【正文】 或車輪 )之間的彈性聯(lián)結(jié)裝置的統(tǒng)稱。它的作用是彈性地連接車橋和車架 (或車身 )，緩和行駛中車輛受到的沖擊力，保證貨物的完好和人員的舒適，衰減由于彈性系統(tǒng)引進的振動，使汽車在行駛中保持穩(wěn)定的姿勢，改善操縱穩(wěn)定性，同時懸架系統(tǒng)承擔著傳遞垂直反力 (支撐力 )、縱向反力 (驅(qū)動力和制動力 )和側(cè)向反力以及這些力所造成的力矩作用到車架 (或承載式車身 )上，以保證汽車的平順行駛。當車輪相對車架跳動時，特別是在轉(zhuǎn)向時，車輪的運動軌跡要符合一定的要求，因此懸架還起到使車輪按一定軌跡相對車身跳動的導(dǎo)向作用。 第 1 章 緒論 3 圖 11 懸架結(jié)構(gòu)圖 汽車懸架可以分為非獨立懸架 (圖 12a)與獨立懸架 (圖 12b)兩大類。 圖 12 懸架的結(jié)構(gòu)形式簡圖 獨立懸架的結(jié)構(gòu)可分有燭式懸架、麥弗遜式懸架、連桿式懸架等多種，其中燭式和麥弗遜式形狀相似，兩者都是將螺旋彈簧與減振器組合在一起，但因結(jié)構(gòu)不同又有重大區(qū)別。燭式采用車輪沿主銷軸方向移動的懸架形式，形狀似燭形而得名。特點是主銷位置和前輪定位角不隨車輪的上下跳動而變化，有利于汽車的操縱性和穩(wěn)定性。麥弗遜式是絞結(jié)式滑柱與下橫臂組成的懸架形式，減振器可兼做轉(zhuǎn)向主銷，轉(zhuǎn)向節(jié)可以燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 繞著它轉(zhuǎn)動。特點是主銷 位置和前輪定位角隨車輪的上下跳動而變化，這點與燭式懸架正好相反。這種懸架構(gòu)造簡單，布置緊湊，前輪定位變化小，具有良好的行駛穩(wěn)定性。所以，目前轎車使用最多的獨立懸架是麥弗遜式懸架 (圖 13)。 如果懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼特性能根據(jù)汽車的行駛條件 (車輛的運動狀態(tài)和路面狀況等 )進行動態(tài)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，使懸架系統(tǒng)始終處于最佳減振狀態(tài)，則稱為主動懸架。主動懸架系統(tǒng)按其是否包含動力源，可分為全主動懸架 (有源主動懸架 )和半主動懸架 (無源主動懸架 )系統(tǒng)兩大類。 全主動懸架就是根據(jù)汽車的運動和路面狀況，適時地調(diào)節(jié)懸架的 剛度和阻尼，使其處于最佳減振狀態(tài)。它是在被動懸架系統(tǒng) (彈性元件、減振器、導(dǎo)向機構(gòu) )中附加一個可控制作用力裝置。它通常由執(zhí)行機構(gòu)、測量系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)和能源系統(tǒng)四部分組成。執(zhí)行機構(gòu)的作用是執(zhí)行控制系統(tǒng)的指令，一般為力發(fā)生器或轉(zhuǎn)矩發(fā)生器；測量系統(tǒng)用來測量圖 13 麥弗遜式獨立懸架 第 1 章 緒論 5 系統(tǒng)各狀態(tài)，為控制系統(tǒng)提供依據(jù)，包括各種傳感器；控制系統(tǒng)的作用是處理數(shù)據(jù)和發(fā)出各種控制指令，其核心部件是電子計算機；能源系統(tǒng)的作用是為各部分提供能量。 半主動懸架不考慮改變懸架的剛度，而只考慮改變懸架的阻尼，因此它是由無動力源且只有可控的阻尼元件組成的。由于半 主動懸架結(jié)構(gòu)簡單，工作時幾乎不消耗車輛動力，而且還能獲得與全主動懸架相近的性能，故有較好的應(yīng)用前景。 半主動懸架按阻尼級有可以分成有級式和無級式兩種。 有級式半主動懸架：它是將懸架系統(tǒng)中的阻尼分為兩級、三級或更多級，可由駕駛員選擇或根據(jù)傳感器信號自動進行選擇懸架所需要的阻尼級。