现代汽车系统控制技术第三章 汽车悬架系统

什么是悬挂系统舒适性是轿车最重要的使用性能之一。

舒适性与车身的固有振动特性有关，而车身的固有振动特性又与悬架的特性相关。

所以，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。

同时，汽车悬架做为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。

因此，汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量轿车质量的指标之一。

汽车车架（或车身）若直接安装于车桥（或车轮）上，由于道路不平，由于地面冲击使货物和人会感到十分不舒服，这是因为没有悬架装置的原因。

汽车悬架是车架（或车身）与车轴（或车轮）之间的弹性联结装置的统称。

它的作用是弹性地连接车桥和车架（或车身），缓和行驶中车辆受到的冲击力。

保证货物完好和人员舒适；衰减由于弹性系统引进的振动，使汽车行驶中保持稳定的姿势，改善操纵稳定性；同时悬架系统承担着传递垂直反力，纵向反力（牵引力和制动力）和侧向反力以及这些力所造成的力矩作用到车架（或车身）上，以保证汽车行驶平顺；并且当车轮相对车架跳动时，特别在转向时，车轮运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。

悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。

由此可见悬架系统在现代汽车上是重要的总成之一。

一般悬架由弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定杆组成。

弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。

弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。

减振器用来衰减由于弹性系统引起的振，减振器的类型有筒式减振器，阻力可调式新式减振器，充气式减振器。

导向机构用来传递车轮与车身间的力和力矩，同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，通常导向机构由控制摆臂式杆件组成。

种类有单杆式或多连杆式的。

钢板弹簧作为弹性元件时，可不另设导向机构，它本身兼起导向作用。

有些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设横向稳定杆，目的是提高横向刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。

现代汽车悬架的新技术1.汽车悬架的功能与组成现代汽车除了保证其基本性能，即行驶性、转向性和制动性等之外，目前正致力于提高安全性与舒适性，向高附加价值、高性能和高质量的方向发展。

对此，尤其作为提高操纵稳定性、乘坐舒适性的轿车悬架必须进行相应的改进。

舒适性是汽车最重要的使用性能之一。

舒适性与车身的固有振动特性有关，而车身的固有振动特性又与悬架的特性相关。

悬架是汽车上的重要总成之一，它把车身和车轮弹性地连接在一起。

悬架的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆本身的动载荷。

悬架与汽车的多种使用性能有关，为满足这些性能，悬架系统必须能满足这些性能的要求:首先，悬架系统要保证汽车有良好的行驶平顺性，对以载人为主要目的的轿车来讲，乘员在车中承受的振动加速度不能超过国标规定的界限值。

其次，悬架要保证车身和车轮在共振区的振幅小，振动衰减快。

再次，要能保证汽车有良好的操纵稳定性，一方面悬架要保证车轮跳动时，车轮定位参数不发生很大的变化，另一方面要减小车轮的动载荷和车轮跳动量。

还有就是要保证车身在制动、转弯、加速时稳定，减小车身的俯仰和侧倾。

最后要保证悬架系统的可*性，有足够的刚度、强度和寿命。

所以，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。

同时，汽车悬架做为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。

因此，汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量轿车质量的指标之一。

汽车悬架包括弹性元件，减振器和传力装置等三部分，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。

弹性元件用力传递垂向力，并缓和由路面不平度引起的冲击和振动。

从轿车上来讲，弹性元件多指螺旋弹簧，它只承受垂直载荷，缓和及抑制不平路面对车体的冲击，具有占用空间小，质量小，无需润滑的优点，但由于本身没有摩擦而没有减振作用。

现代控制理论大作业分析对象：汽车悬架系统指导老师：周晓敏专业：机械工程姓名：白国星学号：S2*******1.建模悬架是车轮或车桥与汽车承载部分之间具有弹性的连接装置的总称，具有传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等作用。

