空气式主动悬架控制系统

汽车空气悬架计算机控制系统设计摘要由于在平顺性和车高控制上的诸多优点，越来越多的客车生产商已经开始使用电子控制空气悬架，通过控制弹簧刚度和减振器的阻尼来获得好的平顺性和操纵稳定性。

本文设计对汽车在制动、转向、加速、高速等工况下的空气弹簧刚度的调节来实现对悬架刚度的控制，在不同车速下对车高的调节以减少风阻。

通过介绍悬架的种类和特点，分析空气悬架当前发展状况，概述平顺性的研究内容，提出本文研究的主要内容和基本流程。

文中以简化的汽车1/4悬架模型为基础，通过分析刚度和系统频率对平顺性的影响，得出空气悬架的主要控制参数。

接着使用MATLAB/SIMULINK计算机仿真软件，模拟路面随机输入，仿真被动悬架及空气悬架的加速度变化，通过对比看出其优点。

MCS-96系列单片机在接口、抗干扰及运算速度方面的特点，使得其系列单片机在实现对悬架的控制方面有着较大的优势。

本文使用MCS-96系列单片机汇编语言编译控制程序，编写出各功能子系统程序段，以顺序执行指令模式运行，通过对各传感器的信号来判断行驶状况，从而输出对应的控制信号。

硬件使用80C196KC单片机。

关键字：空气弹簧电控悬架控制程序仿真单片机Air Suspension Control System DesignABSTRACTAs the car ride and the many advantages of high control, more and more bus manufacturers have begun using electronic control air suspension, by controlling the spring stiffness and damping shock absorbers to get a good ride comfort and handling stability.In this paper, we design to adjust the air spring stiffness to achieve the control of the suspension stiffness in the braking, steering, acceleration, speed and other working conditions. By adjusting the stiffness of the spring and shock absorber damping to reduce the wind resistance in high-speed condition. By introducing the suspension of the type and characteristics of the current development of air suspension, ride comfort of an overview of the contents of this paper presented the main content and basic processes. By simplifying the car 1 / 4 suspension model, analyzing the stiffness and system frequency on the Ride, come to the main control parameters of air suspension. Then use the MATLAB / SIMULINK simulation software to simulate the random road input, simulation passive suspension and air suspension, acceleration changes, by comparing to see its advantages.As the MCS-96 series MCU interface, interference, and the characteristics of computing speed, makes the MCS-96 family of single chip to achieve the control of the suspension has a big advantage. This article uses the MCS-96 Microcontroller assembly language compiler control procedures, the preparation of the segment of each functional subsystem, to order the implementation of instruction mode, the signal on each sensor to determine the operating conditions, and thus the corresponding output control signals. Use 80C196KC MCU.Keywords: air spring; ECAS; control procedures; SIMULINK; MCU目录摘要 (I)ABSTRACT ................................................... I I 1 绪论.. (1)1.1 悬架概述 (1)1.2 悬架的分类 (1)1.3 主动悬架 (2)1.4 空气悬架发展与现状 (2)1.5 平顺性理论概述 (3)1.6 本文的主要内容 (4)2 空气悬架的工作原理及功能 (5)2.1 空气悬架工作原理 (5)2.2 空气悬架功能 (5)3 空气悬架系统 (7)3.1 空气悬架主要元件结构 (7)3.2 空气悬架输入输出部件 (7)3.3 空气悬架的具体工作方式 (13)4 空气悬架数学模型 (14)4.1 垂直刚度设计计算： (14)4.2 空气弹簧系统频率的计算 (14)4.3 单质量系统的自由振动 (15)5 系统控制流程 (16)5.1 总控制流程图 (16)5.2 各子系统流程图 (17)6 系统仿真计算 (24)6.1 MATLAB软件介绍 (24)6.2 路面激励谱 (25)6.3 SIMULINK计算仿真 (26)7 汇编程序设计 (30)7.1 MCS-96系列单片机的特点 (30)7.2 汇编语言程序工作原理 (30)7.3 硬件图 (32)本文总结 (35)参考文献 (36)注释 (37)附录 (38)谢辞 (45)1 绪论1.1 悬架概述悬架是汽车的重要组成部分，它把车体与车轴弹性地连接起来，并承受作用在车轮和车体之间的作用力，缓冲来自不平路面给车体传递的冲击载荷，衰减各种动载荷引起的车体振动。

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另外，主动悬架具有控制车身运动的功能。当汽车制动 或拐弯时的惯性引起弹簧变形时，主动悬架会产生一个与 惯力相对抗的力，减少车身位置的变化。例如德国奔驰 2000款CL型跑车，当车辆拐弯时悬架传感器会立即检测出 车身的倾斜和横向加速度，电脑根据传感器的信息，与预 先设定的临界值进行比较计算，立即确定在什么位置上将 多大的负载加到悬架上，使车身的倾斜减到最小。
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电控悬架工作时，阀门的相互作用控制通向空气弹簧元件的气流量。 传感器检测出汽车的行驶状态并反馈至ECU，ECU综合这些反馈信息 计算并输出指令控制空气弹簧元件的电动机和阀门，从而使电控悬架 随行驶及路面状态不同而变化：在一般行驶中，空气弹簧变软、阻尼 变弱，获得舒适的乘坐感；在急转弯或者制动时，则迅速转换成硬的 空气弹簧和较强的阻尼，以提高车身的稳定性。同时，该系统的电控 减振器还能调整汽车高度，可以随车速的增加而降低车身高度(减小离 地间隙)，减少风阻以节省能源；在车速比较慢时车身高度又可恢复正 常。
汽车不同的行驶状态对悬架有不同的要求。一般行驶时需要 柔软一点的悬架以求舒适感，当急转弯及制动时又需要硬一点的 悬架以求稳定性，两者之间有矛盾。另外，汽车行驶的不同环境 对车身高度的要求也是不一样的。一成不变的悬架无法满足这种 矛盾的需求，只能采取折中的方式去解决。在电子技术发展的带 动下，工程师设计出一种可以在一定范围内调整的电子控制悬架 来满足这种需求。这种悬架称为电控悬架，目前比较常见的是电 控空气悬架形式。
空气弹簧元件是由电控减振器、阀门、双气室所组成。电控减 振器顶部有一个小型电动机，可通过它转动一个调整量孔大小的控 制杆将阻尼分成多级，从而实现控制阻尼的目的。阀门也充当了一 个调节气流的作用，通常双气室是连通的，合起来的总容积起着空 气弹簧的作用，比较柔软；但当关闭双气室之间的阀门时，则以一 个气室的容量来承担空气弹簧的作用，就会变得硬，因此阀门起到 控制"弹簧"变软变硬的作用。

