汽車電控懸架系統的案例
汽車懸架知識專題（4）：電控懸架
它將有關信號傳遞至ECU，當汽車制動或者突然加速時電控系統會調整整個懸架以增大緩沖程度，減少沖擊力對車身的影響。
聲納傳感器是一種比較新的技術，它通過發射與接收聲波，監測路面的不平整程度，將信號傳遞至ECU，調節懸架以適應這些路面。聲納傳感器裝在汽車前下方，探測車前端路面，它能使ECU在汽車整體被沖擊前巳預知并做出調整，不是象一般懸架系統在沖擊到來時才做出反應。
電控懸架的控制中心是ECU，而輔助ECU工作的是各種傳感器，它們向ECU輸入各種數據幫助計算機對懸架設置進行調整。
展開 電控懸架系統組成
電控懸架系統組成
底盤電控系統-CDC半主動懸架
引言
隨著汽車電動化、智能化的發展趨勢，對于底盤舒適性的要求越來越高。空氣彈簧和連續可調阻尼減振器(CDC)是提高底盤舒適性的強有力配置，越來越多主機廠在新車型的配置上搭載空氣彈簧和CDC。本文主要介紹某供應商的CDC系統。
系統架構
系統由四個位移傳感器，三個加速度傳感器，電控單元(ECU)和四個CDC減振器組成。如圖1所示。位移傳感器測量每個車輪與車身的相對位移，前軸兩個加速度傳感器和后軸一個加速度傳感器測量車身垂直加速度。這些信號和CAN總線信號(比如車速、方向盤轉角、縱向加速度、側向加速度等)輸入給ECU，ECU控制軟件根據控制策略輸出控制電流給減振器以調節阻尼力。
圖1 系統架構
CDC減振器的阻尼力由基礎閥系和電磁閥產生的阻尼力疊加而成。如圖2所示。
圖2 CDC減振器阻尼力
控制策略
在實際駕駛工況中，CDC半主動系統需要處理多種情景。如圖3所示，包括車輛狀態，路面輸入和駕駛員輸入。本節主要介紹路面輸入的控制策略，如圖4所示。
圖3 車輛駕駛場景
圖4 車輛駕駛場景簡化
CDC控制策略的主要目標是保證車輛安全和舒適性，也就是保證輪胎接地、提升車身控制以及最大化舒適性。如圖5所示。而通常輪胎接地和舒適性對于阻尼力的需求是相互矛盾的，如圖6所示。
圖5 車輛性能目標
圖6 阻尼力平衡
為了達到車輛的性能目標，CDC軟件的控制策略由圖7所示的功能模塊組成。
圖7 控制策略功能模塊
為了保證輪胎接地從而保證安全性，需要基礎阻尼力。“Base Current”模塊的功能就是根據車輛的速度提供基礎阻尼力。
展開 汽車電控空氣懸架試驗與仿真研究
圖6 螺旋彈簧麥式懸架整車系統
圖7 電控空氣彈簧麥式懸架整車系統
3 整車平順性仿真計算
3.1 整車平順性仿真結果評價指標
汽車平順性主要是保持汽車在行駛過程中產生的振動和沖擊對乘員舒適性的影響在一定的界限內，因此，平順性主要是根據乘員主觀感覺的舒適性來評價的，對于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能，它是現代汽車的主要性能之一[9-10]。對于懸架系統，我們在評價其性能時，通常有3個評價指標是需要考慮的：
（1）車體質心的垂直振動加速度。反映了乘員乘坐舒適性和車體振動環境，該值越小，舒適性越好。
（2）懸架系統的動撓度。即車輪相對于車體垂直跳動的動位移。對于汽車的懸架系統，其動撓度是有限的，當懸架系統的動撓度超過系統許用動行程[ fd] 時，就會出現懸架彈簧撞擊限位器，此時稱為“懸架擊穿”。為使汽車“懸架擊穿”的概率極小（0.3% 以下），則要保證懸架動行程的均方根值σf ≤ [ fd]/3，本文取fd=70mm，即要保證σf ≤ 23.3 mm。
