越野車液壓主動懸架系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　第1章 緒 論</p><p>　　1.1 汽車懸架系統(tǒng)簡介</p><p>　　是汽車的車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并衰減由此引起的震動，以保證汽車能平順地行駛。 　　</p><p>　　典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機構(gòu)以及減震器

2、等組成，個別結(jié)構(gòu)則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現(xiàn)代轎車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧。 </p><p>　　汽車懸架又可分為非獨立懸架和獨立懸架。非獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是兩側(cè)車輪由一根整體式車橋相連，車輪連同車橋一起通過彈性懸架與車架（或車身）連接。當(dāng)一側(cè)車輪因道路不平而發(fā)生跳動時，必然引起另一側(cè)車輪在汽車橫向平面內(nèi)發(fā)生

3、擺動，故稱為非獨立懸架。獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是車橋做成斷開的，每一側(cè)的車輪可以單獨的通過彈性懸架與車架（或車身）連接，兩側(cè)車輪可以單獨跳動，互不影響，故稱為獨立懸架。 　　</p><p>　　1.1.1 懸架的功能</p><p>　　懸架是汽車中的一個重要總成，它把車架與車輪彈性地聯(lián)系起來，關(guān)系到汽車的多種使用性能。從外表上看，轎車懸架僅是由一些桿、筒以及彈簧組成，但千萬不要以為它很簡單

4、，相反轎車懸架是一個較難達(dá)到完美要求的汽車總成，這是因為懸架既要滿足汽車的舒適性要求，又要滿足其操縱穩(wěn)定性的要求，而這兩方面又是互相對立的。比如，為了取得良好的舒適性，需要大大緩沖汽車的震動，這樣彈簧就要設(shè)計得軟些，但彈簧軟了卻容易使汽車發(fā)生剎車“點頭”、加速“抬頭”以及左右側(cè)傾嚴(yán)重的不良傾向，不利于汽車的轉(zhuǎn)向，容易導(dǎo)致汽車操縱不穩(wěn)定等。</p><p>　　1.1.2 懸架的分類</p><

5、p>　　按懸架工作原理不同可分為被動懸架、半主動懸架及主動懸架三種。</p><p><b>　　被動懸架</b></p><p>　　被動懸架即傳統(tǒng)式的懸架，由彈簧、減震器(減震筒)、導(dǎo)向機構(gòu)等組成，其功能是減弱路面?zhèn)鹘o車身的沖擊力，衰減由沖擊力引起的承載系統(tǒng)的震動。其中，彈簧主要起減緩沖擊力的作用，減震器的主要作用是衰減震動。由于這種懸架是由外力驅(qū)動而起作用

6、的，所以稱為被動動懸架。</p><p>　　傳統(tǒng)的被動懸架雖然結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉且不消耗外部能源，但因為其參數(shù)固定，所以具有較大的局限性。主要表現(xiàn)在：懸架參數(shù)固定，不能隨路礦改變，只能針對某種特定工況，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計；而且懸架元件僅對局部的相對運動做出響應(yīng)，故限制了懸架參數(shù)的取值范圍。研究表明在人體共振頻率附近，振動的不適主要是由彈簧的剛度決定，而在非懸置質(zhì)量共振頻率附近，阻尼力起決定性作用。減小懸架剛度后對

7、改善乘坐舒適性有利，但對改善輪胎的動載荷不利，故在被動懸架設(shè)計中需要針對這些矛盾因素選擇折衷方案。由于存在這種本質(zhì)性的矛盾問題，這就必然導(dǎo)致設(shè)計人員無法使參數(shù)優(yōu)化達(dá)到期望的最優(yōu)性能指標(biāo)。所以傳統(tǒng)被動懸架難以實現(xiàn)乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性的完美結(jié)合。隨著汽車速度的提高，對汽車懸架的性能也提出了越來越高的要求。所以在這種情況下智能懸架系統(tǒng)應(yīng)運而生了，即基于電子控制的智能懸架系統(tǒng)——主動懸架，半主動懸架得了迅速發(fā)展并逐漸在轎車上應(yīng)用。</p

8、><p><b>　　2、主動懸架</b></p><p>　　主動懸架是近十幾年發(fā)展起來的、由電腦控制的一種新型懸架。它匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。例如裝置了主動懸架的法國雪鐵龍桑蒂雅，該車懸架系統(tǒng)的中樞是一個微電腦，懸架上的5種傳感器分別向微電腦傳送車速、前輪制動壓力、踏動油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)

9、據(jù)。 　</p><p>　　電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較，選擇相應(yīng)的懸架狀態(tài)。同時，微電腦獨立控制每一只車輪上的執(zhí)行元件，通過控制減振器內(nèi)油壓的變化產(chǎn)生抽動，從而能在任何時候、任何車輪上產(chǎn)生符合要求的懸架運動。因此，桑蒂雅轎車備有多種駕駛模式選擇，駕車者只要扳動位于副儀表板上的“正?！被颉斑\動”按鈕，轎車就會自動設(shè)置在最佳的懸架狀態(tài)，以求最好的舒適性能。 　　</p><