•摩擦力小 •驾驶更舒适 •多级活塞和底阀使得曲线配置多变 •安装长度短
ZF减震技术
CDC(Continous Damping Control)
无级可变阻尼控制减振器
工作原理：ECU搜集整理各个传感器传回的行 车信息，判定适用于当下的悬架阻尼特性，下 达指令驱动电子控制阀门，通过阀门的不断开 闭调整减震筒液压油流量，从而改变阻尼特性， 保证不同工况下的车身稳定和驾乘舒适度。 应用车型：别克君威GS、君越、昂科威
Continental空气悬架
Conti电控空气悬架系统
针对纯电动汽车提供的电子空气悬架系统，主要是采用了带有高性能压缩机和电 磁阀体的封闭式供气系统。和开放供气系统相比，封闭系统使用高压储气罐，系统 内部的空气只需在空气弹簧和高压空气储气罐之间往返流动。这样，系统的充气和 放气时间就会大大缩短，有效提升了汽车能效水平。而且系统也不需要经常从周围 环境中往系统中储放空气。自备闭合式供气系统的压缩机包含电动机、干燥机和开 关阀门。与其他应用于开放式供气系统的压缩机相比，这个闭合压缩机在重量上具 有显著优势。
简介 传感器
电子控制 ECU
可实现
控制执行机 构
车高调节
阻尼力控制
弹簧刚度控制
简介
空气悬架—空气弹簧作为弹性元件的悬架
结构：主要由ECU、空气泵/空压机、储压罐、气动前后 减震器和空气分配器等部件构成，可调节车身水平高度 和悬架软硬程度。
原理：利用前后轮附近的离地距离传感器，控制电脑可 判断出车身高度变化，再控制空气泵和排气阀门，使空 气弹簧自动伸长或压缩，从而改变底盘离地间隙，进而 影响车身稳定型和通过性。空气悬挂工作压力在 600~1000kPa，压力由空压机或储压罐（1300~1600kPa） 提供

浅析汽车空气悬架技术特征摘要：伴随公路建设工程的发展，越来越多的人选择汽车用作交通工具。

设计汽车结构时，出于保障其优良的抗震性及提高行驶的平稳性，一般会在车轮与车身之间装置悬架结构，以此起到对车身和车轮之间力的缓冲作用。

而本文通过介绍空气悬架结构，简要分析其概念、作用等要素，以此希望能够为车辆工程有关技术从业人员予以技术参考，提供指导建议。

关键词：空气悬架；汽车；技术特征引言：汽车悬架在不断的发展过程中，由传统的金属螺旋弹簧变为空气弹簧。

空气弹簧的有效应用，是悬架结构的真实体现，并且在空气悬架的实际应用过程中能够保证车身与车轮之间不会产生较大的摩擦，由此提供一定的缓冲效果。

空气悬架在应用过程中也可以根据实际情况合理的调节悬架的高度，加之控制系统当中的空气泵设备，能够直观调控空气量以及出现的相应压力，在弹性系数上空气弹簧相比金属弹簧的优势更加明显，而且因为能够调节空气悬架的结构高度，所以能够升降汽车底盘，让其更好地满足驾驶人员的实际需求。

