帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性機(jī)理的研究.pdf

1、空氣彈簧懸架系統(tǒng)具有變剛度、低振動(dòng)頻率、抗路面沖擊的特性，能有效改善車輛的行駛平順性、乘坐舒適性以及操縱穩(wěn)定性，還可降低車輛對(duì)路面的破壞等性能。在國(guó)外，空氣彈簧已廣泛應(yīng)用于車輛懸架系統(tǒng)，而在國(guó)內(nèi)，缺乏系統(tǒng)的空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，空氣懸架系統(tǒng)的研發(fā)能力較低，絕大多數(shù)整車及零部件生產(chǎn)企業(yè)缺乏空氣懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力，影響了參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。開(kāi)展空氣懸架系統(tǒng)關(guān)鍵部件--空氣彈簧系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究，既能滿足提高車輛懸架系統(tǒng)性能的要求，又能為我

2、國(guó)相關(guān)企業(yè)參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)提供有力支持，同時(shí)推進(jìn)我國(guó)汽車懸架行業(yè)的科技進(jìn)步。
　　 以管路連接主副氣室的帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)為研究對(duì)象，應(yīng)用CFD技術(shù)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部氣體流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，探索帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性機(jī)理。
　　 運(yùn)用有限元分析理論，建立空氣彈簧主氣室的有限元模型，分析空氣彈簧主氣室的非線性特性。利用ABAQUS/Standard模塊分析初始?xì)鈮?、簾線角、簾線間距和簾線層數(shù)對(duì)空氣彈簧承載性能的影響；用

3、Explicit模塊分析空氣彈簧主氣室的動(dòng)態(tài)特性與彈簧內(nèi)部初始?xì)鈮汉图ふ耦l率的關(guān)系。
　　 運(yùn)用均熵修正理論，建立連接管路的動(dòng)態(tài)分布模型，分析管路對(duì)氣體流動(dòng)產(chǎn)生的“時(shí)滯”效應(yīng)。綜合空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)和熱力學(xué)理論，考慮系統(tǒng)部件之間氣體流動(dòng)過(guò)程中熱量的交換，假設(shè)帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)各部件內(nèi)的氣體壓力均勻(整體等效氣壓)，基于變質(zhì)量系統(tǒng)理論，推導(dǎo)帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)微分方程，為系統(tǒng)特性分析奠定理論基礎(chǔ)。
　　 在等

4、效氣壓模型基礎(chǔ)上，研究帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)響應(yīng)特性。結(jié)果表明：系統(tǒng)響應(yīng)特性受附加氣室容積、連接管路內(nèi)徑等因素的影響明顯。隨附加氣室容積的增大，系統(tǒng)的固有頻率逐漸降低，當(dāng)附加氣室容積從OL增加至與主氣室等容積時(shí)，系統(tǒng)的固有頻率由1.8Hz降低至1.45Hz；隨管路內(nèi)徑的增大，自由振動(dòng)的周期先增大后減小，連接管路內(nèi)徑為12mm時(shí)，系統(tǒng)的自振頻率最小，約為1.34Hz；增設(shè)附加氣室后，系統(tǒng)的自由振動(dòng)是有阻尼振動(dòng)，隨附加氣

5、室容積的增大，系統(tǒng)的阻尼比增大；隨著連接管路內(nèi)徑的增大，帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)衰減變慢，阻尼比減小，說(shuō)明連接管路的阻尼作用降低。
　　 探索CFD與動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)在帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)特性分析中的應(yīng)用，應(yīng)用有限體積法對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的三維湍流進(jìn)行數(shù)值模擬，得到帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的內(nèi)部壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)等，分析系統(tǒng)內(nèi)部氣體的流動(dòng)現(xiàn)象和規(guī)律，研究帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性機(jī)理。
　　 根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模擬結(jié)

6、果，應(yīng)用面積加權(quán)平均法求解帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)工作高度位置的等效氣壓，并與理論計(jì)算得到的整個(gè)氣室等效氣壓進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，兩者之間存在一定差異。在不考慮連接管路內(nèi)徑影響時(shí)，通過(guò)數(shù)值模擬獲得系統(tǒng)工作高度位置的等效氣壓，在此基礎(chǔ)上求解動(dòng)剛度，并對(duì)其進(jìn)行三維曲面擬合、試驗(yàn)驗(yàn)證及誤差比較等，建立工作高度位置等效氣壓下帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的動(dòng)剛度模型。
　　 設(shè)計(jì)了帶有連接管路的帶附加氣室空氣彈簧特性試驗(yàn)系統(tǒng)，提出了帶附加氣室空氣彈

7、簧系統(tǒng)靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)方案，并在INSTRON8800數(shù)控液壓伺服激振試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)不同連接管路內(nèi)徑、不同附加氣室容積的空氣彈簧系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)，得到位移、載荷、氣壓等隨時(shí)間的變化關(guān)系，求解空氣彈簧系統(tǒng)動(dòng)剛度，并與工作高度位置等效氣壓下模擬得到的動(dòng)剛度進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了利用局部等效氣壓求解系統(tǒng)動(dòng)剛度的準(zhǔn)確性。通過(guò)試驗(yàn)和動(dòng)剛度模型分析空氣彈簧系統(tǒng)動(dòng)剛度的影響因素和影響規(guī)律，為彈簧系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)的匹配和選擇奠定基礎(chǔ)。