畢業(yè)設計（論文）-汽車空氣懸架試驗系統(tǒng)方案設計（全套圖紙）

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p><b>　　第一章 緒論2</b></p><p>　　1.1空氣懸架結構與分類2</p><p>　　1.2空氣彈簧懸架國內外發(fā)展歷史和現(xiàn)狀3<

2、;/p><p>　　1.3本論文研究的目的、內容和意義4</p><p>　　第二章 汽車振動的簡化及分析5</p><p>　　2.1振動的簡化5</p><p>　　2.2車身與車輪雙質量系統(tǒng)的振動分析6</p><p>　　第三章 空氣懸架系統(tǒng)元件概述9</p><p><b&

3、gt;　　3.1空氣彈簧9</b></p><p>　　3.1.1空氣彈簧特性11</p><p>　　3.1.2空氣彈簧特性試驗13</p><p><b>　　3.2減振器14</b></p><p>　　3.3高度控制閥16</p><p>　　第四章 控制方式18&

4、lt;/p><p>　　4.1最優(yōu)控制方法18</p><p>　　4.2自適應控制方法19</p><p>　　4.3模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制方法19</p><p>　　第五章 信號采集、控制元件的選擇20</p><p>　　5.1試驗臺信號采集、控制方案設計20</p><p>　　

5、5.2元件選擇20</p><p>　　5.3信號采集裝置的布置及剛度、高度調節(jié)22</p><p>　　第六章 機械元件的設計、校核23</p><p>　　6.1空氣彈簧設計計算23</p><p>　　6.1.1空氣彈簧剛度計算23</p><p>　　6.1.2附加空氣室設計24</p>

6、<p>　　6.2減振器選擇與計算25</p><p>　　6.3輪胎當量螺旋彈簧的設計、校核26</p><p>　　6.4 減振器螺栓的校核26</p><p>　　6.5 立柱的設計27</p><p>　　6.6 簧上、簧下質量的確定27</p><p>　　6.6.1簧上質量的確定2

7、7</p><p>　　6.6.2簧下質量的確定28</p><p><b>　　結 論29</b></p><p><b>　　致 謝30</b></p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>

8、　　附 錄</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　汽車空氣懸架近幾年開始發(fā)展迅猛，在空氣懸架中，空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，它還可以自動調整車輛高度，增加高速時的行車安全性。

9、與傳統(tǒng)汽車懸架相比，空氣懸架有許多性能優(yōu)點是傳統(tǒng)懸架無法與之匹敵。</p><p>　　本論文首先在熟悉空氣懸架各零部件的工作原理和結構的基礎上，主要根據(jù)學校實驗室現(xiàn)有的一個四分之一模擬懸架機械裝置，針對空氣懸架試驗臺系統(tǒng)的要求對上述四分之一模擬懸架機械裝置進行改進和優(yōu)化，然后對空氣懸架總成中的重要零部件進行型號選擇和論證，確定整個試驗臺的功用和結構布局，以方便后期試驗臺的制造。</p><p

10、>　　本論文所涉及的是南京林業(yè)大學車輛半主動懸架智能控制器研究(校創(chuàng)新基金CX2004-05)項目中的一部分。</p><p><b>　　黃義龍</b></p><p><b>　　2007年5月</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>

11、;　　1.1空氣懸架結構與分類</p><p>　　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)彈性地連接機構的總稱。其主要任務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，以保證汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性?？諝鈶壹埽櫭剂x，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行自動調節(jié)，

12、不論滿載還是空載，整車高度不會變化，可以大大提高乘坐的舒適性。其總成由兩部分組成：第一部分主要為結構件，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、儲氣筒、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。</p><p>　　圖1.1前懸

13、 圖1.2后懸</p><p>　　空氣懸架按具體結構可分為以下三種：全長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。</p><p>　　圖1.3全長鋼板彈簧并用式 圖1.4鋼板彈簧后端式 圖1.5平行桿式</p><p>　　空氣懸架還可按進氣的控制方式分為機械控制式和

14、電子控制式兩種。</p><p>　　空氣懸架因為空氣彈簧具有非線性剛度特性，因此可以得到較低的固有振動頻率，保證了汽車良好的行駛平順性；而且空氣懸架質量輕、彈簧剛度低，可以提高輪胎的附著能力，縮短制動距離，提高了整車的操縱穩(wěn)定性；相對板簧結構而言，空氣懸架車體平穩(wěn)，從空載到滿載的整個范圍內都能有效隔斷路面?zhèn)鬟f的振動，具有防震、防噪聲等功能；但空氣彈簧結構復雜，制造成本高；空氣彈簧尺寸大，布置困難；密封環(huán)節(jié)多，密

15、封困難。</p><p>　　1.2空氣彈簧懸架國內外發(fā)展歷史和現(xiàn)狀</p><p>　　空氣彈簧誕生于十九世紀中期，早期用于機械設備的隔振。1947年，美國首先在普爾曼車上使用空氣彈簧，到1964年，美國生產(chǎn)的25種公共汽車中，有23種使用了空氣彈簧懸架。美國的通用汽車公司在1958年就生產(chǎn)了裝有空氣彈簧懸架的牽引車。1961年，德國開始在大多數(shù)公共汽車上使用空氣彈簧，到1964年，德國