一、空气悬架概述（一）基本概念汽车悬架，指的是车辆车身与车轮两者之间传力连接装置。

因为在车辆实际行驶期间，会由于车辆自身的重力，向前行驶的动力以及摩擦力等各个方向力的产生，由此使得路面与车轮和车体之间产生支撑力以及侧向力等。

而这些力，在汽车的实际运行过程中，更多的会集中在车轮上。

为了保证汽车的平稳形式，车轮上方的力会通过传动装置作用于车身，由此车身可以借助彼此之间的作用力不断的前进。

保障乘坐人员在车辆行驶过程中的舒适度，从道路路面传导的作用同时连贯性、稳定性的，至于汽车悬架则为两者之间进行传导的一种结构[1]。

不仅能将作用力稳定传导，还能在一定程度上缓冲路面力量，被视作评价结构性能优良与否的标准。

现阶段，该系统主要被应用在客用汽车与小汽车。

其作为振动弹簧系统，有效的应用空气弹簧这一装置，其中的大部分都具备调整高度的功能，利用空气泵实现对空气弹簧的压力、空气量的调节，同时转变其刚度与硬度。

科 技 论 坛
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浅析汽车主动悬架系统 的发展和控制策略
邱 亚 宇
摘
（ 南京信 息职业技术 学院， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ４ ６ ） 要： 介绍 了国内外汽 车主动 悬架控 制 系统发展和 主要控 制策略 ， 重点论述 了汽车主动悬 架控制 系统的应用和发展 ， 最后列举 了
目前 主 动 悬 架 的控 制 策 略 和 优 缺 点 。
关键词 ： 主动悬架 ； 应用 ； 发展 ； 控 制策略
随着现代汽车对乘坐舒适 『 生 和行驶安全Ｊ 生的要求提高 ，设计一个 起步比较晚 其中上海交通大学、 清华大学 、 吉林大学和同济大学等科研 具有良好综合陛能的悬架成为现代汽车研究的一个重要课题。传统被 院所都开展了一些研究工作 ，对主动悬架进行 了一些理论研究和试验 动式悬架系统的弹『 生 元件其刚度和阻尼是固定值，在汽车行驶过程中 方法的研究 ，仍处于理论探索与数值模拟阶段 ，相应的试验验证比较 无法随路面状况 、 载荷和车速等因素的变化而变化。 由于悬架参数不可 少 ， 还没有进入产品研制开发阶段。 北京理工大学的章一鸣教授较早地 改变 ， 即使参数采用优化设计， 也只能对特定的激励具有最佳效果 ， 一 对主动悬架进行了理论及试验研究。 该校高志彬 、 黄志刚等人进行 了可 旦激励发生变化 ， 悬架 系统的减振效果很难维持最佳， 这一问题注定了 控减振器的性能试验研究 ，试验结果说咀昕 十的三级阻尼可调减振 被动式悬架系统的性能难以提高。近年来 ， 随着计算机技术和各种控制 器 Ｉ 生 能优于传统的被动悬架。 方法 的发展 ， 汽车主动悬架技术成为汽车技术研究的—个重要方向。 这 ２主动悬架系统的控制策略 种主动悬架系统 ，可随汽车行驶状况而自适应地通过作动器控制悬架 汽车主动悬架的研究工作包含两个方面： 一方面是执行器的开发 ， 动力响应 、 或 自动调节悬架的刚度和阻尼参数 ， 具有优 良的减振性能 ， 另一方面是控制策略的研究，两方面较好的配合才会使悬架系统的性 也有利于车辆的操纵稳定 Ｉ 生。 能达到理想的效果。 上世纪五十年代形成完整的经典控制理论， 采用频 １主 动悬 架 系统 国内外发 展状 况 率响应 法和根轨迹法这些 图解分析方法分析系统性能和设计控制装 在汽车悬架系统的发展史上 ， 是１ ９ ５ ４ 年美 国 Ｇ Ｍ汽车公司的 Ｅ 置。历史的实践汪明经典控制理论十分有效的。 ｓ ｐ ｉ ｅ ｌ Ｌ ａ ｂ ｒ ｏ ｓ ｓ ｅ 首次提出了主动悬架的概念。 雪铁龙早在 ２ ０ 世纪 ５ ０ 年 随着状态空间空间法的应用而出现的现代控制理论 ，它可以解决 代初期就将电控主动液压悬架装备在其 １ ５车型上 ， 但实现大规模的批 多输人多输出的多维空间系统 ， 研究 的系统复杂性不断提高 ， 其 已开始 量使用则是在稍后推出的 Ｄ Ｓ系列车型上Ⅲ 。 向智能控制方向发展 。目前应用于主动悬架系统的控制理论 比较多， 常 １ ９ ６ ５ 年， Ｗ． ０ ． Ｏ ｂ ｓ ｏ ｎ 和ｋ Ｒ ￣ Ａ ｌ ｌ ｅ ｎ 作了类似的研究工作。此后 ， Ｔ ． Ｈ ． 见的控制方法主要有 以下 ３ 种： Ｒ ｏ ｃ ｈ ｗ ｅ ｌ ｌ ， Ｓ ． Ｋ ｉ ｍｉ ｃ ￣和 Ｍ ． Ｌ ａ ｗ ｔ ｈ ｅ ｒ 做了用伺服机构作为主动元件的理论 ２ ． １ 天棚阻尼控制。美 国著名控制专家 Ｋ ａ ｒ ｎ ｏ ｐ ｐ 在二十世纪七十年 研究 。早期研究的主动悬架数学模型是不考虑非簧载质量和轮胎特ｌ 生 代初提出了天棚阻尼的概念。这种方法的思想就是在车身上安装一个 的单 自由度系 统 。 与车身振动速度成正比的阻尼器，使阻尼器产生的力与车身竖直方向 １ ９ ７ ６ 年Ｔ ｈ ｏ ｍｐ ｓ ｏ ｎ首先将全状态反馈最优控制理论应用于主动悬 的运动相抵抗 ， 便可以Байду номын сангаас效地防止车身与悬架发生大的共振。 这种方法 架的研究中。１ ９ ８ ４年他又利用部分状态反馈最优控制理论构造了次最 简单 ， 所需要的车身传感器数量也较少 ， 不需要非常复杂的悬架系统模 优反馈阵。 随后 ， Ｔ ｈ ｏ ｍ ｐ ｓ ｏ ｎ 和Ｐ ｅ ａ ｒ ｃ ｅ 把两个 自由度模型扩充到四个 型 ， 实现起来 比较简单 。后来 ｋ ａ ｒ ｎ ｏ ｐ ｐ 又提出了开关阻尼的概念 ， 这种 自由度模 型 。 方法是天棚阻尼的延伸 ，目前已被美 国通用汽车公司应用于某型号车 并取得了良好 的效果 。 １ ９ ８ ６ 年， Ｒ ． Ｍ． Ｃ ｈ ａ ｌ ａ ｓ ｓ ａ ｎ ｉ 研究了整车模型 的行驶 Ｉ 生能。Ｐ ． Ｂ ａ ｒ ａ ｋ和 上 ， ２ ． ２ 智能控制。 近些年来智能控制取得了很大的发展 ， 最有代表ｆ 生 的 Ｄ ． Ｈ ｒ ｏ ｖ ａ ｔ 用计算机模拟激励的方法， 比较 了主动悬架的优趱 陛。用性能 指数 １ Ｉ表示 主动 、 半主动 、 和被动 悬 架 的性能 。对 一组 特 定的 Ⅱ 加权 便是模糊控制和神经网络控制。模糊控制是由美国动控制理论专家扎 计算模拟的激励结果显示采用半主动悬架和主动悬架的车辆其各项指 德ｆ Ｌ ＾ Ａ ． ｚ ａ ｄ ａ ｈ 艉 出来的， 通过一定的发展 ， 模糊控制理论已经成为人们所 研究的一个热 门课题。在汽车悬架控制方面， Ｙ ｏ ｓ ｈ ｉ ｍ ｕ ｒ ｏ 教授将模糊控 标多下降了很多。 １ ９ ５ ５ 年法 国 Ｃ ｉ ｔ ｒ ｏ ｅ ｎ 汽车公司研制出一种液压一空气悬架系统 ， 制理论首先应用到汽车主动和半主动悬架 中。汽车悬架可以看作是用 可以使汽车具有较好 的行驶平顺性和乘坐舒适性 ，由于它的制造工序 组非线 『 生 微分方程来描述的非线性系统 ，利用模糊推理方法可推导 过于复杂 ， 最终未能普及。１ ９ ８ ２ 年美国 Ｌ Ｏ Ｔ Ｕ Ｓ 汽车公 司研制出有源主 出合适的阻尼力 ，实验结果显示采用模糊控制理论设计的控制器可使 动悬架系统 ，瑞典 Ｖ Ｏ Ｌ Ｖ Ｏ汽车公 司在其车上安装 了实验 ｆ 生的 Ｌ Ｏ Ｔ Ｕ Ｓ 主动悬架的性能得到有效提高 ， 提高了汽车行驶的平顺性 。 模糊控制和 主动悬架系统。１ ９ ８ ３年 日 本Ｔ Ｏ Ｙ Ｏ Ｔ Ａ汽车公司在 Ｓ ｏ ａ ｒ ｅ 轿车上采用了 神经网络控制能够为特殊条件下的模型处理问题提供有效的方法 。可 阻尼可调的减振器。１ ９ ８ ６年丰 田又在 Ｓ ｏ ａ ｒ ｅ 车型采用了能分别对阻尼 以认为智能控制将是 ２ １ 世纪控制领域 的核心技术 ， 智能控制的发展必 和刚度进行三级调节的空气悬架 ， １ ９ ８ ９年 Ｔ Ｏ Ｙ Ｏ Ｔ Ａ在 Ｃ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ 车型上装 将推动科技的发展， 从而对社会进步的推动力是不可估量 的。 置了真正意义上的主动油气悬架系统 福特汽车公司在 １ ９ ８ ４年底的 ２ ． ３ 混合控制。 当前用于汽车悬架振动的控制策略比较多， 单一控制 Ｌ ｉ ｎ ｃ ｏ ｌ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ 车上 装 备 了电控 空气 悬架 系 统 ， 可 以有效 地实 现 隔 策略可以使某一控制 目标达到理想的效果 ，但很难达到多个控制 目标 振 和高 度调 整 。 同时满足要求 的要求。因为各种控制策略都有 自身无法弥补的缺陷 ， 考 １ ９ ８ ８年雪铁龙公 司正式将装备有液压悬架的 Ｘ Ｍ车型正式命名 虑到一方面则往往另一面就会有损失 。因此常将多种控制方法结合起 为第一代主动液压悬架系统，之后雪铁龙又在其生产的 Ｘ Ａ Ｎ Ｔ Ｉ Ａ系列 来对悬架系统进行混合控制 ，例如将模糊控制和神经网络控制混合设 车型装置了第二代主动液压悬架， 这一代新型主动悬架大大地提高 Ｅ — 计 应用于奔驰高级轿车和重型坦克，这种混合控制策略同样适用于汽 Ｃ Ｕ控制单元的计算速度 ， 同时有运动和舒适两种模式可供选择。到 目 车主动悬架这样复杂的非线性系统 ，仿真结果显示均能取得 良好的效 前为止，雪铁龙的主动液压悬架已发展到第三代 ，并装备于其 ｃ ５ 、 ｃ ６ 果 ， 从长远来看 ， 混合控制方法将是今后悬架控制策略研究的一个很重 系列车型上。 其第四代主动液压系统也在研发 当中 ［ ３ １ 。 ２ ０ 世纪 ９ ０ 年代 要 方 向。 日本 Ｎ Ｉ Ｓ Ｓ Ａ Ｎ汽车公司在 Ｉ ｎ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｑ ４ ５ 轿车上也装备了液压主动悬架。 参考文献 此外 ， 德国 Ｐ ｏ ｒ ｓ ｃ ｈ ｅ 、 美国Ｆ ｏ ｒ ｄ ， 德国 Ｂ ｅ ｎ ｚ 、 通用、 克莱斯勒 、 雪铁龙 ［ １ Ⅱ ．Ｅ ｓ ｋ ｉ ，Ｓ ． Ｙ ｉ ｄ ｉ ｒ ｉ ｍ ．Ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ Ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｕｓ ｉ ｎ ｇ ａ Ｎｅ ｗ Ｒｏ ｂ ｕ ｓ ｔ Ｎ ｅ ｕ ｒ ａ ｌ Ｎｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ Ｃ