传统汽车悬驾系统是被动悬驾，其参数不能改变，无法控制其对不同路面激励的响应，因此对不同路面的适应性较差。

为提高汽车的行驶平顺性、操纵稳定性和制动性等性能，人们开始用主动悬架系统来代替传统的被动悬架系统。

主动悬架系统能根据路面的情况通过一个动力装置改变悬挂架的参数，改善汽车的各方面性能。

对悬驾系统进行仿真计算首先要建立悬驾系统动力学模型，随后对所建立的模型进行仿真分析。

为了简化模型，取汽车的一个车轮的悬驾系统进行研究，该模型可简化为一维二自由度的弹簧阻尼质量系统，图1所示为该模型的模拟图。

图1 悬架系统模型的模拟图其中u为动力装置的作用力，w为路面位移，x1为车身位移，x2为悬驾位移，用车身位移来度量车身的振动情况，并视为系统的输出。

路面状况以w为尺度，并视为系统的一个干扰输入。

当汽车从平面落入坑时，w可用一个阶跃信号来模拟。

u为主动悬架的作用力，它是系统的控制量。

进行受力分析，由牛顿第二规律可得车身悬架系统的动力学方程为:()()()()()1121212212122s s t m x K x x b x x um x K x x b x x u K w x ⎧=-+-+⎪⎨=-+--+-⎪⎩ 设系统状态变量为:[]1212x x x x x =则上面系统动力学方程可改写为状态空间表达式:x Ax Buy Cx Du=+⎧⎨=+⎩ 其中:()1111222200100001sss t s K K b b A m m m m K K K b b m m m m ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥--=⎢⎥⎢⎥-+⎢⎥-⎢⎥⎣⎦1220000101t B m K m m ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎣⎦[]1000C = []00D = u u w ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦Matlab 系统模型程序代码： m1=800;m2=320;ks=10000;b=30000; kt=10*ks;a=[0 0 1 0;0 0 0 1;-ks/m1 ks/m1 -b/m1 b/m1; ks/m2 -(ks+kt)/m2 b/m2 -b/m2]; b=[0 0;0 0;1/m1 0;-1/m2 kt/m2]; c=[1 0 0 0];d=[0 0];G=ss(a,b,c,d)[num,den]=ss2tf(a,b,c,d,1); tfsys=tf(num,den)eig(a)figure(1)impulse(G)figure(2)step(G)系统状态空间模型：:系统传递函数：系统矩阵特征值：系统矩阵特征值都在左半平面，故系统稳定。

悬架系统匹配设计一、悬架系统概述悬架是现代汽车上重要总成之一，它把车架与车轴弹性地连接起来。

其主要任务是传递作用在车轮和车架之间的一切力和力矩，并且缓和由不平路面传给车架的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车平顺地行驶。

悬架主要由弹性元件、导向机构和减振器组成（在有些悬架中还有缓冲块和横向稳定杆）。

弹性元件用来传递垂直力，并缓和由不平路面引起的冲击和振动，其种类有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧、油气弹簧及橡胶弹簧等。

由于钢板弹簧在悬架中可兼作导向机构用，可使悬架结构简化，且保养维修方便、制造成本低，所以货车悬架中一般都采用钢板弹簧作为弹性元件。

钢板弹簧是汽车悬架中作为汽车当中应用最广泛的弹性元件，它是由若干等宽但不等长的合金弹簧片组成的一根近似等强度的弹性梁，钢板的弹簧的第一片一般是主片，其两端弯成卷耳内装青铜、粉沫治金组成的衬套，以便用弹簧销与固定在车架的支架或吊耳作铰接连接。