10、p>　　主動懸架具有控制車身運動的功能。當(dāng)汽車制動或拐彎時的慣性引起彈簧變形時，主動懸架會產(chǎn)生一個與慣力相對抗的力，減少車身位置的變化。例如德國奔馳2000款Cl型跑車，當(dāng)車輛拐彎時懸架傳感器會立即檢測出車身的傾斜和橫向加速度。電腦根據(jù)傳感器的信息，與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較計算，立即確定在什么位置上將多大的負(fù)載加到懸架上，使車身的傾斜減到最小。</p><p><b>　　3、半主動懸架<

11、/b></p><p>　　半主動懸架系統(tǒng)的構(gòu)造與主動懸架類似，它利用彈性元件和阻尼器并列支撐懸置質(zhì)量。不同之處是半主動懸架系統(tǒng)中可控阻尼器代替了主動懸架的主動力作動器。一般地，由于汽車懸架彈性元件需承載車身的靜載荷，因而在半主動懸架中實施剛度控制比阻尼控制困難得多，所以對半主動懸架的研究目前大多數(shù)都只限于阻尼控制問題，利用合適的控制律，它可提供介于主動懸架和被動懸架之間的性能。半主動懸架除了需要少量能量驅(qū)

12、動電磁閥外，并不需要外加動力源，代表了性能提高和設(shè)計簡單的折衷。根據(jù)阻尼系數(shù)是連續(xù)可調(diào)還是離散可調(diào)，半主動懸架又可以分為連續(xù)可控式和分級可控式。它們的區(qū)別是連續(xù)可控式中的阻尼系數(shù)在一定的變化范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)節(jié)，而分級可控式中只有幾種阻尼系數(shù)可供選擇切換。</p><p>　　1.2主動懸架系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀為普遍,</p><p>　　如自從汽車發(fā)明以來，工程師們就一直在研究如何將汽車的懸架系統(tǒng)

13、設(shè)計得更好。最初的汽車懸架系統(tǒng)是使用馬車的彈性鋼板，效果當(dāng)然不會很好。1908年螺旋彈簧開始用于轎車，當(dāng)時就曾經(jīng)有兩種截然不同的意見。第一種意見主張安裝剛性較大的螺旋彈簧，以使車輪保持著與路面接觸的傾向，提高輪胎的抓地能力。但是這樣的弊端是乘坐汽車時有較強烈的顛簸感覺。另一種意見認(rèn)為應(yīng)該采用較軟的螺旋彈簧，以適應(yīng)崎嶇不平的路面，提高乘坐汽車時的平穩(wěn)性及舒適性。但是這樣的汽車操縱性較差。到了三四十年代，獨立懸架開始出現(xiàn)，并得到很大發(fā)展。減

14、振器也由早期的摩擦式發(fā)展為液力式。這些改進(jìn)無疑提高了懸架的性能，但無論怎樣改良，此時的懸架仍然屬于被動式懸架，仍然在很多方面有很大局限性。</p><p>　　衡量懸架性能好壞的主要指標(biāo)是汽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性，但這兩個方面是相互排斥的性能要求，往往不能同時滿足。怎樣在二者之間取得合理的平衡以達(dá)到最好的效果，一直是工程師們的研究課題。</p><p>　　平順性一般通過車體或車身某個

15、部位(如車底板、駕駛員座椅處)的加速度響應(yīng)來評價，操縱穩(wěn)定性則可以通過車輪的動載來度量。例如，若降低彈簧的剛度，則車體加速度減少使平順性變好，但同時會導(dǎo)致車體位移的增加。由此產(chǎn)生車體重心的變動將引起輪胎負(fù)荷變化的增加，對操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響；另一方面，增加彈簧剛度會提高操縱穩(wěn)定性，但硬的彈簧將導(dǎo)致汽車對路面不平度很敏感，使平順性降低。所以，理想的懸架應(yīng)該在不同的使用條件下具有不同的彈簧剛度和減振器阻尼，既能滿足平順性要求又能滿足操縱穩(wěn)

16、定性要求</p><p>　　為了克服這個缺陷，國外在50年代就提出了主動懸架的概念。主動懸架采用有源或無源可控元件組成的一個閉環(huán)或開環(huán)的控制系統(tǒng)，根據(jù)車輛系統(tǒng)的運動狀態(tài)和外部輸入的變化（路面激勵或者駕駛員方向盤的操作）作出反應(yīng)，主動地調(diào)節(jié)和產(chǎn)生所需的控制力，是懸架始終處于最佳減振狀態(tài)。主動懸架由控制系統(tǒng)喝執(zhí)行機構(gòu)組成，執(zhí)行機構(gòu)味有源液壓系統(tǒng)的主動懸架簡稱全主動懸架，而無源主動懸架則簡稱半主動懸架。半主動懸架由可

17、調(diào)節(jié)彈簧或可調(diào)阻尼器構(gòu)成，與全主動懸架相比，最大的優(yōu)點就是工作幾乎不消耗發(fā)動機的功率，結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，因此受到廣泛重視。　</p><p>　　由于被動懸架設(shè)計的出發(fā)點是在滿足汽車平順性和操縱穩(wěn)定性之間進(jìn)行折衷，對于不同的使用要求，只能是在滿足主要性能要求的基礎(chǔ)上犧牲次要性能。所以盡管被動懸架在設(shè)計上以不斷改進(jìn)被動元件而實現(xiàn)了低成本、高可靠性的目標(biāo)，但始終無法解決同時滿足平順性和操縱穩(wěn)定性之間相矛盾的要求。