文/江苏 高惠民车载视觉感知预瞄下的主动悬架随着家用汽车的普及率逐年提高，人们由最初的追求家用汽车较好的基本性能指标(动力性、安全性和经济性等)以及提供的方便与快捷，逐步上升到追求家用汽车自身优良的行驶性能和运动特性(舒适性、平顺性和操稳性)。

与此同时，由国内外车辆研究机构的相关报告和汽车公司研发和生产的一些新型车辆可知，先进的车辆悬架系统(主动悬架、半主动悬架等)可以有效改善车辆各项行驶性能，是车辆底盘智能化发展的一个重要方向。

一、悬架系统的组成和功能车辆悬架系统是车身(簧载质量m s )和车轮(非簧载质量m t )之间传递一切力和力矩的连接装置的总称，它用于连接车体与车轮，能够将路面对于车轮的垂向作用力、纵向作用力和侧向作用力以及这些作用力传递到车身，缓冲和衰减行驶中产生的车身振动与冲击，以保证车辆能平顺的行驶。

虽然汽车悬架都拥有各种不完全相同的结构形式，但一般都由弹性元件、减振器和导向机构这三大部分构成。

弹性元件主要有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧、橡胶弹簧、油气弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代车辆悬架系统中采用较多的是螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车会应用空气弹簧。

车辆行驶中，悬架系统中的弹性元件受到冲击产生振动，为了衰减振动，在悬架系统中安装与弹性元件并联的减振器。

液力减振器是汽车悬架系统中采用较多的减振器类型，其工作原理是车轮(或车桥)与车身(或车架)间受振动出现相对运动时，减振器内的活塞相应的做上下移动，减振器腔内的液压油液不停的从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔中。