也就是說，可以根據(jù)路面條件 (好路或壞路 )和汽車的行駛狀態(tài) (轉(zhuǎn)彎或制動 )等來調(diào)節(jié)懸架的阻尼級，使懸架適應(yīng)外界環(huán)境的變化，從而可以較大幅度地提高汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。 半主動懸架中的三級阻尼可調(diào)減振器的旁路控制閥是由調(diào)節(jié)電動機來帶 動閥芯轉(zhuǎn)動，使控制閥孔具有關(guān)閉、小開和大開 3 個位置，產(chǎn)生3 個阻尼值。該減振器應(yīng)用于 OPEL SENTOR 和 OPELGA 轎車上。 無級式半主動懸架：它是根據(jù)汽車行駛的路面條件和行駛狀態(tài)，對懸架系統(tǒng)的阻尼在幾毫秒內(nèi)有最小變到最大進行無級調(diào)節(jié)。 無級半主動微處理器從速度、位移、加速度等傳感器處接受到信號，計算機出系統(tǒng)相適應(yīng)的阻尼值，并發(fā)出控制指令給步進電動機，經(jīng)閥桿調(diào)節(jié)閥門，使其改變節(jié)流孔的通道節(jié)面積，從而改變系統(tǒng)的阻尼。該系統(tǒng)雖然不必外加能源裝置，但所需傳感器較多，故成本仍較高。 現(xiàn)代汽車正朝著安全、智能化和清 潔化的方向發(fā)展，懸架系統(tǒng)智能化解決了傳統(tǒng)被動懸架存在的舒適性和穩(wěn)定性不能兼顧的問題并能適應(yīng)變化的行駛工況和任意道路激勵，代表了懸架系統(tǒng)發(fā)展的方向。主動懸架能獲得一個優(yōu)質(zhì)的隔振系統(tǒng)實現(xiàn)理想懸架的控制目標，但能量消耗大，成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中能量 ,成本和可靠性是限制主動懸架發(fā)展的瓶頸。半主動懸架通過改變減振器的阻尼特性適應(yīng)不同的路面和行駛狀況的需要，改善乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。由于半主動懸架在控制品燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 質(zhì)上接近于主動懸架且結(jié)構(gòu)簡單，無需力源，能耗小，因而是近期最能走向市場被推廣應(yīng)用的新興技術(shù)。 半主動懸架系統(tǒng)除了少 量的開啟電液閥的能量以外，幾乎不需要外加能源，研究表明，只要恰當選擇控制邏輯，半主動阻尼器可以達到像主動減振器一樣的減振效果。 通常，半主動懸架是指懸架彈性元件的剛度和減振器的阻尼系數(shù)之一可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)的懸架。目前，半主動懸架研究主要集中在調(diào)節(jié)減振器的阻尼系數(shù)方面，即將阻尼可調(diào)減振器作為執(zhí)行機構(gòu)，通過傳感器檢測到汽車行駛狀況和道路條件的變化以及車身的加速度，由 ECU 根據(jù)控制策略發(fā)出脈沖控制信號實現(xiàn)對減振器阻尼系數(shù)的有級可調(diào)和無級可調(diào)。 有級可調(diào)減振器阻尼在三檔之間快速切換，切換時間通常為幾毫秒，有級可 調(diào)減振器實際上是在減振器結(jié)構(gòu)中采用較為簡單的控制閥使通流面積在最大、中等或最小之間進行有級調(diào)節(jié)。有級可調(diào)減振器通過減振器頂部的電機控制旋轉(zhuǎn)閥的旋轉(zhuǎn)位置使減振器的阻尼在軟 /中 /硬三檔之間變化，有級可調(diào)減振器的結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)相對簡單，但在適應(yīng)汽車行駛工況和道路條件的變化方面有一定的局限性，有級可調(diào)減振器的設(shè)計關(guān)鍵是發(fā)展先進的閥技術(shù)，增加阻尼變化的檔數(shù)縮短切換時間從而使復(fù)雜的控制策略應(yīng)用成為可能，以進一步提高懸架的控制品質(zhì)。 