汽车液压悬架系统课件.pptx
第4章 汽车液压悬架系统,基本原件及结构组成,4.1,图4-1 被动悬架1-螺旋弹簧；2-轮胎；3-液压减振器,目前在汽车上普遍采用的仍多为被动悬架，也称为机械式悬架，如图4-1 所示。 被动悬架概念是在1934 年由Olley 提出的，它通常是指结构上只包括弹簧和阻尼器(减振器)的系统。 传统被动悬架虽然结构简单、造价低廉且不消耗外部能源，但因为其参数固定，所以具有较大的局限性。,基本原件及结构组成,4.1,(一) 主动悬架 主动悬架的思想诞生于1955 年，由通用汽车公司的Federspiel - Labrosse 提出并最先应用到雪铁龙2CV 车型上。1965 年，Rockwell 和Kimca 探讨了伺服机构作为主动力吸振器的原理，为车辆主动悬架系统的设计提供了理论指导。 如图4-2 所示，主动悬架通常包括传感器、控制器和执行机构三部分，并由它们与汽车组成闭环控制系统。,图4-2主动悬架1-加速度传感器；2-加速度传感器；3-轮胎；4-ECU；5-电液伺服液压缸,基本原件及结构组成,4.1,主动悬架系统目前常见的实现形式有两种：一种是当前使用较多，通常称为并联式主动悬架，它是在被动悬架的基础上再增加一个驱动器，由于只需在被动悬架的基础上补充部分能量，因而消耗的能量小。 当主动悬架出现故障时，并联式主动悬架仍能按被动悬架方式工作。 另一种是独立式主动悬架，这种主动悬架是悬置质量和非悬置质量之间完全由作动器连接，并由作动器吸收和补充全部能量，其机械结构简单，但消耗的能量多。 当主动悬架出现故障时，独立式主动悬架无法正常工作。,基本原件及结构组成,4.1,(二) 半主动悬架 半主动悬架的概念出现得较晚，于1973 年由D.A.Crosby 和D.C.Karnopp 首次提出。半主动悬架旨在以接近被动悬架的造价和复杂程度来提供接近主动悬架的性能。 如图4-3所示。,图4-3实时闭环控制的半主动悬架1-位置传感器；2-控制器；3-连续变化实时阻尼器；4-转向角度；5-汽车速度；6-制动开关,基本原件及结构组成,4.1,根据阻尼系数是连续可调还是离散可调，半主动悬架又可分为连续可控式和分级可控式。 电子控制悬架系统按悬架系统结构形式分，可分为电控空气悬架系统、电控油气悬架系统、电控液压悬架系统、电磁悬架系统等。 根据悬架调节方式的不同，可以将悬架分为分级调整式悬架和无极调整式悬架。 (1) 分级调整式悬架。 分级调整式悬架将通常悬架的阻尼和刚度分为几级，根据汽车负荷和行驶工况的变化，由驾驶员手动选择，或者电子控制单元(ECU)根据各传感器的信号自动选择。 (2) 无级调整式悬架。 无级调整式悬架系统的阻尼和刚度从最小到最大可实现连续调整。,液压减振器,4.2,悬架是车架与车桥(或车轮)之间的所有传力连接装置的总称，主要由弹性元件、导向装置及减振器三个基本部分组成。 图4-4 为液压式减振器。,图4-4减振器实物图,液压减振器,4.2,一、液压减振器发展状况 液压筒式减振器是汽车上应用最广泛的减振器。初期是采用摇臂式液阻减振器， 第二次世界大战期间美军吉普车上采用了筒式液阻减振器并在战场上获得成功，此后筒式液阻减振器很快成为主流产品。 其具有工艺简单、成本低、寿命长、质量小等优点，主要零件采用了冲压、粉末冶金及精密拉管等高效工艺，适于大批量生产。二、液压减振器的分类 液压减振器可根据液压缸筒的个数、作用行程以及是否充气和阻尼可调等进行分类，也可以安装节流阀系统的组件结构进行分类。 (1) 根据液压缸筒个数，可分为单缸减振器和双缸减振器。 (2) 根据作用行程，可分为单作用减振器和双作用减振器。 (3) 根据是否充气，可分为充气减振器和非充气减振器。 (4) 根据是否阻尼可调，可分为可调阻尼减振器和不可调阻尼减振器。 (5) 根据节流阀组件结构，可分为弹簧板阀式、弹簧滑阀式、弹簧阀片式和弹簧阀片组合式减振器。,液压减振器,4.2,三、液压双筒式减振器的结构 液压双筒式减振器有活塞缸和补偿室两部分，如图4-5 所示。 活塞缸内有带杆的活塞总成，如图4-6 所示。 活塞缸的上端安装活塞杆导向座及密封装置，而活塞缸的下端有底阀总成，如图4-7 所示。,图4-5液压减振器总体结构-橡胶衬套；-导向器油封总成；-活塞杆总成；-限位块总成；-活塞阀总成；-底阀总成；-压缩腔(下腔)；-储油腔；-复原腔(上腔)；10-金属垫盖,液压减振器,4.2,图4-6活塞总成-活塞杆；-流通阀限位座；-调整阀片；-活塞；-活塞衬套；-垫圈；-螺母；8、12、13-垫片；9-复原阀阀片；10-阀片(有常通孔)；11-流通阀阀片,液压减振器,4.2,图4-7底阀总成-螺母；-弹簧；-补偿阀阀片；-阀片(有常通孔)；-压缩阀阀片；-垫片；-底阀座；-螺栓,液压减振器,4.2,四、液压筒式减振器的工作原理 筒式液压减振器有4个阀，分别是复原阀、压缩阀、补偿阀和流通阀，其工作原理，分为复原和压缩两个行程进行介绍。 (一)复原行程 减振器处于复原行程(图4-8)时，复原阀和补偿阀工作，活塞缸筒上腔的油液经过复原阀流入下腔，而储油腔的一部分油液经过补偿阀流入下腔，油液经过复原阀和补偿阀产生复原节流压力。,图4-8复原行程中油液的流通路径,液压减振器,4.2,(二)压缩行程 减振器处于压缩行程(图4-9)时，压缩阀和流通阀工作。下腔中的一部分油液经过流通阀流入上腔，而另一部分油液则经过压缩阀流入储油腔，油液经过压缩阀和流通阀产生压缩节流压力。,图4-9压缩行程中油液的流通路径,液压悬架系统基本工作原理,4.3,一、汽车电控悬架的工作原理 传统悬架的弹簧和减振器都被电控主动悬架的驱动器所取代，所以主动悬架中不存在传统的弹簧和减振器。 概括起来，主动悬架系统具有以下几个主要的功能和特点： (1) 增强汽车行驶的行驶平顺性和乘坐的舒适性。 (2) 改进轮胎和路面的接触以及轮胎的动载荷。 (3) 改善汽车的操纵稳定性。 (4) 改进汽车的行驶安全性。 (5) 有助于解决在悬架设计中操纵稳定性要求和平顺舒适性要求之间的存在的矛盾。 (6) 有助于解决在悬架设计中重载和轻载要求之间存在的矛盾。,液压悬架系统基本工作原理,4.3,电子控制液压悬架系统由动力源、压力控制阀、液压悬架缸、传感器、ECU 等组成。 图4-10 所示为电控液压悬架系统工作原理。,图4-10 电控液压悬架系统工作原理,液压悬架系统基本工作原理,4.3,图4-11 电控液压悬架系统液压控制油路1-液压泵；2-调压阀；3-车身；4-液压缸；5-缓冲腔；6-衰减阀；7-螺旋弹簧,液压控制系统油路如图4-11 所示。,液压悬架系统基本工作原理,4.3,二、车高控制系统 车高控制系统是在被动悬架的基础上加装水平高度调节机构形成的。 车高控制系统的执行机构通常由空气或油气弹簧组成，因而高度调整机构一般分为空压式与液压式两类。 液压式又分为千斤顶式和液压气动式，可与普通弹簧并联使用。 图4-12 所示为液压千斤顶式高度调节机构示意图，控制系统根据车高选择开关及车速等信号调节车身高度。,图4-12液压千斤顶式车身高度调节机构示意图,液压悬架系统基本工作原理,4.3,液压千斤顶式车身高度调节结构工作过程如图4-13、图4-14 所示。