此时孔壁与液压油液之间的摩擦和液压油液分子之间的内摩擦对振动形成阻尼力，使车辆振动产生的能量转换成油液热能，最后经减振器外壳吸收，随之散发到大气中。

高惠民(本刊编委会委员)曾任江苏省常州外汽丰田汽车销售服务有限公司技术总监，江苏技术师范学院、常州机电职业技术学院汽车工程运用系专家委员，高级技师。

车轮相对于车身(或车架)跳动时，车轮(尤其指转向轮)的运动轨迹要符合一定的规律或要求，否则车辆的操作稳定性和其他行驶性能会受到影响。

空气悬架分类1. 引言空气悬架是一种汽车悬挂系统，通过利用气体来提供悬挂支撑和调节车身高度。

它可以根据车辆的行驶状态和道路状况来调整悬挂高度，从而提供更好的驾驶舒适性和稳定性。

本文将介绍空气悬架的分类以及各种分类的特点和应用。

2. 分类根据悬挂系统的结构和工作原理，空气悬架可以分为以下几种类型：2.1 无独立气室悬架无独立气室悬架是最简单的空气悬架系统，它将气体储存在一个共用的气室中，通过压缩空气的方式来提供悬挂支撑。

这种悬架系统常见于商用车辆和一些经济型乘用车中。

它的优点是结构简单、成本低廉，但由于气室共用，无法对每个车轮独立进行调节。

2.2 独立气室悬架独立气室悬架是一种将气体储存在各自独立的气室中的悬架系统。

每个车轮都有一个独立的气室，可以根据需要进行独立调节。

这种悬架系统常见于高级乘用车和豪华车中，它可以根据车辆的行驶状态和道路状况来自动调整悬挂高度，提供更好的驾驶舒适性和稳定性。

2.3 主动悬架主动悬架是一种根据车辆的运动状态和驾驶者的需求主动调节悬挂特性的悬架系统。

它通过传感器感知车辆的加速度、转向角度和制动情况等信息，然后通过控制阀门来调节气室的气压和气体流动，从而实现对悬挂特性的调节。

主动悬架可以根据不同的驾驶模式和路况，提供不同的悬挂硬度和高度，以满足驾驶者的需求。

2.4 半主动悬架半主动悬架是一种介于无独立气室悬架和主动悬架之间的悬架系统。

它通过使用可调节的阻尼器和控制阀门来改变悬挂特性，但没有主动调节气室的能力。

半主动悬架可以根据驾驶者的需求和路况来调节悬挂硬度，提供更好的悬挂性能和驾驶舒适性。

3. 特点和应用不同类型的空气悬架具有各自的特点和应用范围：3.1 无独立气室悬架无独立气室悬架具有结构简单、成本低廉的特点，适用于商用车辆和经济型乘用车。

它可以提供一定的悬挂支撑，但无法对每个车轮独立进行调节。

这种悬架系统适用于道路状况相对平坦的城市道路和高速公路。

3.2 独立气室悬架独立气室悬架可以对每个车轮独立进行调节，提供更好的悬挂支撑和舒适性。

取 控 制 律 “：一 Ｘ，则Ｋ ＝Ｒ， Ⅳ， Ｅ Ｋ ， （ ＋ ） 通 过 分析 ，求 解 主 动悬 架 控 制 力 的 关 键 在 于求 解 反 馈 矩 阵 ． 在
Ｋ Ｌ ￡ — Ｂ ｕＢ Ｌ ０ ， 悬 架 性 能 对 于 车 辆 操 纵 稳 定 性 、 驶 平 顺 性 有 重 要 影 响 。 传 统 式 中 ： 为 反 馈 矩 阵 ， 由 黎 卡 提 方 程 ： ＋ Ｌ Ｌ Ｒ－ ＋ ＝ 解 得 。 行 的 被 动 悬 架 在 性 能 上 存 在 许 多 不 足 ， 满 足 车 辆 行 驶 平 顺 性 和 操 纵 为 稳 定 性 的 更 高 要 求 ， 现 了 各 种 形 式 的 主 动 悬 架 。 本 文 从 最 优 控 制 求 出 主 动 控 制 力 之 后 ， 即 可 采 用 ＭＡ Ｌ Ｂ＋ Ｉ Ｌ Ｎ 对 主 动 悬 架 进 出 Ｔ Ａ ＳＭＵ Ｉ Ｋ 理 论 探 讨 了 空 气 主 动 悬 架 的 实 现 问 题 。 通 过 动 态 仿 真 对 被 动 悬 架 和 行 仿 真 。 在 求 解 主 动 悬 架 控 制 力 时 需 首 先 计 算 出 值 ． 为 此 可 调 用 主 动 悬架 的特性 进 行 了 对 比… 。 ２空 气 主 动 悬 架 动 力 学 模 型 的 建 立 如 图 （ 后 左 图 ） 示 为 主 动 控 制 空 气 悬 架 １４模 型 ， 悬 架 系 文 所 ／ 该
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中国高新技术企 业
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空 气 主 动 悬 架 最 优 控 制 研 究
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【 要】 摘
建 立 了 空 气 主 动 悬 架 的 二 自 由 度 数 学 模 型 ， 以 此 模 型 为 基 础 探 讨 最 优 控 制 理 论 在 空 气 主 动 悬 架