18、 為此，自五六十年代起產(chǎn)生了主動懸架的概念，它能夠根據(jù)懸架質(zhì)量的加速度，利用電控液壓部件主動地控制汽車的振動。在這方面的研究，各大汽車制造公司均不遺余力。典型的例子，早期有雪鐵龍公司在1955年發(fā)展的一種液壓-空氣懸架系統(tǒng)，可以使汽車具有較好的行駛性能和舒適性，但是它的制造工序太復(fù)雜，最終難以普及。到90年代，日產(chǎn)公司在無限Q45轎車上應(yīng)用了新式主動懸架，進(jìn)一步提高了轎車適應(yīng)崎嶇路面的能力。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了可變特

19、性懸架控制系統(tǒng)。它可根據(jù)運行條件與路面狀況，以手動控制懸架特性變化。手動開關(guān)可選擇兩種擋位：1.“SPORT”擋位，剛性高，相當(dāng)于高級跑車的懸架特性。2.“TOURING”擋位，柔性，相當(dāng)于高級旅行車的懸架特性。 現(xiàn)時引人注意的是奔馳公司發(fā)展的ABC(Active Body Cont</p><p>　　為了達(dá)到理想的效果，ABC系統(tǒng)在各條懸架滑柱內(nèi)裝有一套新型的液力調(diào)節(jié)伺服器，可動態(tài)調(diào)整的液壓缸根據(jù)不同

20、的路面情況自動調(diào)節(jié)螺旋彈簧座的位置，這一點很重要。當(dāng)車輪遇到障礙物時，ABC系統(tǒng)通過傳感器感知，自動調(diào)節(jié)彈簧座，并在彈簧座上施加壓力，使之能最大限度地抵消傳遞給車身的跳動能量。同樣的方法，ABC系統(tǒng)還能夠避免轎車在制動、加速及轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的車身傾斜。當(dāng)汽車制動或拐彎時的慣性引起彈簧變形，懸架傳感器會檢測出車身的傾斜度和橫向加速度。微電腦根據(jù)傳感器的信息，與預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較計算，并立即確定在什么位置上將多大的負(fù)載加到懸架上，使車身的傾

21、斜減到最小。幾乎可以說，車身在任何狀態(tài)下都能保持水平位置。 ABC系統(tǒng)的控制感應(yīng)裝置由兩個微型處理器及13個傳感器組成，每10μs對懸架系統(tǒng)作一次掃描和調(diào)整。各傳感器分別向微處理器傳送車速、車輪制動壓力、踏動油門踏板的速度、車身垂直方向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)據(jù)。電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較。同時，電腦能獨立控制每一個車輪上的執(zhí)行元件，從而能在任何時候、任何車輪上產(chǎn)生符合要求的懸架運動以適應(yīng)汽車

22、的每一種行駛狀況。</p><p>　　1.3 課題的目的與意義</p><p>　　汽車懸架系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響汽車的乘坐舒適性和操縱安全性。傳統(tǒng)的被動懸架由于其參數(shù)固定從根本上造成了兩者的矛盾，主動懸架作為最先進(jìn)的懸架系統(tǒng)，能根據(jù)實時工況，主動及時地調(diào)整和產(chǎn)生所需懸架控制力，使懸架處于最優(yōu)的減振狀態(tài)，從而達(dá)到兩者的完美結(jié)合。　</p><p>　　主動懸架擁有

23、自身的能源，并以一個力的發(fā)生器取代了被動懸架中的減振器，采用電液伺服閥作為懸架系統(tǒng)中液壓作動器的控制閥，通過液壓系統(tǒng)的設(shè)計，結(jié)合ECU的控制功能，實現(xiàn)對汽車車身高度的自動調(diào)節(jié)，阻尼及剛度的自動調(diào)節(jié)。</p><p>　　主動懸架因為其有特定的結(jié)構(gòu)特性而具有提高乘坐舒適性方面的巨大潛力，將逐步取代被動懸架和半主動懸架。隨著控制理論的不斷完善以及其他軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，主動懸架技術(shù)會漸漸走向成熟，從而可極大地提高汽車

24、性能，使得主動懸架具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　1.4 本課題的研究內(nèi)容</p><p>　　設(shè)計一套越野汽車液壓式主動懸架系統(tǒng)。所設(shè)計的懸架系統(tǒng)能根據(jù)車況進(jìn)行懸架剛度和阻尼力調(diào)節(jié)、車身高度的調(diào)節(jié)。主動懸架是一個動力驅(qū)動系統(tǒng)，包括測量系統(tǒng)、反饋控制中心、能量源和執(zhí)行器四個部分。其原理是測量系統(tǒng)通過傳感器獲得車輛振動信息，傳遞給控制中心進(jìn)行處理，進(jìn)而由控制中心發(fā)出指令給能量源產(chǎn)生