（3）車輪的動載荷。該指標的大小主要用來衡量車輪的抓地能力，反映了高速車輛的行駛安全性。為了使車輪跳離地面的概率極小（小于0.3%），要保證車輪動載荷的均方根值σd ≤ [ Gj] /3，Gj 為車輪靜載。
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汽車底盤的電控懸架構造
電控懸架工作時，閥門的相互作用控制通向空氣彈簧元件的氣流量。傳感器檢測出汽車的行駛狀態并反饋至ECU，ECU綜合這些反饋信息計算并輸出指令控制空氣彈簧元件的電動機和閥門，從而使電控懸架隨行駛及路面狀態不同而變化：在一般行駛中，空氣彈簧變軟、阻尼變弱，獲得舒適的乘坐感；在急轉彎或者制動時，則迅速轉換成硬的空氣彈簧和較強的阻尼，以提高車身的穩定性。同時，該系統的電控減振器還能調整汽車高度，可以隨車速的增加而降低車身高度（減小離地間隙），減少風阻以節省能源；在車速比較慢時車身高度又可恢復正常。
目前電控懸架的控制形式主要有兩種，由液壓控制的形式和由氣壓控制的形式。電控懸架的液壓控制形式是較先進的形式，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。電控懸架的氣壓控制形式又稱為自適應懸架，它通過在一定范圍內的調整來應對路面的變化。不管是主動懸架還是自適應懸架，它們都有電子控制元件（ECU），有ECU就必然要有耳目做輔助，也就是要有傳感器。傳感器是電控懸架上重要的零部件，一旦失靈整個懸架系統工作就會不正常。
一般電控懸架傳感器監視的汽車重要參數有∶高度、速度、制動力、轉向角、慣性力等，因此對應的電控懸架系統傳感器就有高度傳感器、速度傳感器、轉向角傳感器、慣性力傳感器和聲納傳感器等。
高度傳感器是電控懸架上最常見的傳感器，負責監測車底高度的變化。它可以是霍爾效應傳感器，一種以磁場為工作媒體，將物體的運動參量轉變為數字電壓的形式輸出，使ECU能精確地測算出行駛高度，補償道路的變化，防止車底刮到路面的凸出物。也可以采用光電二極管和光敏三極管，將車輛乘坐高度變化的信號傳送至ECU。
展開 汽車懸架系統專題（7）：圖解各類獨立懸架
筒式減振器裝在滑柱桶內，滑柱桶與轉向節剛性連接，螺旋彈簧安裝在滑柱桶及轉向節總成上端的支承座內，彈簧上端通過軟墊支承在車身連接的前簧上座內，滑柱桶的下端通過球鉸鏈與懸架的橫擺臂相連。當車輪上下運動時，滑柱桶及轉向節總成沿減振器活塞運動軸線移動，同時，滑柱桶的下支點還隨橫擺臂擺動。
斜置單臂式獨立懸架
這種懸架如圖4所示。這種懸架是單橫臂和單縱臂(如下圖所示）獨立懸架的折衷方案。其擺臂繞與汽車縱軸線具有一定交角的軸線擺動，選擇合適的交角可以滿足汽車操縱穩定性要求。這種懸架適于做后懸架。
圖4
多桿式獨立懸架
獨立懸架中多采用螺旋彈簧，因而對于側向力，垂直力以及縱向力需加設導向裝置即采用桿件來承受和傳遞這些力。因而一些轎車上為減輕車重和簡化結構采用多桿式懸架。如圖5所示。上連桿9用支架11與車身(或車架)相連，上連桿9外端與第三連桿7相連。上桿9的兩端都裝有橡膠隔振套。第三連桿7的下端通過重型止推軸承與轉向節連接。下連桿5與普通的下擺臂相同，下連桿5的內端通過橡膠隔振套與前橫梁相連接。球鉸將下連桿5的外端與轉向節相連。多桿紗前懸架系統的主銷軸線從下球鉸延伸到上面的軸承，它與上連桿和第三連桿無關。多桿懸架系統具有良好操縱穩定性，可減小輪胎摩損。這種懸架減振器和螺旋彈簧不象麥弗遜懸架那樣沿轉向節轉動。如圖5所示。