项目五 电子控制空气悬架系统结构与检修
随着人们对汽车乘坐舒适性的不断追求，已有不少 豪华轿车和豪华SUV纷纷装上了性能优越的电子控制式主 动悬架，以满足越野与公路行驶的双重舒适性需要。
从悬架的组成来看，大致分为两大类。一类是电子 控制式主动液压悬架，它能通过车载电脑计算出悬架受 力大小和加速度，利用液压减振器的伸缩来保持车身平 衡；另一类则是电子控制式空气悬架，它也是通过车载 电脑计算悬架的受力及感应路面情况，适时调整空气减 振器的刚度和阻尼系数，令车身的振动始终保持在一定 范围内。目前电控主动空气悬架比液压悬架应用更广泛。
3．“dynamic”(动态)模式 与“automalic”(自动)模式相比，底盘下沉20mm，
并且自动调整到运动模式的减振特性，在车速持续超过 120km／h的30s后，底盘会再下沉5mm(高速公路底盘下 沉)。当车速低于70km/h的时间达到120s或车速低于 35km／h时，底盘会自动恢复到运动高度。
主动悬架系统主要缺陷是成本高，液压或气动装置 噪声大，功率消耗较大。
4. 电子控制悬架 主动悬架和半主动悬架可分为机械控制系统和电 子控制悬架系统两类。电子控制悬架在汽车行驶过程 中，它的刚度和阻尼随时调节，使其达到最佳的行驶 平顺性和操纵稳定性。电子控系统的控制装置主要由 ECU、信号输入装置和输出装置组成。信号输入装置 主要由；车速传感器、高度传感器、转角传感器、节 气门位置传感器等，信号输出装置即执行器主要是进 气阀、排气阀、高度控制排气阀等组成。
【相关知识】 电控空气悬架以空气弹簧和减振器为基础，引人ECU控
制单元、转向角度传感器、车身高度传感器、空气压缩机、 速度和制动传感器，通过ECU的精密计算，利用电磁阀改变 空气弹簧内的气体容量和压力来实现软硬调节，使悬架兼有 舒适性和运动性的特性。例如直线行驶偏软，提高舒适性； 转向和高速运动时加硬，增加侧向支撑提供更好的路感。此 外还可通过ECU和空气压缩机实现车身高度的自动或手动调 节。

式中 ： 一路面激励 ；。 一非簧载位移 ； 一簧载位移 ； 。 ｒ —非簧载 ｎ
质量 ； 一 簧 载质 量 ；． 轮 胎 弹性 系数 。 ｍ， 一 气 压 缸在 充 放气 过 程 中 ， 化 的气 体 流量 ｑ可表 示 为 ： 变
ｇ ‘ ＋
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机 械 设 计 与 制 造
１８ ９
文章 编 号 ：０ １ ３ ９ （０ １０ — １８ ０ １０ — ９７ ２ １ ） １０ ９ — ３ Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｉ ｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕａ ｔ ｅ ｎ ｆ ｃｕｒ
第 １ 期 ２ １ 年 １月 ０１
空 气主动 悬架模 糊控 制仿 真 与 实验研 究 母
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１引言
空气悬架是以空气弹簧为弹性组件 ， 以气体为介质 ， 利用气 体的可压缩性实现其弹 ｌ作用ｍ 生 。空气悬架具有刚度低 、 质量轻 、 噪

文/江苏 高惠民车载视觉感知预瞄下的主动悬架控制分析与实车应用(五)(接上期)(3)AI主动悬架系统功能48V电动力引进后，很多新技术也随之而来，像这款机电混合主动悬架系统等。

这一悬架系统不必采用液压技术来辅助空气悬架系统的运作、支撑车体，就可使每个车轮都可以分别上下微调。

如车辆行驶时左前轮受不平路面冲击，使前部车身上移，产生的垂直加速度由电子悬架控制单元内传感器监测。

同时，左前悬架会被轻微压缩，压缩量会被相应的车身高度传感器获取。

电子悬架控制单元综合评价多项数据信息，指令减小左前电控减振器的阻尼。

同时，电子悬架控制单元指令前AI悬架48电力电子控制器输出信号，作动左前执行器将与其连接的扭力杆的预紧力调整至最小值，通过该措施充分吸收来自路面的冲击，车身的垂直加速度限制在舒适水平。

全新奥迪A8先进驾驶员辅助系统(ADAS)配有车载多种环境感知传感器，如图45所示。

其中前向单目摄像头(镜头与行驶方向相同)可以获取车辆前方16~65英尺(5~20m)的道路表面数据，每隔5ms更新一次以图片形式显示出路况，然后电子悬架控制单元会对这些数据进行分析，通过AI主动悬架执行器调高或降低悬架，以应对即将到来的各种路况变化，如：路面车辆减速带、路面坑洼或凸起障碍物等。

图46所示为前悬架的动态调节。

图46 AI主动悬架动态调节示意图在过弯加速度很大时，主动悬架控制车身向相反方向倾斜，即向弯道内侧倾斜。

为弯道外侧的车轮提供了更有效的支撑，减小车身侧倾。

正是这种主动式动态系统的使用，使车辆底盘具备了更好的稳定性和更好的车体平衡效果，过去即使是在A8这样的高端车型上，也无法体验到这种效果。

这一系统还和车上的预警式侧向传感器(雷达传感器)相连，对侧面以超过25km/h速度运动的物体接近车辆侧向碰撞时，随之能在0.5s内将这一侧的车身紧急提高约80mm，将碰撞力引向刚性更强的门槛区域吸收冲撞能量，而非车门。

这样可以使冲击力减少至一半。

2）独立悬架
每一侧车轮单独通过悬架与车架相连，每个车轮能独立上下跳动而互不影响。
优点：在不平路上行驶时可减少车架和车身的震动。 减少了非簧载质量。 提高行驶稳定性和平顺性。
类型：麦弗逊式悬架—广泛用于FF轿车的前悬架
4.按照控制方式分
按照控制方式分不同，汽车悬架系统通常分为传统被动式悬架（Passive Suspension）、半主动式悬架（semi-active suspension）、主动式悬架(Active Suspension)三类。 其中半主动式又分为有级半主动式（阻尼力有级可调）和无级半主动式（阻尼力 连续可调）两种；主动式悬架根据频带和能量消耗的不同，分为全主动式（频带 宽大于15Hz）和慢全主动式（频带宽3～6Hz）；而根据驱动机构和介质的不同， 可分为由电磁阀驱动的油气主动式悬架和由步进电动机驱动的空气主动式悬架。
控制项目
功能
防侧倾控制
使弹簧刚度和减振力变成“坚硬”状态，能抑制侧倾而使汽车的姿势变化减至最小
防点头控制 防下坐控制 高车速控制 不平整路面控制
颠动控制 跳振控制 自动高度控制 点火开关off控制
使弹簧刚度和减振力能抑制汽车制动时的点头而使汽车的姿势变化减至最小
使弹簧刚度和减振力变成“坚硬”状态，能抑制汽车加速时的后部下坐而使汽车的姿势 变化减至最小
纵稳定性。
半主动悬架：仅悬架刚度、阻尼之一可调
主动悬架：悬架阻尼和刚度都可调 油气式主动悬架 空气式主动悬架
通过控制调节悬架的刚度和阻尼力，使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相 适应。
其基本功能如下： 1．车高调整 2．减振器阻尼力控制 3．弹簧刚度控制
电子控制悬架系统的种类

