雙氣室空氣懸架系統(tǒng)理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、懸架系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)性能和安全性起著舉足輕重的作用。懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須綜合考慮車(chē)輛的各種性能指標(biāo)，如乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性、懸架行程、道路友好性、制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)性能以及燃油經(jīng)濟(jì)性等?？諝鈶壹芟到y(tǒng)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠很好的滿足懸架設(shè)計(jì)的各種要求，且成本低，因此引起了國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者和工程人員的關(guān)注，進(jìn)行了大量相關(guān)的研究工作，并被廣泛的應(yīng)用于各種車(chē)輛中。然而對(duì)于空氣懸架系統(tǒng)的研究并不完善，仍存在一些問(wèn)題值得進(jìn)一步研究和探討。本文主要針對(duì)空氣懸架

2、高度調(diào)節(jié)與剛度變化相耦合的問(wèn)題、空氣阻尼特性及其替代液壓減振的可能性等方面進(jìn)行了研究和探討。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴在分析空氣彈簧剛度的影響因素的基礎(chǔ)上，引入公理設(shè)計(jì)理論探討了空氣彈簧剛度和工作高度相互耦合的根本原因及目前一些通過(guò)增加輔助氣室實(shí)現(xiàn)空氣彈簧剛度和高度調(diào)節(jié)解耦的方案的不足之處和可行性?；诠碓O(shè)計(jì)理論提出了一種新型雙氣室空氣彈簧，其剛度和高度的調(diào)節(jié)連續(xù)且相互獨(dú)立，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，可根據(jù)實(shí)際工況分別控制懸架剛度

3、和車(chē)身高度，大大提高整車(chē)性能，并通過(guò)建模仿真和實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了其可行性。
　?、圃谛滦碗p氣室空氣彈簧結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加附加氣室和節(jié)流閥引入空氣阻尼，提出集成空氣阻尼的新型空氣懸架系統(tǒng)?；跓崃W(xué)和流體力學(xué)理論建立了該懸架系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型及其力學(xué)特性計(jì)算模型，并提出了該空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型，設(shè)計(jì)結(jié)果為懸架系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)組建及進(jìn)一步的系統(tǒng)性能分析提供了參數(shù)基礎(chǔ)。
　?、菫榱诉M(jìn)一步研究該新型懸架系統(tǒng)特性，線性化得到了其線性模型，并指出

4、集成空氣阻尼的空氣懸架系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是兩套相同模式結(jié)構(gòu)(氣缸工作腔+附加氣室+節(jié)流閥)的反向并聯(lián)組合，首先從單個(gè)模式結(jié)構(gòu)出發(fā)分析系統(tǒng)特性。基于復(fù)剛度，采用等效剛度、損耗系數(shù)、等效阻尼系數(shù)和等效阻尼比等特性參數(shù)對(duì)其剛度和阻尼特性進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析。研究了不同體積比、節(jié)流孔開(kāi)度、輸入幅值對(duì)上述特性參數(shù)的影響。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，模式結(jié)構(gòu)的等效剛度隨振動(dòng)頻率變化曲線呈“拉長(zhǎng)的S形”，而阻尼特性曲線呈“鐘形”。損耗系數(shù)可以定性的描述模式結(jié)構(gòu)的阻尼

5、特性，但等效阻尼系數(shù)和等效阻尼比更利于車(chē)輛工程領(lǐng)域中懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和研究人員進(jìn)行該類(lèi)懸架空氣阻尼的設(shè)計(jì)和研究。模式結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)的最大等效阻尼比僅與體積比，氣缸內(nèi)氣體剛度和所承受的載荷有關(guān)。文中提出的空氣阻尼比圖表(PDRD)不但適用于模式結(jié)構(gòu)空氣阻尼表述和設(shè)計(jì)，而且方便選擇體積比和節(jié)流小孔開(kāi)度，對(duì)于該類(lèi)模式結(jié)構(gòu)的空氣阻尼設(shè)計(jì)和研究具有普遍意義。懸架系統(tǒng)的等效剛度和等效阻尼特性與單個(gè)模式結(jié)構(gòu)性質(zhì)一致，由單個(gè)模式結(jié)構(gòu)特性得出的結(jié)論同樣適用于

6、整個(gè)懸架系統(tǒng)。
　?、然贛atlab/Simulink環(huán)境，建立了集成空氣阻尼的新型空氣懸架系統(tǒng)的四分之一車(chē)輛仿真模型，通過(guò)隨機(jī)路面平順性仿真詳細(xì)分析了變頻空氣阻尼對(duì)車(chē)輛平順性的影響及其代替液壓減振的可能性。研究結(jié)果表明，從對(duì)車(chē)身振動(dòng)控制角度來(lái)說(shuō)，該空氣懸架的空氣阻尼可以代替液壓阻尼，但綜合考慮懸架動(dòng)行程，車(chē)輪動(dòng)載等因素，在應(yīng)用該懸架系統(tǒng)的同時(shí)必須采取抑制車(chē)輪共振的措施，以保證車(chē)輛行駛的安全性。因此提出了兩種抑制車(chē)輪共振的方案：

7、添裝小液壓減振器；安裝動(dòng)力減振系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明合理選取相應(yīng)參數(shù)，兩種方法都是可行的，可顯著提高原空氣懸架系統(tǒng)的減振隔振效果。比較兩種改進(jìn)方案，安裝動(dòng)力減振系統(tǒng)的空氣懸架平順性較好；添裝小液壓減振器的方案可以減輕減振器重量，延長(zhǎng)減振器使用壽命，降低成本，而安裝動(dòng)力減振系統(tǒng)的方案則會(huì)使系統(tǒng)稍顯復(fù)雜。
　?、杀狙芯坎坏涂諝鈴椈蓜偠群透叨日{(diào)節(jié)相互耦合的問(wèn)題提出了解決方案，對(duì)提高空氣懸架及車(chē)輛性能具有重要意義，而且豐富了國(guó)內(nèi)在該研究方向