《汽車空氣懸架試驗(yàn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《汽車空氣懸架試驗(yàn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)（53頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、汽車空氣懸架試驗(yàn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 任務(wù)書(shū) 填表須知： 1本任務(wù)書(shū)所列各項(xiàng)由指導(dǎo)教師詳細(xì)填寫(xiě)，以便學(xué)生全面了解和正確執(zhí)行。本任務(wù)書(shū)經(jīng)學(xué)院、系 (教研室 )審定后，送教學(xué)科一份，發(fā)給學(xué)生一份。 2學(xué)生接到任務(wù)書(shū)后，應(yīng)制訂好工作計(jì)劃，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，認(rèn)真進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，并按規(guī)定時(shí)間完 成。任務(wù)書(shū)所列各項(xiàng)內(nèi)容不得涂改，因特殊情況需要變動(dòng)的必須經(jīng)系(教研室) 負(fù)責(zé)人、教學(xué)院長(zhǎng)審核 同意。 3本任務(wù)書(shū)中“ ”內(nèi)容為填表解釋。畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后，本任務(wù)書(shū)裝訂在設(shè)計(jì)前面，交學(xué)院存檔。 一、基本情況 1、學(xué)院專業(yè)： 學(xué)院 專業(yè)。 2、選題名稱： 汽車空氣懸架試驗(yàn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 。 3、指導(dǎo)教師 ；指導(dǎo)教師職稱： 。 4、協(xié)助

2、指導(dǎo)教師： ；協(xié)助指導(dǎo)教師職稱： 。 5、學(xué)生學(xué)號(hào)： ；學(xué)生姓名： 。 6、導(dǎo)師團(tuán)成員： 。助教及助教以下職稱的指導(dǎo)教師需導(dǎo)師團(tuán)成員指導(dǎo) 7、作業(yè)期限： 年 月 日至 年 月 日。 8、作業(yè)地點(diǎn)： 。 9、選題性質(zhì)： 科研 生產(chǎn) 其它 。 10、選題出處：填寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)選題的具體來(lái)源，例如科研項(xiàng)目名稱、生產(chǎn)項(xiàng)目名稱等 車輛半主動(dòng)懸架智能控制器研究（校創(chuàng)新基金 CX2004-05） 。 二、審批情況 1、系(教研室) 意見(jiàn)： 經(jīng)論證，該畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 填“符合/不符合” 人才培養(yǎng)方案要求。 系(教研室) 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 2、學(xué)院審批意見(jiàn)： 經(jīng)審核， 填“同意/ 不同意”下發(fā)該任務(wù)書(shū)。 教學(xué)院

3、長(zhǎng)簽字或?qū)W院蓋章： 年 月 日 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù) 1、總體要求 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間為 16 周。學(xué)生依據(jù)導(dǎo)師給定的選題，能編寫(xiě)符合 要求的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，獨(dú)立進(jìn)行資料的收集、加工與整理，能綜合運(yùn)用科學(xué)的 理論、知識(shí)和技能，進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)、測(cè)試、分析，解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，正確繪 制有關(guān)圖表，獨(dú)立撰寫(xiě)并答辯。 2、設(shè)計(jì)內(nèi)容及具體要求 主要包括對(duì)前言、環(huán)境概況、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)立意、總體設(shè)計(jì)及功能、規(guī)劃、附圖、附表等的要 求 1、 對(duì)目前國(guó)內(nèi)外汽車空氣懸架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)作一個(gè)全面、深入 的了解，闡述建立汽車空氣懸架試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行空氣懸架的性能研 究和進(jìn)行可控空氣懸架研究和開(kāi)發(fā)的目的、意義。 2、 在熟悉空氣懸架

4、原理和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行四分之一車輛模擬空 氣懸架試驗(yàn)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成可控的空氣懸架系統(tǒng)。 3、 整個(gè)方案設(shè)計(jì)應(yīng)包括臺(tái)架的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；各種元件的正確選型 和論證，如空氣壓縮機(jī)、調(diào)節(jié)裝置；信號(hào)采集系統(tǒng)的布置等。 4、 依據(jù)汽車?yán)碚撽P(guān)于車輛模型簡(jiǎn)化的理論,并參照目前國(guó)內(nèi)外相 似試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料，設(shè)計(jì)出符合要求的試驗(yàn)系統(tǒng)。 5、 整個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)合理、整個(gè)裝置及測(cè)試儀器便于拆卸 和安裝。 6、 整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)合理，便于信號(hào)的采集。 7、 主要設(shè)計(jì)參數(shù)：簧載質(zhì)量 ms 為 160kg,非簧載質(zhì)量 mu 為 20kg， 懸架空氣彈簧剛度在正常振動(dòng)幅度內(nèi)約為 10000N/m,輪胎

5、剛度 kt 為 100000N/m。 8、 畫(huà)出試驗(yàn)系統(tǒng)總體布置圖，重要零件的零件圖。 9、 圖紙要求：工程制圖標(biāo)準(zhǔn)。 10、 按畢業(yè)設(shè)計(jì)撰寫(xiě)規(guī)范按時(shí)撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)，提交電子文檔一份。 3、指定閱讀的參考文獻(xiàn)原則上要求中文文獻(xiàn)不低于 10 篇，外文文獻(xiàn)不低于 5 篇 1、陳家瑞.汽車構(gòu)造(下冊(cè) ) M.人民交通出版社,1999. 2、 英Dave Crolla，喻凡.車輛動(dòng)力學(xué)及其控制M. 人民交通出版社 ,2004. 3、余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?3 版）M.機(jī)械工業(yè)出版社 2002. 4、張廟康，胡海巖.車輛懸架振動(dòng)控制系統(tǒng)研究的進(jìn)展 J. 振動(dòng)、測(cè)試與診斷, 1997，3 . 5、方子帆等.汽

6、車半主動(dòng)懸架系統(tǒng)研究進(jìn)展 J.重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2003,1. 6、喻凡, 黃宏成, 管西強(qiáng).汽車空氣懸架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .汽車技術(shù),2001, 第 8 期. 7、俞德孚 .車輛懸架減振器的理論與實(shí)踐 . 兵工學(xué)報(bào) 坦克裝甲車與發(fā)動(dòng)機(jī)分冊(cè),1988(3):25-27. 8、王望予汽車設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)出版社，2000 年 5 月. 9、陳興林，胡樹(shù)華.汽車空氣懸架的應(yīng)用發(fā)展與我國(guó)汽車業(yè)的應(yīng)對(duì)策略. 汽車科技, 第 4 期,2004 年 7 月. 10、解福泉. 關(guān)于主動(dòng)式汽車空氣懸架的控制技術(shù)研究. 交通標(biāo)準(zhǔn)化,2006 年 8 期. 11、倪建華等. 一種新型的磁流變阻尼器及其在半主動(dòng)控制車輛懸架中

7、的應(yīng)用研究 . 機(jī)械科學(xué)與 技術(shù), 2004 年 1 月, 第 23 卷第 1 期. 12、周立開(kāi),陳龍等. 車輛半主動(dòng)懸架的試驗(yàn)研究. 蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2005 年 6 月, 第 31 卷第 3 期. 13、 JDCarlson and B.F.Spencer Jr. Magneto-Rheological Fluid Dampers For Semi-Active Seismic Control. In the Proceedings of the 3rd International Conference on Motion and Vibration Control, Septemb

8、er 1- 6, Chiba, Japan, 1996, Vol. , pp. 35-40. 14、 Lord Corporation, http:/ 15、 F. Goncalves, J. H. Koo, and M. Ahmadian, “Experimental Approach for Finding the Response Time of MR Dampers for Vehicle Applications,” DETC 2003 19th Biennial Conference on Mechanical Vibration and Noise, September, 2-6

9、, 2003 in Chicago, IL, USA. 16、 J.H. Koo, F. Goncalves, and M. Ahmadian, Investigation of the response time of magnetorheological fluid dampers. Advanced Vehicle Dynamics Laboratory, Department of Mechanical Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA 24061-0238 17、 Grosby M J, Karnopp D C. The Activ

10、e Damper -A New Concept for Shock and Vibration Control. The Shock and Vibration Bull, 1973, 43(4):119-133. Jing Zhou, Peizhi Zhang. Digital Control of an Automotive Active Suspension System. ME561 Design of Digital Control Systems（Final Report）, 2003,4. 18、 K Yi, B S Song. A new adaptive sky-hook c