控制功能
电控悬架系统控制功能表

1.汽车主动悬架—液压和空气式从控制力的角度划分，悬架可分为被动悬架，半主动悬架和主动悬架。

目前，大多数汽车的悬架系统装有弹簧和减振器，悬架系统内无能源供给装置，其弹性和阻尼不能随外部工况变化，因此称这种悬架是被动悬架。

主动悬架有作为直接力发生器的动作器，可以根据输入与输出进行最优的反馈控制，使悬架有最好的减震特性，以提高汽车的平顺性和操纵稳定性。

它由弹性元件C和一个力发生器Fe组成。

半主动悬架可看作由可变特性的弹簧和减振器组成的悬架系统，虽然它不能随外界的输入进行最优的控制和调节，但它可按存储在计算机的各种条件下最优弹簧和减振器的优化参数指令来调节弹簧的刚度和减振器的阻尼状态。

它由弹性元件C和一个一个阻尼系数能在较大范围内调节的阻尼器组成。

电子技术控制汽车悬架系统主要由（车高、转向角、加速度、路况预测）传感器、电子控制ECU、悬架控制的执行器等组成。

系统的控制功能通常有以下三个：１车高调整当汽车在起伏不平的路面行驶时，可以使车身抬高，以便于通过；在良好路面高速行驶时，可以降低车身，以减少空气助力，提高操纵稳定性。

２阻尼力控制用来提高汽车的操纵稳定性，在急转弯、急加速和紧急制动情况下，可以抑制车身姿态的变化。

３弹簧刚度控制改变弹簧刚度，使悬架满足运动或舒适的要求。

采用主动式悬架后，汽车对侧倾、俯仰、横摆跳动和车身的控制都能更加迅速、精确，汽车高速行驶和转弯的稳定性提高，车身侧倾减少。

制动时车身前俯小，启动和急加速可减少后仰。

即使在坏路面，车身的跳动也较少，轮胎对地面的附着力提高。

一.主动式液压悬架电子控制的主动式液压悬架能根据悬架的质量和加速度等，利用液压部件主动地控制汽车的振动。

主动式液压悬架在轿车上的布置如图所示，在汽车重心附近安装有纵向、横向加速度和横摆陀螺仪传感器，用来采集车身振动、车轮跳动、车身高度和倾斜状态等信号，这些信号被输入到控制单元ECU，ECU根据输入信号和预先设定的程序发出控制指令，控制伺服电机并操纵前后四个执行油缸工作。

主动悬架是根据汽车的运动状态和路面状态，适时地调节悬架的刚度和阻尼，使其处于最正确减振状态。

它是在被动悬架〔弹性元件、减振器、导向装置〕中附加一个可控作用力的装置。

通常由执行机构、测量系统、反应控制系统和能源系统4局部组成。

执行机构的作用是执行控制系统的指令，一般为发生器或转矩发生器〔液压缸、气缸、伺服电动机、电磁铁等〕。

测量系统的作用是测量系统各种状态，为控制系统提供依据，包括各种传感器。

控制系统的作用是处理数据和发出各种控制指令，其核心部件是电子计算机。

能源系统的作用是为以上各局部提供能量。

主动悬挂系统能够根据车身高度、车速、转向角度及速率、制动等信号，由电子控制单元〔ECU〕控制悬挂执行机构，使悬挂系统的刚度、减振器的阻尼力及车身高度等参数得以改变，从而使汽车具有良好的乘坐舒适性和操纵稳定性。

主动悬挂系统是近十几年开展起来的、由电脑控制的一种新型悬挂系统，它聚集力学和电子学的技术知识，是一种比拟复杂的高技术装置，例如装置主动悬挂系统的法国雪铁龙桑蒂雅，该车悬挂系统系统的中枢是一个微电脑，悬挂系统上的5种传感器分别向微电脑传送车速、前轮制动压力、踏动油门踏板的速度、车身垂直方向的振幅及频率、转向盘角度及转向速度等数据，电脑不断接收这些数据并与预先设定的临界值进展比拟，选择相应的悬挂系统状态，同时，微电脑独立控制每一只车轮上的执行元件，通过控制减振器内油压的变化产生抽动，从而能在任何时候、任何车轮上产生符合要求的悬挂系统运动，因此，桑蒂雅轿车备有多种驾驶模式选择，驾车者只要扳动位于副仪表板上的“正常〞或“运动〞按钮，轿车就会自动设置在最正确的悬挂系统状态，以求最好的舒适性能，主动悬挂系统具有控制车身运动的功能，当汽车制动或拐弯时的惯性引起弹簧变形时，主动悬挂系统会产生一个与惯力相对抗的力，减少车身位置的变化，例如德国 benz 2000款cl型跑车，当车辆拐弯时悬挂系统传感器会立即检测出车身的倾斜和横向加速度，电脑根据传感器的信息，与预先设定的临界值进展比拟计算，立即确定在什么位置上将多大的负载加到悬挂系统上，使车身的倾斜减到最小。

