1、 Part nine 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統Automobile suspension and its hydraulic system 第1頁/共41頁 1 主動懸架的組成與工作原理2油氣彈簧與液力減振器3 34 4 Contents 汽車懸架系統概述主動懸架控制系統第2頁/共41頁第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統9.1 懸架系統概述l 汽車懸架的發展汽車懸架的發展1933年美國費爾斯通公司研制成了空氣彈簧懸架。 1580年載客四輪馬車已經使用可以減震的彈簧懸架。 1900年第一個汽車減振器出現在奧茲莫比爾轎車上。1921年英國利蘭汽車公

2、司生產第1個使用扭桿彈簧懸架的汽車。同年門羅公司研制了雙向筒液壓減振器。第3頁/共41頁9.1 懸架系統概述l 汽車懸架的發展汽車懸架的發展1934年通用汽車公司采用了前螺旋彈簧獨立懸架。1938年通用在別克汽車上第一次將螺旋彈簧應用在后懸架。大衛.別克(David Buick) 威廉.杜蘭特(William Durant ) 1950年福特汽車公司的麥弗遜制成了麥弗遜式獨立懸架。第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統第4頁/共41頁9.1 懸架系統概述l 汽車懸架的發展汽車懸架的發展 1984年林肯大陸轎車開始采用空氣懸掛系統。 1956年英國利蘭、法國雪鐵龍使用液壓懸

3、掛。1987年日本田公司推出采用空氣彈簧的主動懸架第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統第5頁/共41頁9.1 懸架系統概述l 汽車懸架的作用汽車懸架的作用汽車懸架是車架或車身與車轎之間的傳力連接裝置u 緩和車輛受到來自路面的沖擊力；u 衰減由于彈性系統引起的振動；u 將輪胎所受側向力、縱向力傳遞至車身；u 使車輪和車身保持幾何關系。第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統第6頁/共41頁9.1 懸架系統概述l 汽車懸架的基本結構汽車懸架的基本結構懸架一般由彈性元件、導向裝置、減振器和橫向穩定桿等組成。u 彈性元件 緩和沖擊u 減振器 衰減振動u 橫向

4、穩定桿 防止車身過度橫向傾斜u 導向裝置 車輪與車身正確的相對位置p 各部分功能第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統 傳遞側向與縱向力圖9-1 懸架系統基本結構第7頁/共41頁9.1 懸架系統概述l 汽車懸架的分類汽車懸架的分類非獨立懸架p 按汽車導向裝置分類獨立懸架 車橋做成斷開的，每側車輪可以單獨的通過彈性元件與車架或車身連接。第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統第8頁/共41頁9.1 懸架系統概述l 汽車懸架的分類汽車懸架的分類p 按控制能力分類u 被動懸架 / 從動懸架 傳統懸架系統使用定剛度彈簧和定阻尼系數減震器，一旦參數選定，在行駛過

5、程中不能進行調節。u 半從動懸架通過操縱減振器節流口開閉來手動改變阻尼u 半主動懸架由ECU代替手動來改變懸架阻尼由ECU動態地調整彈簧剛度和減震器的阻尼。l 電控空氣懸架l 電控油氣懸架l 電控液壓懸架u 主動懸架電控懸架第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統第9頁/共41頁9.1 懸架系統概述l 主動懸架的功能主動懸架的功能u 負載在規定的范圍內如何變化，汽車高度均保持一定u 提高車輛的操縱穩定性，控制車身姿態 p 車高調節功能u 高速行駛時車身高度降低u 不平路面行駛時車身高度升高p 減震器阻尼力與彈簧剛度控制功能u 提高舒適性 第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統

6、汽車懸架及其液壓液力系統 除了具備被動懸架的所有功能之外，主動懸架還額外地具備以下功能：第10頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 主動懸架的組成主動懸架的組成第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統 主動懸架除了具有普通懸架的基本組成部分之外，還包括傳感器、懸架控制系統ECU和執行機構。 u 傳感器車高傳感器、車速傳感器、加速度傳感器、轉向盤轉角傳感器、節氣門位置傳感器等u 執行機構u ECU可調阻尼力減震器、可調節彈簧高度和彈性大小的彈性元件圖9-2電控空氣懸架控制系統結構第11頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 基本工作原理基本工作原理 利用傳感

7、器檢測路面和車身狀態，通過電控ECU來控制懸架系統的執行機構，調整剛度、減振器的阻尼及車身高度等參數，從而使汽車具有良好的舒適性和操縱穩定性。第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統p 車身高度控制p 車身姿態控制p 路面感應控制第12頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 基本工作原理基本工作原理第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統p 車身高度控制 懸架 ECU根據傳感器信息，利用空氣壓縮機形成壓縮空氣，并將壓縮空氣送到空氣懸架。圖9-3 空氣懸架車高控制系統油路圖（空氣式）第13頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 基本工作原理

