主动空气悬架和主动液压悬架的比较 毕业论文.doc
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1、论文题目: 主动空气悬架和主动液压悬架的比较 摘 要悬架是车辆行驶过程中的一个非常重要的组成部分,决定着汽车的舒适性和操控性,所以就有必要对悬架进行深入的研究和探讨。汽车悬架做为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间作连接的传力机件,又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此,汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表,作为衡量轿车质量的指标之一。主动悬架有作为直接力发生器的动作器,可以根据输入与输出进行最优的反馈控制,使悬架有最好的减震特性,以提高汽车的平顺性和操纵稳定性。在当今条件下,由电脑控制的主动空气悬架和主动液压悬架是高级轿车的主导,代表的悬架的最新技术.在以后的时间里,空气悬架和液压悬架将
2、会完全替代传统的悬架。各个汽车公司也在开发这方面的相关技术,这两种悬架的重要性就很容易看出来。为了更好的提高汽车的舒适性和操纵性,我们需要了解这两种悬架的区别,以及他们的优缺点。本文所涉及的内容主要为介绍这两种悬架的原理,并且通过对两款不同车型的参数进行计算,从重要方面进行分析这二者之间的区别,从而达到目的关键词:空气悬架 液压悬架Active air suspension and Active Hydraulic Suspension ComparisonAbstractVehicles during the suspension is a very important part of th
3、e vehicle determines the comfort and handling, so the suspension is necessary to study and explore in depth. Vehicle suspension as a frame (or body) and the axle (or wheel) to make the connection between the power transmission parts, is also important to ensure the safety of motor cars and parts. Th
4、erefore, as an important vehicle suspension components are often incorporated into the cars technical specifications sheet, as one of the indicators to measure the quality of cars Active suspension with power generators as a direct action device, according to the optimal input and output feedback co
5、ntrol, the suspension has the best shock absorbing characteristics to improve ride comfort and handling stability.朗读显示对应的拉丁字符的拼音In todays conditions, computer-controlled active air suspension and Active Hydraulic Suspension is the leading limousine, on behalf of the suspension of the latest technolo
6、gy.At a later time, the air suspension and hydraulic suspension will completely replace the conventional suspension. Auto companies are also developing various technologies related to this area, the importance of the two suspension is very easy to see. In order to better improve the cars comfort and
7、 handling, we need to understand the difference between the two suspension, and their advantages and disadvantages. This involves mainly to introduce the principle of the two suspension, and by two different models to calculate the parameters from the analysis of important aspects of the difference
