被動(dòng)懸架發(fā)展新方向

汽車(chē)被動(dòng)懸架發(fā)展創(chuàng)新技術(shù)三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和慣容器）懸架部件的發(fā)展

兩基本元件被動(dòng)懸架（彈簧和阻尼）三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和質(zhì)量元件）懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)金屬?gòu)椈蓺怏w彈簧摩擦式減振器液力減振器鋼板彈簧螺旋彈簧扭桿彈簧空氣彈簧油氣彈簧搖臂式減振器筒式減振器1懸架部件的發(fā)展彈性元件阻尼元件18世紀(jì)，法國(guó)人在車(chē)輪上首先使用鋼質(zhì)彈簧懸架，那是一種扁平狀的單片彈簧。1763年，美國(guó)的特雷德韋爾取得螺旋彈簧懸架的第一個(gè)專(zhuān)利。1804年，英國(guó)倫敦的奧巴代亞·艾略特發(fā)明了葉片彈簧懸架，但只是簡(jiǎn)單地把一塊塊鋼板疊起來(lái)夾緊，再在兩端與車(chē)子用鉤環(huán)連接。1878年，法國(guó)勒芒的大阿米迪·博利發(fā)明了采用片簧做前輪獨(dú)立懸架的裝置。福特T型車(chē)上的板簧1懸架部件的發(fā)展1897年，世界上第一個(gè)有記錄的簡(jiǎn)單的減振器由美國(guó)的吉明發(fā)明。1898年，第一個(gè)實(shí)用的減振器由法國(guó)人特魯芬特安裝到摩托賽車(chē)上。1899年，美國(guó)一個(gè)名叫哈德福特的人制成了特魯芬特摩擦阻尼件的變型結(jié)構(gòu)，并將其裝到他的奧斯莫比爾汽車(chē)上。這是汽車(chē)上的第一個(gè)減振器。1906年，美國(guó)一個(gè)名叫威廉·布魯什的年輕人，首次將前螺旋彈簧和車(chē)輪上的減振器結(jié)合在一起，以便吸收車(chē)輪的振動(dòng)。他的這種螺旋彈簧獨(dú)立懸架應(yīng)用在他的布魯什兩座輕便小汽車(chē)上。1908年，法國(guó)的霍迪立設(shè)計(jì)出第一個(gè)實(shí)用的液壓減振器。搖臂式減振器福特T型車(chē)上的搖臂式減振器1懸架部件的發(fā)展1909年，英國(guó)考文汽車(chē)廠研究成功第一個(gè)以壓縮空氣作為彈簧的減振器。一個(gè)圓柱形的空氣筒，用壓縮空氣經(jīng)上部氣閥充入空氣筒，空氣筒的下半部則容納一個(gè)橡膠膜片，其工作原理就象充氣輪胎似的。但由于容易漏氣而未能推廣。1921年，美國(guó)的利蘭汽車(chē)公司生產(chǎn)出第一個(gè)使用扭桿彈簧懸架的汽車(chē)。后來(lái)，德國(guó)的波爾舍將扭桿彈簧規(guī)格化，并推廣應(yīng)用。1933年，第一個(gè)實(shí)用的空氣彈簧懸架由美國(guó)的費(fèi)爾斯通公司研制成功，用在一輛試驗(yàn)車(chē)上，以四個(gè)經(jīng)過(guò)橡膠液浸漬處理的給皮膜氣囊來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼板彈簧，小型壓縮機(jī)與氣囊連接并供給壓縮氣體。1933年，美國(guó)的孟洛埃為赫德森汽車(chē)制成第一個(gè)原始的雙作用筒式液壓減振器。油氣彈簧扭桿彈簧1懸架部件的發(fā)展1934年，通用汽車(chē)公司等廠家再次推廣前輪螺旋彈簧懸掛，使前輪的彈跳都成為各自獨(dú)立。1938年，美國(guó)別克汽車(chē)第一次把螺旋彈簧應(yīng)用到汽車(chē)后懸掛上。1960年，通用公司的麥克弗遜研制成功麥克弗遜柱式減振器。它由螺旋彈簧、液壓減振器和上懸掛臂桿組成一個(gè)緊湊的部件。1982年，西德的本茨汽車(chē)公司率先在轎車(chē)上裝用多桿式懸掛系統(tǒng)。這種懸掛能提高汽車(chē)行駛的機(jī)動(dòng)性能，在汽車(chē)起動(dòng)及制動(dòng)時(shí)保持車(chē)體始終處于水平位置。多桿式懸掛系統(tǒng)將成為轎車(chē)懸掛系統(tǒng)主流。福特T型車(chē)上的螺旋彈簧麥克弗遜柱式減振器1懸架部件的發(fā)展1906年，美國(guó)一個(gè)名叫威廉·布魯什的年輕人，首次將前螺旋彈簧和車(chē)輪上的減振器結(jié)合在一起，以便吸收車(chē)輪的振動(dòng)。正是他的發(fā)明奠定了現(xiàn)代車(chē)輛懸架系統(tǒng)的基礎(chǔ)，引領(lǐng)懸架技術(shù)走進(jìn)了兩基本元件（彈簧和阻尼）時(shí)代。1懸架部件的發(fā)展2兩基本元件被動(dòng)懸架（彈簧和阻尼）(a)Voigt懸架(b)Maxwell懸架(c)Maxwell懸架同彈簧并聯(lián)懸架(d)Voigt懸架同彈簧串聯(lián)懸架(e)Voigt懸架同彈簧串聯(lián)再與彈簧并聯(lián)懸架(f)Voigt懸架同彈簧串聯(lián)再與Maxwell懸架并聯(lián)懸架為了挖掘傳統(tǒng)被動(dòng)懸架（由彈簧和阻尼器并聯(lián)組成）性能，科研人員用各種方法對(duì)其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，但進(jìn)一步提高其性能的潛力已接近極限。為了獲得更好的乘坐舒適性和行駛安全性，人們?cè)鴩L試將彈簧和阻尼兩基本元件進(jìn)行不同的組合，形成新的懸架系統(tǒng)，并對(duì)這些不同形式的懸架系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，但其性能提高有限。3三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和質(zhì)量元件）雷諾車(chē)隊(duì)2005年首次使用了運(yùn)動(dòng)質(zhì)量減振器(TMD),在鼻錐處布置9公斤的移動(dòng)質(zhì)量，以抵消輪胎的自然振動(dòng)頻率。2006年，國(guó)際汽車(chē)運(yùn)動(dòng)聯(lián)合會(huì)(FIA)決定因其空氣動(dòng)力效應(yīng)而禁止其使用，其實(shí)它同時(shí)還有存有安全性的問(wèn)題。為了挖掘被動(dòng)懸架的潛力，人們嘗試將質(zhì)量元件加入懸架系統(tǒng)，以改善懸架的性能。動(dòng)力吸振器可以改善輪胎和車(chē)身在高頻段的劇烈振動(dòng)。在慣容器出現(xiàn)之前，想要把質(zhì)量元件加入懸架來(lái)改善其性能，只能以動(dòng)力吸振器的形式，即把質(zhì)量元件當(dāng)作吸振子應(yīng)用到懸架中。3三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和質(zhì)量元件）質(zhì)量元件（吸振子）吸收車(chē)輪振動(dòng)能量吸收車(chē)身振動(dòng)能量DaimlerChrysler專(zhuān)利2000年

