【摘要】近年来，关于我国汽车悬架振动主动控制的问题日益严重，为了引起人们的重视，本文将从悬架振动主动控制技术的类型和原理，悬架振动主动控制技术的特点，主动控制技术的具体实施过程等方面进行分析探讨，希望对该领域的研究提供一定的借鉴。 　　【关键词】汽车，悬架，振动，主动，控制 　　中图分类号：K826文献标识码： A 　　一、前言 　　关于汽车悬架振动主动控制技术的研究在我国相关领域一直占据着十分重要的地位，虽然已经取得了一定的成绩，但在实际应用，特别是我国汽车悬架振动主动控制技术中还存在着一定的问题，有必要从住悬架振动主动控制技术的类型和原理，悬架振动主动控制技术的特点，主动控制技术的具体实施过程等方面进行更加深入的探讨。 　　二、悬架振动主动控制技术的类型和原理  　　由于现代科学技术的高速发展，现代汽车对于主动悬架的性能提出了更高的技术性要求，这就需要应用现代科学技术不断地完善和更新悬架的振动控制方法和结构形式来配合新技术的发展，悬架的分类方式和结构形式有很多，我们主要介绍根据控制力的分类，将主动悬架系统分为被动、主动和半主动三种类型的悬架。  　　被动悬架系统在确定之后，汽车在行驶过程中就不能随着外界条件的改变而改变，由于不能够随意改变和选择参数，使得被动悬架系统的性能受到了限制，因此被动悬架的缺点就在于它的减振性能较差。半主动悬架采用了可变性的弹簧和减震器，它在生产力方面类似于以往的被动悬架，进步的地方在于半主动悬架的减振性有所提高，主要工作原理是通过切换空气来改变弹簧的刚度。主动悬架系统主要由执行机构和控制系统构成，它可以通过传感器来检测汽车的运行情况、道路目前的状况，这种悬架系统的减震性非常好，通常具有两种悬架形式，一种是通过电机驱动的空气式主动悬架，另一种是日产和丰田部分高档汽车所应用的电磁阀驱动的油气式主动悬架，油气式主动悬架利用与油压缸相连通的弹簧来吸收振动产生的能量，从而实现减震的目的。  　　三、悬架振动主动控制技术的特点  　　悬架振动主动控制技术主要是利用现代汽车科技新技术，提高汽车的减振性能，减少车轮与车身之间的摩擦，降低能源消耗，减少噪音污染，保护环境。  　　主动悬架的研发应该注重的是控制策略的运用，单单使用一种控制策略是不能取得较好的效果的，因此它需要多种控制方法的搭配，取长补短。另一方面还要考虑汽车主动悬架控制系统与汽车其他器件的搭配与磨合，只有相互配合相互作用才能取得较为满意的效果，才能体现出高档汽车的性能。  　　主动悬架系统是运用非线性机、电、液一体化的动力控制系统。传统的被动悬架系统由于减振性差、消耗能源多的缺点已经被主动悬架系统所取代，在汽车悬臂主动系统中研究出的最优控制、自适控制、模糊控制等控制方法都取得了令人瞩目的成绩，这些成绩使得汽车的功能、舒适度和减震性都得到了不断的发展和完善，提高了汽车的性能，让质量和安全性更加有保障。 　　四、主动控制技术的具体实施过程 　　1 确定控制方案  　　汽车减振主要依赖于悬架系统，它由弹性元件和阻尼元件组成，传统悬架系统阻尼及刚度是在设计过程中确定的，而在汽车行驶中无法调整，这就使它不适应复杂的行驶工况和道路条件。通过采用电子技术来控制汽车悬架系统就可满足上述要求，所谓悬架系统控制，一般有两种方法，其一是对减振器阻尼力的大小进行控制，其二是控制汽车减振弹簧的弹性系数。众所周知，在车辆悬架中，弹性元件除了用于吸收和存贮振动能量外，还具有支撑作用。在无源的条件下，改变刚度要比改变振动阻尼困难。因此，本文仅设计并讨论通过对减振器阻尼力的调节，来实现对悬架系统振动的控制。  　　(1)悬架系统两自由度振动模型 一般汽车悬架系统都由弹性元件和阻尼元件所组成，因此它可简化为两自由度的振动系统。  　　(2)振动控制类型的确定 汽车悬架的振动控制可分为被动控制、半主动控制和主动控制三种基本类型。不需要能量输入的振动控制称为被动控制；有少量能量输入以调节阻尼系数的控制称为半主动控制；通过输入外部能量使控制机构对悬架系统施加一定控制力的振动控制称为主动控制。被动控制由于无需能量，且结构简单而得到广泛的应用，单筒式液力减振器和套筒式液力减振器是应用最普遍的两种类型。由于阻尼的不可调整性，使这两种减振器不能满足汽车悬架的振动控制特性要求。  　　如在悬架系统中附加一个可控制作用力的装置，并有一套提供能量的设备，这就组成了主动控制的悬架系统。由Federspiel-Labrosse在1955年发明的，可明显减小车身的振动，主要采用流量控制法或压力控制法。