汽车悬架及其液压液力系统

《汽车液压与液力传动》VehiclehydraulicdriveTechnology教师：陈泽宇[e-mail]东北大学专业课—Partnine—汽车悬架及其液压液力系统Automobilesuspensionanditshydraulicsystem1主动悬架的组成与工作原理2油气弹簧与液力减振器3344—Contents—汽车悬架系统概述主动悬架控制系统第9章汽车悬架及其液压液力系统9.1悬架系统概述汽车悬架的发展1933年美国费尔斯通公司研制成了空气弹簧悬架。1580年载客四轮马车已经使用可以减震的弹簧悬架。1900年第一个汽车减振器出现在奥兹莫比尔轿车上。1921年英国利兰汽车公司生产第1个使用扭杆弹簧悬架的汽车。同年门罗公司研制了双向筒液压减振器。9.1悬架系统概述汽车悬架的发展1934年通用汽车公司采用了前螺旋弹簧独立悬架。1938年通用在别克汽车上第一次将螺旋弹簧应用在后悬架。大卫.别克(DavidBuick)威廉.杜兰特(WilliamDurant)1950年福特汽车公司的麦弗逊制成了麦弗逊式独立悬架。第9章汽车悬架及其液压液力系统9.1悬架系统概述汽车悬架的发展1984年林肯大陆轿车开始采用空气悬挂系统。1956年英国利兰、法国雪铁龙使用液压悬挂。1987年日本田公司推出采用空气弹簧的主动悬架第9章汽车悬架及其液压液力系统9.1悬架系统概述汽车悬架的作用汽车悬架是车架或车身与车轿之间的传力连接装置缓和车辆受到来自路面的冲击力；衰减由于弹性系统引起的振动；将轮胎所受侧向力、纵向力传递至车身；使车轮和车身保持几何关系。第9章汽车悬架及其液压液力系统9.1悬架系统概述汽车悬架的基本结构悬架一般由弹性元件、导向装置、减振器和横向稳定杆等组成。弹性元件——缓和冲击减振器——衰减振动横向稳定杆——防止车身过度横向倾斜导向装置——车轮与车身正确的相对位置各部分功能第9章汽车悬架及其液压液力系统——传递侧向与纵向力图9-1悬架系统基本结构9.1悬架系统概述汽车悬架的分类非独立悬架按汽车导向装置分类独立悬架车桥做成断开的，每侧车轮可以单独的通过弹性元件与车架或车身连接。第9章汽车悬架及其液压液力系统9.1悬架系统概述汽车悬架的分类按控制能力分类被动悬架/从动悬架传统悬架系统使用定刚度弹簧和定阻尼系数减震器，一旦参数选定，在行驶过程中不能进行调节。半从动悬架通过操纵减振器节流口开闭来手动改变阻尼半主动悬架由ECU代替手动来改变悬架阻尼由ECU动态地调整弹簧刚度和减震器的阻尼。电控空气悬架电控油气悬架电控液压悬架主动悬架电控悬架第9章汽车悬架及其液压液力系统9.1悬架系统概述主动悬架的功能负载在规定的范围内如何变化，汽车高度均保持一定提高车辆的操纵稳定性，控制车身姿态车高调节功能高速行驶时车身高度降低不平路面行驶时车身高度升高减震器阻尼力与弹簧刚度控制功能提高舒适性第9章汽车悬架及其液压液力系统除了具备被动悬架的所有功能之外，主动悬架还额外地具备以下功能：9.2主动悬架的组成与工作原理主动悬架的组成第9章汽车悬架及其液压液力系统主动悬架除了具有普通悬架的基本组成部分之外，还包括传感器、悬架控制系统ECU和执行机构。传感器车高传感器、车速传感器、加速度传感器、转向盘转角传感器、节气门位置传感器等执行机构ECU可调阻尼力减震器、可调节弹簧高度和弹性大小的弹性元件图9-2电控空气悬架控制系统结构9.2主动悬架的组成与工作原理基本工作原理利用传感器检测路面和车身状态，通过电控ECU来控制悬架系统的执行机构，调整刚度、减振器的阻尼及车身高度等参数，从而使汽车具有良好的舒适性和操纵稳定性。第9章汽车悬架及其液压液力系统车身高度控制车身姿态控制路面感应控制9.2主动悬架的组成与工作原理基本工作原理第9章汽车悬架及其液压液力系统车身高度控制悬架ECU根据传感器信息，利用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送到空气悬架。