车辆工程毕业设计（论文）越野车液压主动悬架系统设计【全套图纸】.doc

第1章 绪 论1.1 汽车悬架系统简介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，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。 全套图纸，加153893706典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、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。 汽车悬架又可分为非独立悬架和独立悬架。非独立悬架的结构特点是两侧车轮由一根整体式车桥相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬架与车架（或车身）连接。当一侧车轮因道路不平而发生跳动时，必然引起另一侧车轮在汽车横向平面内发生摆动，故称为非独立悬架。独立悬架的结构特点是车桥做成断开的，每一侧的车轮可以单独的通过弹性悬架与车架（或车身）连接，两侧车轮可以单独跳动，互不影响，故称为独立悬架。 1.1.1 悬架的功能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对立的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，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等。1.1.2 悬架的分类按悬架工作原理不同可分为被动悬架、半主动悬架及主动悬架三种。1、 被动悬架 被动悬架即传统式的悬架，由弹簧、减震器(减震筒)、导向机构等组成，其功能是减弱路面传给车身的冲击力，衰减由冲击力引起的承载系统的震动。其中，弹簧主要起减缓冲击力的作用，减震器的主要作用是衰减震动。由于这种悬架是由外力驱动而起作用的，所以称为被动动悬架。传统的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。主要表现在：悬架参数固定，不能随路矿改变，只能针对某种特定工况，进行参数优化设计；而且悬架元件仅对局部的相对运动做出响应，故限制了悬架参数的取值范围。研究表明在人体共振频率附近，振动的不适主要是由弹簧的刚度决定，而在非悬置质量共振频率附近，阻尼力起决定性作用。减小悬架刚度后对改善乘坐舒适性有利，但对改善轮胎的动载荷不利，故在被动悬架设计中需要针对这些矛盾因素选择折衷方案。由于存在这种本质性的矛盾问题，这就必然导致设计人员无法使参数优化达到期望的最优性能指标。所以传统被动悬架难以实现乘坐舒适性和操纵稳定性的完美结合。随着汽车速度的提高，对汽车悬架的性能也提出了越来越高的要求。所以在这种情况下智能悬架系统应运而生了，即基于电子控制的智能悬架系统主动悬架，半主动悬架得了迅速发展并逐渐在轿车上应用。2、主动悬架主动悬架是近十几年发展起来的、由电脑控制的一种新型悬架。它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。例如装置了主动悬架的法国雪铁龙桑蒂雅，该车悬架系统的中枢是一个微电脑，悬架上的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行比较，选择相应的悬架状态。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架运动。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佳的悬架状态，以求最好的舒适性能。 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。