8、基本工作原理第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統p 車身高度控制 懸架 ECU根據傳感器信息，利用空氣壓縮機形成壓縮空氣，并將壓縮空氣送到空氣懸架。圖9-3 空氣懸架車高控制系統油路圖（空氣式）第14頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 基本工作原理基本工作原理第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統p 車身高度控制 懸架 ECU根據傳感器信息，通過電機控制液壓泵，切換油路實現各輪舉升油缸的升降。圖9-4液壓式車高控制系統油路圖（液壓式）u 車高上升第15頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 基本工作原理基本工作原理第第9章章 汽

9、車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統p 車身高度控制 懸架 ECU根據傳感器信息，通過電機控制液壓泵，切換油路實現各輪舉升油缸的升降。圖9-4液壓式車高控制系統油路圖（液壓式）u 車高下降反轉第16頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 基本工作原理基本工作原理第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統p 車身高度控制 無論是液壓式還是空氣式懸架， ECU通常是根速度傳感器、高度傳感器和點火開關信號來判斷并控制車高變化。圖9-5 液壓式車高控制系統流程圖（液壓式）第17頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 基本工作原理基本工作原理第第9章章 汽車懸

10、架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統p 車身高度控制 通常車身高度控制所實現的功能具體包括以下4部分：u 高速時為減小風阻降低車高u 車身高度大幅變化時提高車身u 切斷點火開關后降低車高u 控制車身的高度不受乘員和裝載質量變化的影響第18頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 基本工作原理基本工作原理第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統 根據方向盤轉角傳感器和車速傳感器信號，ECU把外側懸架阻尼和剛度調節到高層次。p 車身姿態控制u 轉向車身側傾控制圖9-6 車身姿態控制原理圖第19頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 基本工作原理基本工作原理第

11、第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統 根據制動燈開關與車速傳感器信號，ECU將前懸架阻尼和剛度調節至最高層次。p 車身姿態控制u 制動點頭控制圖9-6 車身姿態控制原理圖第20頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 基本工作原理基本工作原理第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統p 車身姿態控制 根據車速傳感器和節氣門開度傳感器信號， ECU將后懸架阻尼和剛度調節到最高層次。u 起步車身后仰控制圖9-6車身姿態控制原理圖第21頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 基本工作原理基本工作原理第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其

12、液壓液力系統p 車身路面感應控制 當車身高度在短時間劇烈變化時， ECU將懸架阻尼和剛度調節到中層次。u 壞路響應控制圖9-7 路面感應控制原理圖第22頁/共41頁控制方式功能特點工 況懸架的剛度和阻尼普通模式運動模式低 中 高中 高車速路面感應控制高速感應車速大于110 kmh 前后車輪關聯感應車速在30-80 kmh之間，且車高在0.03 s內突然變化 壞路感應車速在40-100 kmh之間，且車高在0.5 s內大幅變化 車速大于100 kmh，且車高在05 s內多次大幅變化 9.2 主動懸架的組成與工作原理l 綜合控制策略綜合控制策略第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液

13、力系統表9-1 主動懸架綜合控制策略表1第23頁/共41頁9.2 主動懸架的組成與工作原理l 綜合控制策略綜合控制策略第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統控制方式功能特點工 況懸架的剛度和阻尼/車身高度普通模式運動模式低 中 高中 高室身姿態控制側傾抑制急轉向點頭抑制車速大于60 kmh的制動后座抑制車速小于20 kmh的急加速車身高度控制高速感應車速大于90 kmhL HL M連續壞路行駛車速在40-90 kmh之間，且車高持續0.5 s以上大幅變化L HL M車速大于90 kmh，且車高持續0.5 s以上大幅變化M / HL M表9-2 主動懸架綜合控制策略表2第2

14、4頁/共41頁9.3 油氣彈簧與液力減震器l 油氣彈簧油氣彈簧第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統 在汽車滿載和空載的情況下都具有良好的行駛平順性，且體積小、質量輕。但對氣體和油液的密封要求高，維護麻煩。圖9-8 油氣彈簧油氣彈簧具有變剛度的特性u 剛度增大u 剛度降低p 工作特性：油壓升高使氣室容積減少，氮氣壓力升高：油液經阻尼閥流回工作缸，氮氣壓力下降油氣彈簧還起減振器的作用當油液流經阻尼閥時，產生阻尼力第25頁/共41頁9.3 油氣彈簧與液力減震器l 液力減震器液力減震器第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統 液力減振器的基本工作原理是利用油