钢板弹簧一般用U型螺栓固定在车桥上。

中心螺栓用以连接各片弹簧片，并保证装配时各片的相对位置。

中心螺栓距两卷耳的距离可相等也可以不等。

主片卷耳受力最严重，是薄弱处，为改善主片卷耳的受力情况，常将第二片末端也弯成卷耳，包在主片的外面（也称包耳）。

有些悬架中的钢板弹簧两端不做成卷耳，而采用其它的支承方式（比如滑块式）。

连接各构件，除了中心螺栓以外，还有若干个弹簧夹，其主要作用是当钢板弹簧反向变形时，使各片不致于相互分开，以免主片单独承载，此处，为了防止各处横向错动。

弹簧夹用铆钉铆接在下之相连的最下边弹簧的端部，弹簧的夹的两边用螺栓连接，在螺栓上有套管顶住弹簧片的两边，以免将弹簧片夹得过紧。

中螺栓套管和弹簧片之间有一定的间隙（不少于（1.5mm）。

以保证弹簧变形可以相互滑移。

钢板弹簧在载荷作用下变形时，各片有相对滑移而产生摩擦，可以促进车架的振动的衰退。

但各片的干摩擦，将使车轮所受的冲击在很大程度上传给车架，即降低了悬架的缓和冲击能力,并使弹簧片加速磨损，这是相当不利的，为了减少弹簧片之间的摩擦，在装组合钢板弹簧时，各片间需涂上石墨润滑脂，并应定期的保养。

现代汽车动力总成悬置系统的发展一、汽车动力总成悬置系统设计的发展概述从上个世纪五十年代起，汽车行业对动力总成的隔振、降噪研究做了大量的工作，取得了显著的效果。

较为成熟的六自由度解耦理论和计算方法由Anon、Harison和Horovitz完成的，他们将汽车发动机动力总成和车架视为刚体，将减振橡胶块视为单纯的弹簧，利用发动机动力总成惯性主轴特性和撞击中心理论阐述了如何调整橡胶悬置的安装位置和悬置刚度，使发动机动力总成的前后悬置的振动互相独立，然后分别按照单自由度线性振动系统处理，他们认为系统垂直方向的固有频率与绕曲轴方向的固有频率应小于发动机怠速时相应扰动频率的三分之一，这样可以获得较好的减振效果。

这些较早提出的设计理论对于后人的深入研究有着积极的指导作用。

1965年，美国通用汽车公司的Timpner F.F通过合理布置发动机悬置元件来进行发动机动力总成悬置系统解耦设计。

他指出通过合理的布置悬置元件，使它们的弹性中心位于发动机动力总成悬置系统的质心处或主惯性轴上，己达到发动机动力总成悬置系统振动解耦的目的。

1979年，美国通用汽车公司的Stephen R.Johnson首次将优化技术应用于悬置系统的设计，以合理匹配系统固有频率和实现各个自由度之间的振动解耦为目标函数，以悬置元件刚度和悬置元件安装位置为设计变量进行优化计算，并推出COEMS软件，结果使系统各振动自由度之间的振动耦合大为减少，同时保证了悬置系统六阶固有频率在期望的范围内。

1982年，R.Racca以限制悬置空间、悬置位置、悬置刚度、固有频率和振动解耦等方面来考虑悬置的减振隔振性能，对传统的FR式悬置系统进行了全面地总结。

1984年，Geck P.E.等人将发动机悬置系统的最主要作用看成隔离低频域振动，这就要求它的侧倾固有频率要低，以吸收发动机不平衡扭矩引起的振动。

因此，他们以侧倾解耦，低化侧倾模态为目标对悬置系统进行优化，并提出了较合理的悬置设计原则。

悬架概述一、定义：车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称。

二、功用①． 保证车轮与地面的附着；②． 传递载荷（车轮与车架间）；③． 缓和冲击，衰减振动；④． 保持行驶中车轮、车身运动姿态。

三、组成弹性元件（缓和冲击）、减振器（阻尼元件）、导向机构、横向稳定器。

四、悬架系统的固有频率fg M C n ππ2121== 其中，M ：悬架簧载质量（sprung mass/weight ）被悬挂系统支承的所以汽车零件的质量。

补充：非簧载质量：簧下质量，不是由悬挂系统支承的那些汽车部件质量，而是直接由轮胎和车轮总成支承，并随车轮一起运动的这部分的质量。

C ：fg M C ⨯=，悬架刚度（不一定等于弹性元件的刚度），指使车轮中心相对于车架和车身向上移动的单位距离（悬架产生单位垂直压缩变形）所需加于悬架上垂直载荷。