3、半主动悬架半主动悬架系统的构造与主动悬架类似，它利用弹性元件和阻尼器并列支撑悬置质量。不同之处是半主动悬架系统中可控阻尼器代替了主动悬架的主动力作动器。一般地，由于汽车悬架弹性元件需承载车身的静载荷，因而在半主动悬架中实施刚度控制比阻尼控制困难得多，所以对半主动悬架的研究目前大多数都只限于阻尼控制问题，利用合适的控制律，它可提供介于主动悬架和被动悬架之间的性能。半主动悬架除了需要少量能量驱动电磁阀外，并不需要外加动力源，代表了性能提高和设计简单的折衷。根据阻尼系数是连续可调还是离散可调，半主动悬架又可以分为连续可控式和分级可控式。它们的区别是连续可控式中的阻尼系数在一定的变化范围内可以连续调节，而分级可控式中只有几种阻尼系数可供选择切换。1.2主动悬架系统发展现状普遍,如自从汽车发明以来，工程师们就一直在研究如何将汽车的悬架系统设计得更好。最初的汽车悬架系统是使用马车的弹性钢板，效果当然不会很好。1908年螺旋弹簧开始用于轿车，当时就曾经有两种截然不同的意见。第一种意见主张安装刚性较大的螺旋弹簧，以使车轮保持着与路面接触的倾向，提高轮胎的抓地能力。但是这样的弊端是乘坐汽车时有较强烈的颠簸感觉。另一种意见认为应该采用较软的螺旋弹簧，以适应崎岖不平的路面，提高乘坐汽车时的平稳性及舒适性。但是这样的汽车操纵性较差。到了三四十年代，独立悬架开始出现，并得到很大发展。减振器也由早期的摩擦式发展为液力式。这些改进无疑提高了悬架的性能，但无论怎样改良，此时的悬架仍然属于被动式悬架，仍然在很多方面有很大局限性。衡量悬架性能好坏的主要指标是汽车行驶的平顺性和操纵稳定性，但这两个方面是相互排斥的性能要求，往往不能同时满足。怎样在二者之间取得合理的平衡以达到最好的效果，一直是工程师们的研究课题。平顺性一般通过车体或车身某个部位(如车底板、驾驶员座椅处)的加速度响应来评价，操纵稳定性则可以通过车轮的动载来度量。例如，若降低弹簧的刚度，则车体加速度减少使平顺性变好，但同时会导致车体位移的增加。由此产生车体重心的变动将引起轮胎负荷变化的增加，对操纵稳定性产生不良影响；另一方面，增加弹簧刚度会提高操纵稳定性，但硬的弹簧将导致汽车对路面不平度很敏感，使平顺性降低。所以，理想的悬架应该在不同的使用条件下具有不同的弹簧刚度和减振器阻尼，既能满足平顺性要求又能满足操纵稳定性要求为了克服这个缺陷，国外在50年代就提出了主动悬架的概念。主动悬架采用有源或无源可控元件组成的一个闭环或开环的控制系统，根据车辆系统的运动状态和外部输入的变化（路面激励或者驾驶员方向盘的操作）作出反应，主动地调节和产生所需的控制力，是悬架始终处于最佳减振状态。主动悬架由控制系统喝执行机构组成，执行机构味有源液压系统的主动悬架简称全主动悬架，而无源主动悬架则简称半主动悬架。半主动悬架由可调节弹簧或可调阻尼器构成，与全主动悬架相比，最大的优点就是工作几乎不消耗发动机的功率，结构简单，造价较低，因此受到广泛重视。由于被动悬架设计的出发点是在满足汽车平顺性和操纵稳定性之间进行折衷，对于不同的使用要求，只能是在满足主要性能要求的基础上牺牲次要性能。所以尽管被动悬架在设计上以不断改进被动元件而实现了低成本、高可靠性的目标，但始终无法解决同时满足平顺性和操纵稳定性之间相矛盾的要求。 为此，自五六十年代起产生了主动悬架的概念，它能够根据悬架质量的加速度，利用电控液压部件主动地控制汽车的振动。在这方面的研究，各大汽车制造公司均不遗余力。典型的例子，早期有雪铁龙公司在1955年发展的一种液压-空气悬架系统，可以使汽车具有较好的行驶性能和舒适性，但是它的制造工序太复杂，最终难以普及。到90年代，日产公司在无限Q45轿车上应用了新式主动悬架，进一步提高了轿车适应崎岖路面的能力。 随着电子技术的发展，出现了可变特性悬架控制系统。它可根据运行条件与路面状况，以手动控制悬架特性变化。手动开关可选择两种挡位：1.