11、ontrol of vehicle semi-active suspensions. Proc Instn Mech Engrs, 1999, 213 Part D04298. 4、備注指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的其他要求及說(shuō)明等 附錄： 畢業(yè)設(shè)計(jì)( 論文)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 一、計(jì)分方法 評(píng)定畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的成績(jī)，采用五級(jí)記分制(優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格)和評(píng)語(yǔ)相結(jié)合 的辦法。指導(dǎo)教師、評(píng)閱教師、答辯成績(jī)各占 40%、20%和 40%。 二、評(píng)語(yǔ)內(nèi)容 1、畢業(yè)設(shè)計(jì)( 論文) 是否達(dá)到任務(wù)書(shū)的要求，有何特點(diǎn)和獨(dú)創(chuàng)性。 2、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和技能，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)、分析與研究探討問(wèn)題的能力。 3、畢業(yè)設(shè)計(jì)( 論文)

12、 的正確程度、實(shí)驗(yàn)意義、圖表質(zhì)量和文字表達(dá)能力。 4、答辯時(shí)報(bào)告和回答問(wèn)題的情況，以及畢業(yè)設(shè)計(jì)( 論文)中的表現(xiàn)和工作態(tài)度等評(píng)語(yǔ)由指導(dǎo)教師 評(píng)寫(xiě)，經(jīng)答辯委員會(huì)(組)主席或教研室(組) 主任審改后，填入有關(guān)表格中。 三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 1、優(yōu)秀 全面正確地按任務(wù)書(shū)的要求完成了設(shè)計(jì)(論文) 任務(wù)。能創(chuàng)造性地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和技能。設(shè)計(jì) (論文) 的基本論點(diǎn)、結(jié)論、方案、圖表、說(shuō)明等均論述有據(jù)，質(zhì)量較高，并能應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)。獨(dú)立工作能力 較強(qiáng)。答辯時(shí)概念清楚，能正確回答與本課題有關(guān)的全部問(wèn)題。 2、良好 較全面地按任務(wù)書(shū)的要求完成了設(shè)計(jì)(論文) 任務(wù)。能綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和技能。設(shè)計(jì) (論文)的基 本論點(diǎn)、結(jié)論、

13、方案、圖表、說(shuō)明等基本正確，質(zhì)量較好。有一定的獨(dú)立工作能力。答辯時(shí)概念清楚， 能正確回答與本課題有關(guān)的主要問(wèn)題。 3、中等 能按任務(wù)書(shū)的要求完成設(shè)計(jì)(論文) 任務(wù)。設(shè)計(jì)(論文) 中一般能綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和技能。設(shè)計(jì)( 論 文)的基本論點(diǎn)、結(jié)論、方案、圖表、說(shuō)明等質(zhì)量尚好，但有非原則性錯(cuò)誤。具有初步的獨(dú)立工作能 力。答辯時(shí)概念清楚，基本上能正確回答與本課題有關(guān)的主要問(wèn)題。 4、及格 基本上能按任務(wù)書(shū)的要求完成了設(shè)計(jì)(論文) 任務(wù)。設(shè)計(jì)(論文)和圖表質(zhì)量一般，非原則性錯(cuò)誤較 多。獨(dú)立工作能力一般。答辯時(shí)概念基本清楚，尚能正確回答與本課題有關(guān)的最基本的問(wèn)題。 5、不及格 未能按任務(wù)書(shū)的要求完成設(shè)計(jì)(

14、論文) 任務(wù)，或依賴教師和同學(xué)勉強(qiáng)完成了設(shè)計(jì) (論文)。設(shè)計(jì)( 論文) 和圖表的質(zhì)量不符合要求。答辯時(shí)概念不清，不能正確回答與本課題有關(guān)的最基本的問(wèn)題，或有原則 性錯(cuò)誤。 四、評(píng)分要求 評(píng)分要嚴(yán)肅認(rèn)真，堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)事求是，力求反映學(xué)生的真實(shí)業(yè)務(wù)水平。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 成績(jī)主 要依據(jù)學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 )和答辯的情況，不涉及學(xué)生的其它因素。各課題組的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該一 致。一個(gè)教學(xué)班的評(píng)分應(yīng)符合“正態(tài)分布”的一般規(guī)律。 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的評(píng)分和評(píng)語(yǔ)，均裝入學(xué)生檔案。畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)成績(jī)不及格的按我校學(xué)生學(xué) 籍管理實(shí)施細(xì)則的規(guī)定處理。 摘 要 本論文根據(jù)有關(guān)汽車模型簡(jiǎn)化的理論，在現(xiàn)有的四分之一模

15、擬懸架機(jī)械裝置的基礎(chǔ) 上，用空氣彈簧代替普通螺旋彈簧設(shè)計(jì)空氣懸架試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)。 本試驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)的是懸架的剛度可調(diào)。設(shè)計(jì)一個(gè)副氣室，通過(guò)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制主、 副氣室間通路的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)空氣彈簧剛度的調(diào)節(jié)。本試驗(yàn)臺(tái)由空氣壓縮機(jī)、濾清器、安 全閥、空氣彈簧、減振器和其它的相關(guān)部件組成機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)，由傳感器、ECU 和執(zhí)行元 件組成測(cè)控系統(tǒng)，利用傳感器采集信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，控制高度閥和步進(jìn)電機(jī)，從 而使簧上質(zhì)量的高度和振動(dòng)頻率都在一定的范圍之內(nèi)。本論文首先進(jìn)行了彈簧的選用并 計(jì)算以及減振器、傳感器、氣動(dòng)元件和步進(jìn)電機(jī)的選用，然后是設(shè)計(jì)臺(tái)架總體結(jié)構(gòu)，布 置信號(hào)采集裝置以及校核重要零件，最后是畫(huà)出總成的裝配

16、圖、重要零件的零件圖。 關(guān)鍵詞：汽車振動(dòng)，空氣彈簧，可控空氣懸架，懸架試驗(yàn)臺(tái) Abstract The thesis according to the theory which simplifies about the model of vehicle, on the base of a quarter car simulation suspension mechanism rig, the ordinary helical spring is replaced by an air spring, and the air suspension testing rig have been des

17、igned. The test rig put the suspension rigidity adjustment into practice. Designs an accessory airspace, controls the pipeline size between the main and the accessory airspace with the stepper motor and realizes the air spring variable stiffness. The mechanical vibrating system of the test rig is co

18、mposed of the air compressor、the filter、the safety valve、the air spring、the shock absorber and other related parts, the measure and control system is composed of the sensor、ECU and the performance element. Using the sensor gathers signal, then the ECU analyses and controls the height valve and the s

19、tepper motor to make the height and the vibration frequency of the objects on the air spring in certain scope. The thesis has first carried on spring selection and calculates as well as the shock absorber, the sensor, the air operated part and the stepper motor selection, then designs the test rig s

20、tructure, arranges signal gathering equipment and examine the important components, finally draws the assembly drawing and the detail drawings of the important parts. Key Words: Automobile vibration, Air spring, Controllable air suspension, The suspension test rig 目 錄 前 言 .1 第一章 緒論 .2 1.1 空氣懸架結(jié)構(gòu)與分類

21、.2 1.2 空氣彈簧懸架國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 .3 1.3 本論文研究的目的、內(nèi)容和意義 .4 第二章 汽車振動(dòng)的簡(jiǎn)化及分析 .5 2.1 振動(dòng)的簡(jiǎn)化 .5 2.2 車身與車輪雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)分析 .6 第三章 空氣懸架系統(tǒng)元件概述 .9 3.1 空氣彈簧 .9 3.1.1 空氣彈簧特性 .10 3.1.2 空氣彈簧特性試驗(yàn) .12 3.2 減振器 .14 3.3 高度控制閥 .15 第四章 控制方式 .18 4.1 最優(yōu)控制方法 .18 4.2 自適應(yīng)控制方法 .18 4.3 模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法 .19 第五章 信號(hào)采集、控制元件的選擇 .20 5.1 試驗(yàn)臺(tái)信號(hào)采集、控制方案設(shè)計(jì)

22、 .20 5.2 元件選擇 .20 5.3 信號(hào)采集裝置的布置及剛度、高度調(diào)節(jié) .22 第六章 機(jī)械元件的設(shè)計(jì)、校核 .23 6.1 空氣彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算 .23 6.1.1 空氣彈簧剛度計(jì)算 .23 6.1.2 附加空氣室設(shè)計(jì) .24 6.2 減振器選擇與計(jì)算 .24 6.3 輪胎當(dāng)量螺旋彈簧的設(shè)計(jì)、校核 .25 6.4 減振器螺栓的校核 .26 6.5 立柱的設(shè)計(jì) .26 6.6 簧上、簧下質(zhì)量的確定 .27 6.6.1 簧上質(zhì)量的確定 .27 6.6.2 簧下質(zhì)量的確定 .28 結(jié) 論 .29 致 謝 .30 參考文獻(xiàn) .31 附 錄 前 言 汽車空氣懸架近幾年開(kāi)始發(fā)展迅猛，在空氣懸架中，空