f ：悬架垂直变形（挠度）人习惯的垂直振动频率是步行时身体上下运动的频率，约为1~1.6Hz 。

人最敏感的加速度频率范围：垂直振动频率：4~8 Hz ，水平振动频率：2 Hz 以下。

① 当M ↑⇒C ↑，这样才能保证n 为常数，悬架为变刚度悬架。

② 根据fg M C ⨯=，若C 为一定，故M ↑⇒f ↑，则n ↓。

说明空车行驶车身自然振动频率比满载行驶时的要高。

③ M 一定时，C 越小，n 越低，但垂直变形越大。

五、悬架分类按结构特征分：非独立悬架（两侧车轮由一整体式车桥相连，车轮和车桥一起通过弹性悬架悬挂在车架下面）、独立悬架（每一侧的车轮单独地通过弹性悬架悬挂在车架下，车桥是断开的）从弹性元件分：螺旋弹簧悬架、钢板弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、气体弹簧悬架；被动悬架、半主动悬架、主动悬架（根据使用状态，固定和调整悬架参数，一般由电脑改变刚度和阻尼）。

第二节减振器一、液力减振器的基本原理：当车架和车桥做往复运动时，而活塞在缸筒内往复移动时，减振器壳内的油液反复从一个内腔通过一些窄小的孔隙流入另一腔，孔壁与油液间的摩擦与液体分子内摩擦形成对振动的阻尼力，使车身和车架的振动能量转化为热能，被油液和减振器壳体吸收，散到大气中。

电气原理图、电气安装接线图、电器元件布置图基于状态反馈控制的汽车悬驾系统引言随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车的乘坐舒适性越来越受到人们重视，舒适性成了汽车，特别是轿车的主要性能指标。

汽车是日常生活中被广泛应用的交通工具，其本身可以被看作是一个具有质量、弹性和阻尼的振动系统。

汽车产生的振动会导致车身与车架之间的连接部件的振动和噪声，严重的时候甚至损坏汽车的零部件，大大缩短汽车的使用寿命：另外也可导致乘客晕车，影响了乘客的身心健康，那些长期处在这种振动环境下的驾驶员等往往会患上腰椎劳损、胃下垂等职业病。

因此，如何布置悬置以获得较佳的减振降噪效果很有研究意义。

现代汽车动力总成大都是通过弹性支承安装在车架上的，这种弹性支承称为“悬置”。

汽车动力总成和悬置一起构成了汽车动力总成悬置系统。

动力总成的悬置装置可对在动力总成和车架间传递的振动进行双向的隔离，以降低车内的振动和噪声。

由于动力总成悬置装置的体积较小，在隔振理论的发展初期并没有引起设计者的过多的重视。

但随着车辆向高速、轻型、大功率方向的迈进，使得车身的刚度减小，动力总成振动激励增大，特别是采用了平衡性较差的动力总成前置前驱动的四缸四行程动力总成，都使车内的振动和噪声加大。

随着人们对乘坐舒适性的提高，这些现象就必须加以解决。

在解决问题的过程中，人们逐渐认识到了动力总成悬置装置的作用，并可以利用力学知识建立起各种模型。

1. 系统建模1.1系统模型分析传统的汽车悬驾系统的缺点：是一种被动的悬驾，悬驾参数不能改变，因此对路面的状况适应性差。

在路面质量较差的情况下，车身震动大，舒适性差。

主动汽车悬驾系统的优点：它能通过一个动力装置，根据路面的情况改变悬挂架的特性。

在路面质量较差的情况下，也能保持车身的平稳，舒适性好。

本次实习对汽车悬驾系统进行仿真计算的首要工作就是要建立悬驾系统的动力学模型，在验证了模型正确性的基础上，对所建立的模型进行仿真分析。

为了研究方便，取汽车的一个车轮的悬驾系统进行研究，该模型可简化为一维二自由度的弹簧-阻尼-质量系统。