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汽车悬架研究现状及发展趋势
 
半主动悬架的研究工作开始于1973年,。半主动悬架以改变悬架的阻尼为主,一般较少考虑改变悬架的刚度。工作原理是:根据簧上质量相对车轮的速度响应、加速度响应等反馈信号,按照一定的控制规律调节弹簧的阻尼力或者刚度。半主动悬架产生力的方式与被动悬架相似,但其阻尼或刚度系数可根据运行状态调整,这和主动悬架极为相似。有级式半主动悬架是将阻尼分成几级,阻尼级由驾驶员根据“路感”选择或由传感器信号自动选择;无级式半主动悬架根据汽车行驶的路面条件和行驶状态,对悬架的阻尼在几毫秒内由最小到最大进行无级调节。由于半主动悬架结构较简单,工作时不需要消耗车辆的动力,而且可取得与主动悬架相近的性能,具有广阔的发展空间。
随着道路交通的不断发展,汽车车速有了很大的提高,被动悬架的缺陷逐渐成为提高汽车性能的瓶颈,为此人们开发了能兼顾舒适和操纵稳定的主动悬架。主动悬架的概念是1954年美国通用汽车公司在悬架设计中率先提出的。它在被动悬架的基础上,增加可调节刚度和阻尼的控制装置,使汽车的悬架在任何路面上保持最佳的运行状态。控制装置通常由测量系统、反馈控制系统、能源系统等组成。20世纪80年代,世界各大著名的汽车公司和生产厂家竞相研制开发这种悬架。奔驰、沃尔沃、洛特斯、丰田等在汽车上进行了较为成功的试验。装备主动悬架的汽车,在不良路面高速行驶时,车身非常平稳,轮胎的噪音小,转向和制动时车身保持水平。其特点是乘坐非常舒服,但不同程度存在着结构复杂、能耗高、成本昂贵、可靠性问题。
由于种种原因,我国的汽车绝大部分采用被动悬架。在半主动和主动悬架的研究方面起步晚,与国外的差距大。在西方发达国家,半主动悬架在20世纪80年代后期趋于成熟,福特公司和日产公司首先在轿车上应用,取得了较好的效果。主动悬架虽然提出早,但由于控制复杂,并且牵涉到许多学科,一直很难有大的突破。进入20世纪90年代,仍仅应用于排气量大的豪华汽车。未见国内汽车产品采用此技术的报道,只有北京理工大学和同济大学等少数几个研究机构对主动悬架展开研究。
3 悬架的发展趋势
由于汽车行驶的平顺性和操纵稳定性的要求,具有安全、智能和清洁的绿色智能悬架将是今后汽车悬架发展的趋势。
(1)被动悬架是传统的机械结构,刚度和阻尼都是不可调的,依照随机振动理论,它只能保证在特定的路况下达到较好效果。但它的理论成熟、结构简单、性能可靠、成本相对低廉且不需额外能量,因而应用最为广泛。在我国现阶段,仍然有较高的研究价值。被动悬架性能的研究主要集中在三个方面:通过对汽车进行受力分析后,建立数学模型,然后再用计算机仿真技术或有限元法寻找悬架的最优参数;研究可变刚度弹簧和可变阻尼的减振器,使悬架在绝大部分路况上保持良好的运行状态;研究导向机构,使汽车悬架在满足平顺性的前提下,稳定性有较大的提高。
(2)半主动悬架的研究集中在两个方面:执行策略的研究;执行器的研究。阻尼可调减振器主要有两种,一种是通过改变节流孔的大小调节阻尼;一种是通过改变减振液的粘性调节阻尼。节流孔的大小一般通过电磁阀或步进电机进行有级或无级的调节,这种方法成本较高,结构复杂。通过改变减振液的粘性来改变阻尼系数,具有结构简单、成本低、无噪音和冲击等特点,因此是目前发展的主要方向。
(3)主