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      汽車主動(dòng)式電子液力懸架測(cè)試系統(tǒng)方法研究

      2015-05-30 15:47:35張?zhí)烊A
      科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年30期
      關(guān)鍵詞:汽車

      張?zhí)烊A

      摘 要:文章簡要介紹了汽車主動(dòng)式電子液力懸架測(cè)試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理,以主動(dòng)式電子液力懸架系統(tǒng)為研究對(duì)象,對(duì)電液懸架系統(tǒng)的動(dòng)力特性進(jìn)行了測(cè)試分析。用試驗(yàn)測(cè)試手段來驗(yàn)證CDC減震器的實(shí)際使用效果,對(duì)改進(jìn)和提高減振器的性能和研究汽車主動(dòng)式電子液力懸架具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

      關(guān)鍵詞:汽車;主動(dòng)式電子液力懸架;CDC減震器

      引言

      懸架是車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)之間的一切傳動(dòng)部件的總稱。汽車在行駛過程中,懸架的功用是把由于路面的顛簸而作用于車輪上的垂直反力(支撐力)、縱向力(牽引力和制動(dòng)力)和側(cè)向力和這些力所產(chǎn)生的力矩傳遞給車身,并且緩和路面不平傳給車架(或車身)的沖擊載荷,衰減由于沖擊引起的整個(gè)承載系統(tǒng)的振動(dòng),以保證汽車的正常行駛。汽車懸架的好壞對(duì)車輛的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性和通過性等有著重要的影響,選擇優(yōu)質(zhì)的懸架可以保證汽車在不平路面和載荷變化時(shí)有理想的運(yùn)動(dòng)特性。電子液力式可調(diào)懸架也稱連續(xù)減震控制系統(tǒng)(CDC),它也是主動(dòng)懸架的一種。這套系統(tǒng)可以獨(dú)立控制每個(gè)車輪的懸掛阻尼。其電子感應(yīng)器能根據(jù)讀取路況信息,適時(shí)對(duì)減震器作出調(diào)整,使之在軟硬間頻繁切換。從而更迅速準(zhǔn)確地控制車身的側(cè)傾、俯仰以及橫擺跳動(dòng)。提高車輛高速行駛和過彎的穩(wěn)定性[1]。隨著人們生活水平的提高,對(duì)車輛整體性能要求也隨之提高,開發(fā)高性能的懸架系統(tǒng)勢(shì)在必行。所以,對(duì)汽車主動(dòng)式電液懸架系統(tǒng)進(jìn)行研究有十分重要的意義。

      1 CDC主動(dòng)懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

      1.1 電液主動(dòng)懸架系統(tǒng)組成

      電液主動(dòng)懸架的基本結(jié)構(gòu),如圖1所示。系統(tǒng)主要由液壓缸、液壓泵、直流電機(jī)、控制器、蓄電池和彈簧組成[2]。其連接方式為平行安裝的液壓缸和彈簧與車身和車橋相連,液壓缸再與液壓泵通過液壓管路連接,液壓泵然后通過連軸器連接直流電機(jī),直流電機(jī)再連接蓄電池,蓄電池和直流電機(jī)之間連接控制器。該電液主動(dòng)懸架系統(tǒng)不采用液壓閥件,結(jié)構(gòu)簡單,成本低,工作范圍寬。其工作原理為:根據(jù)懸架系統(tǒng)的狀態(tài)反饋,通過控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向來調(diào)節(jié)定量泵的流量,從而控制液壓缸的阻尼力,實(shí)現(xiàn)整個(gè)懸架系統(tǒng)的主動(dòng)控制[3]。

      1-液壓缸;2-液壓泵;3-直流電機(jī);4-控制器;5-蓄電池;6-彈簧

      圖1 電液主動(dòng)懸架裝置

      1.2 CDC懸架減震系統(tǒng)原理

      系統(tǒng)核心部件由中央控制單元、CDC減震器、車身加速度傳感器、車輪加速度傳感器以及CDC控制閥構(gòu)成,其中減震器是基于傳統(tǒng)的液壓減震器構(gòu)造,減震器內(nèi)注有油液,有內(nèi)外兩個(gè)腔室,油液可通過聯(lián)通兩個(gè)腔室間的孔隙流動(dòng),在車輪顛簸時(shí),減振器內(nèi)的活塞便會(huì)在套筒內(nèi)上下移動(dòng),其腔內(nèi)的油液便在活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的作用下在兩個(gè)腔室間往返流動(dòng)。油液分子間的相互摩擦以及油液與孔壁之間的摩擦對(duì)活塞的運(yùn)動(dòng)形成阻力,將震動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱量,熱量通過減震器外殼散發(fā)到空氣中,這樣就實(shí)現(xiàn)了減震器過程[4]。