圖5：多桿前懸架系統
1-前懸架橫梁 2-前穩定桿 3-拉桿支架 4-粘滯式拉桿 5-下連桿 6-輪轂轉向節總成 7-第三連桿 8-減振器 9-上連桿 10-螺旋彈簧 11-上連桿支架 12-減振器隔振塊
汽車懸架知識專題：非獨立懸架
非獨立懸架結構簡單，被廣泛用于小貨車和客車的前后懸架。有的轎車的后懸架也有采用非獨立懸架。
展開 汽車懸架系統
汽車懸架系統
這是一個在 SolidWorks 中設計的汽車懸架系統的詳細 3D 模型。它包含所有關鍵部件，例如控制臂、彈簧、減震器、轉向節、輪轂和安裝支架。
# 適合：
– 機械工程專業學生
– 汽車設計學習者
– 懸架幾何分析
– 仿真和動畫練習
#汽車懸架#9個汽車懸架的經典姿勢
1.懸架的概念
首先了解一下什么是懸架：
專業的說是車架與車橋或車輪之間的一切傳力連接裝置的總稱。
懸架的主要作用是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，比如支撐力、制動力和驅動力等，并且緩和由不平路面傳給車身的沖擊載荷、衰減由此引起的振動、保證乘員的舒適性。
典型的汽車懸架結構由彈性元件、減振器以及導向機構等組成，這三部分，分別起緩沖，減振和力的傳遞作用。大多數懸架都有螺旋彈簧和減振器結構，不過不同類型的懸架的導向機構差異卻很大，這也是懸架性能差異的核心構件。
2.懸架的分類
根據結構不同可分為非獨立懸架和獨立懸架兩種。目前國內的乘用車，前懸架都是獨立式懸架，只有后懸架才會出現非獨立懸架。
3.關于獨立懸架
獨立懸架只要調教得當，在公路性能和操控上是一定會好于非獨立懸架。畢竟獨立懸架每一側的車輪都是單獨地通過彈性懸架系統連接在車架或車身下面的。
優點：
質量輕，減少了車身受到的沖擊，并提高了車輪的地面附著力；
可用剛度小的較軟彈簧，改善汽車的舒適性；
可以使發動機位置降低，汽車重心也得到降低，從而提高汽車的行駛穩定性；
左右車輪單獨跳動，互不相干，能減小車身的傾斜和震動。
缺點：
獨立懸架系統存在著結構復雜、成本高、維修不便的缺點，同時因為結構復雜，會侵占一些車內乘坐空間，當然像是翼虎斷軸這類，其實也是獨立懸架的問題之一，因為其復雜性，有一個零部件質量不過關就會造成較為嚴重的問題。
獨立式懸架種類：
按其結構形式的不同，獨立懸架系統又可分為橫臂式、縱臂式、多連桿式以及麥弗遜式懸架等。
4.麥弗遜
麥弗遜懸架是目前最為常見的前懸架，也是最為成熟的一種懸架類型，其最大的特點就是體積比較小，有利于對比較緊湊的發動機艙布局。不過也正是由于結構簡單，對側向不能提供足夠的支撐力度，因此轉向側傾以及剎車點頭現象會比較明顯。
展開 汽車轉向及懸架系統運動仿真
Adams建立整車底盤剛體動力學仿真模型，對轉向系統和懸架系統進行建模，根據硬點坐標設置相應的運動副。整車質心位置，設置整車質量和轉動慣量。
底盤部件
運動副
轉向管柱
轉動副
十字軸萬向節
虎克鉸
轉向器齒輪齒條
轉動副+滑動副（設置傳動比）
拉桿兩端球頭
球鉸
轉向節及擺臂球頭
球鉸
減震器
帶阻尼的彈簧
原地轉向仿真
車速為零，左右轉動方向盤至極限位置，然后回正，模擬原地轉向過程，輸出轉向器齒條力變化曲線。（齒條力等于左右拉桿力之和）
車速10km/h動態轉向仿真