23、氣彈簧是主要的彈性元件， 它代替了傳統(tǒng)懸架中的螺旋彈簧，是一種新型的彈性元件，它的剛度可根據(jù)具體情況靈 活改變，使乘坐舒適性大大提高。不僅如此，配合其特有的高度控制閥，它還可以自動(dòng) 調(diào)整車輛高度，增加高速時(shí)的行車安全性。與傳統(tǒng)汽車懸架相比，空氣懸架有許多性能 優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)懸架無(wú)法與之匹敵。 本論文首先在熟悉空氣懸架各零部件的工作原理和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，主要根據(jù)學(xué)校實(shí) 驗(yàn)室現(xiàn)有的一個(gè)四分之一模擬懸架機(jī)械裝置，針對(duì)空氣懸架試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的要求對(duì)上述四 分之一模擬懸架機(jī)械裝置進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，然后對(duì)空氣懸架總成中的重要零部件進(jìn)行型 號(hào)選擇和論證，確定整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的功用和結(jié)構(gòu)布局，以方便后期試驗(yàn)臺(tái)的制造。 本論文所

24、涉及的是南京林業(yè)大學(xué)車輛半主動(dòng)懸架智能控制器研究(校創(chuàng)新基金 CX2004-05)項(xiàng)目中的一部分。 姓名： 日期： 第一章 緒論 1.1空氣懸架結(jié)構(gòu)與分類 懸架是現(xiàn)代汽車的重要總成之一，它是車架(或車身)與車軸(或車輪)彈性地連接機(jī) 構(gòu)的總稱。其主要任務(wù)是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，緩和路面?zhèn)鹘o車 身的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定 性。空氣懸架，顧名思義，就是以空氣彈簧為彈性元件，利用氣體的可壓縮性起彈性作 用的。壓縮氣體的氣壓能夠隨載荷和道路條件變化而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，不論滿載還是空載， 整車高度不會(huì)變化，可以大大提高乘坐的舒適性。其總成由

25、兩部分組成：第一部分主要 為結(jié)構(gòu)件，包括空氣彈簧、減振器、橫向穩(wěn)定桿及各種安裝支架等；第二部分為氣路和 控制系統(tǒng)，包括空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣筒、空氣濾清器、干燥器、限壓閥、安全閥、高度控 制閥組件、管路、密封件等。如圖 1.1 和 1.2 所示為某客車空氣懸架的前懸和后懸。 圖 1.1 前懸 圖 1.2 后懸 空氣懸架按具體結(jié)構(gòu)可分為以下三種：全長(zhǎng)鋼板彈簧并用式空氣懸架、鋼板彈簧后 端式空氣懸架、平行桿式空氣懸架，分別如圖 1.3，圖 1.4、圖 1.5 所示。 圖 1.3 全長(zhǎng)鋼板彈簧并用式 圖 1.4 鋼板彈簧后端式 圖 1.5 平行桿式 空氣懸架還可按進(jìn)氣的控制方式分為機(jī)械控制式和電子控制式兩

26、種。 空氣懸架因?yàn)榭諝鈴椈删哂蟹蔷€性剛度特性，因此可以得到較低的固有振動(dòng)頻率， 保證了汽車良好的行駛平順性；而且空氣懸架質(zhì)量輕、彈簧剛度低，可以提高輪胎的附 著能力，縮短制動(dòng)距離，提高了整車的操縱穩(wěn)定性；相對(duì)板簧結(jié)構(gòu)而言，空氣懸架車體 平穩(wěn)，從空載到滿載的整個(gè)范圍內(nèi)都能有效隔斷路面?zhèn)鬟f的振動(dòng)，具有防震、防噪聲等 功能；但空氣彈簧結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高；空氣彈簧尺寸大，布置困難；密封環(huán)節(jié)多， 密封困難。 1.2空氣彈簧懸架國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 空氣彈簧誕生于十九世紀(jì)中期，早期用于機(jī)械設(shè)備的隔振。1947 年，美國(guó)首先在普 爾曼車上使用空氣彈簧，到 1964 年，美國(guó)生產(chǎn)的 25 種公共汽車中，有

27、23 種使用了空氣 彈簧懸架。美國(guó)的通用汽車公司在 1958 年就生產(chǎn)了裝有空氣彈簧懸架的牽引車。1961 年， 德國(guó)開(kāi)始在大多數(shù)公共汽車上使用空氣彈簧，到 1964 年，德國(guó)生產(chǎn)的 55 種大中型客車 中，有 38 種使用了空氣彈簧懸架。此后意大利、英國(guó)、法國(guó)及日本等國(guó)家相繼對(duì)空氣彈 簧作了大量的研究工作。目前，空氣彈簧懸架在國(guó)外豪華汽車上已經(jīng)被廣泛采用，在高 速客車和豪華城市客車上的使用率已達(dá)到 100%，在中、重型貨車以及掛車上也超過(guò) 80%，如美國(guó)的 Ford，德國(guó)的 Benz、Man、Neoplan，瑞典的 Volvo，法國(guó)的雷諾，日本的 尼桑、日野、五十鈴、三菱等。同時(shí)部分高級(jí)轎車

28、上也有選裝空氣彈簧懸架的，如美國(guó) 的林肯，德國(guó)的 Benz300SE 和 Benz600 等。 我國(guó)早在二十世紀(jì)五十年代就對(duì)空氣彈簧進(jìn)行了研究，1957 年初，長(zhǎng)春汽車研究所 與化工部橡膠工業(yè)研究所合作，進(jìn)行空氣彈簧橡膠氣囊的設(shè)計(jì)與研究，同年底制造出我 國(guó)第一輛空氣懸架貨車。1958 年，長(zhǎng)春汽車研究所在北京、天津、上海等地設(shè)計(jì)和協(xié)助 設(shè)計(jì)了公共汽車、無(wú)軌電車以及軌道車輛等多種車輛的空氣彈簧懸架。 八十年代初長(zhǎng)春汽車研究所再次進(jìn)行空氣彈簧懸架的研究，并為武漢客車制造廠、 瓦房店客車廠、四平客車廠等幾家工廠設(shè)計(jì)了空氣彈簧懸架，當(dāng)時(shí)車身自振頻率可降低 到 1.11.2Hz，平均車速提高了 17%。

29、懸架質(zhì)量也比同車型的鋼板彈簧懸架減輕了 5060 公斤。這期間國(guó)產(chǎn)空氣懸架存在的主要問(wèn)題是橡膠氣囊的壽命偏低和高度控制閥 泄漏等沒(méi)有得到很好解決。 上世紀(jì)九十年代，國(guó)內(nèi)客車廠紛紛從國(guó)外購(gòu)置空氣彈簧懸架及空氣彈簧懸架客車底 盤(pán)，對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，以提高其產(chǎn)品的技術(shù)含量，搶占國(guó)內(nèi)高檔客車市場(chǎng)，如北 方車輛制造廠、廈門金龍聯(lián)合汽車公司、亞星客車集團(tuán)公司等。同時(shí)國(guó)內(nèi)各大汽車廠、 研究所、大專院校也對(duì)空氣懸架進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和理論研究。如東風(fēng)汽車工程研究院，中 國(guó)重型汽車集團(tuán)公司，上海匯眾汽車制造公司，淝河汽車制造廠，交通部重慶公路科學(xué) 研究所，江蘇省交通科學(xué)研究院，湖北大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)，北京理工大學(xué)等。

30、在這段時(shí)期 沈陽(yáng)飛機(jī)制造公司和交通部重慶公路科學(xué)研究所起草了 GB11612-89客車空氣懸架用高 度控制閥和 GB/T13061-1991汽車懸架用空氣彈簧橡膠彈簧國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為高度控 制閥和橡膠氣囊國(guó)產(chǎn)化提供了標(biāo)準(zhǔn)。 為了滿足空氣彈簧懸架維修配件的需要，近年來(lái)國(guó)內(nèi)一些企業(yè)正在生產(chǎn)空氣彈簧懸 架零部件，如貴州前進(jìn)橡膠有限公司、山東萊州市橡膠廠、鐵道部四方車輛研究所等廠 家，主要生產(chǎn)各種膜式和囊式空氣彈簧氣囊，應(yīng)用于汽車、鐵路車輛和一些機(jī)械設(shè)備上。 也有些曾經(jīng)生產(chǎn)過(guò)或正在生產(chǎn)高度控制閥的廠家，如鐵道部科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所， 華中理工大學(xué)，中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院，交通部重慶公路科學(xué)研究所，浙江瑞安