      汽車行駛過程中,當(dāng)車輪受到地面沖擊而向上跳動(dòng)時(shí),懸架彈簧收縮并且吸收強(qiáng)大的能量,沖擊過后懸架彈簧通過伸張?jiān)噲D釋放存儲(chǔ)的能量,從而使車身發(fā)生上下振動(dòng),減振器的功用就是通過對(duì)車身運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定的阻尼力,使振動(dòng)能量迅速消散、減小甚至消除車身的振動(dòng)[5]。另外,在汽車轉(zhuǎn)彎行駛、緊急制動(dòng)和緊急加速等行駛狀態(tài)下,汽車行駛姿勢(shì)發(fā)生變化,給汽車的行駛安全性和操縱穩(wěn)定性帶來不利影響,此時(shí)也可以通過改變減振器的阻尼力,使汽車保持穩(wěn)定的行駛姿勢(shì)。

      2 電液主動(dòng)懸架測(cè)試系統(tǒng)

      2.1 測(cè)試系統(tǒng)的組成和原理

      如圖2所示為主動(dòng)懸架測(cè)試系統(tǒng)框圖,包括前后兩側(cè)懸架(含輪胎)、CDC電液控制部分(包含電子懸架控制模塊、CDC控制系統(tǒng)傳感器、車輪垂直加速度傳感器、車輪碰撞吸能執(zhí)行器、車輪速度傳感器、CDC電磁閥、帶阻尼調(diào)節(jié)執(zhí)行器的避震等)、駕駛員信息中心顯示屏、路況振動(dòng)模擬裝置等。除上述相關(guān)器件之外,還包括四個(gè) CDC減震器應(yīng)力檢測(cè)傳感器、上位機(jī)系統(tǒng)、四個(gè)減震器處的激勵(lì)電機(jī)及直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。懸架控制模塊根據(jù)車速、方向盤位置、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、制動(dòng)壓力、車身和前輪垂直加速度等因素控制阻尼力。懸架控制模塊估算這些輸入值,以單獨(dú)控制減振器,從而在盡可能最大范圍的運(yùn)行條件下改善行駛平順性和舒適度。

      圖2 電液主動(dòng)懸架測(cè)試系統(tǒng)框圖

      如系統(tǒng)框圖所示,在四輪減震器下部加裝交流電機(jī),各電動(dòng)機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立,可以模擬各種復(fù)雜的震動(dòng)。通過CDC采樣頻率來確定交流振動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的頻率。然后通過數(shù)據(jù)采集卡向激勵(lì)變頻器發(fā)送往復(fù)頻率控制,將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的模擬橫擺傳感器信號(hào)、車輪加速度傳感器、車身加速度傳感器檢測(cè)到的實(shí)車傳感器信號(hào)值傳遞到ECU控制器中,調(diào)制后的ECU電磁閥控制PWM信號(hào)又返回到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,再通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以以太網(wǎng)通訊的方式實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間的通訊,從而達(dá)到對(duì)CDC工況的模擬。

      2.2 測(cè)試系統(tǒng)激振實(shí)現(xiàn)

      CDC模擬路況裝置采用諧振式激勵(lì)設(shè)備,簡稱激振平臺(tái),它是測(cè)試系統(tǒng)激振實(shí)現(xiàn)的重要部件。激振實(shí)現(xiàn)是通過激振平臺(tái)采用振動(dòng)原理測(cè)量懸掛性能來實(shí)現(xiàn)的,裝置中的激勵(lì)電機(jī)采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng),每個(gè)電機(jī)均由獨(dú)立的變頻器控制,可以調(diào)節(jié)激勵(lì)的頻率,然后各測(cè)力傳感器將測(cè)得的對(duì)應(yīng)激勵(lì)電機(jī)的信號(hào)傳遞到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。如圖3所示為激振實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)框圖。該裝置有著無需制作地基、單輪承重力大、裝置選用的材料和制作工藝良好等優(yōu)點(diǎn)。