25、控制力，再由執(zhí)行器進(jìn)行控制，衰減懸架的振動。</p><p>　　第2章 汽車液壓式主動懸架系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　主動懸架是近十幾年發(fā)展起來的、由電腦控制的一種新型懸架。它匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。例如裝置了主動懸架的法國雪鐵龍桑蒂雅，該車懸架系統(tǒng)的中樞是一個微電腦，懸架上的5種傳感器分別向微電腦傳送車速、前輪制動壓力、踏動油門踏板的速度、車身垂直方

26、向的振幅及頻率、轉(zhuǎn)向盤角度及轉(zhuǎn)向速度等數(shù)據(jù)。 　</p><p>　　電腦不斷接收這些數(shù)據(jù)并與預(yù)先設(shè)定的臨界值進(jìn)行比較，選擇相應(yīng)的懸架狀態(tài)。同時，微電腦獨立控制每一只車輪上的執(zhí)行元件，通過控制減振器內(nèi)油壓的變化產(chǎn)生抽動，從而能在任何時候、任何車輪上產(chǎn)生符合要求的懸架運動。因此，桑蒂雅轎車備有多種駕駛模式選擇，駕車者只要扳動位于副儀表板上的“正常”或“運動”按鈕，轎車就會自動設(shè)置在最佳的懸架狀態(tài)，以求最好的舒適性能

27、。</p><p>　　2.1 從動懸架與主動懸架的對比</p><p>　　主動懸架是一個動力驅(qū)動系統(tǒng)，包括測量系統(tǒng)、反饋控制中心、能量源和執(zhí)行器四個部分。其原理是測量系統(tǒng)通過傳感器獲得車輛振動信息，傳遞給控制中心進(jìn)行處理，進(jìn)而由控制中心發(fā)出指令給能量源產(chǎn)生控制力，再由執(zhí)行器進(jìn)行控制，衰減懸架的振動。由于主動懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，需要很大的能量消耗，它的發(fā)展受到了一定的制約，只在少數(shù)高級

28、轎車中有所應(yīng)用。與之相比，半主動懸架具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、基本不需要消耗能量等優(yōu)點，而對振動的控制效果在一定程度上卻可以接近主動懸架，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于被動懸架，因而越來越受到業(yè)界的重視，得到了飛速發(fā)展從動懸架設(shè)計的出發(fā)點是滿足汽車平順性和操縱穩(wěn)定性之間進(jìn)行折衷，對不同的使用要求，只能是在滿足主要性能要求的基礎(chǔ)上犧牲次要性能。被動懸架的優(yōu)點是成本低、有較高的可靠性。缺點是無法解決同時滿足平順性和操縱穩(wěn)定性之間相矛盾的要求。剛性較大的螺旋彈簧以使

29、車輪保持著與路面接觸的傾向，提高輪胎的抓地能力。但是這樣的弊端是乘坐汽車時有較強烈的顛簸感覺。采用較軟的螺旋彈簧，以適應(yīng)崎嶇不平的路面，提高乘坐汽車時的平穩(wěn)性及舒適性，但是這樣的汽車操縱性較差。</p><p>　　2.2 電控空氣懸架系統(tǒng)和電控液壓懸架系統(tǒng)的特點對比</p><p>　　電子控制懸架系統(tǒng)按懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式分，可分為電控空氣懸架系統(tǒng)和電控液壓懸架系統(tǒng)兩種[5]。</p

30、><p>　　電控空氣懸架工作原理就是用空氣壓縮機形成壓縮空氣，并將壓縮空氣送到彈簧和減振器的空氣室中，以此來改變車輛的高度。在前輪和后輪的附近設(shè)有車高傳感器，按車高傳感器的輸出信號，微機判斷出車身高度的變化，再控制壓縮機和排氣閥，使彈簧壓縮或伸長，從而起到減振的效果。 空氣懸架給予了汽車更多的靈性。當(dāng)你在高速行駛時懸架可以變硬來提高車身的穩(wěn)定性；而長時間在低速不平的路面行駛時，控制單元會使懸架變軟來提高車子的舒適性

31、。</p><p>　　電控主動式液壓懸架系統(tǒng)的控制形式是較先進(jìn)的形式，主動懸架就屬于這一類形式，它采用一種有源方式來抑制路面對車身的沖擊力及車身傾斜力。它既能使車輛具有軟彈簧般的舒適性，又能保證車輛具有良好的操縱穩(wěn)定性；對于傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)而言，一旦參數(shù)固定，在車輛行駛過程中就無法進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此使懸架性能的進(jìn)一步提高受到很大限制。目前乘用車上采用的電液控制懸架系統(tǒng)基本上具有三個功能：一是具有車高調(diào)節(jié)功能。不管車輛

32、負(fù)載在規(guī)定范圍內(nèi)如何變化，都可以保證車高一定，可大大減少汽車在轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生的側(cè)傾。當(dāng)車輛在凸凹不平的道路上行駛時，可提高車身高度；當(dāng)車身高速行駛時，又可使車身高度降低，以減小風(fēng)阻并提高其操縱穩(wěn)定性。二是具有衰減力調(diào)節(jié)功能。其作用是提高車輛操縱穩(wěn)定性，在急轉(zhuǎn)彎、急加速和緊急制動時可以抑制車輛姿勢變化（減小俯仰角、后仰角、側(cè)傾角）。三是具有控制懸架系統(tǒng)減振力和彈性元件的彈性或剛性系數(shù)的功能。利用彈性元件或剛性系數(shù)的變化，控制車輛起步時的姿勢。

