汽车新技术探讨比较悬吊篇.docx

汽車新技術探討比較—懸吊篇

姓名:謝祥建
班級:四技車輛三甲
學號:49615070
導師:吳宗霖
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前言
隨著人類生活品質的提高，對於交通工具舒適性以及操控性的要求，也隨之不斷提升，近年來汽車懸吊系統方面的研究日新月異，從可變剛性彈簧至空氣彈簧，從固定阻尼避震器至高、低頻可變阻尼避震器，一直到主動式懸吊系統的研究發展，都是為了滿足人類對於交通工具乘坐舒適性以及駕駛操控性的需求。
目的
懸吊系統設計是影響車輛操控安全與乘坐舒適的主要共同因素，傳統彈簧與阻尼器只有單一特性，無法針對不同路況與操作條件進行相對應的調整，為改善此一限制，便發展出”可調整阻尼”之懸吊系統(如調整傳統式阻尼器)，或以液(氣)壓致動器提供阻尼調整，甚至控制車身高度維持轉向過程車身平穩等功能。目前已應用之系統包括：電子多段調整、半主動式控制、主動式控制等。

目錄

汽車新技術探討(懸吊)
懸吊的發展現況 p4
國內懸吊系統專利p5
懸吊分類p6
主動式懸吊的介紹p10
電子控制懸吊控制系統硬體架構p13
電子式懸吊感知器架構p14
電子控制懸吊系統網路架構p15
主動懸吊作動原理p18
主動式懸吊的比較p19
MRC(Magnetic Ride Control) p29
結論p30
參考資料p31

懸吊的發展現況

國內懸吊系統專利

懸吊分類

(一) 被動式懸吊系統(或稱機械式懸吊)

(二) 電子控制懸吊-半主動式懸吊系統

(三) 電子控制懸吊-主動式懸吊系統

(一)被動式懸吊系統(或稱機械式懸吊)：是由彈簧與減振器構成，沒有外加的控制力來抑制外界干擾，主要是經由減振器來消散擾動的能量，使乘坐有比較好的舒適性，但在操控性能方面只能由原先的懸吊系統設計決定。

此系統可分為整體式懸吊系統與獨立式懸吊系統兩類(如圖)，因其為被動式，所以不需消耗額外之動力來源，且構造簡單、較為可靠、且成本低廉，因而易於商業化，今已廣泛的應用於現有車輛。

整體式懸吊 獨立式懸吊
(二) 電子控制懸吊-半主動式懸吊系統：和被動式懸吊系統一樣並沒有額外出力的系統來抑制外界干擾，但是可以藉由感測車體的振動行為隨時改變系統的阻尼常數，調整懸吊系統之暫態響應特性，適時消散車體的擾動行為，並進而改善乘坐的舒適性；在過彎或較高速行駛時，可依照駕駛者需求改變其阻尼常數，進而改善其暫態操控性，但並無法抑制在穩態轉向時所造成之車身傾斜。

車輛因轉彎產生車體翻滾現象

電子控制式懸吊 傳統懸吊

(三) 電子控制懸吊-主動式懸吊系統：
藉由致動器提供之額外力量有效的減少系統之振動力量，進而改善乘坐的舒適性；除了可改善暫態操控性外，並可有效抑制在穩態轉向時所造成之車身傾斜，進一步改善其穩態操控性；經由最佳化設計可同時滿足舒適性與操控性的要求。
因為人們對於車輛舒適性與操控性的要求提高，所以主動式懸吊系統在一些高級車上也已開始採用。

Ms為乘載車身質量(Sprung mass) Mu為非乘載車身質量(Unsprung mass)
K為懸吊系統彈簧常數 Kt代表輪胎彈簧常數 Ct代表輪胎阻尼常數 Zo則代表路面狀況
主動式懸吊的介紹
如：1987年嘉蘭改良舊車型利用衰減力與彈簧控制成為主動補正車身姿勢系統，圖為嘉蘭主動式懸吊控制示意圖。

