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。
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 汽車電控空氣懸架試驗與仿真研究
由于空氣懸架有諸多優點，把空氣彈簧的可調剛度特性與筒式減振器可調阻尼的特性結合起來，借助電液技術、計算機技術、傳感器微處理以及電液控制單元制造技術，發展電控空氣懸架技術具有非常大的應用前景[5-6]。因此，對電控空氣彈簧麥弗遜懸架代替螺旋彈簧麥弗遜懸架的可行性問題進行研究對整車結構的改進也具有理論指導意義。
本文針對平順性仿真計算，對電控空氣彈簧麥弗遜懸架和螺旋彈簧麥弗遜懸架進行比較分析和可行性驗證，此研究可為整車結構的改善和空氣懸架控制策略的研究提供一定的理論基礎。
1 電控空氣懸架工作原理和性能試驗
1.1 系統組成與工作原理
電控空氣懸架主要由控制單元、空氣彈簧、減振器、傳感器組、空氣供應機組、電磁閥組、蓄壓器等組成。系統控制原理如圖1所示。
圖1 系統控制原理圖
駕駛員通過操縱控制面板（SETUP）來定義控制器的控制模式，前橋和后橋水平高度傳感器用來收集車身底盤高度。汽車在靜止狀態下，根據不同的控制模式，系統有不同的默認水平高度。當汽車空載或者滿載時，車身會被提高或降低，車身水平高度傳感器產生信號給控制器，控制器根據信號的不同產生控制信號來控制壓縮機和閥系對空氣彈簧進行放氣或者充氣，以維持車身在固定的水平高度上。而當汽車在運動狀態下行駛在越野路面上時，可以通過水平高度傳感器的信號來控制壓縮機充氣以提高車輛的通過性。
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
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。
為了防止車輪跳動，“Anti Wheel Hop”的功能就是根據車輪跳動的情況，在一段時間內增加控制電流從而增加阻尼力來控制車輪。如圖8所示。
圖8 防止車輪跳動模塊
在保證車輛安全性之后，控制策略主要提升車身控制。
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 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。
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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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 。
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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。
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 
懸架系統開發流程—布置部分
懸架系統開發流程—布置部分
OPTIMUS_整車懸架系統生命周期優化
在本案例中，創建了車輛的多體模型和虛擬測試路面，來預測懸架系統（圖1）中3 個主要部件的耐久性響應。這些部件被定義成柔性體，來研究幾何尺寸和材料特性的不確定性對耐久性響應的可靠性的影響。可靠性分析的結果被用來改進懸架耐久性表現，減少耐久性由于幾何尺寸和材料特性不確定性帶來的波動。通過可靠性設計方法，工程師在設計中定義控制參數、信號參數和噪聲參數能夠更好地了解輸入參數的不確定性給產品性能帶來的影響。基于分析的結果，產品的可靠性可以被分析并改進。
問題闡述
在本案例中，對車輛懸架系統的疲勞進行了研究，目的是改進其可靠性。由此，本案例對積累疲勞超出一個選定的界限的概率進行了分析和優化，來滿足設計要求。為了實現這個目標，本案例選擇了一些設計參數，通過LMS Virtual.Lab 中的多體和耐久性仿真模塊和CATIA V5，評估了所關注的部件（圖2）上的最大積累損傷。考慮到部件幾何尺寸的變化， 在CATIA V5/LMSVirtual.Lab 中創建了自動網格更新的流程。此外，為了減少整個優化過程中的總體計算量，本案例中采用了一個由試驗設計（DOE）、響應面模型（RSM）和優化結合起來的混合優化流程。
使用到的軟件工具
? Noesis OPTIMUS
? LMS Virtual.Lab Motion
? LMS Virtual.Lab Structure
? LMS Virtual.Lab NVH
? LMS Virtual.Lab Durability
? CATIA V5 GPS
? Microsoft Excel
? MSC.Nastran
展開 電動賽車半主動懸架系統仿真及實現
半主動懸架是一種可控懸架，可以不改變懸架剛度而只改變懸架阻尼來實現對懸架性能的調節，結構相對簡單，成本低廉，性能優良，有廣泛的應用前景。解雅雯利用電磁閥改變節流閥的流通截面面積的大小，進而控制節流閥進出油液量，以把減振器阻尼進行多級分段調節。趙強等引入慣容器替代中間質量實現雙磁流變阻尼器的雙層半主動隔振，建立系統動力學模型，設計基于模型的控制方法，采用具有全局收斂性能的自由搜索算法進行結構參數和控制器參數的聯合優化，并建立數值模型及用復合激勵對優化所得方案進行測試和驗證。相對于傳統懸架系統，電動賽車的半主動懸架系統可以對車身行駛穩定性加強，可以使電動賽車車身的振動被控制在某個范圍之內，大大提高電動賽車在行駛過程中的平順性，從而在比賽中取得更好成績。
本文建立電動賽車二自由度的半主動懸架模型和綜合性能目標函數，輸入參數，獲得懸掛質量垂直振動加速度、懸架動行程、輪胎動變形的輸出，建立MATLAB/Simulink仿真模型，通過路面激勵輸入進行仿真，對懸掛質量垂直振動加速度、懸架動行程、輪胎動變形仿真結果與被動控制進行對比。
1 二自由度半主動懸架模型的建立
1.1 二自由度懸架動力學模型
1/4車輛模型經常用于懸架系統的分析和設計。傳統被動懸架可以簡化為具有彈簧和阻尼器的雙質量二自由度振動系統，如圖1a所示。在電動賽車的半主動懸架模型中保留了彈簧，用以支撐靜載懸掛質量，阻尼器由一個力發生器u代替，如圖1b所示。
展開 懸架設計中穩定桿系統-穩定桿連桿設計 ￥1
本文主要討論懸架系統設計過程中一個子零件的設計開發，及穩定桿連桿的設計開發，穩定桿連桿的布置會影響懸架的rollsteer，不足轉向，減震器的強度，疲勞，及穩定桿強度等