8、between the two to achieve the goal.Key words:Air suspension Hydraulic Suspension目 录前 言1第1章 电控悬架介绍.2第1.1节 汽车电子控制悬架.2第1.2节 汽车空气和液压的历史回顾2第2章 原理阐述12第2.1节 主动空气悬架的原理12第2.2节 主动空气悬架的原理15第3章 选用相关数据对其二者比较18第3.1节 空气悬架的性能指标18第3.2节 液压悬架的性能指标23第4章 总结33参考文献35致 谢37III 前 言舒适性是轿车最重要的使用性能之一。舒适性与车身的固有振动特性有关,而车身的固有振动特性
9、又与悬架的特性相关。所以,汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。同时,汽车悬架做为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间作连接的传力机件,又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此,汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表,作为衡量轿车质量的指标之一。余志生.汽车构造M.机械工程出版社.2003,(123-159)一般悬架由弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定杆组成。弹性元件用来承受并传递垂直载荷,缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。减振器用来衰减由于弹性系统引起的振,减振器的类型有筒式减振器,阻力可调式新式减振器,充气式减振
10、器。导向机构用来传递车轮与车身间的力和力矩,同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动,通常导向机构由控制摆臂式杆件组成。种类有单杆式或多连杆式的。钢板弹簧作为弹性元件时,可不另设导向机构,它本身兼起导向作用。有些轿车和客车上,为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜,在悬架系统中加设横向稳定杆,目的是提高横向刚度,使汽车具有不足转向特性,改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。图1.1 悬架基本构造第1章 电控悬架介绍第1.1节 汽车电子控制悬架1.2.1 传统悬架的缺陷 空气传统悬架的刚度和阻尼只能是根据一定的载荷、某种路面情况和车速,兼顾各方面的要求,优化选定一种刚度和阻尼,这种刚度和阻尼一定的
11、悬架称之为被动悬架。由于汽车在行驶过程中,载质量、路面情况及车速是变化不定的,因此刚度和阻尼一定的被动悬架不可能在改善汽车行驶平顺性和操纵稳定性方面再有大的作为,已不能适应现代汽车对乘座舒适性和操纵稳定的更高要求。1.2.2 电子控制悬架介绍(1)电子控制悬架的作用 电子控制悬架系统由传感器、控制器和执行机构组成。电子控制悬架系统能自动控制车辆悬架的刚度、阻尼系数及车身高度根据汽车载质量、车速和路面情况的变化而改变悬架特性,因而可最大限度地提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性,适应了现代汽车对乘座舒适性、行车安全性更高的要求。通过控制调节悬架的刚度和减振器阻尼,突破传统被动悬架的局限区域,使汽车的
12、悬架特性与行驶的道路状况相适应,保证平顺性和操纵性两个相互排斥的性能要求都能得到满足。 (2).电子控制悬架的基本功能电子控制汽车悬架系统的基本功能有三个。 车高调整功能无论车辆的负载是多少,本功能都可以保持车高一定。当车辆在很差的道路上行驶时,可以使车高增加;当车辆高速行驶时,又可以使车高降低,以便减少空气阻力,提高操纵稳定性。衰减力控制功能本功能的作用是提高车辆的操纵稳定性,在急转弯、急加速和紧急制动的情况下,可以抑制车辆姿势的变化,防止车辆后坐、侧倾、点头等。弹簧刚度弹性系数的控制功能本功能是利用控制弹簧刚度(弹性系数)的办法,来控制车辆起步不同路况时的姿势。 (3)电子控制悬架的类型
13、电子控制悬架的优点是能随汽车载质量和工况变化而自动改变悬架刚度和阻尼,以提高汽车的平顺性和稳定性。电子控制悬架则属于主动悬架,但根据是有源控制还是无源控制可分为半主动悬架和全主动悬架两类。由于本文主要讨论主动悬架,半自动悬架就不再阐述。 主动式悬架的基本要求 主动式悬架系统除了具有吸收、缓和悬架的振动冲击外,还能根据汽车载质量、路面情况、行驶车速、起步、制动、转向等不同工况的变化,自动地调整悬架的刚度、阻尼以及车身高度等,使汽车在瞬息变化的运行条件下都能获得最舒适的平顺性和最佳的操纵稳定性。为此,主动式悬架应配有一套提供能量装置,控制系统所采集的信息也较多。 图1.2 电子控制悬架基本要求主动
14、悬架系统优点 汽车载荷变化时,主动悬架系统能自动维持车身高度使其变化较小,保证了汽车即使在凹凸不平路面上行驶时也能车身平稳。 悬架刚度可以设计小些,使车身的固有振动频率在70次分左右,在人感到乘坐非常舒适的范围内,由于刚度可自动调整,能有效的防止和减缓汽车转弯时出现的车身侧倾,起步、加速时引起车身的纵向摆动等。 一般的悬架系统,在汽车制动时,尤其是紧急制动时,车头向下俯冲,使后轴载荷剧减,造成后轮与地面的附着条件严重恶化,制动失灵。主动悬架系统能防止这一不良后果,保证应有的附着条件和制动距离。 主动悬架可使车轮与地面一直保持良好接触,因而使附着力稳定,提高了牵引力、制动力、抗侧滑力,可提高动力
