汽車懸掛的分類及性能 懸掛的結(jié)構(gòu)形式很多,分類方法也不盡相同。若按導向機構(gòu)的形式來分可分為獨立懸掛和非獨立懸掛兩大類。如果從控制力的角度來分,則可把懸掛分為被動懸掛、半主動懸掛和主動懸掛三大類。
1、被動懸掛 一般的汽車絕大多數(shù)裝有由彈簧和減振器組成的機械式懸掛。由于這種常規(guī)懸掛系統(tǒng)內(nèi)無能源供給裝置,懸掛的彈性和阻尼參數(shù)不會隨外部狀態(tài)而變化,因而稱這種懸掛為被動懸掛。這種懸掛雖然往往采用參數(shù)優(yōu)化的設(shè)計方法,以求盡量兼顧各種性能要求,但在實際上由于最終設(shè)計的懸掛參數(shù)是不可調(diào)節(jié)的,所以在使用中很難滿足高的行駛要求。 2.半主動懸掛 半主動懸掛可視為由可變特性的彈簧和減振器組成的懸掛系統(tǒng),雖然它不能隨外界的輸入進行最優(yōu)控制和調(diào)節(jié),但它可按存貯在計算機內(nèi)部的各種條件下彈簧和減振器的優(yōu)化參數(shù)指令來調(diào)節(jié)彈簧的剛度和減振器的阻尼狀態(tài)。半主動懸掛又稱無源主動懸掛,因為它沒有一個動力源為懸掛系統(tǒng)提供連續(xù)的能量輸入,所以在半主動懸掛系統(tǒng)中改變彈簧剛度要比改變阻尼狀態(tài)困難得多,因此在半主動懸掛系統(tǒng)中以可變阻尼懸掛系統(tǒng)最為常見。半主動懸掛系統(tǒng)的最大優(yōu)點是工作時幾乎不消耗動力,因此越來越受到人們的重視。 3.主動懸掛 主動懸掛是一種具有作功能力的懸掛,通常包括產(chǎn)生力和扭矩的主動作用器(油缸、汽缸、伺服電機、電磁鐵等)、測量元件(如加速度、位移和力傳感器等)和反饋控制器等。因此,主動懸掛需要一個動力源(液壓泵或空氣壓縮機等)為懸掛系統(tǒng)提供連續(xù)的動力輸入。當汽車載荷、行駛速度、路面狀況等行駛條件發(fā)生變化時,主動懸掛系統(tǒng)能自動調(diào)整懸掛剛度(包括整體調(diào)整和各輪單獨調(diào)整),從而同時滿足汽車的行駛平順性,操縱穩(wěn)定性等各方面的要求,其優(yōu)點可歸納為如下幾個方面: (1)懸掛剛度可以設(shè)計得很小,使車身具有較低的自然振動頻率,以保證正常行駛時的乘坐舒適性。汽車轉(zhuǎn)向等情況下的車身側(cè)傾,制動、加速等情況下的縱向擺動等問題,由主動懸掛系統(tǒng)通過調(diào)整有關(guān)車輪懸掛的剛度予以解決。而對于傳統(tǒng)的被動懸掛系統(tǒng),為同時兼顧到側(cè)傾、縱擺等問題,不得不把懸掛剛度設(shè)計得較大,因而正常行駛時汽車的乘坐舒適性受到損失。 (2)采用主動懸掛系統(tǒng),因不必兼顧正常行駛時汽車的乘坐舒適性,可將汽車懸掛抗側(cè)傾、抗縱擺的剛度設(shè)計得較大,因而提高了汽車的操縱穩(wěn)定性,即汽車的行駛安全性得以提高。 (3)先進的主動懸掛系統(tǒng),還能保證在車輪行駛中碰抵磚石之類的障礙物時,懸掛系統(tǒng)在瞬時將車輪提起,避開障礙行進,因而汽車的通過性也得以提高。 (4)汽車載荷發(fā)生變化時,主動懸掛系統(tǒng)能自動維持車身高度不變。在各輪懸掛單獨控制的情況下,還能保證汽車在凸凹不平的道路上行駛時,車身穩(wěn)定。 (5)普通懸掛在汽車制動時,車頭向下俯沖。而裝有某些主動懸掛系統(tǒng)的汽車(如沃爾沃740型小轎車)卻不存在這種情況。制動時,該車尾部下傾,因而可以充分利用后輪與地面間的附著條件,加速制動過程,縮短制動距離。 (6)裝有某些主動懸掛系統(tǒng)的汽車在轉(zhuǎn)向時,車身不但不向外傾斜,反而向內(nèi)傾斜,從而有利于轉(zhuǎn)向時的操縱穩(wěn)定性。