近年来，日本日产公司研制了液力主动控制系统，它由压力控制阀与小型蓄能器和液压缸相结合，在不平路面上的振动输入被蓄能器吸收，从而减少整个系统所需要的流量，悬架质量的振动控制由液力系统的主动阻尼和被动阻尼共同完成。因此，该主动控制悬架系统与最初的主动悬架相比，耗能较少，结构较复杂，造价较贵，国外仅在高级赛车上应用。  　　半主动控制悬架系统是通过输入少量能量以调节减振器的液力阻尼，改善悬架的振动特性，一般采用on/off控制法或分段控制法。在路面的随机作用下，悬架系统则具有明显的非线性动力特性。应用半主动控制的悬架系统，由于车身的结构振动而造成高频不平顺性，若使用on/off式减振器，或控制回路中的时滞超过5ms，其后果明显变差。因此，针对悬架系统的振动特性，应用自适应控制理论和微机控制技术，使减振器的阻尼效果可以根据路面的不同激励而连续改变，即可解决on/off式控制方法的不足。  　　另外，理想的主动控制悬架与半主动控制悬架的位移x1相对于路面激励x0的幅频特性函数为：  　　而对于被动控制悬架其幅频特性函数为：  　　其中：λ=ω/ω0（路面激励频率与悬架系统固有频率之比）  　　(相对阻尼系数)  　　可见，主动控制悬架对振动的控制明显优于被动控制型悬架，而理想的主动控制悬架与半主动控制悬架具有相同的振动特性。  　　由于半主动悬架控制系统由无源但可控的阻尼元件组成，介于主动控制和被动控制之间，且具有与主动控制相近的性能，又可在工作时几乎不消耗车辆动力。因此，本项研究用半主动控制方法，以改进悬架系统的振动特性，提高车辆的平顺性和安全性。  　　2 微机控制系统  　　(1) 控制目标 对减振器阻尼力进行调节时，汽车车身的振动受到直接调节，即影响车身振动加速度的幅频响应。因此，减小车身垂直振动加速度做为本次研究的控制目标。  　　(2) 控制系统模型 以汽车悬架的两自由度振动模型为基础，设计悬架振动的微机控制系统模型。通过车身加速度传感器对车身垂直振动加速度值进行采样，经过A/D转换器，振动加速度信号以数字量形式输入单片机，分析处理后，单片机输出控制信号，驱动执行机构。  　　(3) 控制系统组成 该系统由传感器、单片机、外部存储器和驱动机构等组成。由于车辆行驶工况复杂，条件恶劣，故选用剪切型压电加速度传感器。它具有灵敏度高，环境特性、低频特性好等特点。  　　采用8098单片机作为控制微机，其完全可以承担对振动加速度信号的处理工作。同时，8098外接16K的EPROM27128作为扩展程序存储器。电控调整减振器阻尼力可以通过变化减振器节流口大小，或改变减振油液粘度的方法。本项研究选择前种调节方法，节流口大小的改变是通过驱动机构的驱动实现。目前常用的电驱动机构有电磁式和步进电机式两种，针对悬架系统的特点，采用具有误差小，控制性能好且结构紧凑的步进电机驱动。驱动机构工作过程为：单片机发出驱动指令，步进电机带动驱动杆转动，以调节节流口的大小，从而改变了减振器的阻尼力。步进电机的转角变化直接取决于单片机输出的脉冲信号，它决定了减振器的阻尼力变化。通过传感器的连续采样，可获得路面的不同激励，单片机随时改变输出信号，减振器的节流口大小作出不同的响应，以使汽车悬架系统的阻尼效果最有效。 　　五、悬架系统控制技术的控制策略  　　在控制策略方面，针对不同的问题提出了不同的方法。缪赞等提出了自适应的控制策略，刘华等提出了智能控制策略。这些控制策略有效地提高了控制性能和汽车行驶的平顺性。周继铭等人采用了1/4车模型对天棚阻尼器和主动悬架的动力学特性进行了分析，讨论了微分几何法和反馈线性化法的应用。舒红宇等用一个简单的二自由度的汽车模型对主动悬架进行数值分析，通过计算机模拟用频率和频谱响应的方法对振动性能进行研究。由于阻尼系数在连续系统中的变化不如在开关半主动悬架系统中那么敏感，所以采用连续半主动悬架能使瞬态响应的稳定时间得以改善。    　　六、结束语 　　综上所述，加强我国汽车悬架振动主动控制技术的探析分析，对于提高整个汽车悬架振动主动控制技术领域乃至整个汽车领域的技术水平都具有十分重要的意义，因此在今后的研究中，应该更加重视对我国汽车悬架振动主动控制技术的探讨。 　　参考文献： 　　[1]马宝山. 汽车悬架振动主动控制技术研究 .《哈尔滨工程大学》2010 　　[2]王艳霞. 汽车悬架振动主动控制技术 .《现代商贸工业》2011 　　[3]贾启芬. 汽车悬架振动系统的若干控制技术和发展.《机床与液压》2011 　　[4]孙维超. 汽车悬架系统的主动振动控制.《哈尔滨工业大学》2010

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