懸吊部份併用圈狀彈簧，以空氣彈簧與避震器成為一體，空壓迴路成為閉迴路。

主動式控制為防止側滾、俯衝、後蹲與跳動控制。

防俯衝控制:依減速度以煞車開關信號為觸發，從車速變化演算，前輪供氣後輪排氣。

防止蹲下控制:依節氣門位置感測器的信號，前輪排氣後輪供氣。

跳動控制:以車高感測器測知懸吊系統的行程和頻率，在壓縮方排氣伸長方供氣，以達成平穩的乘坐感。

1989年Infinity使用主動式控制系統如圖

Infinity主動式懸吊系統

依加速度感測器的輸出值，控制各輪的液壓致動器，抑制車身姿勢的變化，減低來自路
面的震動。

油壓系統的油壓源由油箱、油泵、蓄壓器等構成，依路面入力變化控制液壓致動器對車身作側滾控制、顛簸控制、跳動控制與車高
控制。
電子控制懸吊控制系統硬體架構

主動式懸吊系統（Active Suspension）除了彈簧及減震筒之外，再加入液壓致動器，油缸、油幫浦、蓄壓器、伺服閥及電子控制器等裝置，有些則捨棄了傳統懸吊
系統的彈簧。

電子式懸吊感知器架構
本系統所設置的控制器與所需的感測器示意圖，控制器共有五個，分別為四個阻尼控制器和一個整車控制器，在感測器方面包含車速感測器、轉角感測器(量測轉角位置與轉角速度)、煞車感測器和加速度感測器(量測垂直方向與X-Y平面加速度)，由以上的感測器可推估出汽車目前所處的狀態，再進一步進行車輛動態控制。

電子控制懸吊系統網路架構

本系統所規劃的車身網路，在此所採用的網路協定是目前車輛界最常用的網路CAN-BUS(如下圖)
因為此系統夠穩定，使用上傳輸速度夠快（最快是1Mbits/sec）；採用此系統能大幅縮減電線的使用量，相對的也減少了許多線路上的接點，可以減少車子線路不良的發生機率；由於系統信號可共享，所以未來系統要擴充時會比較容易。

電子控制懸吊系統網路架構圖

在系統中我們可以看到有七個節點

第一個節點是處理轉角速度和轉角位置信號，其目的是將車子的車速和煞車信號透過CAN bus傳送到各個節點，Master Controller節點會接收車速及煞車的信號。

第二節點是方向盤轉角位置和轉角速度的信號，此信號也是透過CAN bus傳送到Master Controller。

第三節點是Master Controller，它會接收第一和第二點的信號，然後再加上自身XY平面的加速度感測器信號做處理，最後再將處理後信號透過CAN bus傳送至第四~第七節點此四個輪子控制器。

整個網路運作步驟如下

網路運作步驟1

網路運作步驟2

主動懸吊作動原理
它的作動原理是以受壓液體的液壓能量轉換為懸吊系統的機械動作能量，當車輪上下振動或車輛在轉彎時液壓致動器內的電子感測控制器會量測液體壓力的變化，並將 這個壓力變化訊號傳送到電腦，電腦接收到這些訊號後會依照車速、負重、側向G力、轉向程度等數據變化，輸出一個控制訊號到伺服閥，將高壓的液壓油經由致動 器內的電腦控制閥門送出或送入，藉
以降低車身之振動。
這樣的動作都是在瞬間就完成，因此車內乘員幾乎無
法察覺

主動式懸吊的比較

在懸吊系統基本特性評估驗證部份，重點規劃在於有無配備電子懸吊系統之車輛動態特性比較評價。主要測試項目規劃分為三大部份

1.車輛加減速及直行穩定度之縱向動態特性
此部份主要是評估配備電子懸吊系統之車輛，在車輛急遽之縱向運動(急加減速) 時，藉由電子懸吊系統功能作動，是否能降低車輛產生後蹲(squat、起步加速後輪下沉)及俯衝(dive、煞車時前輪下沉)狀況之程度，增進車輛乘坐感與操縱安定性；此外，同時進行車輛高速直線行駛條件下的穩定度測試，以確認電子懸吊系統功能作動下對車輛直行穩定性的改善程度。