無級可調(diào)減振器的阻尼調(diào)節(jié)可采取以下幾種方法： 節(jié)流孔徑調(diào)節(jié)：通過步進電機驅(qū)動減振器的閥 桿連續(xù)調(diào)節(jié)減振器的通流面積，來改變阻尼節(jié)流閥或其他形式的驅(qū)動閥來實現(xiàn)。這類減振器的主要問題是節(jié)流閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。 減振液黏性調(diào)節(jié)：使用黏性連續(xù)可控的新型的功能材料電流變或磁流變液體作為減振液，從而實現(xiàn)阻尼無級變化，電流變液體在外加電場作用下，其流變材料性能 (如剪切強度，表觀黏度等 )會發(fā)生顯著的變化，將這種電流裝入減振器并在內(nèi)外筒之間加上電場通過改變電場強度使電流液體的黏度改變，從而改變減振器的阻尼力。由于電流變減振器的阻尼可隨電場強度的改變而連續(xù)變化，這無疑是一個較好的選擇。 但電流變液體存在較多問 題，其電致屈服強度小，溫度工作范圍不寬，第 1 章 緒論 7 零電場黏度偏高，懸浮液中固體顆粒與基礎(chǔ)液體之間比重相差較大、容易分離，沉降穩(wěn)定性差，對雜質(zhì)敏感等難以適應(yīng)電流變減振器長期穩(wěn)定工作的需要。 要使電流變減振器響應(yīng)迅速、工作可靠，必須解決以下幾個問題：設(shè)計一個體積小、重量輕，能任意調(diào)節(jié)的高壓電源；為保證電流變液體的正常工作溫度必須設(shè)計一個散熱系統(tǒng)；充裝電流變液體時，要保證無污染；性能優(yōu)良的電流變液體；高壓電源的絕緣與封裝。電流變減振器在國外已有一些產(chǎn)品問世。如德國的商業(yè)電流變液與電流變減振器及美國的相關(guān)產(chǎn)品等。 磁流變液體 是指在外加磁場的作用下，流變材料性能發(fā)生急劇變化的流體，將磁流變液體裝入磁流變減振器通過控制磁場強度可實現(xiàn)磁流變減振器阻尼的連續(xù)、無級可調(diào)。 磁流變減振器具有電流變減振器同樣的特點，響應(yīng)比電流變減振器要慢，主要是磁流變液體的磁化和退磁需要時間。磁流變減振器通常采用活塞缸結(jié)構(gòu)，磁流變液的通路有位于活塞上的阻尼孔或單獨的旁路構(gòu)成。在磁流變液的通路上施加磁場，按結(jié)構(gòu)可分為單出桿活塞結(jié)構(gòu)和雙出桿活塞結(jié)構(gòu)。 目前成功開發(fā)的電流變液體與磁流變液體的特性，從材料特性上看它們都能滿足汽車工作要求，但在屈服應(yīng)力、溫度范圍、塑 性黏度和穩(wěn)定性等性能方面，磁流邊液體強于電流變液體，這也是選用磁流變液體作為半主動懸架系統(tǒng)減振器的減振液的主要因素。其最主要的問題是實現(xiàn)電源以及降低減振器內(nèi)液體紊流產(chǎn)生的噪聲十分困難。 本章小結(jié) 本章縱觀全覽了汽車懸架從誕生到現(xiàn)在的發(fā)展歷程，介紹了一些常見的懸架類型及相應(yīng)的工作原理。本章的最后，展望了汽車懸架的未來發(fā)展方向以及可變阻尼懸架的重要意義。 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 第 2章 減振器基本參數(shù)設(shè)計 減振器的基本總成 減振 器是產(chǎn)生阻尼力的主要元件，其作用是迅速衰減汽車的振動，改善汽車的行駛平順性，增強車輪和地面的附著力。另外，減振器能夠降低車身部分的動載荷，延長汽車的使用壽命。目前在汽車上廣泛使用的減振器主要是筒式液力減振器，其結(jié)構(gòu)可分為雙筒式，單筒充氣式和雙筒充氣式三種。導(dǎo)向機構(gòu)的作用是傳遞力和力矩，同時兼起導(dǎo)向作用。