“SPORT”挡位，刚性高，相当于高级跑车的悬架特性。2.“TOURING”挡位，柔性，相当于高级旅行车的悬架特性。 现时引人注意的是奔驰公司发展的ABC(Active Body Control)系统，可算是相对先进的主动悬架系统代表。 ABC系统的设计人员从一开始就没有将注意力放在传统的思路上，而是另辟蹊径，集中研究车身在行驶时的跳动。他们认为，从稳定性考虑，通过抑制车身在行驶时的起伏、倾斜及跳动，可以最大限度地提高舒适性，而且更简单直接。对驾驶而言，采用刚性较大的螺旋弹簧，可以使汽车优越的操纵驾驶性得到保证。早在多年前，研究人员已经进行过这方面的验证。随着近年来电子技术及电脑控制在轿车上大量应用，这种新型主动悬架变为现实的条件越来越成熟。最新面世的系统采用了大量电子控制技术，奔驰公司称之为主动式车身控制系统，简称ABC 。 传统的悬架系统工作方式主要是通过厚重的车身跳动，推压液压油，通过阻尼减振器抑制车身的振动，并由螺旋弹簧将跳动能量吸收。这种完全被动的方式当然有许多不足之处。而ABC系统则通过感应最轻微的车轮及车身动作，在任何大的车身振动之前及时对悬架系统作出调整，保持车身的平衡。该系统能够很好地适应各种路面情况，即使在异常崎岖不平的地方，轿车也能保持优越的操纵性、舒适性及方向稳定性。 为了达到理想的效果，ABC系统在各条悬架滑柱内装有一套新型的液力调节伺服器，可动态调整的液压缸根据不同的路面情况自动调节螺旋弹簧座的位置，这一点很重要。当车轮遇到障碍物时，ABC系统通过传感器感知，自动调节弹簧座，并在弹簧座上施加压力，使之能最大限度地抵消传递给车身的跳动能量。同样的方法，ABC系统还能够避免轿车在制动、加速及转弯时产生的车身倾斜。当汽车制动或拐弯时的惯性引起弹簧变形，悬架传感器会检测出车身的倾斜度和横向加速度。微电脑根据传感器的信息，与预先设定的数值进行比较计算，并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。几乎可以说，车身在任何状态下都能保持水平位置。 ABC系统的控制感应装置由两个微型处理器及13个传感器组成，每10s对悬架系统作一次扫描和调整。各传感器分别向微处理器传送车速、车轮制动压力、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行比较。同时，电脑能独立控制每一个车轮上的执行元件，从而能在任何时候、任何车轮上产生符合要求的悬架运动以适应汽车的每一种行驶状况。 ABC系统使汽车对侧倾、俯仰、横摆、跳动和车身高度的控制都能更加迅速、精确，即使在路况较差的路面上，汽车的跳动也很小。而且汽车高速行驶和转弯的稳定性大大提高。车身的侧倾小，车轮外倾角度变化也小，轮胎就能较好地保持与地面垂直接触，使轮胎对地面的附着力提高，以充分发挥轮胎的驱动制动作用。此外汽车的载重量无论如何变化，汽车始终能保持一定的车身高度，所以悬架的几何关系也可以确保不变。 目前，这种主动式车身控制系统已经应用在奔驰最新的C系列轿车上，虽然价格不菲，但也赢得极佳的口碑，被誉为是动力性能和乘坐舒适性改进的一个里程碑。主1.3 课题的目的与意义 汽车悬架系统性能的优劣直接影响汽车的乘坐舒适性和操纵安全性。传统的被动悬架由于其参数固定从根本上造成了两者的矛盾，主动悬架作为最先进的悬架系统，能根据实时工况，主动及时地调整和产生所需悬架控制力，使悬架处于最优的减振状态，从而达到两者的完美结合。主动悬架拥有自身的能源，并以一个力的发生器取代了被动悬架中的减振器，采用电液伺服阀作为悬架系统中液压作动器的控制阀，通过液压系统的设计，结合ECU的控制功能，实现对汽车车身高度的自动调节，阻尼及刚度的自动调节。主动悬架因为其有特定的结构特性而具有提高乘坐舒适性方面的巨大潜力，将逐步取代被动悬架和半主动悬架。随着控制理论的不断完善以及其他软、硬件技术的发展，主动悬架技术会渐渐走向成熟，从而可极大地提高汽车性能，使得主动悬架具有广阔的应用前景。