汽车半现代悬挂技术研究综述

李峥杰,崔夏菁（鹤壁汽车工程职业学院,河南 鹤壁 458030）



汽车半现代悬挂技术研究综述

李峥杰,崔夏菁
（鹤壁汽车工程职业学院,河南 鹤壁 458030）

摘 要：汽车在正常行驶时，会随着路面情况的变化产生程度不同的震动和跳动。汽车悬挂系统的主要任务之一就是低效一部分车身震动对车内乘客和货物带来的冲击，提高安全性和舒适性。另外，路面的某些情况还会使车辆行驶过程中的姿态发生变化，如纵向俯仰、侧倾等。轮胎跳动则会使路面与车轮之间的动载荷发生变化，影响轮胎的附着效果，若此变化发生在前轮，则极大的影响汽车的操控性，同时还会对路面产生一定破坏作用。

关键词：主动悬挂；控制策略；动态控制

为减小上述车身震动和轮胎跳动对车辆行驶的影响，应从两方面下手：驾驶汽车时选择相对平坦的大路，及时躲避路面缺陷以求避免悬挂受到过多压力。另一方面就要让汽车的悬挂系统有良好的性能，隔断路面起伏对车身的震动。除悬挂外，轮胎性能、座椅结构也会起到一定作用，本文仅对悬挂系统的发展进行讨论。

1 现有悬挂分类

悬挂系统对震动的过滤功能主要来自其中的弹性元件和阻尼元件，所以震动的过滤手段主要来自于对这些元件的调整。这些元件的总成构成了悬挂系统，负责调整汽车行驶过程中的支撑力、牵引力、制动力及侧向作用力，确保汽车行驶正常，具有减震、缓和冲击和导向作用。

1.1 按照控制方式分类

从控制方式来看，汽车悬挂可以分为被动悬挂、主动悬挂和半主动悬挂。其中被动悬挂在低端车型上普遍应用，是一种纯机械式悬挂，设计的初衷就是一套悬挂适应各种情况，这种形式成本低廉，可以广泛的应用到各类不同型号的汽车上，但实际情况会随着行驶状态不同，产生较大的效果差异。

主动悬挂和办主动悬挂则是采用动态控制策略，在悬挂上增加了多种传感器、控制器和能产生作用力的动作器，如电磁铁、空气弹簧、伺服电机和液压油缸等。它是一种具备主动调整作用力的系统，也必然和被动悬挂不同，需要动力输入。

1.2 按照工作方式分类

从工作方式和院里上来说，汽车的主动悬挂系统可以细分为慢主动悬挂、半主动悬挂以及全主动悬挂。其中，根据悬挂的阻尼可调情况又可分为连续可调悬挂和有级可调悬挂。慢主动悬挂的工作原理即一个动作器和一个被动式弹簧串联，再并联一个传统阻尼减震器，这种悬挂在低频振动时具有较好的效果，如3～6KHz，调幅有限，所以常见于大型载客车如公共汽车、轨道车辆上。

全主动悬挂最早由德国工程师Federspiel在1955年提出，在悬挂中用动作器取代弹簧和阻尼减震元件。经过传感器对信号的采集，通过系统策略计算后控制相应的控制器主动改变悬挂的应力结构，实现全车的减震控制。同时，也可以人为调节车身高度，改变车辆的操控性能。这种悬挂具有极高的舒适性和路面适应性，但初期可靠性欠佳，价格昂贵，目前可靠性的问题基本得到了良好解决，但仍只见于高端车型。

通过弹簧刚度的调整和减震器阻尼系数的调整，可以实现悬挂的半主动适应化。调整方式主要是新型弹簧结构，如空气控制弹簧和油气弹簧。半主动悬挂系统中的传感器通过车辆动力学参数测试，采用分级或无极调节的方式对弹簧的弹性系数进行调节。减震器阻尼则通过步进电机转角控制或实现节流来改变阻尼系数，或通过外加电场变化控制来实现阻尼连续调节的电流变减震器；通过电磁阀回路电流或电压控制来实现阻尼连续可调的电磁阀式减震器。半主动悬挂的好处是在工作过程中需要能量输入较少，结构相对简单，制造成本提高不明显，但常见路况的性能指标已经接近主动悬挂。

2 汽车悬挂控制策略

各类控制方法在实际应用中，经过几十年的不断测试改进，留下了集中较为常见的策略，如预测控制、自适应控制、鲁棒控制、模糊控制、天棚控制等，我们取较为典型的天棚控制和模糊控制简单介绍。

2.1 天棚控制

由美国工程师Karnopp提出的天棚可调悬挂控制理论，主要作用是要求执行器产生一个与车身垂直振动方向上的震动速度成比例的控制力来衰减车身的震动。除车身震动外，还引入了轮胎相对变形的速度，通过加大轮胎的等效阻尼，对轮胎动载荷实现动态控制。这种理论适应性很强，效果十分显著。

2.2 模糊控制

动态悬挂还有一个非常常见的控制策略，即模糊控制策略。这种策略调整时无需考虑控制对象的精确模型。控制的过程通过大量较为成熟的人控操作方式和策略融入到模糊控制语言中代替数字变量，产生类似于人为操作的职能控制动作。在汽车悬挂中，可以把车身相对速度、车轮相对速度（滑移率）和垂直加速度作为输入量，产生控制器的变量作为输出量，通过动作器对汽车悬挂实现调节。模糊控制也是与其它控制最容易结合使用的控制方式。

3 总结

汽车的发展决定了其目标客户将会非常细化，这样，就不能采用同样的刚性悬挂来折衷客户的需求。改善舒适性、改善性能、改善安全性的需求中都有悬挂系统的支持。所以主动悬挂是今后汽车发展的重要方向。随着传感器和车载信息处理系统的不断进步，主动悬挂的调整功能也不断有着更多的发展空间，未来的汽车做到平稳过坑应该十分容易。

参考文献：

［1］孙涛,冯金芝,喻凡.车辆悬挂不确定性对行驶平顺性能影响的鲁棒保守性分析［J］.振动与冲击,2008（08）.

［2］李云超,王良曦,张玉春.电磁主动悬挂的建模及仿真研究［J］.装甲兵工程学院学报,2004（01）.

［3］郑玲,邓兆祥,李以农.基于电流变减振器的汽车半主动悬挂最优控制［J］.重庆大学学报（自然科学版）,2003（07）.

［4］陈虹,赵桂军,孙鹏远,郭孔辉.H2和H∞主动悬挂统一的理论框架与比较［J］.汽车工程,2003（01）.

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

作者简介：李峥杰（1984-），男，河南鹤壁人，硕士，初级，研究方向：车辆工程。