汽车悬架系统的发展与控制综述
摘要：主要介绍了悬架系统的功能和种类，介绍其主要的动力学分析方法，阐述了汽车悬架系统的发展现状和应用前景。 关键词：悬架、发展、动力学
1. 引言
汽车在现在人们的生活中已经的不可或缺，汽车的整车性能不仅影响到驾驶的操纵稳定性、舒适性和经济性，也影响到汽车安全。悬架系统对于整车性能的作用可以说是最重要的。研究悬架系统，就是要使车辆能够满足人们对舒适性、安全性、动力性的要求。
我们都知道悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的振动，以保证汽车能平顺地行驶。悬架是汽车中的一个重要总成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。从外表上看，轿车悬架仅是由一些杆、筒以及弹簧组成，但千万不要以为它很简单，相反轿车悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相矛盾的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的振动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定。
悬架的组成部分包括弹性元件、导向机构以及减振器等，个别的还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。减振器的功能是产生阻尼力的主要元件，其作用是迅速衰减汽车的振动，改善汽车的行驶平顺性，增强车轮和地面的附着力。另外，减振器能够降低车身部分的动载荷，延长汽车的使用寿命。目前在汽车上广泛使用的减振器主要是筒式液力减振器，其结构可分为双筒式、单筒充气式和双筒充气式三种。弹性元件的主要功能是支撑垂直载荷，缓和和抑制不平路面引起的振动和冲击。弹性元件主要有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧等。导向机构的作用是传递力和力矩，同时兼起导向作用。在汽车的行驶过程当中，能够控制车轮的运动轨迹。
2. 悬架的发展历史
早在马车的时代，人们就为追求乘坐的舒适性，开始对马车的悬架一一叶片弹簧就行了不断的探索。一直到20世纪30年代，叶片弹簧才逐渐被螺旋弹簧所取代，汽车诞生以后，随着对悬架研究的深入，相继出现了扭杆弹簧、气体弹簧、橡胶弹簧、钢板弹簧等弹性件。1934年出现了第一个被动悬架，它是由螺旋弹簧组成的。被动悬架的参数是根据经验或者
优化设计的方法确定的，在行驶过程中保持不变，它很难适应各种复杂的路况，减震效果较差。为了克服这种缺陷，采用了非线性刚度的弹簧和车身高度调节的方法，虽然有一定的效果，但是仍然没有完全解决被动悬架的弊端。被动悬架主要应用在中低档轿车上，现代轿车的前悬架一般采用带有横向稳定杆的麦弗逊悬架，后悬架可选择纵摆臂式悬架和多连杆式悬架。
在1973，人们开始了对半主动悬架的研究工作。半主动悬架就是通过传感器感知路面平坦情况，调整悬挂系统的阻尼，稳定行车状态的装置。半主动悬架并不改变悬架的刚度，仅改变悬架的阻尼，因此它无动力源且只有可控的阻尼元件组成。半主动悬架原理图如图1。半主动悬架根据阻尼级有无级式和有级式两种。但是半主动悬架有结构简单，工作时不消耗车辆的动力，而且还能获得与全主动悬架相近的性能的优点，因而半主动悬架有很好的应用前景。
主动悬架的概念早在1954年，就由美国的通用公司率先提出。但是当时受到一定的技术限制，发展较慢。主动悬架是在近十几年发展起来的，由电脑控制的新型悬架，汇集了力学和电子学的技术知识，是一种比较复杂的高技术装置。主动悬架是在被动悬架的基础上，增加可调节刚度和阻尼的控制装置。控制装置通常由执行结构、测量系统、反馈系统、能源系统等组成。主动悬架原理图见图2。
图1
图2
主动悬架能够根据汽车的运行状态和路面状况，适时的调节悬架的刚度和阻尼，使悬架系统处于最佳减振状态，使车辆在各种路面状况下都会有良好的舒适性。