1.4 本课题的研究内容设计一套越野汽车液压式主动悬架系统。所设计的悬架系统能根据车况进行悬架刚度和阻尼力调节、车身高度的调节。主动悬架是一个动力驱动系统，包括测量系统、反馈控制中心、能量源和执行器四个部分。其原理是测量系统通过传感器获得车辆振动信息，传递给控制中心进行处理，进而由控制中心发出指令给能量源产生控制力，再由执行器进行控制，衰减悬架的振动。第2章 汽车液压式主动悬架系统设计主动悬架是近十几年发展起来的、由电脑控制的一种新型悬架。它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。例如装置了主动悬架的法国雪铁龙桑蒂雅，该车悬架系统的中枢是一个微电脑，悬架上的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行比较，选择相应的悬架状态。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架运动。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佳的悬架状态，以求最好的舒适性能。2.1 从动悬架与主动悬架的对比 主动悬架是一个动力驱动系统，包括测量系统、反馈控制中心、能量源和执行器四个部分。其原理是测量系统通过传感器获得车辆振动信息，传递给控制中心进行处理，进而由控制中心发出指令给能量源产生控制力，再由执行器进行控制，衰减悬架的振动。由于主动悬架结构复杂，成本高，需要很大的能量消耗，它的发展受到了一定的制约，只在少数高级轿车中有所应用。与之相比，半主动悬架具有结构简单、成本较低、基本不需要消耗能量等优点，而对振动的控制效果在一定程度上却可以接近主动悬架，远远优于被动悬架，因而越来越受到业界的重视，得到了飞速发展从动悬架设计的出发点是满足汽车平顺性和操纵稳定性之间进行折衷，对不同的使用要求，只能是在满足主要性能要求的基础上牺牲次要性能。被动悬架的优点是成本低、有较高的可靠性。缺点是无法解决同时满足平顺性和操纵稳定性之间相矛盾的要求。刚性较大的螺旋弹簧以使车轮保持着与路面接触的倾向，提高轮胎的抓地能力。但是这样的弊端是乘坐汽车时有较强烈的颠簸感觉。采用较软的螺旋弹簧，以适应崎岖不平的路面，提高乘坐汽车时的平稳性及舒适性，但是这样的汽车操纵性较差。2.2 电控空气悬架系统和电控液压悬架系统的特点对比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和电控液压悬架系统两种5。电控空气悬架工作原理就是用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送到弹簧和减振器的空气室中，以此来改变车辆的高度。在前轮和后轮的附近设有车高传感器，按车高传感器的输出信号，微机判断出车身高度的变化，再控制压缩机和排气阀，使弹簧压缩或伸长，从而起到减振的效果。 空气悬架给予了汽车更多的灵性。当你在高速行驶时悬架可以变硬来提高车身的稳定性；而长时间在低速不平的路面行驶时，控制单元会使悬架变软来提高车子的舒适性。电控主动式液压悬架系统的控制形式是较先进的形式，主动悬架就属于这一类形式，它采用一种有源方式来抑制路面对车身的冲击力及车身倾斜力。它既能使车辆具有软弹簧般的舒适性，又能保证车辆具有良好的操纵稳定性；对于传统的悬架系统而言，一旦参数固定，在车辆行驶过程中就无法进行调节，因此使悬架性能的进一步提高受到很大限制。目前乘用车上采用的电液控制悬架系统基本上具有三个功能：一是具有车高调节功能。不管车辆负载在规定范围内如何变化，都可以保证车高一定，可大大减少汽车在转向时产生的侧倾。当车辆在凸凹不平的道路上行驶时，可提高车身高度；当车身高速行驶时，又可使车身高度降低，以减小风阻并提高其操纵稳定性。