33、該系統(tǒng)由液壓源、壓力控制閥、液壓懸架缸、傳感器、ECU等組成。</p><p>　　2.3液壓式主動懸架的工作原理</p><p>　　液壓式主動懸架就是在被動懸架的基礎(chǔ)上加裝個可以產(chǎn)生作用力的動力裝置，由動力源、壓力控制閥、液壓缸、傳感器、控制器等組成,如圖2.1。</p><p>　　系統(tǒng)作用過程：路面有不平度輸入Z0經(jīng)輪胎K1傳遞到非簧載質(zhì)量M1，然后再由M1

34、經(jīng)懸架剛度Ks與懸架阻尼Cs出家門都傳遞到簧載質(zhì)量M2，使簧載質(zhì)量M2產(chǎn)生加速度：此時，液壓主動懸架控制系統(tǒng)通過加速度傳感器測得其加速度信號，再經(jīng)電荷放大器將所有的電信號放大以使其與控制器的輸入電信號幅值相匹配；最后再由控制器對所測得的電信號按照事先設(shè)計好的控制規(guī)律進(jìn)行處理，得到對應(yīng)得輸出控制量傳給比例閥，比例閥輸出相應(yīng)的流量來控制液壓缸，使其作用出相應(yīng)的動作以改變簧載質(zhì)量的加速度，從而讓加速度在期望的范圍內(nèi)波動。理論上，這一動力裝置產(chǎn)

35、生的作用力可根據(jù)需要在極短的時間內(nèi)由零變化到無窮大。但作用力越大，加速度變化越快，需要液壓系統(tǒng)的工作壓力就越高，系統(tǒng)消耗的能量也就越大。</p><p>　　圖2.1液壓式主動懸架工作原理圖</p><p>　　M1—非簧載質(zhì)量; M2—簧載質(zhì)量；Kt—輪胎剛度；Ks—懸架彈簧剛度；Cs—懸架阻尼系數(shù)；F—作用力發(fā)生器；Z0—路面激勵位移；Z1—非簧載質(zhì)量位移；Z2—彈簧質(zhì)量位移</

36、p><p>　　2.4 液壓系統(tǒng)方案確定</p><p>　　根據(jù)電控空氣懸架系統(tǒng)和電控液壓懸架系統(tǒng)的比較，兩者的共同性則是能為高速行駛的車輛提供足夠的穩(wěn)定性，當(dāng)車輛在不平路面行駛時，又能提高車身增加通過能力。但電控主動空氣懸架的缺點也很明顯，成本高昂、維護(hù)保養(yǎng)成本高。所以對液壓式懸架進(jìn)行設(shè)計。</p><p>　　2.4.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計特點：</p>

37、<p>　　1、采用控制器控制三位四通伺服閥閥芯的位置，閥芯位置決定了流出伺服閥的</p><p>　　壓力油的流量大小和方向，通過活塞桿上下的壓力差產(chǎn)生主動控制力，控制器根據(jù)汽車的運動狀態(tài)調(diào)整作動器作用力的大小、方向和變化速度，使汽車行駛的平順性得以改善。</p><p>　　2、液壓缸與蓄能器之間安裝一個阻尼孔可調(diào)的節(jié)流閥（主、副節(jié)流孔截面積不</p><

38、p>　　同），根據(jù)傳感器輸入信號，由ECU處理后控制電磁閥接通主、副節(jié)流孔，起到阻尼控制。</p><p>　　3、利用蓄能器的進(jìn)氣與排氣來改變氣室容積，起到剛度調(diào)節(jié)作用。</p><p>　　4、車身高度傳感器測得的信息輸入ECU，經(jīng)處理后控制伺服閥動作，使液壓缸上、下腔壓力變化推動活塞上下動作，達(dá)到車身高度理想值，如圖2.2。</p><p>　　圖2.2

39、 液壓伺服控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　1-液壓缸；2-蓄能器；3-M型三位四通閥；4-溢流閥；5-電動機；6-液壓泵；7-過濾器；8-蓄能器；9-單向閥；10-空氣壓縮機；11-放氣閥；12-節(jié)流閥；13-油箱</p><p><b>　　2.5 本章小節(jié)</b></p><p>　　本章首先分析了汽車懸架幾個類型的分類，了解了主動懸

40、架的發(fā)展現(xiàn)狀，對懸架進(jìn)行了系統(tǒng)性的對比研究，了解其類的優(yōu)缺點，說明液壓主動懸架的基本工作原理，基本控制功能，對下文做了理論基礎(chǔ)。</p><p>　　第3章 車身高度調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計</p><p>　　車高控制系統(tǒng)能夠根據(jù)車身負(fù)載的變化自行調(diào)節(jié)，使車身高度不隨乘員和貨物的變化而變化，保證懸架始終都有合適的工作行程。</p><p>　　車高控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)通常由空氣