31、市東歐汽 車零件廠等。 1.3本論文研究的目的、內(nèi)容和意義 隨著我國(guó)公路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性提出更高的要求。 在傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架中各參數(shù)一經(jīng)確定就無(wú)法改變，從而限制了汽車性能的進(jìn)一步提高。 阻尼或剛度參數(shù)可調(diào)節(jié)的半主動(dòng)懸架，可以根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)和道路激勵(lì)大小自動(dòng)調(diào) 節(jié)懸架參數(shù)，使其始終保持在最優(yōu)設(shè)定狀態(tài)，提高了汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性，空 氣彈簧懸架具有自振頻率低、彈簧剛度可調(diào)、振動(dòng)及噪聲小、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，推廣 使用空氣彈簧懸架可以有效地解決上述問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)半主動(dòng)空氣彈簧懸架已經(jīng) 進(jìn)行了一些研究，尤其是在空氣彈簧懸架設(shè)計(jì)和空氣彈簧懸架控制及整車匹配技術(shù)方

32、面 做了大量開(kāi)創(chuàng)性的工作。但是，對(duì)于空氣彈簧懸架的研究必須從實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始，實(shí)驗(yàn)室研 究又必須以試驗(yàn)臺(tái)為基礎(chǔ)。至于試驗(yàn)臺(tái)的研究設(shè)計(jì)目前國(guó)內(nèi)也就只有幾所大專院校正在 進(jìn)行，有些還僅限于仿真階段，或者進(jìn)行某個(gè)部件的試驗(yàn)研究，基本上沒(méi)有詳細(xì)、全面 的科研成果。 本試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)就是為了能夠更好的設(shè)計(jì)出符合研究和試驗(yàn)使用的試驗(yàn)臺(tái) 而進(jìn)行的。通過(guò)對(duì)空氣懸架系統(tǒng)的各種元件進(jìn)行正確的選型和論證，構(gòu)造出符合研究和 試驗(yàn)使用的試驗(yàn)臺(tái)就是本論文的目的和內(nèi)容。研究用試驗(yàn)臺(tái)一旦成功設(shè)計(jì)制造出來(lái)，它 將最大可能的模擬車輛懸架系統(tǒng)的真實(shí)的工作情況，試驗(yàn)出來(lái)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)將是實(shí)際車輛 懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造的直接參考依據(jù)，

33、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確與否將關(guān)系到實(shí)際車輛懸 架系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造流程的周期與成本。因此，本論文所研究的關(guān)于汽車空氣懸架 試驗(yàn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)整個(gè)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造流程中最為關(guān)鍵，也最為重要的第一 步。 第二章 汽車振動(dòng)的簡(jiǎn)化及分析 2.1振動(dòng)的簡(jiǎn)化 汽車是一個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)所分析的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化。圖 2.1 為一個(gè)把汽車 車身質(zhì)量看作剛體的立體模型。汽車的懸掛質(zhì)量為 ，它是由車身、車架及其上的總成2m 所構(gòu)成。該質(zhì)量繞通過(guò)質(zhì)心的橫軸 y 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ，懸掛質(zhì)量通過(guò)減振器和懸架與車yI 軸、車輪相連接。車輪、車軸構(gòu)成的非懸掛質(zhì)量為 。車輪在經(jīng)過(guò)具有一定彈性和阻尼1 的輪胎支撐在不平的路面上

34、。在討論平順性時(shí)，這一立體模型的車身質(zhì)量主要考慮垂直、 俯仰、側(cè)傾 3 個(gè)自由度，4 個(gè)車輪質(zhì)量有 4 個(gè)垂直自由度,共 7 個(gè)自由度。 圖 2.1 四輪汽車的簡(jiǎn)化的立體模型 圖 2.2 雙軸汽車簡(jiǎn)化的平面模型 當(dāng)汽車對(duì)稱于其縱軸線且左右車轍的不平度函數(shù) x(I)=y(I)，此時(shí)車身只有垂直振動(dòng) Z 和俯仰振動(dòng) ，這兩個(gè)自由度的振動(dòng)對(duì)平順性的影響很大。圖 2.2 為汽車簡(jiǎn)化成 4 個(gè) 自由度的平面模型。在這個(gè)模型中，又因輪胎阻尼較小而可以忽略不計(jì)，同時(shí)把質(zhì)量 ，2m 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的車身按動(dòng)力學(xué)等效的條件分解為前軸上、后軸上及質(zhì)心 C 上的 3 個(gè)集中 、yI f 、 。這 3 個(gè)質(zhì)量由無(wú)質(zhì)量的剛

35、性桿連接，它們的大小由下述 3 個(gè)條件決定：2rmc 1)總質(zhì)量保持不變 (1)22mmcrf 2)質(zhì)心位置保持不變 (2)0frab 3)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的值保持不變 (3)222yyfrIab 式中 為繞橫軸 y 的回轉(zhuǎn)半徑；a、b 為車身質(zhì)量部分的質(zhì)心至前、后軸的距離。由式(1)、y (2)和(3)得出 3 個(gè)集中質(zhì)量分別為： = = =2fm2yaL2rm2ybL2cm2(1)yab 式中的 為軸距。L 通常，令 = / ，并稱其為懸掛質(zhì)量分配系數(shù)。由上面 3 個(gè)式子可以看出當(dāng)2yb =1 時(shí)，聯(lián)系質(zhì)量 =0。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，大部分汽車的 =0.81.2，即接近于 1。在 =1c 的情況下，前后軸上

36、方車身部分的集中質(zhì)量 、 的垂直方向運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立的。在2fmr 此的情況下，當(dāng)前輪遇到路面不平度而引起振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量 運(yùn)動(dòng)而質(zhì)量 不運(yùn)動(dòng)；2f 2rm 反之也是這樣；因此，在這種特殊情況下，可以分別討論圖 2.2 上 和前輪軸以及2f 和后輪軸所構(gòu)成的兩個(gè)雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)。2rm 2.2車身與車輪雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)分析 圖 2.3 兩個(gè)自由度振動(dòng)系統(tǒng) 對(duì)于圖 2.2 所示的雙軸汽車四個(gè)自由度的振動(dòng)模型，當(dāng)懸掛質(zhì)量分配系數(shù) = 的數(shù)值接近 1 時(shí)，前后懸掛系統(tǒng)的垂直振動(dòng)幾乎是獨(dú)立的。于是可以簡(jiǎn)化為圖 2.32/yab 所示的兩個(gè)自由度振動(dòng)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)除了具有車身部分的動(dòng)態(tài)特性外，還能反映車輪 部

37、分在 1015Hz 范圍內(nèi)產(chǎn)生高頻共振時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，它對(duì)平順性和車輪的接地性有較大 影響，更接近汽車懸掛系統(tǒng)的實(shí)際情況。圖中， 為懸掛質(zhì)量(車身質(zhì)量)； 為非懸2m1m 掛質(zhì)量(車輪質(zhì)量)； 為懸掛剛度； 為阻尼器阻尼系數(shù)； 為輪胎剛度；q 為輸入的KCtK 路面不平度函數(shù)。 車輪與車身垂直位移坐標(biāo)為 z1、z 2，坐標(biāo)原點(diǎn)選在各自的平衡位置，其運(yùn)動(dòng)方程為： (4)2212111()()0()tmzCzKq 無(wú)阻尼自由振動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)方程變成 (5)2211 ()0tmzKz 由運(yùn)動(dòng)方程可以看出， 與 的振動(dòng)是相互耦合的。若 不動(dòng)( =0)，則得2m1 1m1z220zK 這相當(dāng)于只有車身質(zhì)量 的

38、單自由度無(wú)阻尼自由振動(dòng)。其固有圓頻率為：2 。2m 同樣，若 不動(dòng)( =0)，相當(dāng)于車輪質(zhì)量 作單自由度無(wú)阻尼自由振動(dòng)，于是可2m2z1 得車輪部分固有圓頻率： 1()ttK 與 是雙質(zhì)量系統(tǒng)，是只有單獨(dú)一個(gè)質(zhì)量振動(dòng)時(shí)的部分頻率(偏頻)。ot 在無(wú)阻尼自由振動(dòng)時(shí)，設(shè)兩個(gè)質(zhì)量以相同的圓頻率 和相角 作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，振幅為 、 ，則其解為：10z2 ()10jtze()20jtze 將上面兩個(gè)解代入微分方程組(5)得： (6)202010 Kzzm (7)21020101tz 將 、 代入式(6)和(7)，可得202K1()ttK20101)zzm 此方程組有非零解的條件是 和 的系數(shù)行列式為零，化為