車速10km/h，左右轉動方向盤至極限位置，然后回正，模擬行駛過程中的動態轉向過程。
顛簸路面剛柔耦合仿真
顛簸路面行駛仿真模擬時，將懸架系統下擺臂替換為柔性件，可以分析路面沖擊對零件產生的應力。
展開 汽車懸架知識專題（8）：汽車性能對懸架的要求
懸架的側傾角剛度及前后匹配是影響汽車操縱穩定性的重要參數。當汽車受側向力作用發生車身側傾，若側傾角過大，乘客會感到不安全，不舒適，如側傾角過小，車身受到橫向沖擊較大，乘客也會感到不適，司機路感不好。所以，整車側傾角剛度應滿足：當車身受到0.4g側向加速度時，其側傾角在2.5～4°范圍內，汽車有一定不足轉向特性，前懸架側傾角剛度應大于后懸架側傾角剛度。一般前懸架側傾角剛度與后懸架側傾角剛度比應在1.4～2.6范圍內，如前后懸架本身不能滿足上述要求，可在前后懸架中加裝橫向穩定桿，提高汽車操縱穩定性。
展開 汽車懸架知識專題（5）：主動懸架
現代汽車中的懸架有兩種，一種是從動懸架，另一種是主動懸架。
從動懸架即傳統式的懸架，是由彈簧、減振器（減振筒）、導向機構等組成，它的功能是減弱路面傳給車身的沖擊力，衰減由沖擊力而引起的承載系統的振動。其中彈簧主要起減緩沖擊力的作用，減振器的主要作用是衰減振動。由于這種懸架是由外力驅動而起作用的，所以稱為從動懸架。
而主動懸架的控制環節中安裝了能夠產生抽動的裝置，采用一種以力抑力的方式來抑制路面對車身的沖擊力及車身的傾斜力。由于這種懸架能夠自行產生作用力，因此稱為主動懸架。
主動懸架是近十幾年發展起來的，由電腦控制的一種新型懸架，具備三個條件：（1）具有能夠產生作用力的動力源；（2）執行元件能夠傳遞這種作用力并能連續工作；（3）具有多種傳感器并將有關數據集中到微電腦進行運算并決定控制方式。因此，主動懸架匯集了力學和電子學的技術知識，是一種比較復雜的高技術裝置。
例如裝置了主動懸架的法國雪鐵龍桑蒂雅，該車懸架系統的中樞是一個微電腦，懸架上有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、轉向盤角度及轉向速度等數據。電腦不斷接收這些數據并與預先設定的臨界值進行比較，選擇相應的懸架狀態。同時，微電腦獨立控制每一只車輪上的執行元件，通過控制減振器內油壓的變化產生抽動，從而能在任何時候、任何車輪上產生符合要求的懸架運動。因此，桑蒂雅橋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，轎車就會自動設置在最佳的懸架狀態，以求最好的舒適性能。
另外，主動懸架具有控制車身運動的功能。當汽車制動或拐彎時的慣性引起彈簧變形時，主動懸架會產生一個與慣力相對抗的力，減少車身位置的變化。
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汽車懸架知識專題（2）：懸架的種類
現代汽車懸架的發展十分快，不斷出現，嶄新的懸架裝置。按控制形式不同分為被動式懸架和主動式懸架。目前多數汽車上都采用被動懸架，如下圖所示也就是汽車姿態（狀態）只能被動地取決于路面及行駛狀況和汽車的彈性元件，導向機構以及減振器這些機械零件。20世紀80年代以來主動懸架開始在一部分汽車上應用，并且目前還在進一步研究和開發中。主動懸架可以能動地控制垂直振動及其車身姿態，根據路面和行駛工況自動調整懸架剛度和阻尼。
1. 彈性元件；2. 縱向推力桿；3. 減振器；4. 橫向穩定桿；5. 橫向推力桿