2. 車輛操縱性及安定性之動態特性本測試驗證項目主要是探討車輛於橫向運動，如轉彎、車道變換..等動態行為時，量測車輛之正向/橫向速度、方向盤轉角/操舵扭力、正向/橫向加速度、橫滾角與角速度（rollangle & rate）、偏駛角與角速度（yaw angle &rate）..等參數。經由此等參數與時間的關係以及不同車輛之間參數的交叉比較後，可就具備電子懸吊系統車輛之操安客觀特性作一評價。

3. 車輛乘適性能乘適性
驗證主要的目的分為兩大部分來做探討，首先以不同的車速行經試車場特殊之模型路，量測車輛振動及動態行為，逐一確認本系統作動下車輛動態行為的改變。此外，量測人體與座椅間之振動，運用ISO 2631-1：1997國際標準中的評價方式，評估本系統對人體舒適度之改善程度。

為了解具備電子控制懸吊系統的高級車種之懸吊特性與整車操控性與安全性，選定LEXUSLS430(配備電子控制氣體動力懸吊)

進行Benchmark測試評估

LEXUSLS430

急遽車道變換測試結果

曲行測試結果

定圓-右轉彎測試結果

H80mm 起伏路乘適性試驗測試結果

段差路乘適性試驗

依其主觀感受（feeling），就車輛動靜態性能作整體性之評價
電子懸吊市場調查

M.Benz
懸吊系統方面，為了符合此車型的駕駛所需，技術部門在兩款車型上皆採用阻尼稍硬的三段氣動Airmatic DC電子可調避震器，不論是面對高速巡航或者激烈過彎的行進過程，乘坐其內仍能享受舒適與安全感。

Jaguar
氣壓式懸吊系統，是氣壓式懸吊系統套件的一部份，可以進一步提升行車的舒適度。
其以完整的ADS可調適避震系統，在必要時將唧筒內的空氣增加或釋放，即使 滿載時也能保持這項極高的效能。
當時速超過120公里時，車身會自動降低，以減少氣阻及油耗。
路況不佳時，為增加與地面的間距，可輕壓按 鈕，AIRMATIC主動式氣壓懸吊系統可將離地高度提升，最多達50毫米。

MRC(Magnetic Ride Control)電磁液壓主動反應懸吊系統
可在任何速度與路況下，依照車上乘客體重與乘坐位置分配自動調整懸吊軟硬度，提供最舒適的駕乘感
此套系統又可視為是一種電磁車高控制裝置，為目前全球反應速度最快的避震機制，採電子控制的阻尼調整設計，可以每秒鐘1000次的效率迅速重整懸吊阻尼係數，在舒適與操控的兩難中，MRC懸吊系統提供了一個最兩全的解決方法。
目前全球汽車工業裡反應最快的避震器系統，MRC液態磁控主動式懸吊，這套系統利用預先注入避震器內的磁性粒子，再加上兩端的線圈透過電流的變化改變阻尼的 軟硬程度，在短短的一秒鐘內可以做出1,000次微調，就連頂級跑車Porsche每秒也僅能做500次的微調，擁有絕佳操控性，更能同時提供最佳的乘坐舒適感受

結論
用什麼來比喻世界上最理想的避震器？答案是魔毯！因為避震器的最高境界，貼切的形容是讓輪胎均勻地貼在地面上，並在任何時候、路況、狀態均是如此。
　　坦白說，這是難以到達的境界，難處在於一部車只有一套避震器、只有一種設定、只能對付一種路況，想要因應生活中各式狀況、不同駕駛者的需求，豈不是要好幾套避震器才夠用？沒錯，電子避震器正是針對這個想法而衍生的設計，且日漸普及、步入純
熟。
人人都能像阿拉丁一樣享用魔毯!!

參考資料

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%87%B8%E5%90%8A%E7%B3%BB%E7%B5%B1
http://www2.kuas.edu.tw/prof/cjh/kuaspuzzle/2000/others/car.htm