图9-3空气悬架车高控制系统油路图（空气式）9.2主动悬架的组成与工作原理基本工作原理第9章汽车悬架及其液压液力系统车身高度控制悬架ECU根据传感器信息，利用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送到空气悬架。图9-3空气悬架车高控制系统油路图（空气式）9.2主动悬架的组成与工作原理基本工作原理第9章汽车悬架及其液压液力系统车身高度控制悬架ECU根据传感器信息，通过电机控制液压泵，切换油路实现各轮举升油缸的升降。图9-4液压式车高控制系统油路图（液压式）M车高上升9.2主动悬架的组成与工作原理基本工作原理第9章汽车悬架及其液压液力系统车身高度控制悬架ECU根据传感器信息，通过电机控制液压泵，切换油路实现各轮举升油缸的升降。图9-4液压式车高控制系统油路图（液压式）M车高下降反转9.2主动悬架的组成与工作原理基本工作原理第9章汽车悬架及其液压液力系统车身高度控制无论是液压式还是空气式悬架，ECU通常是根速度传感器、高度传感器和点火开关信号来判断并控制车高变化。高度传感器ECU执行机构点火开关速度传感器举升缸正反转控制升高回路下降回路图9-5液压式车高控制系统流程图（液压式）9.2主动悬架的组成与工作原理基本工作原理第9章汽车悬架及其液压液力系统车身高度控制通常车身高度控制所实现的功能具体包括以下4部分：高速时为减小风阻降低车高车身高度大幅变化时提高车身切断点火开关后降低车高控制车身的高度不受乘员和装载质量变化的影响9.2主动悬架的组成与工作原理基本工作原理第9章汽车悬架及其液压液力系统根据方向盘转角传感器和车速传感器信号，ECU把外侧悬架阻尼和刚度调节到高层次。车身姿态控制转向车身侧倾控制ECU电磁阀刚度调节器车速传感器方向盘转角传感器电磁阀刚度调节器图9-6车身姿态控制原理图9.2主动悬架的组成与工作原理基本工作原理第9章汽车悬架及其液压液力系统根据制动灯开关与车速传感器信号，ECU将前悬架阻尼和刚度调节至最高层次。车身姿态控制制动点头控制ECU电磁阀刚度调节器车速传感器制动灯开关电磁阀刚度调节器图9-6车身姿态控制原理图9.2主动悬架的组成与工作原理基本工作原理第9章汽车悬架及其液压液力系统车身姿态控制根据车速传感器和节气门开度传感器信号，ECU将后悬架阻尼和刚度调节到最高层次。起步车身后仰控制ECU电磁阀刚度调节器车速传感器节气门开度传感器电磁阀刚度调节器图9-6车身姿态控制原理图9.2主动悬架的组成与工作原理基本工作原理第9章汽车悬架及其液压液力系统车身路面感应控制当车身高度在短时间剧烈变化时，ECU将悬架阻尼和刚度调节到中层次。坏路响应控制图9-7路面感应控制原理图ECU电磁阀刚度调节器车高传感器电磁阀刚度调节器控制方式功能特点工况悬架的刚度和阻尼普通模式运动模式低中高中高车速路面感应控制高速感应车速大于110km／h→→前后车轮关联感应车速在30-80km／h之间，且车高在0.03s内突然变化←坏路感应车速在40-100km／h之间，且车高在0.5s内大幅变化车速大于100km／h，且车高在0．5s内多次大幅变化→→9.2主动悬架的组成与工作原理综合控制策略第9章汽车悬架及其液压液力系统表9-1主动悬架综合控制策略表19.2主动悬架的组成与工作原理综合控制策略第9章汽车悬架及其液压液力系统控制方式功能特点工况悬架的刚度和阻尼/车身高度普通模式运动模式低中高中高室身姿态控制侧倾抑制急转向→→点头抑制车速大于60km／h的制动→→后座抑制车速小于20km／h的急加速→→车身高度控制高速感应车速大于90km／hL←HL←M连续坏路行驶车速在40-90km／h之间，且车高持续0.5s以上大幅变化L→HL→M车速大于90km／h，且车高持续0.5s以上大幅变化M/HL←M表9-2主动悬架综合控制策略表29.3油气弹簧与液力减震器油气弹簧第9章汽车悬架及其液压液力系统在汽车满载和空载的情况下都具有良好的行驶平顺性，且体积小、质量轻。