TOP (7)主動懸掛可使車輪與地面保持良好接觸,即車輪跳離地面的傾向減小,保持與地面垂直,因而可提高車輪與地面間的附著力,使車輪與地面間相對滑動的傾向減小,汽車抗側(cè)滑的能力得以提高。輪胎的磨損也得以減輕,轉(zhuǎn)向時車速可以提高。 (8)在所有載荷工況下,由于車身高度不變,保證了車輪可全行程跳動。而傳統(tǒng)的被動懸掛系統(tǒng)中,當汽車載荷增大時,由于車身高度的下降,車輪跳動行程減少,為不發(fā)生運動干涉,不得不把重載時的懸掛剛度設(shè)計得偏高,因而輕載時的平順性受到損失。而主動懸掛系統(tǒng)則無此問題。 (9)由于車身高度不變,側(cè)傾剛度、縱擺剛度的提高,消除或減少了轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)運動干涉而發(fā)生的制動跑偏、轉(zhuǎn)向特性改變等問題,因而可簡化轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的設(shè)計。 (10)因車身平穩(wěn),不必裝大燈水平自調(diào)裝置。 主動懸掛系統(tǒng)的主要缺陷是成本較高,液壓裝置噪音較大,功率消耗較大。 主動懸掛和半主動懸掛系統(tǒng)按其控制方式又可分為機械控制懸掛系統(tǒng)和電子控制懸掛系統(tǒng)。 最早在英國倫敦的公共汽車上用的一種主動懸掛系統(tǒng),是一種純機械式控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中有四個油氣彈簧和高度控制閥,油泵和貯壓器可使供油管路中維持穩(wěn)定的高壓,四個高度控制閥則分別控制四個油氣彈簧中的油壓,從而控制了四個油氣彈簧的剛度。汽車載荷增大時,高度控制閥動作,油氣彈簧中油壓上升,反之則油壓下降,直至車身高度達到設(shè)定值為止。汽車轉(zhuǎn)向時,外側(cè)兩個高度控制閥增大兩個外側(cè)油氣彈簧的油壓,內(nèi)側(cè)兩個油氣彈簧油壓則下降,從而維持車身水平,即提高了車身抗側(cè)傾能力。制動(或加速)時,則前面兩個(或后面兩個)高度控制閥使前面兩個(或后面兩個)油氣彈簧中的油壓上升,另外兩個油氣彈簧中的油壓下降,維持車身水平,即提高了車身的抗縱擺能力。 為了保證車輪正常跳動時防止高度控制閥誤動作,在高度控制閥與車輪擺臂的連接傳感元件中裝有緩沖減振裝置。該緩沖減振裝置的振動特性必須與車輪懸掛的振動特性良好匹配才能保證系統(tǒng)正常工作。這一點完全靠機械振動系統(tǒng)的合理設(shè)計來保證。 法國某些雪鐵龍汽車上采用的主動懸掛系統(tǒng)(由英國開發(fā)),也是種純機械控制系統(tǒng),其主要特點是:前橋采用了兩個高度控制閥,兩個油氣彈簧;后橋采用了一個高度控制閥,一個油氣彈簧。兩個前油氣彈簧的液壓缸分別于對角線處的兩個對應的后液力滑柱的下腔相通,兩個后液力滑柱的上腔均與后油氣彈簧的液壓腔相通。主液壓管路中的液壓由油泵和貯壓器維持。 機械控制懸掛系統(tǒng)的特點是結(jié)構(gòu)簡單,成本低,但是機械控制懸掛系統(tǒng)存在著控制功能少,控制精度低,不能適應多種使用工況等問題。所以,近年來隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,隨著車用微機、各種傳感器、執(zhí)行元件的可靠性和壽命的大幅度提高,電子控制技術(shù)被有效地應用于懸掛系統(tǒng)控制中。 可調(diào)式懸掛就是根據(jù)車輛不同的需求狀態(tài)來對懸掛的高度和軟硬進行調(diào)整,從而使車輛處在最佳的形式狀態(tài)。當下汽車的可調(diào)式懸掛按控制類型可分為三大類。 