這里展示的是著名汽車(chē)公司戴姆勒—克萊斯勒的一種懸架專(zhuān)利技術(shù)，該種懸架采用級(jí)聯(lián)的方式將吸收車(chē)輪振動(dòng)的一級(jí)和吸收車(chē)身振動(dòng)的另一級(jí)串聯(lián)起來(lái)，來(lái)改善車(chē)輛的行駛平順性?？梢钥吹剑|(zhì)量元件以吸振子的形式存在。3三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和質(zhì)量元件）由彈簧、阻尼和質(zhì)量元件構(gòu)成被動(dòng)懸架存在以下不足：1.質(zhì)量元件只以吸振子的形式存在于在懸架中，布置不便；2.如果所需的質(zhì)量元件質(zhì)量較大，會(huì)導(dǎo)致懸架過(guò)重；3.性能改善有限。人們期望找到一種類(lèi)似于質(zhì)量的元件具有下列優(yōu)點(diǎn)：1.像彈簧和減振器那樣布置方便；2.輕巧，不會(huì)導(dǎo)致懸架過(guò)重；3.能大幅改善懸架性能。3三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和質(zhì)量元件）4三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和慣容器）

4.1慣容器(Inerter)出現(xiàn)背景

4.1.1“力—電流”對(duì)應(yīng)相似關(guān)系4三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和慣容器）

4.1慣容器(Inerter)出現(xiàn)背景

4.1.1“力—電流”對(duì)應(yīng)相似關(guān)系電子網(wǎng)絡(luò)中各基本量之間的關(guān)系機(jī)械網(wǎng)絡(luò)中各基本量之間的關(guān)系