,图4-13液压千斤顶式车身高度调节机构车高上升调节过程-电动机；2、3、4-止回阀；5-滑阀；6-节流阀；7、8、9、10-举升缸；11-液压泵；12-油箱,液压悬架系统基本工作原理,4.3,图4-14液压千斤顶式车身高度调节机构车高下降调节过程1-电动机；2、3、4-止回阀；5-滑阀；6-节流阀；7、8、9、10-举升缸；11-液压泵；12-油箱,液压悬架系统基本工作原理,4.3,液压气动机械控制式车身高度调节机构，如图4-15。 从液压泵输出的液压油经压力调节器存储于主储液筒中，通过调节阀将压力油供给油缸，进行车身高度调整。 液压气动机械控制式车身高度调节机构可以根据需要完成前桥、后桥的单独调节或整体调节。,图4-15液压气动机械控制式车身高度调节机构1-油箱；2-液压泵；3-管路；4、5、12、13-带气体弹簧的油缸；6-漏液回收回路；7-高度调节阀(前桥)；8-前桥制动阀；9-优先控制阀；10-后桥制动阀；11-高度调节阀(后桥),液压悬架系统基本工作原理,4.3,图4-16液压式车高控制系统流程图,液压式车高控制系统流程如图4-16 所示。 无论是液压式还是液压气动机械控制式，都是由ECU 根据车高选择开关、车高传感器和压力开关信号来判断并控制车身高度变化。,液压悬架系统基本工作原理,4.3,三、自适应悬架系统 Citroen XM 采用的液力主动控制自适应悬架系统如图4-17 所示。 根据加速、减速信号，转向盘转角或悬架运动、车速等信号是悬架变为高阻尼状态，阻尼由低到高的切换过程通常需几分之一秒。 当恢复正常行驶时，将系统再切换回软设置。 当系统由硬设置切换到软设置时，通常需要一定时间的滞后。,图4-17Citroen XM 采用的液力主动控制自适应悬架系统,液压悬架系统基本工作原理,4.3,四、汽车主动悬架液压比例控制系统 (一) 比例悬架系统原理 比例悬架就是在被动悬架系统的基础上加装一个可以产生作用力的动力装置， 其自由度模型如图4-18 所示。 动力装置有液压油源、液压缸和电液比例阀组成。,图4-18汽车主动悬架比例系统模型1-非簧载质量； -弹簧质量； -轮胎刚度； -悬架弹簧刚度；-悬架阻尼系数；-作用力； -路面激励位移；-非簧载质量位移；-簧载质量位移,液压悬架系统基本工作原理,4.3,(二)系统参数 以某型桑塔纳轿车主动悬架(图4-18)为例，其结构参数为：M1 49kg、M2 300kg、K2 20000N/ m、K1 17000N/ m、CS 1317Ns/ m。 技术参数是：执行器频宽 15 20 Hz，行程H 10 cm，活塞杆最大随动速度max0.4 m/s；设定双活塞杆液压缸输出的最大作用力为6000 N、液压缸的最大伸出速度为max 0.5m/s、液压缸有效行程L20 cm、液压缸内径为40 mm、活塞杆直径为22 mm、液压缸内泄漏系数CL0、有效体积弹性系数E700MPa 7108Pa。,液压悬架系统基本工作原理,4.3,(三)液压系统各元件 1. 油源 负载工作压力约为7MPa。 考虑到系统压力损失及摩擦力的存在，且液压阀工作在较大压差下，因此将泵站油源的供油压力设为9MPa。 2. 传感器 测量系统加速度传感器，用于测量簧载质量的加速度。 根据控制工程经验，检测元件的精度必须高于控制系统控制精度的4 倍以上，其响应速度则为系统频宽的8 10 倍以上。 3. 比例阀 本系统不仅要求控制方向，而且要求控制流量，并且动态性能要求较高，所以选用博世高性能比例方向控制阀，型号为0811404036。 