15、性、安全性和经济性。 由于很好地控制和调整悬架的刚度和阻尼,消除了恶性振动冲击,提高了车辆的运行寿命。主动式悬架用到的传感器如表1所示表1.1 相关传感器(4) 主动悬架电子控制系统的基本组成与控制原理 主动悬架电子控制系统基本组成不同类型、不同车型上使用的主动悬架其电子控制系统的组成部件会有一些差别,图1.3所示的是某种空气式主动悬架电子控制系统的组成。 图1.3 电子控制悬架的基本组成主动式悬架系统的控制原理悬架ECU根据各传感器输入的信号,经过运算分析后输出控制信号,控制各执行器动作,及时调整悬架的刚度、阻尼及车身的高度,以确保汽车行驶过程中的操纵稳定性和平顺性。悬架ECU按照司机通过模
16、式选择开关选定的“软”模式或“硬”模式进行控制,有些悬架电子控制系统则是由ECU根据有关传感器的信号自动选定一种模式进行控制。主动悬架电子控制系统按其控制功能,可分为:车速路面感应控制车身姿势控制车身高度控制 车速路面感应控制 这种控制主要是随着车速和路面的变化,改变悬架的刚度和阻尼,使之处于“软”或“硬”状态。在油气弹簧悬架系统中它是由悬架ECU自动控制的,而在空气弹簧悬架系统中它是由司机手动控制的。在“软”、“硬”状态中,按刚度和阻尼的大小,又各分为低、中、高三个程度不同的层次。在“软”状态时,悬架经常处于低刚度、低阻尼层次,在“硬”状态时,悬架经常保持在中间层次。综合起来,根据汽车不同运
17、行工况,可有六种不同的刚度、阻尼层次可供优选,使汽车平顺性、稳定性达到最佳值。车速感应控制包括: 高速感应控制、前后轮关联控制、坏路面感应控制。高速感应控制当车速大于100 km/h时,悬架ECU根据车速传感器输入的信息,发出改变悬架刚度和阻尼的指令。若原来处于“软”状态时,则刚度和阻尼自动从低层次进入中层次,若原来处于“硬”状态时,则刚度和阻尼仍稳定于中层次,当车速降低后则又回到原来层次。前后车轮关联感应控制: 车速在3080kmh运行,偶尔前轮遇到障碍时,安装在汽车前部的车身高度传感器将会有脉冲信号输入悬架ECU,悬架ECU经过分析计算后,发出改变悬架刚度和阻尼的指令,使前后车轮的悬架不论
18、原来选用“软”或“硬”的哪个层次,都立即选用原状态的低层次,从而提高乘坐的舒适性,当越过障碍后,则恢复原选用的状态层次。但当车速超过80kmh时,若悬架刚度过小,偶尔冲击时仍影响操纵稳定性,所以,无论原选用什么状态,悬架都将自动保持原状态的中层次刚度和阻尼。坏路面感应控制: 当汽车以40100kmh突然驶入坏路面时,为了控制突然产生的车身纵向角振动,悬架ECU在接收到车身高度传感器输入的车身高度变化周期小于0.5s的信号后,发出调整悬架刚度阻尼指令,如果原来处于“软”状态,则悬架立即从低层次转入中层次。如果原来处于“硬”状态,则悬架刚度、阻尼保持中层次不变。如果汽车以大于100 kmh速度驶入
19、坏路面,悬架ECU发出的指令是:如果原处于“软”状态,则直接进入高层次,如果原处于“硬”状态,则也直接进入高层次。车身姿势控制当车速和转向急剧变化时,会引起车身姿势变化,这不但使乘坐不舒适,严重时会因转向使车身侧倾失去稳定性。所以随着设计车速的提高,车身姿势控制是必不可少的。车身姿势控制主要有: 转向车身侧倾控制、制动车身“点头”控制、起步车身后仰控制。转向车身侧倾控制: 在汽车急转弯或转向盘转速过快时,转向盘传感器便把转向盘转角及转速信息输入悬架ECU,悬架ECU计算分析后发出调整悬架刚度和阻尼的指令,根据转角和车速的大小确定不同的调整幅度。最大时,不管原来处于“软”、“硬”状态的哪个层次,
20、都一律调整到那个状态的高层次的刚度和阻尼。制动车身“点头”控制: 在紧急制动时,会引起载荷的转移,尤其是前轴载荷突然增加,使车身产生“点头”,因此为控制制动时车身“点头”,必须适时增加前悬架刚度和阻尼。当车速高于60kmh运行紧急制动时,车速传感器的信号和制动开关发出阶跃信号同时输入悬架ECU,悬架ECU计算分析后发出调整悬架刚度和阻尼指令,不论原来处于“硬”、“软”状态哪个层次,一律调整到原有状态的高层次的阻尼和刚度值。 起步车身后仰控制: 当汽车起步过快或在车速较低加速过猛时,会引起后桥载荷增加,使车身产生后仰现象,此时应增加后悬架的刚度和阻尼,以控制后仰程度保持平顺和舒适。当汽车起步速度
21、过大,或车速在小于20kmh时,猛踩油门加速时,节气门开度传感器和车速传感器的信号输入悬架ECU,悬架ECU分析计算发出调整悬架刚度和阻尼的指令。如果此时悬架处于“软”状态,则应从中层次或低层次直接进入高层次,如果此时悬架处于“硬”状态,则也从中层次进入高层次。 车身高度控制 车身高度直接影响汽车行驶稳定性。尤其在不平路面上高速行驶时,必须对车身高度给予控制。车身高度控制分“常规状态”、“高状态”两种模式。由司机根据运行工况选择。每种状态又从低到高分为“低”、“中”、“高”三个层次,通常在“常规状态”模式中,车身高度处于中层次,在“高状态”模式中车身高度处于高层次,当工况变化时,悬架ECU根据
22、传感器输入的信号,发出指令选择层次。当汽车上乘员人数和载荷变化时,悬架ECU能根据传感器输入的信号发出指令,在已选择的状态内自动选择合理的车身高度层次。车身高度控制主要包括:高速感应控制和连续坏路面。高速感应控制: 当车速超过90l00 kmh时,为减少风阻、提高行驶稳定性,悬架ECU在接收到车速传感器的信号,经计算分析后,发出调整车身高度控制指令,若此时车身高度处于“常规状态”,则从中层次降到低层次,处于“高状态”则从高层次降到中层次。连续坏路面行驶控制: 汽车在坏路面上连续运行时,为避免悬架弹簧被压变形过大,造成车身直接受到冲击,所以车身应适当提高,同时也可提高汽车的通过性。 当悬架ECU
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