41、或油氣彈簧組成，因而高度調(diào)節(jié)機構(gòu)一般分為空壓式與液壓式兩類。該車高控制系統(tǒng)采用液壓式，執(zhí)行元件為油液作動器（液壓缸），并由電控裝置、動力源、電液伺服閥、蓄能器、傳感器、ECU等組成。</p><p>　　3.1 車身高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計：</p><p>　　車高控制系統(tǒng)能夠根據(jù)車身負(fù)載的變化自行調(diào)節(jié)，使車身高度不隨乘員和貨物的變化而變化，保證懸架始終都有合適的工作行程。</p>

42、<p>　　車高控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)通常由空氣或油氣彈簧組成，因而高度調(diào)節(jié)機構(gòu)一般分為空壓式與液壓式兩類。該車高控制系統(tǒng)采用液壓式，執(zhí)行元件為油液作動器（液壓缸），并由電控裝置、動力源、電液伺服閥、蓄能器、傳感器、ECU等組成，如圖3.1.</p><p>　　圖3.1車身高度控制原理圖</p><p>　　1-液壓缸；2-蓄能器；3-M型三位四通閥；4-溢流閥；5-電動機；6-

43、液壓泵；7-過濾器；8-油箱</p><p>　　ECU根據(jù)車高傳感器信號的變化和駕駛員選擇的控制模式指令，給控制車高的電液伺服閥發(fā)出指令。當(dāng)車需要升高時，三位四通伺服閥動作，接通供油油路，液壓泵</p><p>　　4.4.1壓電晶體式告訴開關(guān)閥</p><p>　　壓電晶體是一種利用在壓電材料上施加一定的電壓，電壓材料會產(chǎn)生相對應(yīng)的變形，利用該變形帶動滑閥閥芯運

44、動的電-機械轉(zhuǎn)換元件。壓電晶體工作時無噪音，工作可靠性及穩(wěn)定性好，易于實現(xiàn)微型化，尤其是他的響應(yīng)非常快，可達(dá)到20~150千赫茲，分辨率非常高，可達(dá)，可獲得極高的位移精密度,外形如圖4-2。設(shè)計有多層壓電晶體的疊合元件4左右分別施加電壓時，閥芯1被驅(qū)動，閥芯帶著閥體2左右移動來控制油液。</p><p><b>　　4.5本章小節(jié)</b></p><p>　　本章主要

45、介紹了阻尼調(diào)節(jié)機構(gòu)的組成及工作原理，節(jié)流閥，高速開關(guān)閥的設(shè)計與外部尺寸，還介紹了影響節(jié)流閥流量穩(wěn)定性的因素。從而確定了自動液壓調(diào)節(jié)阻尼調(diào)節(jié)機構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計。</p><p>　　第5章 懸架剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計</p><p>　　在部分小轎車、越野汽車和大型豪華客車上的電子控制懸架系統(tǒng)中，每個車輪上都采用了空氣彈簧和普通減震器。改變空氣彈簧氣壓腔中壓縮空氣的壓力（實際上是改變空氣的密度），即可

46、改變空氣彈簧懸架的剛度。根據(jù)空氣彈簧和普通減震器改變懸架剛度的原理，設(shè)計液壓式懸架剛度調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)機構(gòu)，用一個蓄能器代替空氣彈簧，液壓缸代替普通減震器，通過空氣壓縮機的供氣及蓄能器的排氣改變蓄能器內(nèi)壓縮空氣的壓力，進(jìn)而改變懸架的剛度。</p><p>　　剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)由電控裝置、動力源、電液伺服閥、空氣壓縮機、蓄能器、油液作動器（液壓缸）、車身位置傳感器、電磁閥等組成[18]。</p><p&g

47、t;　　5.1 懸架剛度的自動調(diào)節(jié)</p><p>　　車身剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計，如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1車身高度調(diào)節(jié)機構(gòu)系統(tǒng)圖</p><p>　　1-液壓缸；2-蓄能器；3-M型三位四通閥；4-溢流閥；5-電動機；6-液壓泵；7-過濾器8-蓄能器；9-單向閥；10-空氣壓縮機；11-放氣閥；12-油箱</p><p&g

48、t;　　蓄能器與空氣壓縮機相連，通過液壓缸的壓力信號，由ECU控制空氣壓縮機向蓄能器補氣及蓄能器的排氣，利用蓄能器中壓縮空氣的多少來進(jìn)行剛度控制。當(dāng)壓力信號高出設(shè)定壓力時，空氣壓縮機向蓄能器補氣，使懸架的剛度增加，系統(tǒng)處于“硬” 狀態(tài)。液壓缸的壓力在設(shè)定范圍內(nèi)變化時，通過蓄能器的排氣及空氣壓縮機的補氣，使懸架的剛度減小，系統(tǒng)處于“軟”狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)汽車在路面上行駛時，ECU接收到各傳感器送來的信號

49、后，和設(shè)定值比較，在壓力范圍內(nèi)變化時，液壓缸的壓力增加，ECU發(fā)出指令，通過電路控制打開蓄能器排氣閥，排氣來減小剛度。液壓缸的壓力減小，需要向蓄能器補氣來保持正常行駛壓力，ECU發(fā)送指令，通過電路控制，接通空氣壓縮機的電路，使空氣壓縮機開始工作，向蓄能器補氣。達(dá)到正常行駛壓力ECU控制空氣壓縮機停止工作。液壓缸壓力高出正常行駛壓力范圍時，ECU發(fā)送指令，控制空氣壓縮機電路，空氣壓縮機工作向蓄能器補氣，同時ECU還控制液壓系統(tǒng)電磁閥，向蓄