15、液流動產生的阻力來消耗沖擊振動的能量。 p 阻尼力來源u 孔隙與油液間的摩擦u 油液分子間的內摩擦壓縮伸張壓縮行程減振器阻尼力應較小伸張行程減振器阻尼力應較大圖9-9 液力減振器工作原理第26頁/共41頁9.3 油氣彈簧與液力減震器l 雙作用筒式減震器雙作用筒式減震器第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統圖9-10 雙作用筒式減震器結構圖雙向作用筒式減振器有三個同心鋼筒: 防塵罩、儲油缸筒和工作缸筒。p 液壓控制閥u 流通閥u 補償閥u 壓縮閥u 伸張閥為普通單向閥，其彈簧很弱屬于卸載閥，其彈簧預緊力較大第27頁/共41頁9.3 油氣彈簧與液力減震器l 雙作用筒式減震器雙

16、作用筒式減震器第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統圖9-10 雙作用筒式減震器結構圖雙向作用筒式減振器有三個同心鋼筒: 防塵罩、儲油缸筒和工作缸筒。p 液壓控制閥u 流通閥u 補償閥u 壓縮閥u 伸張閥為普通單向閥，其彈簧很弱屬于卸載閥，其彈簧預緊力較大第28頁/共41頁9.3 油氣彈簧與液力減震器l 雙作用筒式減震器雙作用筒式減震器第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統p 拉伸行程圖9-10 雙作用筒式減震器結構圖p 壓縮行程第29頁/共41頁9.3 油氣彈簧與液力減震器l 雙作用筒式減震器雙作用筒式減震器第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車

17、懸架及其液壓液力系統p 壓縮行程圖9-11 雙作用筒式減震器壓縮行程u 流通閥打開 u 壓縮閥打開大部分液壓油沿流通閥進入有桿腔少部分液壓油頂開壓縮閥進入儲油缸筒第30頁/共41頁9.3 油氣彈簧與液力減震器l 雙作用筒式減震器雙作用筒式減震器第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統p 伸張行程圖9-11 雙作用筒式減震器伸張行程p 壓縮行程u 補償閥打開 u 伸張閥打開有桿腔中的液壓油沿伸張閥進入無桿腔儲油缸筒中的液壓油頂開補償閥被吸入無桿腔伸張閥彈簧的剛度和預緊力比壓縮閥的大使伸張行程阻尼大于壓縮行程阻尼u 流通閥打開 u 壓縮閥打開第31頁/共41頁9.3 油氣彈簧與

18、液力減震器l 執行機構執行機構第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統 通過電動機作為控制機構來操縱旋轉閥，實現阻尼孔的開閉，從而控制減振器的阻尼變化。圖9-12 減振器執行機構p 變阻尼控制第32頁/共41頁9.3 油氣彈簧與液力減震器l 執行機構執行機構第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統 通過電動機作為控制機構來操縱旋轉閥，實現阻尼孔的開閉，從而控制減振器的阻尼變化。圖9-12 減振器執行機構u 軟阻尼 A,C油孔開通u 中等阻尼 B油孔開通u 硬阻尼 A,B,C油孔均關閉p 變阻尼控制Vedio第33頁/共41頁9.4 主動懸架控制系統l 主

19、動懸架系統主動懸架系統 主動式懸架系統主要有3種類型：一種是由電動機與電磁閥來驅動的空氣懸架；一種是有電磁閥驅動的油氣彈簧懸架；另一種是由電液比例閥驅動的液壓懸架。第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統表9-3 部分配備主動懸架的車型第34頁/共41頁9.4 主動懸架控制系統第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統圖9-13 主動式空氣懸架控制系統l 空氣彈簧式主動懸架系統空氣彈簧式主動懸架系統 利用空氣壓縮機形成壓縮空氣，并將壓縮空氣送到空氣彈簧，利用氣體的壓縮與碰撞來實現彈簧作用。 第35頁/共41頁9.4 主動懸架控制系統l 油氣彈簧式主動懸架系統油氣彈簧式主動懸架系統1-油氣彈簧 2- 中間氣體彈簧3-懸架剛度調節器4-電磁閥第第9章章 汽車懸架及其液壓液力系統汽車懸架及其液壓液力系統圖9-14 雪鐵龍XM轎車油氣懸架系統 系統以油為介質壓縮氣室中的氮氣，實現彈簧特性；以油氣彈簧中的阻尼孔以及管路中的小孔節流形成阻尼特