二是具有衰减力调节功能。其作用是提高车辆操纵稳定性，在急转弯、急加速和紧急制动时可以抑制车辆姿势变化（减小俯仰角、后仰角、侧倾角）。三是具有控制悬架系统减振力和弹性元件的弹性或刚性系数的功能。利用弹性元件或刚性系数的变化，控制车辆起步时的姿势。该系统由液压源、压力控制阀、液压悬架缸、传感器、ECU等组成。2.3液压式主动悬架的工作原理液压式主动悬架就是在被动悬架的基础上加装个可以产生作用力的动力装置，由动力源、压力控制阀、液压缸、传感器、控制器等组成,如图2.1。系统作用过程：路面有不平度输入Z0经轮胎K1传递到非簧载质量M1，然后再由M1经悬架刚度Ks与悬架阻尼Cs出家门都传递到簧载质量M2，使簧载质量M2产生加速度：此时，液压主动悬架控制系统通过加速度传感器测得其加速度信号，再经电荷放大器将所有的电信号放大以使其与控制器的输入电信号幅值相匹配；最后再由控制器对所测得的电信号按照事先设计好的控制规律进行处理，得到对应得输出控制量传给比例阀，比例阀输出相应的流量来控制液压缸，使其作用出相应的动作以改变簧载质量的加速度，从而让加速度在期望的范围内波动。理论上，这一动力装置产生的作用力可根据需要在极短的时间内由零变化到无穷大。但作用力越大，加速度变化越快，需要液压系统的工作压力就越高，系统消耗的能量也就越大。图2.1液压式主动悬架工作原理图M1非簧载质量; M2簧载质量；Kt轮胎刚度；Ks悬架弹簧刚度；Cs悬架阻尼系数；F作用力发生器；Z0路面激励位移；Z1非簧载质量位移；Z2弹簧质量位移2.4 液压系统方案确定根据电控空气悬架系统和电控液压悬架系统的比较，两者的共同性则是能为高速行驶的车辆提供足够的稳定性，当车辆在不平路面行驶时，又能提高车身增加通过能力。但电控主动空气悬架的缺点也很明显，成本高昂、维护保养成本高。所以对液压式悬架进行设计。2.4.1 液压系统设计特点：1、采用控制器控制三位四通伺服阀阀芯的位置，阀芯位置决定了流出伺服阀的压力油的流量大小和方向，通过活塞杆上下的压力差产生主动控制力，控制器根据汽车的运动状态调整作动器作用力的大小、方向和变化速度，使汽车行驶的平顺性得以改善。2、液压缸与蓄能器之间安装一个阻尼孔可调的节流阀（主、副节流孔截面积不同），根据传感器输入信号，由ECU处理后控制电磁阀接通主、副节流孔，起到阻尼控制。3、利用蓄能器的进气与排气来改变气室容积，起到刚度调节作用。4、车身高度传感器测得的信息输入ECU，经处理后控制伺服阀动作，使液压缸上、下腔压力变化推动活塞上下动作，达到车身高度理想值，如图2.2。图2.2 液压伺服控制系统原理图1-液压缸；2-蓄能器；3-M型三位四通阀；4-溢流阀；5-电动机；6-液压泵；7-过滤器；8-蓄能器；9-单向阀；10-空气压缩机；11-放气阀；12-节流阀；13-油箱2.5 本章小节本章首先分析了汽车悬架几个类型的分类，了解了主动悬架的发展现状，对悬架进行了系统性的对比研究，了解其类的优缺点，说明液压主动悬架的基本工作原理，基本控制功能，对下文做了理论基础。第3章 车身高度调节机构设计车高控制系统能够根据车身负载的变化自行调节，使车身高度不随乘员和货物的变化而变化，保证悬架始终都有合适的工作行程。车高控制系统的执行机构通常由空气或油气弹簧组成，因而高度调节机构一般分为空压式与液压式两类。该车高控制系统采用液压式，执行元件为油液作动器（液压缸），并由电控装置、动力源、电液伺服阀、蓄能器、传感器、ECU等组成。3.1 车身高度调节系统设计：车高控制系统能够根据车身负载的变化自行调节，使车身高度不随乘员和货物的变化而变化，保证悬架始终都有合适的工作行程。车高控制系统的执行机构通常由空气或油气弹簧组成，因而高度调节机构一般分为空压式与液压式两类。该车高控制系统采用液压式，执行元件为油液作动器（液压缸），并由电控装置、动力源、电液伺服阀、蓄能器、传感器、ECU等组成，如图3.1.