该阀额定流量Qw 40L/ min、最大输入电流2.7A、配套放大器输入信号U 0 10V、滞环0. 2、重复误差0. 1、温漂1。,液压悬架系统基本工作原理,4.3,五、基于模糊控制与电动静液压作动器的汽车主动悬架 一种基于电动静液压作动器(Eletro Hydrostatic Actuator，简称EHA)技术的汽车主动悬架结构已被开发。 电动静液压作动器EHA由伺服控制的电动机、活塞泵以及两条管路组成。基于EHA 的汽车主动悬架基本结构，如图4-19 所示。,图4-19基于EHA 的汽车主动悬架-车架；-液压缸；-液压马达；-控制器；-蓄电池；-直流电动机；-车轮；-车桥；-弹簧,液压悬架系统基本工作原理,4.3,表4-1 中给出汽车模糊控制主动悬架与被动悬架的车体加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷的均方根值。 车体加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷是汽车动态性能的主要评价指标。 结果表明，基于EHA 的模糊控制主动悬架降低了车体加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷大小，通过模糊控制，汽车车体加速度下降了17.58，轮胎动载荷下降了38.36。,典型汽车液压悬架系统,4.4,一、日产英菲尼迪Q45液压式主动控制悬架系统 (一)液压式主动控制悬架的结构和工作原理 日产英菲尼迪Q45轿车采用的液压式主动控制悬架系统(FAS)主要由油压系统和控制系统两部分组成。油压系统和控制系统的组成及布置，如图4-20 和图4-21 所示。,图4-20英菲尼迪Q45 轿车液压式主动控制悬架油压系统-前端主储压器；-前压力控制阀；-油泵；-执行器；-后端主储压器；-后压力控制阀；-油管；-执行器；-储液罐；10-油液冷却器,图4-21英菲尼迪Q45 轿车液压式主动控制悬架控制系统-高度传感器；-前端垂直 传感器；-悬架控制装置；-后端垂直 传感器；-高度传感器；-后侧横向 传感器；-纵向 传感器；-前侧横向传感器,典型汽车液压悬架系统,4.4,1. 油泵总成 作为系统动力源的油泵，其结构如图4-22 所示。,图4-22油泵结构-凸轮；-柱塞油泵；-叶片式油泵；-止回阀；-柱塞；-皮带轮,典型汽车液压悬架系统,4.4,图4-23主储能器构造-气室；-自由活塞；-油室,2. 主储压器。主储压器的构造如图4-23所示。 主储能器存储来自组合阀的油压，当执行器一时需要大流量油液时进行补充，在发动机熄火时保持车身高度。主储能器一般为自由活塞型储压器，要求高压、大容量、长时间可靠工作。,典型汽车液压悬架系统,4.4,图4-24组合阀构成,3. 组合阀 组合阀用于对油压系统的基本油压控制。 它是由多个不同功能的阀组合在一起的多功能阀装置，如图4-24 所示。 组合阀中各阀的功能见表4-2。,典型汽车液压悬架系统,4.4,组合阀中各阀的功能 表4-2,压力控制阀主要有两个功能： ()主动控制功能。 根据控制的输入信号，控制控制口(送至执行器)的压力，以控制车身姿势。 ()被动阻尼功能。 路面输入的影响使执行器内的压力发生变化时，将执行器内压力经控制口反馈到阀杆，以产生最佳的阻尼力。,典型汽车液压悬架系统,4.4,图4-25压力控制阀及执行器的结构示意图-螺旋弹簧；-执行器；-副储能器；-阻尼阀；-压力控制阀；-回油口；-进油口,4. 压力控制阀 压力控制阀和执行器的结构，如图4-25 所示。 