根據汽車導向機構不同懸架種類又可分為獨立懸架，非獨立懸架。如下圖所示。
a. 獨立懸架 b. 非獨立懸架
非獨立懸架如上圖(a)所示。其特點是兩側車輪安裝于一整體式車橋上，當一側車輪受沖擊力時會直接影響到另一側車輪上，當車輪上下跳動時定位參數變化小。若采用鋼板彈簧作彈性元件，它可兼起導向作用，使結構大為簡化，降低成本。目前廣泛應用于貨車和大客車上，有些轎車后懸架也有采用的。非獨立懸架由于非簧載質量比較大，高速行駛時懸架受到沖擊載荷比較大，平順性較差。
獨立懸架是兩側車輪分別獨立地與車架（或車身）彈性地連接，當一側車輪受沖擊，其運動不直接影響到另一側車輪，獨立懸架所采用的車橋是斷開式的。這樣使得發動機可放低安裝，有利于降低汽車重心，并使結構緊湊。獨立懸架允許前輪有大的跳動空間，有利于轉向，便于選擇軟的彈簧元件使平順性得到改善。同時獨立懸架非簧載質量小，可提高汽車車輪的附著性。如上圖(b)所示。
展開 汽車懸架知識專題（1）：懸架概述
舒適性與車身的固有振動特性有關，而車身的固有振動特性又與懸架的特性相關。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時，汽車懸架做為車架(或車身)與車軸(或車輪)之間作連接的傳力機件，又是保證汽車行駛安全的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術規格表，作為衡量轎車質量的指標之一。
汽車車架（或車身）若直接安裝于車橋（或車輪）上，由于道路不平，由于地面沖擊使貨物和人會感到十分不舒服，這是因為沒有懸架裝置的原因。汽車懸架是車架（或車身）與車軸（或車輪）之間的彈性聯結裝置的統稱。它的作用是彈性地連接車橋和車架（或車身），緩和行駛中車輛受到的沖擊力。保證貨物完好和人員舒適；衰減由于彈性系統引進的振動，使汽車行駛中保持穩定的姿勢，改善操縱穩定性；同時懸架系統承擔著傳遞垂直反力，縱向反力（牽引力和制動力）和側向反力以及這些力所造成的力矩作用到車架（或車身）上，以保證汽車行駛平順；并且當車輪相對車架跳動時，特別在轉向時，車輪運動軌跡要符合一定的要求，因此懸架還起使車輪按一定軌跡相對車身跳動的導向作用。
懸架結構形式和性能參數的選擇合理與否，直接對汽車行駛平順性、操縱穩定性和舒適性有很大的影響。由此可見懸架系統在現代汽車上是重要的總成之一。
一般懸架由彈性元件、導向機構、減振器和橫向穩定桿組成。彈性元件用來承受并傳遞垂直載荷，緩和由于路面不平引起的對車身的沖擊。彈性元件種類包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧。減振器用來衰減由于彈性系統引起的振，減振器的類型有筒式減振器，阻力可調式新式減振器，充氣式減振器。導向機構用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時保持車輪按一定運動軌跡相對車身跳動，通常導向機構由控制擺臂式桿件組成。種類有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為彈性元件時，可不另設導向機構，它本身兼起導向作用。
展開 利用OptiStruct進行汽車懸架系統輕量化設計并提高其耐久性
行業 :汽車
挑戰 :如何減輕汽車后扭懸架梁系統的重量，同時提高其耐久性。