图3.1车身高度控制原理图1-液压缸；2-蓄能器；3-M型三位四通阀；4-溢流阀；5-电动机；6-液压泵；7-过滤器；8-油箱ECU根据车高传感器信号的变化和驾驶员选择的控制模式指令，给控制车高的电液伺服阀发出指令。当车需要升高时，三位四通伺服阀动作，接通供油油路，液压泵供液压油进入液压缸支撑腔，车身上升。若伺服阀停止动作，液压缸支撑腔压力不变，车身维持在一定高度。如果乘客增加而使车身高度降低时，车身高度传感器给出的信号将与ECU存储的车高量不符，ECU就会发出指令，伺服阀通电打开，给液压缸支撑腔供油，直到车高达到规定的高度为止。当车身需要下降时，液压泵停止工作，三位四通伺服阀动作接通回油油路，液压油回油箱，车身下降车身高度自动调节系统可实现：1、停车水平控制停车后，当车上载荷减少而车身上抬时，控制系统能自动降低车身高度，以减小悬架系统负荷，改善汽车外观形象。2、特殊行驶工况高度控制汽车高速行驶时，主动降低车身高度，以改善行车的操纵稳定性和液力传动特性。当汽车行驶于起伏不平度较大的路面时，主动升高车身，避免车身于地面或悬架的磕碰。3、自动水平控制车身高度不受载荷影响，保持基本恒定，姿态水平，使乘坐更加平稳，前大灯光束方向保持水平，提高行车安全。由于车身高度控制系统的主要特点是车载变化不影响悬架工作行程，它对车辆性能改进的潜力是与车载变化成正比的。因此，这种悬架通常用于一些车载变化较大的重型货车和大型客车，也有些用于高级豪华轿车。3.2 液压缸参数的确定假设基于1/4车辆模型的某型桑塔纳乘用车主动悬架的结构参数为：M1 =60kg,M2=300kg ,Kt=300000N/m,Cs=1000Ns/m.3.2.1 供油压力的选择选择较高的供油压力，可以减小液压动力元件、液压能源装置和连接管道等部件的重量和尺寸，可以减小压缩性容积和减小油液中所含气体对体积弹性模量的影响，有利于提高液压固有频率。但执行元件主要规格尺寸减小，又不利于液压固有频率提高。选择较低的供油压力，可以降低成本，减小泄漏、减小能量损失和温升，可以延长使用寿命，易于维护，噪声较低。在条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。在一般工业的伺服系统中，供油压力可在2.514MPa的范围内选取，在军用伺服系统中可在2132MPa的范围内选取。根据以上情况及主动悬架结构参数，本文初选工作压力。3.2.2 液压缸主要参数的确定本文选用的液压缸是双作用单杆活塞缸，液压缸的主要参数就是缸筒内径和活塞直径，选取活塞最大行程为。根据负载和供油压力计算液压缸的内径12。1、对于无杆腔内径 (3.1) 式中 负载取； 液压缸工作压力 ；2、对于双作用单杆活塞液压缸，其活塞杆直径可根据往复运动速度比（即面积比）来确定即： (3.2)缸的速度比过大会使无杆腔产生过大的背压，速度比过小则活塞杆太细，稳定性不好。推荐液压缸的速度比如表3.1所示。表3.1 液压缸往复速度比推荐值工作压力1012.52020往复速度比1.331.46 , 22见表3.1和工作压力，选择速度比，则：查阅液压设计手册，将计算所得的液压缸内经和活塞杆直径圆整为标准系列，。3、液压缸无杆腔面积 (3.3)4、液压缸无杆腔面积 (3.4) 5、导向长度 (3.5)=6、活塞宽度 (3.6)7、导向套滑动面长度 (3.7)8、已知：；。（1）求固有频率 (3.8) =243式中 取满载质量为600kg；液压缸行程 ；油弹性模量 ；有杆腔面积与无杆腔面积比；（2）求最短加速时间 (3.9) = =0.14s（3）求液压缸的最大速度 (3.10)=0.61式中 总循环时间 ；（4）求最大加速度 (3.11)=（5）求液压缸达到最大速度时所需要的流量 (3.12)=（6）求液压缸运动过程中需要达到的最大压力，其中： (3.13) =2610 (3.14)=6.76（7）液压系统所需供油压力 (3.15) = =15.33.3 液压泵的选择1、液压缸的工作压力 (3.16) = =6.36式中 液压缸的工作压力 ；负载取8000N；液压缸无杆腔面积 ；2、液压泵的工作压力 (3.17) =8.233、液压缸所需流量 (3.18) = 液压缸的最大速度 ；4、液压泵输出流量 (3.19) 本模型中，负载工作压力约为8；在一般工业的伺服系统中，供油压力可在2.514的范围内选取14。