50、能器供液壓油，提高系統(tǒng)剛度。</p><p>　　5.2 空氣壓縮機的選擇</p><p>　　空氣壓縮機屬于正壓發(fā)生裝置，它是將機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的能量轉(zhuǎn)換裝</p><p>　　置，提供高于大氣壓力的氣壓。排氣壓力高于的習(xí)慣上稱為壓縮機。</p><p>　　活塞式空氣壓縮機適用的壓力范圍大，特別適用于壓力較高的中小流量場合。目前仍是

51、應(yīng)用廣泛的一種空壓機。螺桿式、離心式空氣壓縮機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，排氣均勻。用于氣壓傳動是較新的具有發(fā)展前途的空壓機。螺桿式適用于低壓力，中小流量的場合，離心式則適用于低壓力大流量的場合。</p><p>　　空壓機的額定壓力應(yīng)略高于氣動系統(tǒng)的工作壓力。目前，一般氣動系統(tǒng)的工作壓力為0.5～0.8，因此選用額定排氣壓力為0.7～1的低壓空壓機。</p><p>　　特殊需要時，也可選用中壓1～10、

52、高壓10～100甚至超高100</p><p>　　以上的空氣壓縮機。選擇空氣壓縮機的根據(jù)，是氣動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個主要參數(shù)。</p><p><b>　　1、輸出壓力</b></p><p><b>　　(5.1)</b></p><p><b>　　=</b>&

53、lt;/p><p><b>　　=8.2</b></p><p>　　式中 ——各氣動執(zhí)行元件使用的最高壓力 ；</p><p>　　——氣動系統(tǒng)的總壓力損失，一般令；</p><p><b>　　2、輸出流量</b></p><p>　　計算出各氣動設(shè)備所需的壓縮空氣流量后，

54、轉(zhuǎn)換成自由空氣流量，再計算出空氣壓縮機的流量。</p><p>　　自由空氣流量，忽略溫度變化的影響，則</p><p><b>　　(5.2)</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中 、——分別為壓縮空氣和自由空氣流量 ；</p><p>

55、;　　、——分別為壓縮空氣和自由空氣的絕對壓力 ；</p><p>　　自由空氣流量是指溫度在、大氣壓力為、相對濕度65%狀態(tài)下的流量。</p><p><b>　　(5.3)</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中 ——氣動系統(tǒng)的最大總耗氣(自由空氣)量；<

56、;/p><p>　　——漏損系數(shù)，考慮元件、管接頭及風(fēng)動工具磨損泄漏，～；</p><p>　　——備用系數(shù)，考慮系統(tǒng)中增添新氣動設(shè)備的余量，～；</p><p>　　——利用系數(shù)，若所有設(shè)備同時使用時，；</p><p>　　通常情況下，可令～。根據(jù)上面計算的和選擇容量稍大的壓縮機型號。蓄能器的壓力小于，所以選擇輸出壓力為中壓的空氣壓縮機～。&

57、lt;/p><p>　　5.3 蓄能器的選擇</p><p>　　氣囊式蓄能器，通過上部的充氣閥向采用耐油橡膠制成的氣囊內(nèi)充入一定壓力的惰性氣體，氣體的壓力決定了蓄能器的壓力。當(dāng)系統(tǒng)的壓力高于蓄能器的壓力時，壓力油經(jīng)殼體底部的限位閥進(jìn)入蓄能器，壓縮氣囊內(nèi)的氣體，蓄能器儲存能量；當(dāng)系統(tǒng)的壓力低于蓄能器的壓力時，氣囊膨脹將壓力油通過限位閥輸出，蓄能器釋放能量。限位閥的作用是防止氣囊膨脹時從蓄能器油

58、口處被擠出而損壞。此種蓄能器的氣體與液體完全隔開，氣囊慣性小、反映靈敏、體積小、質(zhì)量輕、安裝方便，適用于儲能和吸收壓力沖擊，工作壓力可達(dá)32MPa，是目前應(yīng)用最廣泛的蓄能器之一。</p><p>　　蓄能器的功用主要是存儲油液的壓力能。在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)液壓泵停止工作時蓄能器可以向系統(tǒng)提供壓力油，充當(dāng)應(yīng)急能源，使系統(tǒng)在一段時間內(nèi)維持壓力。液壓缸下腔容積變化大于上腔容積的變化，所以安裝一個體積僅為0.6L大小蓄能器。

59、</p><p>　　為了保證系統(tǒng)壓力時，蓄能器還能釋放壓力油，應(yīng)取充氣壓力，對于皮囊式取～有利于提高其使用壽命。因，根據(jù)氣體狀態(tài)方程。</p><p><b>　　(5.4)</b></p><p><b>　　則有：，。</b></p><p>　　式中 ——為蓄能器工作狀態(tài)所確定的指數(shù)，；&