Altair 解決方案 :制定一套HyperWorks系列中的自定義工具,消除最初的“反復試錯”的設計循環。
優點 :縮短生產周期，同時生成具有競爭力的、低成本、低重量的后扭懸架梁。
項目介紹
后扭轉梁（RTB）懸架系統通常用于 A、B 和越來越多的 C 級車，其優點在于制造成本低，包裝要求小，與汽車操控性能有良好的兼容性。除了需要滿足一定的剛度和耐久性要求，當其彈性運動學特性也被納入考慮范圍時，RTB 的設計就變得困難。目前，采用實驗設計（DOE）和優化方法來探索可用的設計空間，同時減輕 RTB 的重量并降低設計成本是可行的方案。
Gestamp 公司是全球性的底盤零部件供應商，其客戶包括福特、大眾、寶馬和本田。它在英國、西班牙和德國設有技術中心，不斷擴大的全球業務促使其需要不斷地開發低成本，高容量的底盤產品。基于對零部件的質量和成本（與質量密切相關）的考慮， Gestamp 公司與其客戶從 2005 年開始引入 Altair 公司的優化驅動設計理念。通過形狀優化，形成了成本相對較低的 “U”形設計，既滿足 RTB 設計的剛性目標，又降低了反相滾動負載情況下關鍵焊縫的應力，從而提高了耐久性。
如今，這個耐久性要求已被確定為這種類型 RTB 設計的主要指標之一。
挑戰
一個“U”形的 RTB 設計通常需要考慮幾個相互關聯的目標。限定主要結構部件形狀的兩個關鍵目標是側傾剛度和側傾轉向。二者都受到扭轉元件（RTB 的橫向構件）形狀、位置、截面參數的影響。
“我們發現OptiStruct和HyperStudy提供的優化能力對于我們的RTB設計來說簡直是一 種財富。
展開 單機架冷軋機電控系統升級改造
一是機組大型化、生產連續化、控制系統高端化、信息傳輸網絡化，同時伴隨五/六機架連續冷軋機組和酸洗聯合生產線的不斷投產；與此對應的是，單機架冷軋機由于生產規模小、設備一次性投資少、生產組織靈活、品種規格變換快且批量小，正所謂船小好掉頭，企業能夠靈敏應對市場需求，快速響應調整生產。
單機架冷軋機電控系統升級改造為原本普通的單機架冷軋機電控系統添加了些許亮色，優勢凸顯，主要表現在：升級改造投資最小化；改善帶鋼表面質量以及板形；減少帶鋼厚度超差長度；提高產量；減少穿帶事故；提高軋輥壽命。
化繁為簡，生產效率大幅提高
舊系統的操作生產過程完全依賴于操作工的輸入設定和現場調節，故障的判斷也取決于經驗，操作工勞動強度較大并且效果不佳。改造后的系統提供了模型計算的準確設定值，故障原因清晰明了，現場調節也被實時模型計算前饋補償取代，極大地減輕了操作強度并提高了故障診斷效率。
改造前，需要1調整入口張力和出口張力；改造后，系統自動補償動態調節補償,無需人工干預 。
改善產品質量
板形
在軋制過程中，隨著軋制速度的不同，輥縫中的摩擦會有顯著變化。對應系統解決方案如果不能及時應對，會對板形造成較明顯的影響（波皺、邊浪、中間浪等）。該問題的解決得益于在線各種前饋補償系數的計算和應用連續的自學習優化結果，且系統提供了良好的板形改善條件。
改造前，人工干預滯后，升速和降速過程會造成上百米的邊浪以及中部波皺；改造后，無需人工干預，升速和降速過程板形一致。改造前后結果對比見圖。
圖1 自動化系統升級改造前后板形改善情況
改善厚控精度
在調試過程中發現測厚儀系統自身的噪聲等級很高。
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