根据主动悬架结构参数，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。 叶片泵具有结构紧凑、运动平稳、噪声小、输油均匀以及寿命长等优点，广泛应用于中、低压液压系统中，其工作压力为621。即选择叶片泵满足设计要求，其选取型号为YB-D50定量叶片泵。3.4 电动机的选择液压系统采用YB-D50型的叶片泵供油，驱动液压泵的电动机功率为 (3.20) 即选取型号-52的电动机。3.5 车身高度传感器的选择根据控制工程经验，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 810倍以上。车身高度传感器安装于车身与车桥之间，用来测量车身与车桥的相对高度，其变化频率和幅度可反映车身的平顺性信息，还用于车高的自动调节。选择霍尔（HL）信号发生器或笛黄管式信号发生器，利用相对位置的变化，产生不同的HL电压信号或导通截止信号，使ECU得知车身高度差值和振频值15。3.6 本章小节 本章主要介绍车身高度调节机构的组成以及工作原理，根据所给原始数据确定液压缸的主要参数，计算液压缸的内径与活塞杆的直径，根据液压元件主要参数的确定对直流电动机，电液伺服阀、蓄能器、传感器进行了选择。第4章 悬架阻尼调节机构设计汽车液压式主动悬架对阻尼的控制是跟据汽车负荷、行车状态和路面条件控制调节节流阀阻尼孔过流截面，进而改变油液作动器的阻尼力实现的。通常情况下，高速行驶的汽车希望有较强的阻尼力，以利于控制车身姿态的变化。但是，当行驶于城市街道时，减弱阻尼力更有利于改善乘坐舒适性。对悬架油液作动器阻尼力的控制，可以达到急加速时防止车身后坐、换挡过程中防止车身冲击、制动时防止车身 “点头”以及转弯时防止车身侧倾等目的。阻尼调节机构由电控装置、动力源、电液伺服阀、电磁换向阀、节流阀、油液作动器（液压缸）等组成。控制系统的传感器包括：车速传感器、节气门开度（燃油喷射）传感器、方向盘转角传感器、车身和悬架加速度传感器、制动压力传感器等12。它们分别向控制装置（ECU）提供车速、加速状况、方向盘转角和转速、车身运动状态和汽车制动等信号，ECU通过电磁控制节流阀改变阻尼力，以适应行驶需要。4.1 悬架阻尼的自动调节既节流阀设计可调阻尼装置由执行机构和节流阀组成。执行机构放在节流阀阀杆顶部，由直流电机、小齿轮、扇形挡板以及电磁线圈等组成。ECU根据汽车行驶状况给直流电机和电磁线圈施加不同强度的电流，电机依靠下部的小齿轮带动扇形挡板转动，用于限制扇形挡板的极限转角，从而确定与扇形挡板相连的阀杆位置，阀杆控制阀芯可在节流阀上获得不同的阻尼，如图4.1.（1） 阻尼中等模式调节控制过程ECU根据传感器和控制开关信号确定阻尼为“中等”状态时，控制单元向步进电机发出控制指令使其小齿轮带动阀杆转动。直到扇形单板处于阻尼孔的截面积，如图A。允许液压缸油液流过节流阀的流动速度不快也不慢，因此液压缸能以缓慢速度伸缩，使阻尼处于“中等” 状态。（2） 阻尼坚硬模式调节控制过程当ECU根据传感器和控制开关信号确定阻尼为“坚硬”状态时，控制单元向步进电机发出控制指令使其旋转，因此小齿轮驱动扇形挡板沿逆时针方向转动。直到扇形挡板转到39度为止，因为阀芯上的阻尼孔只有极小部分流通液体，液压缸油液流动非常缓慢，因此液压缸伸缩非常缓慢，使阻尼处于 “坚硬”状态。