39、代數(shù)式即0z 1() 0m (8)42221000t 式(8)稱為系統(tǒng)的頻率方程或特征方程，它的兩個(gè)根為雙質(zhì)量系統(tǒng)主頻率 和 的平方12 22210 11=()04()tt Ktm、 經(jīng)過(guò)一定的理論計(jì)算可以得到雙質(zhì)量系統(tǒng)的傳遞特性；車身加速度 、懸架彈簧動(dòng)2z 撓度 和車輪相對(duì)動(dòng)載 的幅頻特性，從而可在一定的試驗(yàn)條件下得出系統(tǒng)參數(shù)(車dfdfG 身部分固有頻率 、阻尼比 、剛度比 和質(zhì)量比 )對(duì)振動(dòng)響應(yīng)的影響。具體總結(jié)如下：0f 車身加速度 、懸架彈簧動(dòng)撓度 和車輪相對(duì)動(dòng)載 對(duì)車身部分固有頻率 的變2zdfdfG0f 化是很敏感的。阻尼比 的變化對(duì) 、 和 都有較大的影響：隨阻尼比 增大，在2

40、zdf 低頻共振區(qū)的 、的 峰值均會(huì)下降，而在低頻、高頻兩個(gè)共振區(qū)之間都增大，在高2zdfG 頻共振區(qū) 變化很小，而 有明顯下降；當(dāng) 增大時(shí)， 在高、低兩個(gè)共振區(qū)均df 會(huì)明顯下降，在兩個(gè)共振區(qū)之間變化很小；行駛安全性要求取較大值，平順性要求取較 小值。車身與車輪部分質(zhì)量比 增大， 、 略有減小，主要是 變化較大，因此，2zdf dfG 減小車輪部分質(zhì)量 對(duì)平順性影響不大，主要影響行駛安全性。當(dāng)其他參數(shù) 、 和1m 0f 均保持不變時(shí)， 增大相當(dāng)于懸架剛度 不變而輪胎剛度 增大，從而使車輪部分系KtK 統(tǒng)參數(shù) 提高而 下降，使三個(gè)幅頻特性高頻共振峰向高頻移動(dòng)，而且峰值提高，其中tft 的變化最

41、大， 次之；采用軟的輪胎對(duì)改善平順性，尤其是提高車輪與地面間的附dfG2z 著性能有明顯好處。 可控懸架就是通過(guò)改變彈簧剛度或減振器阻尼來(lái)改變懸架系統(tǒng)的剛度比或阻尼比來(lái) 使行駛平順性和操縱安全性的矛盾適時(shí)緩解，從而使行駛平順性更好，更舒適而操縱穩(wěn) 定性更好。 第三章 空氣懸架系統(tǒng)元件概述 3.1空氣彈簧 橡膠空氣彈簧是由簾線層、內(nèi)外橡膠層或鋼絲圈經(jīng)成型后硫化形成一種撓性體，利 用充入空氣的可壓縮性實(shí)現(xiàn)彈性功能的一種橡膠元件。俗稱空氣彈簧、橡膠氣囊、氣囊 等?？諝鈴椈芍荒艹惺艽怪陛d荷，所以空氣彈簧懸架需要一套導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來(lái)承受切向力和 側(cè)向力。橡膠空氣彈簧總成一般由彈性元件、護(hù)圈、緩沖塊等經(jīng)裝配后形

42、一個(gè)具有密閉 氣室的整體。如圖 3.1 所示。 圖 3.1 空氣彈簧結(jié)構(gòu) 橡膠空氣彈簧工作時(shí)，內(nèi)腔充入壓縮空氣，形成一個(gè)壓縮空氣氣柱。隨著振動(dòng)載荷 量的增加，彈簧的高度降低，內(nèi)腔容積減小，彈簧的剛度增加，內(nèi)腔空氣柱的有效承載 面積加大，此時(shí)彈簧的承載能力增加。當(dāng)振動(dòng)載荷量減小時(shí)，彈簧的高度升高，內(nèi)腔容 積增大，彈簧的剛度減小，內(nèi)腔空氣柱的有效承載面積減小，此時(shí)彈簧的承載能力減小。 這樣，空氣彈簧在有效的行程內(nèi)，空氣彈簧的高度、內(nèi)腔容積、承載能力隨著振動(dòng)載荷 的遞增與減小發(fā)生了平穩(wěn)的柔性傳遞、振幅與震動(dòng)載荷的高效控制。還可以用增、減充 氣量的方法，調(diào)整彈簧的剛度和承載力的大小，還可以附設(shè)輔助氣室

43、，實(shí)現(xiàn)自控調(diào)節(jié)。 根據(jù)橡膠氣囊工作時(shí)的變形方式，空氣彈簧可分為囊式空氣彈簧、膜式空氣彈簧和 混合式空氣彈簧三種。如圖 3.2、圖 3.3、圖 3.4 所示。按密封結(jié)構(gòu)形式分為壓力自封式、 輪緣夾緊式、箍環(huán)密封式和混合式四大類。 膜式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形；囊式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊 的撓屈獲得彈性變形；混合式空氣彈簧則兼有以上兩種變形方式。 囊式空氣彈簧根據(jù)橡膠氣囊曲數(shù)不同分為單曲、雙曲和多曲囊式空氣彈簧。氣囊各 段之間鑲有金屬輪緣，目的是承受內(nèi)壓張力。囊式空氣彈簧的有效面積變化率及彈簧剛 度較大，振動(dòng)頻率也較高。 圖 3.2 囊式 圖 3.3 膜式 圖 3.4 混合式 膜式

44、空氣彈簧的結(jié)構(gòu)是在蓋板和底座之間放置一個(gè)圓柱形橡膠氣囊，通過(guò)氣囊撓曲 變形實(shí)現(xiàn)整體伸縮。膜式空氣彈簧可得到比囊式空氣彈簧更為理想的彈性特性曲線。膜 式空氣彈簧在正常工作范圍內(nèi)，彈簧剛度變化要比囊式空氣彈簧小，同時(shí)也可通過(guò)改變 底座形狀的方法，控制有效面積變化率，以獲得比較理想的彈性特性。膜式空氣彈簧有 效面積變化率也比囊式空氣彈簧小。 膜式空氣彈簧可通過(guò)改變氣囊長(zhǎng)度來(lái)增加工作行程。根據(jù)橡膠氣囊與上蓋板和底座 的連接方式不同又可分為約束膜式和自由膜式空氣彈簧兩種。約束膜式空氣彈簧密封一 般用螺栓夾緊密封；自由膜式空氣彈簧采用氣囊內(nèi)的壓力自封。 混合式空氣彈簧的氣囊上部與囊式氣囊的上部基本相同，它

45、的下部則與膜式空氣彈 簧類似，混合式空氣彈簧兼有膜式空氣彈簧與囊式空氣彈簧的特點(diǎn)。 空氣彈簧氣囊是由高質(zhì)量的彈性物質(zhì)構(gòu)成，具有良好的力學(xué)特性。一般工作內(nèi)壓為 0.40.6MPa，適應(yīng)于-40C+70C 的溫度變化，并能抗磷化物質(zhì)、酸堿溶劑和臭氧等 的侵蝕。橡膠空氣彈簧的載荷主要由簾線承受，簾線的層數(shù)主要由 2 層組成，特殊要求 產(chǎn)品由 4 層簾線層組成。內(nèi)層橡膠主要是起密封作用，外層橡膠除了起密封作用外，還 起保護(hù)作用。 3.1.1空氣彈簧特性 (1)空氣彈簧具有其剛度隨氣囊壓力和輔助氣室以及底座形狀的變化而改變的特點(diǎn)， 因此可以根據(jù)需要將空氣彈簧設(shè)計(jì)成具有理想剛度特性的形式。在裝有高度閥的空