傳統(tǒng)的“力—電流”機(jī)電對(duì)應(yīng)相似關(guān)系存在著弊端。在這種對(duì)應(yīng)關(guān)系中，力和電流是“流變量”(Through-variables)，速度和電壓是“跨變量”(Across-variables)，質(zhì)量、阻尼和彈簧分別與電感、電阻和電容對(duì)應(yīng)。機(jī)械元件中的阻尼和彈簧都具有兩個(gè)獨(dú)立、自由的端點(diǎn)，而質(zhì)量元件的一個(gè)端點(diǎn)是它的質(zhì)心，另一個(gè)端點(diǎn)卻是慣性參考系中的固定點(diǎn)，這使得質(zhì)量元件只能和接地的電容相對(duì)應(yīng)。因此，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系是不嚴(yán)格的。質(zhì)量元件與接地的電容對(duì)應(yīng)才是真實(shí)的。這種不嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系導(dǎo)致機(jī)械與電子網(wǎng)絡(luò)之間不能?chē)?yán)格地對(duì)應(yīng)起來(lái)，使得機(jī)械網(wǎng)絡(luò)不能像無(wú)源電子網(wǎng)絡(luò)那樣進(jìn)行綜合，更談不上網(wǎng)絡(luò)的物理實(shí)現(xiàn)了。這是機(jī)械網(wǎng)絡(luò)發(fā)展嚴(yán)重滯后于電子網(wǎng)絡(luò)的客觀因素之一。4三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和慣容器）

4.1慣容器(Inerter)出現(xiàn)背景

4.1.1“力—電流”對(duì)應(yīng)相似關(guān)系慣容器又稱(chēng)為慣性質(zhì)量蓄能器或慣性蓄能器。慣容器的出現(xiàn)，在機(jī)械與電子網(wǎng)絡(luò)之間建立起了嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)，使得機(jī)械網(wǎng)絡(luò)可以像無(wú)源電子網(wǎng)絡(luò)那樣進(jìn)行綜合，可以用彈簧、阻尼和慣容器來(lái)物理實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。修正后的機(jī)械與電子元件對(duì)應(yīng)關(guān)系4三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和慣容器）

4.2慣容器(Inerter)的創(chuàng)新思想慣容器的優(yōu)點(diǎn)和作用：慣容器的最大作用在于：它帶來(lái)了機(jī)械網(wǎng)絡(luò)研究方法的變革，以前機(jī)械網(wǎng)絡(luò)只能分析，不能綜合，現(xiàn)在可以綜合了。因?yàn)?，所有的被?dòng)機(jī)械阻抗都可以用彈簧、阻尼和慣容器這三個(gè)基本元件來(lái)實(shí)現(xiàn)了。1.像彈簧和減振器那樣布置方便；2.質(zhì)量較??；3.解決低頻振動(dòng)與懸架動(dòng)行程不能大這一矛盾。4三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和慣容器）

4.2慣容器(Inerter)的創(chuàng)新思想齒輪齒條慣容器工作原理圖12齒輪齒條慣容器實(shí)體圖當(dāng)?shù)却蠓聪虻牧ρ佚X條方向施加于兩端點(diǎn)時(shí)，端點(diǎn)1相對(duì)于端點(diǎn)2做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生相對(duì)位移，由齒條驅(qū)動(dòng)小齒輪和大齒輪旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)。4三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和慣容器）

4.2慣容器(Inerter)的創(chuàng)新思想

4.2.1齒輪齒條慣容器慣容器慣容的單位為kg，慣容通常是飛輪質(zhì)量的幾百倍，因此慣容器的質(zhì)量很小卻能表現(xiàn)出巨大的慣性。滾珠絲杠慣容器工作原理圖12滾珠絲杠慣容器實(shí)體圖當(dāng)?shù)却蠓聪虻牧ρ剌S向施加于端點(diǎn)時(shí)，端點(diǎn)1相對(duì)于端點(diǎn)2做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生相對(duì)位移，螺母和絲杠將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由螺母驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)。4三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和慣容器）

4.2慣容器(Inerter)的創(chuàng)新思想

4.2.2滾珠絲杠慣容器液力慣容器工作原理圖液力慣容器實(shí)體圖4三基本元件被動(dòng)懸架（彈簧、阻尼和慣容器）

4.2慣容器(Inerter)的創(chuàng)新思想

4.2.3液力慣容器液力慣容器兩端點(diǎn)分別為液壓缸與液壓缸內(nèi)活塞，x代表兩端點(diǎn)相對(duì)位移，L代表各段管線(xiàn)長(zhǎng)度。當(dāng)向右施加推力于液壓桿時(shí)，液壓缸的活塞向右移，P2、P3形成高壓區(qū)，P1、P4為低壓區(qū)，由于P3、P4間有一壓力差，此壓力差