      3 測(cè)試結(jié)果分析

      本次測(cè)試通過在減震系統(tǒng)與激勵(lì)系統(tǒng)間加裝壓應(yīng)力傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CDC減震系統(tǒng)的軟硬,在CDC液壓電磁閥上加裝高靈敏度油壓變送器,用以檢測(cè)CDC執(zhí)行液壓機(jī)構(gòu)的動(dòng)作特征。在與傳統(tǒng)懸架減震效果進(jìn)行對(duì)比時(shí),通過斷開減震器控制單元與減震液壓電磁閥的連接,改由恒定電壓來控制電磁閥,以此將CDC減震器暫時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鹘y(tǒng)被動(dòng)式懸架減震器。通過展現(xiàn)有CDC控制單元和無CDC控制單元時(shí),減震壓應(yīng)力的變化來展現(xiàn)CDC與傳統(tǒng)懸架減震效果的對(duì)比。

      由于CDC的采樣頻率為1000HZ(根據(jù)原廠資料),根據(jù)采樣定理,所需產(chǎn)生的激震上限為300-500HZ,通過常規(guī)的電機(jī)曲柄機(jī)構(gòu)即可完成該上限頻率的激震。單輪激勵(lì)振幅6mm(經(jīng)過實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,6mm的激勵(lì)傳遞到車輛時(shí),引起的振動(dòng)已經(jīng)十分明顯),前后輪總共四套激勵(lì)裝置。四個(gè)電動(dòng)機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立,可以模擬各種復(fù)雜的震動(dòng)。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換功能,向四個(gè)激勵(lì)變頻器發(fā)送往復(fù)頻率控制,從而達(dá)到對(duì)于CDC工況的模擬。經(jīng)過對(duì)整車懸架系統(tǒng)的諧振式掃頻測(cè)試,當(dāng)懸掛處于共振頻率時(shí),對(duì)地面振動(dòng)的吸收率最低,即人體感覺的振動(dòng)最強(qiáng)烈的,而主動(dòng)減震器懸架就能夠非常好的吸收共振頻率產(chǎn)生的振動(dòng),確保汽車振動(dòng)平穩(wěn),接觸力變化曲線如圖4、圖5所示。

      如圖4、圖5所示,在橫坐標(biāo)為1500處,激振頻率約為30HZ,此時(shí)為懸架的共振頻率階段,在主動(dòng)懸架起作用時(shí),可以很好的吸收振動(dòng)力,在主動(dòng)懸架未起作用時(shí),此階段的懸架吸收效率較低。

      4 結(jié)束語

      文章從總體上描述了主動(dòng)式電液懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和減震系統(tǒng)原理,并對(duì)測(cè)試系統(tǒng)和激振實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究,然后以電子液力懸架與傳統(tǒng)懸架作對(duì)比來進(jìn)行實(shí)車仿真測(cè)試,逐步證實(shí)了主動(dòng)式電液懸架在車輛行駛過程中的行駛平順性和操作穩(wěn)定性。

      對(duì)于主動(dòng)式液力懸架系統(tǒng),能實(shí)時(shí)的改變液力懸架的油壓差,以及實(shí)時(shí)的調(diào)整減振器的阻尼,從而保證行駛的安全性和舒適性,當(dāng)汽車在高速行駛時(shí)懸架會(huì)自動(dòng)變硬,提高車身穩(wěn)定性,當(dāng)?shù)退傩旭倳r(shí),懸架會(huì)變軟降低振動(dòng)提高舒適性,這些都是汽車技術(shù)高速發(fā)展的必然要求。通過對(duì)汽車懸架系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)研究,有力地推動(dòng)了主動(dòng)懸架在汽車上應(yīng)用的進(jìn)程,可望進(jìn)一步通過實(shí)車測(cè)試來驗(yàn)證主動(dòng)式液力懸架電控系統(tǒng)的有效性,并逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,主動(dòng)懸架系統(tǒng)的關(guān)鍵問題必將得到滿意解決,主動(dòng)懸架的發(fā)展方向,并且必將向更加節(jié)能、更加環(huán)保的方向發(fā)展。

      參考文獻(xiàn)

      [1]夏均忠,馬宗坡,方中雁,等.汽車平順性評(píng)價(jià)方法綜述[J].噪聲與振動(dòng)控制,2012,32(4):9-13.

      [2]I.Eski,S.Yidirim.Vibration Control of Vehicle Active Suspension System Using a New Robust Neural Network Control system.Simulation Modelling Practice and Theory,2009,17(5):778-793.

      [3]張玉春,王良曦,叢華,等.電液主動(dòng)懸架濾波輸出反饋控制器的設(shè)計(jì)及仿真實(shí)現(xiàn)[J].汽車工程,2004,26(3):325-330.

      [4]夏江敬,等.新型汽車電流變液體減振器控制系統(tǒng)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(信息與管理工程版),2003,25(2):53-55.

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