46、氣彈 簧懸架中還可實(shí)現(xiàn)在任何載荷下車身固有頻率保持不變這一特性，從而提高了車輛行駛 平順性。而對(duì)于普通金屬?gòu)椈?，?dāng)設(shè)計(jì)參數(shù)確定后，其剛度固定不變，所以車輛載荷發(fā) 生變化時(shí)其固有頻率隨載荷的變化而改變，從而無(wú)法保證在任何載荷下都具有較好的行 駛平順性。圖 3.5 是普通金屬?gòu)椈蓱壹芎蛶в懈叨日{(diào)節(jié)閥的空氣彈簧懸架的靜態(tài)特性比 較曲線，圖中 a 為載荷撓度特性，b 為載荷頻率特性。由 a 可以看出，對(duì)于金屬?gòu)椈?懸架其靜撓度隨載荷增加而增大，而對(duì)于空氣彈簧懸架其靜撓度在所有載荷條件下都幾 乎保持不變，從 b 可以看出當(dāng)載荷變化時(shí)金屬?gòu)椈蓱壹艿墓逃蓄l率變化比空氣彈簧懸架 大，說(shuō)明空氣彈簧懸架具有其固有

47、頻率基本保持不變的特性。 a b 圖 3.5 兩種不同懸架靜態(tài)特性比較曲線 圖 3.6 兩種不同彈簧的靜特性比較 (2)空氣彈簧具有非線性彈性特性，可以將其特性曲線設(shè)計(jì)成理想形狀。圖 3.6 為金 屬?gòu)椈珊涂諝鈴椈傻撵o特性比較。在相同的載荷作用下，空氣彈簧的當(dāng)量靜撓度比鋼板 彈簧的靜撓度大得多，這就使得空氣彈簧可以得到比鋼板彈簧低得多的振動(dòng)頻率，從而 提高行駛平順性?？諝鈴椈傻妮d荷位移曲線形狀呈反“S形，作該曲線上某點(diǎn)的切線 便得到該點(diǎn)的剛度。通過(guò)合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)，可使空氣彈簧在正常工作范圍內(nèi)剛度及其 變化較小，而在伸張或壓縮的邊緣區(qū)段剛度逐漸增加。這樣，可以保證車輛在正常行駛 時(shí)的平順性，而

48、在急轉(zhuǎn)彎、加速和制動(dòng)等行駛工況，空氣彈簧在大幅度拉伸和壓縮時(shí)， 其剛度逐漸增加，從而能限制車身的運(yùn)動(dòng)，提高操縱穩(wěn)定性?？諝鈴椈删哂凶儎偠忍匦?， 固有頻率可以根據(jù)需要適當(dāng)?shù)馗淖?，板簧則不具有這種功能。 (3)空氣彈簧的通用性好，對(duì)于同一種空氣彈簧，當(dāng)充氣壓力改變時(shí)，可以得到不 同的承載能力，因此，同一種空氣彈簧可以適應(yīng)多種載荷的要求。另外，可以通過(guò)高度 控制系統(tǒng)的作用，使空氣彈簧具有不同的安裝高度，因此，同一種空氣彈簧又能適應(yīng)多 種結(jié)構(gòu)的要求。 (4)空氣彈簧質(zhì)量輕，對(duì)于高頻振動(dòng)的吸收和隔振、消聲能力好?？諝鈴椈蓻](méi)有鋼板 彈簧的片與片之間的摩擦問(wèn)題，與鋼板彈簧相比，空氣彈簧沒(méi)有金屬相碰和摩擦，工

49、作 時(shí)空氣介質(zhì)內(nèi)摩擦極小，幾乎沒(méi)有噪聲。 (5)空氣彈簧單位質(zhì)量的儲(chǔ)能量與其它彈性元件相比是最高的?？諝鈴椈蓡挝毁|(zhì)量的 儲(chǔ)能量與橡膠氣囊的工作壓力和氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度有關(guān)。對(duì)于在 6.0MPa 工作壓力 下的氮?dú)猓鋯挝毁|(zhì)量的儲(chǔ)能量可達(dá)到 3.3105Nm/Kg,而鋼板彈簧、螺旋彈簧、橡膠彈 簧單位質(zhì)量的儲(chǔ)能量分別僅為 76Nm/Kg115Nm/Kg、178Nm/Kg280Nm/Kg、508Nm/Kg1016Nm/Kg。 (6)空氣彈簧也可以利用空氣產(chǎn)生阻尼作用?？諝鈴椈芍鳉馐液洼o助氣室之間可以設(shè) 有節(jié)流孔，在車身振動(dòng)過(guò)程中，空氣流經(jīng)節(jié)流孔時(shí)，產(chǎn)生能量損失，起到衰減汽車振動(dòng) 的阻尼作用。如

50、果在節(jié)流孔處增加適當(dāng)?shù)墓苈泛烷y門，得到相當(dāng)?shù)淖枘嶙饔茫梢詼p少 液力減振器的容量或提高減振器的使用壽命。 3.1.2空氣彈簧特性試驗(yàn) 空氣彈簧具有較強(qiáng)的非線性且其剛度隨氣囊內(nèi)初始?jí)毫凸ぷ餍谐痰拇笮《淖儭?由于存在固氣偶合以及約束條件無(wú)法確定等因素，用有限元方法分析空氣彈簧非線性特 性有一定的難度，尤其分析當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化和氣囊大變形時(shí)對(duì)其剛度特性的影響。 對(duì)于本文所研究的空氣彈簧懸架系統(tǒng)而言，了解在不同的氣囊初始?jí)毫筒煌姶砰y開(kāi) 關(guān)時(shí)間下，彈簧的剛度特性變化曲線至關(guān)重要。 利用電液伺服系統(tǒng)組成的試驗(yàn)系統(tǒng)原理框圖見(jiàn)圖 3.7，電液伺服試驗(yàn)的加載裝置可以 對(duì)空氣彈簧進(jìn)行諧波加載、正弦和隨機(jī)

51、加載，同時(shí)可測(cè)量空氣彈簧的徑向力和變形，在 試驗(yàn)時(shí)首先應(yīng)確定空氣彈簧的初始工作壓力和允許的最大變形量，其次要確定一個(gè)加載 循環(huán)時(shí)間。 圖 3.7 空氣彈簧特性試驗(yàn)系統(tǒng)原理 在空氣彈簧充氣狀態(tài)靜特性試驗(yàn)中，在不同的初始?jí)毫ο?，使用諧波信號(hào)在規(guī)定的 加載循環(huán)時(shí)間內(nèi)，通過(guò)作動(dòng)器給空氣彈簧加載，由力傳感器和位移傳感器測(cè)得空氣彈簧 的彈性力和變形，即可以得到空氣彈簧徑向載荷和位移時(shí)間曲線。通過(guò)空氣彈簧充氣時(shí) 徑向載荷和位移時(shí)間曲線，可以得到空氣彈簧在不同初始?jí)毫ο碌膭偠惹€。通過(guò)它可 以求出空氣彈簧在不同初始?jí)毫ο碌膭偠戎?，?jīng)過(guò)曲線擬合可以得到空氣彈簧充氣時(shí)間 與其剛度的關(guān)系曲線。 在空氣彈簧放氣狀態(tài)靜

52、特性試驗(yàn)中，在不同的初始?jí)毫ο?，使用諧波信號(hào)在規(guī)定的 加載循環(huán)時(shí)間內(nèi)，通過(guò)作動(dòng)器給空氣彈簧加載，由力傳感器和位移傳感器測(cè)得空氣彈簧 的彈性力和變形，即可以得到空氣彈簧徑向載荷和位移時(shí)間曲線。通過(guò)空氣彈簧放氣時(shí) 徑向載荷和位移時(shí)間曲線，可以得到空氣彈簧在不同初始?jí)毫ο碌膭偠惹€。通過(guò)它可 以求出不同初始?jí)毫ο驴諝鈴椈傻膭偠戎?，?jīng)過(guò)曲線擬合可以得到空氣彈簧放氣時(shí)間與 其剛度的關(guān)系曲線。 通過(guò)試驗(yàn)看出空氣彈簧剛度隨氣囊內(nèi)工作壓力增大而增大，并具有一定的非線性。 并且知道充氣電磁閥打開(kāi)時(shí)間越長(zhǎng)，空氣彈簧剛度越大。放氣電磁閥打開(kāi)時(shí)間越長(zhǎng)，空 氣彈簧剛度越小。也就是說(shuō)，空氣彈簧剛度隨充氣時(shí)間增長(zhǎng)而增大，隨