1、空氣式可調(diào)懸掛 空氣式可調(diào)懸掛就是指利用空氣壓縮機形成壓縮空氣,并通過壓縮空氣來調(diào)節(jié)汽車底盤的離地間隙一種懸掛方式。 一般裝備空氣式可調(diào)懸掛的車型在前輪和后輪的附近都設(shè)有離地距離傳感器,按離地距離傳感器的輸出信號,行車電腦判斷出車身高度的變化,再控制空氣壓縮機和排氣閥門,使彈簧自動壓縮或伸長,從而起到減震的效果。空氣式可調(diào)懸掛中的空氣彈簧的軟硬能根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)。當在高速行駛時,空氣懸掛可以自動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,行車電腦則會使懸掛變軟來提高車輛的舒適性。代表車型:奧迪A8、奔馳S級350 、保時捷卡宴。 空氣式懸掛結(jié)構(gòu)示意圖 2、液壓式可調(diào)懸掛 液壓式可調(diào)懸掛就是指根據(jù)車速和路況,通過增減液壓油的方式調(diào)整汽車底盤的離地間隙來實現(xiàn)車身高度升降變化的一種懸掛方式。 內(nèi)置式電子液壓集成模塊是液壓式可調(diào)懸掛的核心,可根據(jù)車速、減振器伸縮頻率和伸縮程度的數(shù)據(jù)信息,在汽車重心附近安裝有縱向、橫向加速度和橫擺陀螺儀傳感器,用來采集車身振動、車輪跳動、車身高度和傾斜狀態(tài)等信號,這些信號被傳送給行車電腦,行車電腦在根據(jù)輸入信號和預先設(shè)定的程序操縱前后四個執(zhí)行油缸工作。通過增減液壓油的方式實現(xiàn)車身高度的升或降,也就是根據(jù)車速和路況自動調(diào)整離地間隙,從而提高汽車的平順性和操縱穩(wěn)定性。代表車型:寶馬7系 3、電磁式可調(diào)懸掛 電磁式可調(diào)懸掛就是指利用電磁反應來實現(xiàn)汽車底盤的高度升降變化的的一種懸掛方式。它可以針對路面情況,在1毫秒時間內(nèi)作出反應,抑制振動,保持車身穩(wěn)定,特別是在車速很高又突遇障礙時更能顯出它的優(yōu)勢。它的反應速度比傳統(tǒng)的懸掛快5倍,即使是在最顛簸的路面,也能保證車輛平穩(wěn)行駛。 電磁懸掛系統(tǒng)是由行車電腦、車輪位移傳感器、電磁液壓桿和直筒減振器組成。在每個車輪和車身連接處都有一個車輪位移傳感器,傳感器與行車電腦相連,行車電腦又與電磁液壓桿和直筒減振器相連。直筒減振器有別于傳統(tǒng)的液壓減振器,沒有細小的閥門結(jié)構(gòu),不是通過液體的流動阻力達到減振的目的。電磁減振器中也有減振液,但是,那是一種被稱為電磁液的特殊液體,是由合成的碳氫化合物和微小的鐵粒組成。 平時,磁性金屬粒子雜亂無章地分布在液體里,不起什么作用。如果有磁場作用,它們就會排列成一定結(jié)構(gòu),減振液就會變成近似塑料的狀態(tài)。減振液的密度可以通過控制電流流量來精確控制,并且是適時連續(xù)的控制。電磁式可調(diào)懸掛的工作過程是:當路面不平引起車輪跳動時,傳感器迅速將信號傳至控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)發(fā)出指令,將電信號發(fā)送到各個減振器的電子線圈,電流的運動產(chǎn)生磁場,在磁場的作用下,減振器中的電磁液的密度改變,控制車身,達到減振的目的。如此變化說起來復雜,卻可以一秒中進行1000次,可謂瞬間完成。電磁懸掛系統(tǒng)可以快速有效地彌補輪胎的跳動,并擴大懸掛的活動范圍,降低噪音,提高車輛的操控準確性和乘坐舒適性。代表車型:凱迪拉克SLS賽威 |
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