但对气体和油液的密封要求高，维护麻烦。图9-8油气弹簧油气弹簧具有变刚度的特性刚度增大刚度降低工作特性：油压升高使气室容积减少，氮气压力升高：油液经阻尼阀流回工作缸，氮气压力下降油气弹簧还起减振器的作用当油液流经阻尼阀时，产生阻尼力9.3油气弹簧与液力减震器液力减震器第9章汽车悬架及其液压液力系统液力减振器的基本工作原理是利用油液流动产生的阻力来消耗冲击振动的能量。阻尼力来源孔隙与油液间的摩擦油液分子间的内摩擦压缩伸张压缩行程减振器阻尼力应较小伸张行程减振器阻尼力应较大图9-9液力减振器工作原理9.3油气弹簧与液力减震器双作用筒式减震器第9章汽车悬架及其液压液力系统图9-10双作用筒式减震器结构图双向作用筒式减振器有三个同心钢筒:防尘罩、储油缸筒和工作缸筒。液压控制阀流通阀补偿阀压缩阀伸张阀为普通单向阀，其弹簧很弱属于卸载阀，其弹簧预紧力较大9.3油气弹簧与液力减震器双作用筒式减震器第9章汽车悬架及其液压液力系统图9-10双作用筒式减震器结构图双向作用筒式减振器有三个同心钢筒:防尘罩、储油缸筒和工作缸筒。液压控制阀流通阀补偿阀压缩阀伸张阀为普通单向阀，其弹簧很弱属于卸载阀，其弹簧预紧力较大9.3油气弹簧与液力减震器双作用筒式减震器第9章汽车悬架及其液压液力系统拉伸行程图9-10双作用筒式减震器结构图压缩行程9.3油气弹簧与液力减震器双作用筒式减震器第9章汽车悬架及其液压液力系统压缩行程图9-11双作用筒式减震器压缩行程流通阀打开压缩阀打开大部分液压油沿流通阀进入有杆腔少部分液压油顶开压缩阀进入储油缸筒9.3油气弹簧与液力减震器双作用筒式减震器第9章汽车悬架及其液压液力系统伸张行程图9-11双作用筒式减震器伸张行程压缩行程补偿阀打开伸张阀打开有杆腔中的液压油沿伸张阀进入无杆腔储油缸筒中的液压油顶开补偿阀被吸入无杆腔伸张阀弹簧的刚度和预紧力比压缩阀的大使伸张行程阻尼大于压缩行程阻尼流通阀打开压缩阀打开9.3油气弹簧与液力减震器执行机构第9章汽车悬架及其液压液力系统通过电动机作为控制机构来操纵旋转阀，实现阻尼孔的开闭，从而控制减振器的阻尼变化。图9-12减振器执行机构变阻尼控制9.3油气弹簧与液力减震器执行机构第9章汽车悬架及其液压液力系统通过电动机作为控制机构来操纵旋转阀，实现阻尼孔的开闭，从而控制减振器的阻尼变化。图9-12减振器执行机构软阻尼——A,C油孔开通中等阻尼——B油孔开通硬阻尼——A,B,C油孔均关闭变阻尼控制Vedio9.4主动悬架控制系统主动悬架系统主动式悬架系统主要有3种类型：一种是由电动机与电磁阀来驱动的空气悬架；一种是有电磁阀驱动的油气弹簧悬架；另一种是由电液比例阀驱动的液压悬架。第9章汽车悬架及其液压液力系统表9-3部分配备主动悬架的车型9.4主动悬架控制系统第9章汽车悬架及其液压液力系统图9-13主动式空气悬架控制系统空气弹簧式主动悬架系统利用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送到空气弹簧，利用气体的压缩与碰撞来实现弹簧作用。9.4主动悬架控制系统油气弹簧式主动悬架系统1-油气弹簧2-中间气体弹簧3-悬架刚度调节器4-电磁阀第9章汽车悬架及其液压液力系统图9-14雪铁龙XM轿车油气悬架系统系统以油为介质压缩气室中的氮气，实现弹簧特性；以油气弹簧中的阻尼孔以及管路中的小孔节流形成阻尼特性。弹簧刚度调节油气弹簧式主动悬架系统第9章汽车悬架及其液压液力系统图9-15油气悬架刚度调节原理系统以油为介质压缩气室中的氮气，实现弹簧特性；以油气弹簧中的阻尼孔以及管路中的小孔节流形成阻尼特性。ECU将中间气体弹簧接入液压回路可压缩气体的容积增加50%弹簧刚度降低9.4主动悬架控制系统弹簧刚度调节控制原理油气弹簧式主动悬架系统第9章汽车悬架及其液压液力系统图9-15油气悬架刚度调节原理系统以油为介质压缩气室中的氮气，