53、放氣時(shí)間增長(zhǎng)而 減小。 通過(guò)對(duì)空氣彈簧進(jìn)行特性試驗(yàn)，可以充分掌握空氣彈簧的特性，這對(duì)于今后整個(gè)空 氣懸架系統(tǒng)的控制有至關(guān)重要的意義，對(duì)采用何種控制方式進(jìn)行控制來(lái)說(shuō)，是一個(gè)不可 缺少的必要條件，是編寫(xiě)控制程序必不可少的數(shù)據(jù)來(lái)源和參考。 3.2減振器 減振器工作的基本原理是利用阻尼消耗振動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的能量。汽車減振器是利用 小孔節(jié)流的流體阻尼技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)懸架系統(tǒng)的減振特性，稱為液力減振。從阻尼物理現(xiàn)象 上區(qū)分，阻尼產(chǎn)生的機(jī)理有 5 類，即：工程材料的材料阻尼、流體的粘滯阻尼、結(jié)合面 阻尼與庫(kù)侖摩擦阻尼、沖擊阻尼和電磁效應(yīng)產(chǎn)生的阻尼。懸架中的阻尼主要有摩擦阻尼 和粘滯阻尼兩大類，因此，在最基本的減振器

54、分類中或許只能分為摩擦式或液力式兩種。 摩擦式減振器具有結(jié)構(gòu)輕便、成本低、容易調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。但它屬于典型的庫(kù)侖摩擦， 由此產(chǎn)生的力與速度關(guān)系不大。摩擦式減振器對(duì)水和油液雜質(zhì)非常敏感，并且不易產(chǎn)生 不對(duì)稱的力。由于采用摩擦式減振器的車輛，無(wú)論是在行駛性能方面還是在操縱性能方 面，很難滿足人們對(duì)現(xiàn)代車輛的使用性能的要求，因此摩擦式減振器現(xiàn)已被淘汰。 液力式減振器的機(jī)理是，車架與車橋作往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而活塞在缸筒內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 減振器殼體內(nèi)的油也便反復(fù)地從一個(gè)腔通過(guò)一些狹小的孔隙流入另一腔。此時(shí)孔壁與油 液間的摩擦及流體分子內(nèi)摩擦便產(chǎn)生了阻尼力。液力式減振器有多種結(jié)構(gòu)，但基本上可 劃為兩類：有兩個(gè)活塞的

55、桿式減振器和一個(gè)活塞的筒式減振器。 筒式減振器有單筒式和雙筒式之分。單筒式減振器如圖 3.8 所示對(duì)外界碰傷敏感， 而雙筒式減振器可以阻擋外界的側(cè)面碰傷。圖 3.9 為雙筒式減振器結(jié)構(gòu)示意圖，雙筒式 減振器由防塵罩 10，貯油缸 5，工作缸 2，活塞 3，導(dǎo)向座 9，壓縮閥 6，流通閥 8，伸張 閥 4，補(bǔ)償閥 7，活塞桿 1 和油封 11 等元件組成。 減振器根據(jù)在壓縮和伸張兩個(gè)行程內(nèi)是否都起作用分為雙向作用式和單向作用式兩 種。根據(jù)減振器阻尼是否可調(diào)分為阻尼可調(diào)式和阻尼不可調(diào)式兩種。目前又出現(xiàn)了磁流 變和電流變等新型減振器，它們是根據(jù)阻尼介質(zhì)的不同加上控制方式的不同加以分類的， 但它們都屬

56、于可變阻尼減振器。 圖 3.8 單、雙筒式減振器 圖 3.9 雙筒式減振器結(jié)構(gòu) 雙向作用筒式液力減振器一般都具有四個(gè)閥(圖 3.9)，即壓縮閥 6、伸張閥 4、流通 閥 8 和補(bǔ)償閥 7。流通閥和補(bǔ)償閥是一般的單向閥，其彈簧很弱，當(dāng)閥上的油壓作用力與 彈簧力同向時(shí)，閥處于關(guān)閉狀態(tài)，完全不通油液；而油壓作用力與彈簧力反向時(shí)，只要 很小的油壓，閥便能開(kāi)啟。壓縮閥和伸張閥是卸何閥，其彈簧較強(qiáng)，預(yù)緊力較大，只有 當(dāng)油壓增高到一定程度時(shí)，閥才能開(kāi)啟；而當(dāng)油壓降低到一定程度時(shí)，閥即自行關(guān)閉。 雙向作用筒式液力減振器的工作原理可按圖 3.9，分為壓縮和伸張兩個(gè)行程加以說(shuō)明。 壓縮行程 當(dāng)汽車車輪滾上凸起或滾

57、出凹坑時(shí)，車輪移近車架(車身)，減振器受壓 縮，減振器活塞 3 下移?；钊旅娴那皇?下腔)容積減小，油壓伸高，油液經(jīng)流通閥 5 流到活塞上面的腔室(上腔)。由于上腔被活塞桿 1 占去一部分，上腔內(nèi)增加的容積小于 下腔減小的容積，故還有一部分油液推開(kāi)壓縮閥 6，流回儲(chǔ)油缸 5。這些閥對(duì)油液的節(jié)流 便造成對(duì)懸架壓縮運(yùn)動(dòng)的阻尼力。 伸張行程 當(dāng)車輪滾進(jìn)凹坑或滾離凸起時(shí)，車輪相對(duì)車身移開(kāi)，減振器受拉伸。此 時(shí)減振器活塞向上移動(dòng)?；钊锨挥蛪荷?，流通閥 8 關(guān)閉。上腔內(nèi)的油液便推開(kāi)伸張 閥 4 流入下腔。同樣，由于活塞桿的存在，自上腔流來(lái)的油液還不足以充滿下腔所增加 的容積，下腔內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度，

58、這時(shí)儲(chǔ)油缸中的油液便推開(kāi)補(bǔ)償閥 7 流入下腔進(jìn)行 補(bǔ)充。此時(shí)，這些閥的節(jié)流作用即造成對(duì)懸架伸張運(yùn)動(dòng)的阻尼力。 目前普通汽車上廣泛采用的是雙向作用式減振器，這種減振器有如下特點(diǎn)： (1)在懸架壓縮行程，減振器阻尼力較小，充分利用彈性元件的彈性，以緩和沖擊； (2)在懸架的伸張行程，減振器的阻尼力較大，以實(shí)現(xiàn)迅速減振； (3)當(dāng)車橋和車架的相對(duì)速度過(guò)大時(shí)，減振器應(yīng)當(dāng)能自動(dòng)加大液流通道截面積，使阻 尼始終保持在一定限度內(nèi)，以避免承受過(guò)大的沖擊載荷。 3.3高度控制閥 車架高度控制機(jī)構(gòu)包括一個(gè)高度傳感器、控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其功能為: a.隨車載變化保持合理的懸架行程； b.高速時(shí)降低車身，保持汽車穩(wěn)

59、定性，減少空氣阻力； c.在起伏不平的路面情況下，提高車身高度以提高汽車通過(guò)性。 在空氣彈簧懸架中，高度閥是用來(lái)控制空氣彈簧內(nèi)壓的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其工作原理見(jiàn)圖 3.10。高度閥固定在車架上，其進(jìn)、排氣口分別與儲(chǔ)氣筒和空氣彈簧相接。當(dāng)空氣彈簧 上的載荷增加時(shí)，彈簧被壓縮，儲(chǔ)氣筒內(nèi)的氣體通過(guò)高度閥的進(jìn)氣口向氣囊注入，氣囊 內(nèi)氣壓增加，空氣彈簧升高直至恢復(fù)到原來(lái)的位置，進(jìn)氣口關(guān)閉為止；當(dāng)空氣彈簧上的 載荷減小，彈簧伸張，氣體通過(guò)高度閥的排氣口排出，直至空氣彈簧下降到原來(lái)的位置， 排氣口關(guān)閉為止。所以在高度閥的作用下，空氣彈簧的高度可以保持在平衡位置附近波 動(dòng)，從而保證車身不隨載荷變化而變化。 圖 3.1

60、0 高度閥原理示意圖 高度閥分為機(jī)械式和電磁式，按組成又可分為帶延時(shí)機(jī)構(gòu)和不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)。目前國(guó) 內(nèi)空氣懸架多采用機(jī)械式高度閥。 延時(shí)機(jī)構(gòu)由緩沖彈簧和油壓減振器組成，其作用是：在車輛運(yùn)行時(shí)的正常振動(dòng)中， 保證空氣彈簧的高度雖有變化但不起進(jìn)、排氣作用；而當(dāng)靜載荷變化或以極低頻率振動(dòng) 時(shí)，保證空氣彈簧進(jìn)行充、排氣，以使在汽車正常的振動(dòng)中高度閥的進(jìn)、排氣閥不會(huì)頻 繁地打開(kāi)，從而減少壓縮空氣的浪費(fèi)。在使用不帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的高度閥時(shí)，車輛在運(yùn)行過(guò) 程中高度閥的進(jìn)、排氣閥不斷地打開(kāi)、關(guān)閉，空氣消耗量大，為此一般在空氣通道上設(shè) 置一個(gè)節(jié)流孔，或在排氣通道外加一長(zhǎng)橡膠軟管，以便限制空氣流量，避免空氣中的水 分和灰塵