当传感器轴转动时，就会带动固定在轴上的遮光盘一同 转动。当遮光盘上的透光槽处于发光二极管与光电三极管之 间时，光电三极管受到光线照射而导通（如图7-3b），耦合 元件输出端输出低电平“0”（0～0.3V）；当遮光盘上的透 光槽不在发光二极管与光电三极管之间时，光电三极管不受 光线照射而截止（如图7-3c），耦合元件输出端输出高电平 “1”（4.7～5.0V）。根据光电耦合元件输出的信号，即可 判定车身高度。为了获得在整个车身高度变化范围内车身高 度的电信号，在遮光盘的两侧装有4组或2组光电耦合元件。
车速信号是汽车悬架系统的常用控制信号，汽车车身的 侧倾程度取决于车速的高低和汽车转向半径的大小。车速传 感器的作用是检测汽车速度，并将信号传递给ECU，用于对 悬架的阻尼、弹簧刚度和车身高度的控制。常用的车速传感 器主要有舌簧开关式，电磁感应式，光电式等。 5. 节气门位置传感器
节气门位置传感器用来检测节气门的开度及开度变化， 为悬架ECU提供起步、加速等信号，以便根据车辆状态进行 悬架控制。节气门位置信号可以与汽车上用于发动机控制的 节气门位置信号共享。常用的节气门位置传感器有线性可变 电阻式、触点与可变电阻组合式。
光电耦合元件（4组）控制电路图
车身高度与光电耦合元件输出信号（4组）关系
2.加速度传感器
在车轮打滑时，无法以转向角和汽车车速正确判断车 身侧向力的大小，此时利用加速度传感器可以直接准确地 测量出汽车的纵向加速度以及汽车转向时因离心力而产生 的横向加速度，并将信号输送给ECU，使ECU能够调节悬架 系统的阻尼力大小及悬架弹性元件刚度的大小，以维持车 身的最佳姿势。
②弹簧刚度调节功能。该功能是利用控制弹簧刚度(弹性 系数)的方法控制车辆在各种不同状况时的姿势，提高车辆的 操纵稳定性。

浅析汽车底盘主动悬架控制方法1. 引言1.1 概述汽车底盘主动悬架控制方法是一种能够提高车辆悬挂系统性能和舒适性的技术。

随着汽车工业的发展和人们对行车舒适性和安全性要求的提高，底盘主动悬架控制方法逐渐受到重视。

底盘主动悬架控制方法通过感知路况和车辆运动状态，采取相应的控制策略来调节悬架系统的工作状态，以提高车辆的操控性、稳定性和舒适性。

不同类型的底盘主动悬架控制方法采用不同的技术手段和控制算法，如电磁悬架、液压悬架、空气悬架等。

本文将重点介绍各种主动悬架控制方法的原理、特点和应用领域，以及不同方法之间的优缺点比较。

通过对底盘主动悬架控制方法的深入研究和分析，可以为汽车制造商和研发人员提供参考，促进底盘主动悬架技术的进一步发展和应用。

在未来，底盘主动悬架控制方法将在汽车行业发挥越来越重要的作用，为驾驶员提供更安全、舒适的驾驶体验。

1.2 研究背景汽车底盘主动悬架控制方法作为汽车底盘控制技术的一种重要手段，具有极其重要的应用价值和发展前景。

随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车的舒适性、安全性和性能要求越来越高，传统的被动悬架系统已经不能满足人们的需求。

研究和开发底盘主动悬架控制方法成为了当前汽车工程领域的热点之一。

底盘主动悬架控制方法的研究背景主要包括以下几个方面。

随着汽车性能的提升，底盘控制技术对于提高汽车的行驶稳定性、通过性和舒适性等方面起到了至关重要的作用。

随着电子技术的不断发展和应用，底盘主动悬架控制方法可以通过精确控制悬架系统的工作状态，提高汽车的行驶性能和安全性。

底盘主动悬架控制方法可以实现不同路况下的智能调节，提高汽车通过不同路面时的适应能力和稳定性。

底盘主动悬架控制方法的研究还可以促进汽车工业的发展，推动汽车制造技术的进步，为人类社会的可持续发展做出积极贡献。

深入研究和开发底盘主动悬架控制方法具有重要的现实意义和理论意义。

1.3 研究目的研究目的是为了深入了解汽车底盘主动悬架控制方法的原理和应用，探讨不同类型的悬架控制方法的优缺点，为汽车制造商和工程师提供有效的参考和指导。

空气弹簧悬架的控制原理空气弹簧悬架是一种先进的悬架系统，用于控制车辆的高度和硬度，以适应不同的路况和载荷情况。

空气弹簧悬架采用气压和阀门控制系统，使得车辆可以实现主动悬架调节。

本文将介绍空气弹簧悬架的控制原理。

空气弹簧悬架的工作原理是利用压缩空气来支撑车身。

悬挂系统包括气压发生器、空气储气罐、气压调节器、空气弹簧、气压计和阀门等组件。

在驾驶员指令下，气压发生器压缩空气并储存在空气储气罐内。

通过气压调节器，驾驶员可以控制气体进出空气弹簧，在车辆行驶时，空气弹簧可以根据驾驶员的需要，调节车身高度和硬度，以保证车辆稳定和舒适。

而空气弹簧的控制原理是基于两个主要的阀门：前阀和后阀。

前阀和后阀控制气体进出前后部分的空气弹簧，以调节车辆前后高度和硬度。

如果驾驶员需要降低车身高度，前阀门打开释放一定量的气体，后阀门关闭，使得前部空气弹簧的气压降低，车身前部下降。

类似地，如果驾驶员需要提高车身高度，后阀门打开释放一定量的气体，前阀门关闭，使得后部空气弹簧的气压降低，车身后部上升。

空气弹簧悬架的优点在于，它可以根据不同的路况和载荷情况调整车身高度和硬度。

例如，当车辆驶入不平路面，空气弹簧悬架可以升高车身以避免刮碰地面。

当行驶在高速公路上，空气弹簧可以降低车身以提高车辆稳定性和燃油效率。

此外，空气弹簧悬架还可以提高车辆通过性和越野能力，因为它可以在车辆负载达到最大值时仍然保持稳定的高度和硬度。

总之，空气弹簧悬架的控制原理基于气压和阀门控制系统，可以主动调节车身高度和硬度，以适应不同的路况和载荷情况。

相比传统悬挂系统，它更加灵活和稳定，为驾驶员提供更好的驾乘体验。