系统中有两个压力控制阀，均是与飞机上使用的伺服阀一样，具有同等高精度、高响应性的导向比例电磁压力阀，它们分别位于汽车前端和后端，根据系统控制装置的控制信号，压力控制阀控制各轮执行器的油压。,典型汽车液压悬架系统,4.4,5. 执 行器 执行器的结构参见图4-25。 6. G传感器 7. 电子控制装置 电子控制装置包括两个高速16 位微处理器(MCU1 和MCU2)，运算速度非常快，如图6-26 所示。,图4-26电子控制装置的内部构造和主要输入信号,典型汽车液压悬架系统,4.4,(二)系统的控制功能 1. 侧倾控制功能 汽车转弯时，在离心力作用下车身欲发生侧倾，由横向G加速度测得此离心力，系统控制装置根据此离心力的大小，按比例增加外侧车轮悬架的液压，降低内侧车轮的液压，以抵消汽车离心力，防止车身侧倾。 当汽车回正时，汽车的瞬时转向中心在汽车前方， 时，侧倾控制时增大前轮执行器产生的作用力，改善汽车的回正性能，如图4-27 所示。,图4-27主动控制转向特性的原理,典型汽车液压悬架系统,4.4,2. 俯仰振动控制功能 3. 上下振动控制功能 4. 车身高度控制功能,液压式主动控制悬架系统的车身控制效果见表4-3。,典型汽车液压悬架系统,4.4,系统的液压管路布置，如图4-28 所示。,图4-28液压管路布置-油泵；-油泵储压器；-流量控制阀；-失效保护阀；-前端主储压器；-前压力控制阀；-前执行器；-组合阀；-油液冷却器；10-储油罐； -送往后压力控制阀；-来自后压力控制阀,典型汽车液压悬架系统,4.4,FAS 的工作过工程可用图4-29 来说明， 使用油泵的带执行器的液压系统 ，并通过电子控制装置控制，达到改善汽车乘坐舒适和行驶稳定的目的。 电子控制装置接收10 个独立传感器的输入信号，经过分析计算后向执行器发出控制信号，执行器则根据电子控制装置的控制信号不断调整前、后悬架的液体压力，从而补偿路面的下降、车身的侧倾、制动时的点头、加速时的后蹲和汽车车身高度变化。,图4-29FAS 工作过程,典型汽车液压悬架系统,4.4,(一) 传统悬架液压系统的防爆设计,图4-30双管路防爆阀结构及原理,典型汽车液压悬架系统,4.4,图4-31止回防爆阀的结构及原理,典型汽车液压悬架系统,4.4,图4-32双管路防爆阀与止回防爆阀组成的防爆回路-悬架油缸；-双管路防爆阀；-液压油箱；-液压泵；-溢流阀；-电磁换向阀；-液控单向阀；-止回防爆阀,典型汽车液压悬架系统,4.4,图4-33双向防爆阀结构与原理,(二) 基于新型双向防爆阀的悬架液压系统,典型汽车液压悬架系统,4.4,图4-34新型双向防爆阀在悬架液压系统中的应用-悬架油缸；-液压油箱；-液压泵；-溢流阀；-电磁换向阀；-液控单向阀；-双向防爆阀,典型汽车液压悬架系统,4.4,图4-35某重型越野车油气悬架系统原理,三、重型越野车半主动油气悬架系统,(一) 重型越野车半主动油气悬架系统,典型汽车液压悬架系统,4.4,图4-36单组控制回路原理-高速开关阀；-开关阀；-限载阀；-整流阀块；-电液比例节流阀；-储能器；-加速度传感器；-比例放大器；-压力传感器；10-位移传感器；11-油气弹簧；12- 系统；13-电子触摸屏,1. 被动控制原理,2. 半主动控制原理,3. 车身高度调节原理,4. 油气悬架系统的平衡原理,典型汽车液压悬架系统,4.4,图4-37指示灯位置,四、汽车电控液压悬架系统故障诊断与排除 (一) 功能检查 (二) 悬架系统故障的自诊断,典型汽车液压悬架系统,4.4,典型汽车液压悬架系统,4.4,谢谢观看！,