61、堵塞小孔。圖 3.11 為帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的高度閥結(jié)構(gòu)示意圖，圖 3.12 為不帶有延時(shí) 機(jī)構(gòu)的高度閥結(jié)構(gòu)示意圖。 1.閥體 2.控制桿 3.油壓減振器 4.緩沖彈簧 5.主軸支架 6.進(jìn)、排氣閥 7.止回閥 圖 3.11 帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的高度閥結(jié)構(gòu)示意圖 1.閥體 2.止回閥 3.緩沖彈簧 5.形密封圈 6.活塞 7.凸輪 4.進(jìn)、排氣閥 8.控制桿 圖 3.12 不帶有延時(shí)機(jī)構(gòu)的高度閥結(jié)構(gòu)示意圖 帶延遲機(jī)構(gòu)的高度閥工作原理：車體荷重增加時(shí)，車體下降，空氣彈簧壓縮，控制 桿被推向上方，擺動(dòng)臂開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，緩沖彈簧被扭動(dòng)而產(chǎn)生的彈力帶動(dòng)主軸支架與油壓減 振器中產(chǎn)生的阻尼力相抗衡；擺動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)一定時(shí)間后，進(jìn)氣閥

62、打開(kāi)，風(fēng)缸中的壓縮空氣 沖開(kāi)止回閥，通過(guò)貫通本體的空氣通道流向空氣彈簧；車架恢復(fù)到一定高度后，控制桿 會(huì)返回平衡位置，此時(shí)進(jìn)氣閥被關(guān)閉，壓縮空氣關(guān)斷。當(dāng)車體荷重減少時(shí)，車體上升， 空氣彈簧伸長(zhǎng)，與荷重增加時(shí)情況相反，控制桿被拉下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后排氣閥打開(kāi)， 空氣彈簧內(nèi)的空氣被排出。 不帶延遲機(jī)構(gòu)的高度閥工作原理：車體荷重增加時(shí)，車體下降，空氣彈簧壓縮，控 制桿被推向上方，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞頂開(kāi)進(jìn)、排氣閥，風(fēng)缸中的壓縮空氣通過(guò)一段節(jié)流 通道流入空氣彈簧；車架恢復(fù)到一定高度后，控制桿會(huì)返回平衡位置，此時(shí)進(jìn)氣閥被關(guān) 閉，壓縮空氣關(guān)斷。當(dāng)車體荷重減少時(shí)，車體上升，空氣彈簧伸長(zhǎng)，與荷重增加時(shí)情況 相反，控

63、制桿被拉下，進(jìn)、排氣閥打開(kāi)，空氣彈簧內(nèi)的空氣經(jīng)節(jié)流通道和活塞內(nèi)的通道 排出。 通常車身高度控制采用獨(dú)立控制形式，常見(jiàn)的情況是后懸架由兩個(gè)高度閥分別控制 左右兩側(cè)的空氣彈簧，前懸架由一個(gè)高度閥來(lái)控制，控制信號(hào)取 3 個(gè)高度信號(hào)的平均值， 并且還可以保證汽車在發(fā)生偏載的情況下，始終維持汽車車身處于水平狀態(tài)。尤其在高 速轉(zhuǎn)向時(shí)，空氣彈簧可顯著減小車身的側(cè)傾角。有資料表明，當(dāng)車速在 24km/h 以下時(shí)， 空氣懸架與板簧這兩種懸架的側(cè)傾角基本相同，當(dāng)車速達(dá)到 30km/h 時(shí)，空氣懸架的側(cè)傾 角就可以減小約 30%。 第四章 控制方式 車輛懸架控制系統(tǒng)大多采用由傳感器拾取車身絕對(duì)速度、或車身對(duì)車軸的相

64、對(duì)速度、 車身的加速度等信號(hào)，經(jīng) 8 位或 16 位微處理器發(fā)出指令實(shí)施控制，由電液控制閥或步進(jìn) 電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)(半主動(dòng))或控制力(主動(dòng))。由于車輛懸架控制系統(tǒng)是十分 復(fù)雜的非線性動(dòng)力系統(tǒng)，基于模型的線性反饋控制策略受到極大的限制。目前應(yīng)用于車 輛懸架控制系統(tǒng)的控制方法主要有最優(yōu)控制方法、自適應(yīng)控制方法等。近年來(lái)，隨著控 制理論與控制技術(shù)的發(fā)展，適用于非線性系統(tǒng)的先進(jìn)控制技術(shù)和方法涌現(xiàn)并日趨成熟。 在車輛動(dòng)力學(xué)研究中，隨著研究范圍的逐步擴(kuò)展，進(jìn)而擴(kuò)展到一些表現(xiàn)高度非線性的極 限情況，而非線性控制理論在車輛控制研究中的應(yīng)用也愈加得到重現(xiàn)。 4.1最優(yōu)控制方法 應(yīng)用于車輛懸架控制系統(tǒng)的

65、最優(yōu)控制方法可以分為線性最優(yōu)控制、 最優(yōu)控制和最H 優(yōu)預(yù)報(bào)控制等三種。線性最優(yōu)控制是建立在系統(tǒng)較為理想模型基礎(chǔ)上，采用受控制對(duì)象 的狀態(tài)響應(yīng)與控制輸入的加權(quán)二次型作為性能指標(biāo)，同時(shí)保證受控結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性條件 下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。把 L.Q(Linear Quadratic 線性二次型)調(diào)節(jié)器控制理論和 LQG(Linear Quadratic Gaussian 線性二次高斯型)控制理論應(yīng)用于車輛懸架系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。 控制是設(shè)計(jì)控制器在保證閉環(huán)系統(tǒng)各回路穩(wěn)定的條件下，使相對(duì)于噪聲干擾的輸出取H 極小的一種最優(yōu)控制法。為了模擬由于車身質(zhì)量、輪胎剛度、減振器阻尼系數(shù)以及車輛 結(jié)構(gòu)高頻柔度模態(tài)等變化不確

66、定的誤差，應(yīng)用 控制法可實(shí)現(xiàn)車輛懸架振動(dòng)控制具有較H 強(qiáng)的魯棒性。最優(yōu)預(yù)報(bào)控制是利用車輛前輪的擾動(dòng)信息預(yù)估路面的干擾輸入，預(yù)報(bào)控制 的策略就是把所測(cè)量的狀態(tài)變量反饋給前后控制器實(shí)施最優(yōu)控制。這種控制方法特別適 合于軌道車輛的主動(dòng)懸架，由于機(jī)車大多在同一軌道上反復(fù)行駛，基于過(guò)去和現(xiàn)在的信 息可以預(yù)測(cè)將來(lái)的信息，結(jié)合傳統(tǒng)的 LQ 控制系統(tǒng)實(shí)施最優(yōu)預(yù)報(bào)控制，模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表 明，不僅改善了行駛乘坐質(zhì)量而且降低了控制所消耗的能量。 4.2自適應(yīng)控制方法 車輛懸架振動(dòng)系統(tǒng)是含有許多不確定因素的非線性動(dòng)力系統(tǒng)難以用定常反饋系統(tǒng)達(dá) 到預(yù)定的控制性能要求。應(yīng)用于車輛懸架振動(dòng)控制的自適應(yīng)控制方法主要有自校正控制 和模型參考自適應(yīng)控制兩類控制策略。自校正控制是一種將受控對(duì)象參數(shù)在線性識(shí)別與 控制器參數(shù)整定相結(jié)合的控制方法。把非線性自校正控制(STC)應(yīng)用于非線性車輛主動(dòng)懸 架系統(tǒng)，能適應(yīng)懸掛載荷和懸架元件特性的變化，自動(dòng)調(diào)正主動(dòng)懸架系統(tǒng)的控制器來(lái)降 低車輛的振動(dòng)。模型參考自適應(yīng)控制的原理是當(dāng)外界激勵(lì)條件和車輛自身參數(shù)狀態(tài)發(fā)生 變化時(shí)，被控車輛的診斷輸出仍能跟蹤所選定的理想?yún)⒖寄Ｐ?。另有一種新的自適應(yīng)控 制