60、lt;/p><p>　　——蓄能器的充氣壓力 ；</p><p>　　——蓄能器的最高工作壓力；</p><p>　　——蓄能器的最低工作壓力；</p><p>　　——蓄能器的容積 ；</p><p>　　——最高壓力時的氣囊容積 ；</p><p>　　——最低壓力時的氣囊容積 ；</p&

61、gt;<p>　　為了減少功率損失，在伺服控制系統(tǒng)中采用一個蓄能器，靠近汽車懸架，并且蓄能器的容積為。此蓄能器在系統(tǒng)中還起到空氣彈簧的作用。</p><p><b>　　5.4 本章小節(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了剛度調(diào)節(jié)機構(gòu)的組成及工作原理，通過傳感器向ECU發(fā)送信號，由ECU發(fā)出控制指令給空氣壓縮機和蓄能器排氣閥來完成懸架剛度的自動調(diào)

62、節(jié)功能。還進(jìn)行了蓄能器及空氣壓縮機的選擇。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本設(shè)計經(jīng)過對汽車懸架的發(fā)展現(xiàn)狀，對越野車液壓主動懸架的深入了解，結(jié)合在本科四年中學(xué)到的專業(yè)知識，設(shè)計了一種可以電控液壓自動調(diào)節(jié)車身高度，懸架阻尼，懸架剛度的主動懸架，并對該液壓系統(tǒng)做了系統(tǒng)性的分析。所得結(jié)論有以下幾點：</p><p&g

63、t;　　1：通過設(shè)計，查閱主動懸架的相關(guān)資料，設(shè)計整個懸架液壓系統(tǒng)，并加以理論說明。</p><p>　　2：通過液壓系統(tǒng)的深入了解，結(jié)合主動懸架知識，設(shè)計了電子控制液壓傳動的可以自動調(diào)節(jié)車身高度，懸架阻尼，懸架剛度的液壓系統(tǒng)機構(gòu)。</p><p>　　3：在液壓控制方面，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，設(shè)計了節(jié)流閥，高速開關(guān)閥。選取了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件，傳感器，以及輔助件，使得液壓系統(tǒng)理論上匹配良好，運行流暢

64、，控制準(zhǔn)確。</p><p>　　需要進(jìn)一步研究的問題：</p><p>　　1：可以運用專業(yè)軟件對此懸架系統(tǒng)分析，優(yōu)化設(shè)計。</p><p>　　2：對系統(tǒng)進(jìn)行深入計算，分析系統(tǒng)的非線性控制問題。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]段俊法，陳思忠.越野車輛懸

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67、7</p><p>　　[8] Haeid S.Gndrew A Design of a New High-performance Electro Hydraulic Actuator 2000(02)</p><p>　　[9]齊曉杰,安永東.汽車液壓,液力與氣壓傳動.北京.化工工業(yè)出版社.2007.9</p><p>　　[10]賈民平,張洪亭.測試技術(shù).北京.

68、高等教育出版社.2009.5</p><p>　　[11] 梁經(jīng)芝 馬國新.電液主動懸架的自校正控制[J].汽車工程,2005,27(2):209-211.</p><p>　　[12] 管成 朱善安.液壓主動懸架的非線性自適應(yīng)控制[J].汽車工程,2004,26(6):691-695.</p><p>　　[13] Gao H J,James Lam,Wang C

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70、;/p><p>　　[15] 王國麗,顧亮,孫逢春;車輛主動懸架技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J];兵工學(xué)報;2000年S1期</p><p>　　[16] 劉白雁,陳奎生;閥控非對稱缸電液系統(tǒng)的模型跟隨自適應(yīng)控制[J];湖北工學(xué)院學(xué)報;2002年02期</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計

71、作為對大學(xué)生在校最后階段的一次綜合知識檢驗以及能力的考核，對我們來說有著相當(dāng)深遠(yuǎn)的意義。它全方位的檢驗的學(xué)生在大學(xué)四年所學(xué)過的課程及學(xué)習(xí)效果，并通過設(shè)計過程和設(shè)計成果從各方面反應(yīng)了學(xué)生各方面的綜合能力以及在某些方面的欠缺和不足，使我們從心里準(zhǔn)備在以后的學(xué)習(xí)和工作中不斷完善自己。畢業(yè)設(shè)計可以說是由學(xué)校走向社會的一個階梯，可以初步了解自己的工作能力。培養(yǎng)了學(xué)生積極思考，勤奮刻苦的工作態(tài)度為以后的工作打下基礎(chǔ)。</p><

72、p>　　本次設(shè)計及設(shè)計說明書是在安永東老師的細(xì)心指導(dǎo)下，經(jīng)過不斷的學(xué)習(xí)和修改完成的。安永東老師嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度，淵博的學(xué)識，豐富的實踐經(jīng)驗，使我受益匪淺、終生難忘將是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的楷模。在整個畢業(yè)設(shè)計任務(wù)期間，安老師對我嚴(yán)格要求，不斷督促我的進(jìn)步，對我的問題及時指正并加以引導(dǎo)，幫助我成長。我從老師這里不僅學(xué)到了豐富的知識，更重要的是學(xué)到了一份鍥而不舍的鉆研精神、一份對事業(yè)對生活的態(tài)度，所有這些都將是我人生路上的寶貴財富。對此，我再一次