度螺旋彈簧，理論上可在傳統(tǒng)鋼制彈性元件的基礎(chǔ)上有效提升舒適性與操控性，并在各載荷下保持車身姿態(tài)不變。Nivomat的活塞連桿為空心的，并且連桿表面帶有油槽，阻尼器和高壓油腔、泵油腔、水平調(diào)節(jié)器等所有的高度調(diào)節(jié)元件構(gòu)成一體[1]。如圖1所示，在高壓儲存器里，油和氣體用一個氣袋隔離，隨著載荷增加，作為增強阻尼力的泵做功也會增加。

2 Nivomat系統(tǒng)的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的減振器的作用主要是作為阻尼裝置和限位裝置，在車輛的行駛過程中，衰減車輛振動，消耗車身或車輪垂直運動的能量，同時作為限位裝置，約束懸架（車輪）下極限位置。設(shè)計參數(shù)一旦確定，其性能不可再進行調(diào)節(jié)。

Nivomat系統(tǒng)作為一種新型的減振裝置，一般用于后懸架開發(fā)使用，使汽車后懸架部分始終（從空載至滿載）保持在相同車身高度的位置上，有主動懸架的功能，除了具有傳統(tǒng)減振器作用外，還同時兼有如下功能：

（1）補償汽車上載荷的變化，使得車輛在整個載荷變化范圍內(nèi)的動力學特性幾乎保持不變；

（2）保證后懸架螺旋彈簧的設(shè)計行程，即不會隨著載荷的增加使螺旋彈簧壓縮，工作行程變短，作用降低；。

（3）能使車輛后部的離地高度始終處于設(shè)計位置，提高整車通過性。

（4）確保行駛狀態(tài)和轉(zhuǎn)向的正確性，確保整車定位參數(shù)不變，減少行駛跑偏；

（5）Nivomat支撐部分后橋載荷，減輕了車身的振動，降低了內(nèi)部噪聲，保證了汽車行駛平順性。

3 Nivomat的安裝方式

與傳統(tǒng)減振器類似，Nivomat的安裝非常簡單，通常情況下上端安裝在車身縱梁支架上，下端與后橋支架相連。由于車輛在行駛過程中，Nivomat需承受一部分的剛度，因此其安裝支架比傳統(tǒng)減振器安裝支架承受的力大很多，緊固件所受軸向力增大，一般建議使用U型支架代替懸臂梁形式，用兩端夾緊方式安裝Nivomat上下吊環(huán)。

4 Nivomat的參數(shù)設(shè)計

Nivomat的設(shè)計過程中，按照整車載荷、懸架相對阻尼系數(shù)等選擇合適的Nivomat連桿、外筒直徑。Nivomat的參數(shù)設(shè)計包含了：系統(tǒng)參數(shù)選取、Nivomat剛度曲線、螺旋彈簧剛度計算，從而確保車身設(shè)計高度達到最優(yōu)的懸架行程，以及保持空滿載偏頻較低且基本不變，舒適性好

4.1 懸架系統(tǒng)彈性曲線優(yōu)化設(shè)計

為確保車身設(shè)計高度以達到最優(yōu)的懸架行程，保持空滿載偏頻較低且基本不變，舒適性好，需要從平順性的角度對懸架的偏頗進行分析計算，并對前后懸架進行匹配。需要注意的是，傳統(tǒng)減振器不承受載荷，而Nivomat的受力包含了阻尼力和承受載荷，可以提供一部分的剛度，因此需要減小后螺旋彈簧的剛度，如圖2所示。

4.2 Nivomat油氣彈簧的匹配開發(fā)

Nivomat參數(shù)的匹配設(shè)計包含連桿直徑、內(nèi)筒尺寸、氣室壓力計算校核，以及相關(guān)周邊件的要求：外筒直徑，襯套結(jié)構(gòu)尺寸，Nivomat下置布置方式（upside down）。工作缸直徑D的確定是根據(jù)伸張行程的最大卸載荷F0進行計算[2]：

式中，[p]為工作缸最大允許壓力，取3～4MPa；

為連桿與缸筒直徑之比，一般取0.4～0.5

4.3 系統(tǒng)阻尼計算與優(yōu)化

相對于傳統(tǒng)彈性元件，基于Nivomat油氣彈簧的阻尼系數(shù)選取與校核。壓縮行程的阻尼系數(shù)，伸張行程的阻尼系數(shù)，懸架系統(tǒng)的相對阻尼系數(shù)則是用來評定懸架系統(tǒng)的振動衰減的快慢程度[2]。

其中，K為懸架剛度，ms為懸架簧上質(zhì)量。

根據(jù)Nivomat油氣彈簧在整車上的實際布置情況，對懸架系統(tǒng)的性能進行匹配計算和優(yōu)化。

4.4 DMU校核

根據(jù)所選定的方案和Nivomat的結(jié)構(gòu)形式，對整個懸架系統(tǒng)在上下跳行程中，各部件件間隙進行校核，確保相鄰零件間的間隙要求，同時校核輪心位置及整車的姿態(tài)。

5 路試驗證

所設(shè)計的Nivomat在車輛上安裝調(diào)試后，進行了試乘試駕和路試驗證。如路試結(jié)果雷達圖（圖3）所示，相對于原車性能，使用Nivomat系統(tǒng)后，舒適性提升15%，操控性提升10%

6 結(jié)語

隨著對整車性能要求的不斷提高，Nivomat系統(tǒng)憑借它卓越的性能，出色的穩(wěn)定性，以及超高的性價比，將會在越來越多的產(chǎn)品中得到應(yīng)用。文中通過一款Nivomat自動行車高度控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，描述了整個設(shè)計過程。最終通過路試驗證，對安裝Nivomat前后整車性能進行了對比。

參考文獻

[1] 嚴平，具有變剛度特性和阻尼功能的NIVOMAT全自動行車高度控制系統(tǒng)，汽車與配件，2009（36）

[2] 比特·考什曼博士，汽車減振器設(shè)計功能、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，薩克斯汽車零部件系統(tǒng)有限公司上海匯眾薩克斯減振器有限公司聯(lián)合出版

作者簡介

陳德玲，女，博士，2008年畢業(yè)于上海交通大學機械與動力工程學院車輛工程專業(yè)，現(xiàn)為上海汽車集團有限公司商用車技術(shù)中心懸架工程師。endprint