汽车悬架与其液压液力系统

1、汽车液压与液力传动,Vehicle hydraulic drive Technology,教师：陈泽宇,,东北大学专业课, Part nine ,汽车悬架及其液压液力系统 Automobile suspension and its hydraulic system,主动悬架的组成与工作原理,油气弹簧与液力减振器, 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(David Buick),威廉.杜兰特(William Durant ),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

2、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

3、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

4、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

5、系统油路图,（液压式）,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）,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。,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,图9-6 车身姿

6、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,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,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,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1,9.2 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9-2 主动悬架综合控制策略表2,9.3 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

7、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

8、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。

9、,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,Vedio,9.4 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，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。,9.4 主动悬架控制系统,弹簧刚度调节,控制原理,阻尼调节,电磁阀还打开了一个节流孔，使油液在各轴上所有三个氮气弹簧之间流动，降低了悬架阻尼。,油气弹簧式主动悬架系统,第9章 汽车悬架及其液压液

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