在汽車的行駛過程當中，能夠控制車輪的運動軌跡。 汽車懸架系統(tǒng)中彈性元件的作用是使車輛在行駛時由于不平路面產(chǎn)生的振動得到緩沖，減少車身的加速度從而減少有關(guān)零件的動負荷和動應(yīng)力。如果只有彈性元件，則汽車在受到一 次沖擊后振動會持續(xù)下去。但汽車是在連續(xù)不平的路面上行駛的，由于連續(xù)不平產(chǎn)生的連續(xù)沖擊必然使汽車振動加劇，甚至發(fā)生共振，反而使車身的動負荷增加。所以懸架中的阻尼必須與彈性元件特性相匹配。 減振器總成一般由：防塵罩、工作缸筒、活塞桿、油封、導(dǎo)向座、閥系、儲油缸筒、吊環(huán)等構(gòu)成 (圖 21)。 圖 21 減振器基本總成 第 2 章 減振器基本參數(shù)設(shè)計 9 減振器使用要求： (1) 在懸架壓縮行程內(nèi)，減振器阻尼應(yīng)較??； (2) 在懸架伸張行程內(nèi)，減振器阻尼應(yīng)較大； (3) 當車橋 (或車輪 )與車架 (或車身 )的相對速度過大時，減振器阻尼力應(yīng)保持在一定的 限度之內(nèi)。 減振器的設(shè)計流程 圖 22 減振器設(shè)計流程 減振器內(nèi) 油液經(jīng)過節(jié)流閥產(chǎn)生的阻尼力為節(jié)流閥兩側(cè)壓力差與承壓面積的乘積，壓力 P 為： QaCQP d ?? ?? 22 22 (21) 式中 ρ ——油液密度 ( 3mmkg ?? )； Q——通過閥的流量 ( 13 smm ?? )； a——節(jié)流孔面積 ( 2mm )； dC ——流量系數(shù)； ?——節(jié)流孔形狀和油液粘度有關(guān)的系數(shù)。 減振器裝車后的基本參數(shù)，一般用相對阻尼系數(shù)表示，相對阻尼系數(shù) ?為： KM2 ??? (22) 式中 ? ——相對阻尼系數(shù)； ?——減振器阻尼系數(shù) (阻尼特性的導(dǎo)數(shù) )； K——懸架剛度， 1mmN ?? ； 燕山大學本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 M——簧上質(zhì)量， kg 。 當相對阻尼系數(shù) ??1 時，產(chǎn)生非周期域運動， ? 很大時雖然能在共振區(qū)很快衰減振動，但在非共振區(qū)內(nèi)激振增大。當 ??1 時，產(chǎn)生周期運動， ? 很小時振動衰減很慢，共振振幅過大。一般相對阻尼系數(shù) ? 值在 ～ 范圍內(nèi)，對于無阻尼的彈性元件去上限，彈性元件和懸架導(dǎo)向機構(gòu)中存在阻尼時取下限。 為迅速衰減汽車振動又不把大的路面沖擊傳遞到車身上，一般把減振器拉伸和壓縮阻力按 8:2～ 6:4 的比例分配。 選擇減振器阻尼力系數(shù) ? 時，應(yīng)考慮懸架導(dǎo)向桿的杠桿比和減振器的安裝角 度的影響，減震器阻尼力系數(shù) ? 應(yīng)為： ????22cos2 im? (23) 式中 i ——杠桿比 ( ani? )； ? ——減振 器軸線與垂直線的夾角； ? ——簧上質(zhì)量固有頻率。 選擇減振器尺寸時主要考慮一下兩點：在工作速度范圍內(nèi)油液壓力適當，能夠得到穩(wěn)定的阻力值，容易保證油封的可靠性；減振器具有足夠的散熱面積，防止因溫度過高引起阻力衰減或減振器早期失效。 工作缸徑的確定 可根據(jù)減振器最大拉伸阻力和最大允許壓力近似求出工作缸徑。 ? ?2max14 ?? ?? P FD (24) 式中 D ——工作缸徑 (mm )； P——工作缸允許最大壓力 ( 2mmN ?? )。一般為 3～ 4； maxF ——減振器最大拉伸阻力 (N )； ?——減振器桿直徑與工作缸之比，雙筒減振器為 ～ ，單筒減振器為 ～ 。 求出缸徑后，參照 JB1459 標準，選擇合適的標準工作缸徑。減振器儲油缸直徑 ? ?DDc ~? ，工作缸與儲油缸壁厚一般取 ～ 。 第 2 章 減振器基本參數(shù)設(shè)計 11