图4.1阻尼调节控制系统原理图1-液压缸；2-蓄能器；3-M型三位四通阀；4-溢流阀；5-电动机；6-液压泵；7-过滤器；8-油箱；9-节流阀（3）阻尼柔软模式调节控制 当ECU根据传感器和控制开关信号确定阻尼为“柔软”状态时，控制单元向步进电机和电磁线圈发出控制指令，使电动机带动阀杆，使扇形挡板转到位置，此时阀芯上的阻尼孔几乎全部打开，液压缸油液流通受阻尼比较小，流通非常快，使阻尼处于“柔软”状态。4.2 影响流量稳定性的因素液压系统在工作时，希望节流口大小调节好后，流量 Q稳定不变。但实际上流量总会有变化，特别是小流量时流量稳定性与节流口形状、节流压差以及油液温度等因素有关。4.2.1 压差变化对流量稳定性的影响当节流口前后压差变化时，通过节流口的流量将随之改变，节流口的这种特性可用流量刚度来表征。见式(3-21)可求得节流口的流量刚度T为： (4.1)流量的刚度反映了节流口在负载压力变化时保持流量稳定的能力。 它定义为节流口前后压差P的变化与流量Q的波动值的比值。节流口的流量刚度越大，流量稳定性越好，用于液压系统时所获得的负载特性也越好。见式(3.24)可知：·节流口的流量刚度与节流口压差成正比，压差越大，刚度就越大；·当节流口压差一定时，刚度与流量成反比，通过节流口的流量越小，刚度也越大；·系数越小，刚度越大。越大，P变化后对流量的影响就越大，薄壁孔（0.5）比细长孔（1）的流量稳定性受P变化的影响要小。因此，为了获得较小的系数，应尽量避免采用细长孔节流口，即避免使流体在层流状态下流动；而是尽可能使节流口形式接近于薄壁孔口，也就是说让流体在节流口处的流动处在紊流状态，以获得较好的流量稳定性。4.2.2、油温变化对流量稳定性的影响当开口度不变时，若油温升高，油液粘度会降低。对于细长孔，当油温升高使油的粘度降低时，流量Q就会增加。所以节流通道长时温度对流量的稳定性影响大。而对于薄壁孔，油的温度对流量的影响是较小的，这是由于流体流过薄刃式节流口时为紊流状态，其流量与雷诺数无关，即不受油液粘度变化的影响；节流口形式越接近于薄壁孔，流量稳定性就越好。4.2.3、阻塞对流量稳定性的影响当流量小时，流量稳定性与油液的性质和节流口的结构都有关。表面上看只要把节流口关得足够小，便能得到任意小的流量。但是油中不可避免有脏物，节流口开得太小就容易被脏物堵住，使通过节流口的流量不稳定。 产生堵塞的主要原因是：(1)油液中的机械杂质或因氧化析出的胶质、沥青、炭渣等污物堆积在节流缝隙处；(2)由于油液老化或受到挤压后产生带电的极化分子，而节流缝隙的金属表面上存在着电位差，故极化分子被吸附到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，因而影响了节流缝隙的大小。以上堆积、吸附物增长到一定厚度时，会被液流冲刷掉，随后又重新附在阀口上。这样周而复始，就形成流量的脉动；(3)阀口压差较大时容易产生堵塞现象。4.3 传感器的选择根据控制工程经验，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 810倍以上。转向盘转角传感器安装于转向柱上，通过转向盘转角信号间接地把汽车转向程度（快慢、大小）的信息送给微机；加速度传感器实际上是与油门踏板连接的节气门动作传感器，将加速动作信号送给微机；制动压力传感器安装于制动管路中，当制动时，它向微机发送一个阶跃信号，表示制动，使微机产生并输出抑制“点头”的信号；车速传感器安装于车轮上，送出与转速成正比的脉冲信号，微机利用该信号与转向盘转角信号，可以计算出车身的侧倾程度；车身高度传感器安装于车身与车桥之间，用来测量车身与车桥的相对高度，其变化频率和幅度可反映车身的平顺性信息，同时还用于车高的自动调节。4.4 高速开关阀的设计 高速开关阀早期主要应用在一些要求快速操作的液压系统中。其后，由于其数字化的特征在计算机控制的液压系统中受到重视。高速开关阀于脉宽调