16、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、法國及日本等國家相繼對空氣彈簧作了大量的研究工作。目前，空氣彈簧懸架在國外豪華汽車上已經(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到100%，在中、重型貨車以及掛車上也超過80%，如美國的Ford，德國的Benz、Man、Neoplan，瑞典的Volvo，法國的雷諾，日本的尼桑、日野、五十鈴、三菱等。同時部分高級轎車上也有選裝空氣彈簧懸架的，如美國的林肯，德

17、國的Benz300SE和Benz600等。</p><p>　　我國早在二十世紀五十年代就對空氣彈簧進行了研究，1957年初，長春汽車研究所與化工部橡膠工業(yè)研究所合作，進行空氣彈簧橡膠氣囊的設計與研究，同年底制造出我國第一輛空氣懸架貨車。1958年，長春汽車研究所在北京、天津、上海等地設計和協(xié)助設計了公共汽車、無軌電車以及軌道車輛等多種車輛的空氣彈簧懸架。</p><p>　　八十年代初長

18、春汽車研究所再次進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計了空氣彈簧懸架，當時車身自振頻率可降低到1.1～1.2Hz，平均車速提高了17%。懸架質量也比同車型的鋼板彈簧懸架減輕了50～60公斤。這期間國產(chǎn)空氣懸架存在的主要問題是橡膠氣囊的壽命偏低和高度控制閥泄漏等沒有得到很好解決。</p><p>　　上世紀九十年代，國內客車廠紛紛從國外購置空氣彈簧懸架及空氣彈簧懸架客車底

19、盤，對其產(chǎn)品進行技術改進，以提高其產(chǎn)品的技術含量，搶占國內高檔客車市場，如北方車輛制造廠、廈門金龍聯(lián)合汽車公司、亞星客車集團公司等。同時國內各大汽車廠、研究所、大專院校也對空氣懸架進行開發(fā)設計和理論研究。如東風汽車工程研究院，中國重型汽車集團公司，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研究所，江蘇省交通科學研究院，湖北大學，同濟大學，北京理工大學等。在這段時期沈陽飛機制造公司和交通部重慶公路科學研究所起草了GB1161

20、2-89《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》國家標準，為高度控制閥和橡膠氣囊國產(chǎn)化提供了標準。</p><p>　　為了滿足空氣彈簧懸架維修配件的需要，近年來國內一些企業(yè)正在生產(chǎn)空氣彈簧懸架零部件，如貴州前進橡膠有限公司、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，應用于汽車、鐵路車輛和一些機械設備上。也有些曾經(jīng)生產(chǎn)過或正

21、在生產(chǎn)高度控制閥的廠家，如鐵道部科學研究院機車車輛研究所，華中理工大學，中國電子工程設計院，交通部重慶公路科學研究所，浙江瑞安市東歐汽車零件廠等。</p><p>　　1.3本論文研究的目的、內容和意義</p><p>　　隨著我國公路運輸業(yè)的發(fā)展，人們對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)的被動懸架中各參數(shù)一經(jīng)確定就無法改變，從而限制了汽車性能的進一步提高。阻尼或剛度參數(shù)可調

22、節(jié)的半主動懸架，可以根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)和道路激勵大小自動調節(jié)懸架參數(shù)，使其始終保持在最優(yōu)設定狀態(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、振動及噪聲小、使用壽命長等特點，推廣使用空氣彈簧懸架可以有效地解決上述問題。目前，國內外對半主動空氣彈簧懸架已經(jīng)進行了一些研究，尤其是在空氣彈簧懸架設計和空氣彈簧懸架控制及整車匹配技術方面做了大量開創(chuàng)性的工作。但是，對于空氣彈簧懸架的研究必須從實驗室開始，實驗室研究

23、又必須以試驗臺為基礎。至于試驗臺的研究設計目前國內也就只有幾所大專院校正在進行，有些還僅限于仿真階段，或者進行某個部件的試驗研究，基本上沒有詳細、全面的科研成果。</p><p>　　本試驗臺系統(tǒng)方案的設計就是為了能夠更好的設計出符合研究和試驗使用的試驗臺而進行的。通過對空氣懸架系統(tǒng)的各種元件進行正確的選型和論證，構造出符合研究和試驗使用的試驗臺就是本論文的目的和內容。研究用試驗臺一旦成功設計制造出來，它將最大可

24、能的模擬車輛懸架系統(tǒng)的真實的工作情況，試驗出來的準確數(shù)據(jù)將是實際車輛懸架系統(tǒng)設計、生產(chǎn)和制造的直接參考依據(jù)，試驗數(shù)據(jù)的正確與否將關系到實際車輛懸架系統(tǒng)設計、生產(chǎn)和制造流程的周期與成本。因此，本論文所研究的關于汽車空氣懸架試驗系統(tǒng)方案設計整個懸架系統(tǒng)設計、生產(chǎn)和制造流程中最為關鍵，也最為重要的第一步。</p><p>　　第二章 汽車振動的簡化及分析</p><p><b>　　2

25、.1振動的簡化</b></p><p>　　汽車是一個復雜的振動系統(tǒng)，應根據(jù)所分析的問題進行簡化。圖2.1為一個把汽車車身質量看作剛體的立體模型。汽車的懸掛質量為，它是由車身、車架及其上的總成所構成。該質量繞通過質心的橫軸y的轉動慣量為，懸掛質量通過減振器和懸架與車軸、車輪相連接。車輪、車軸構成的非懸掛質量為。車輪在經(jīng)過具有一定彈性和阻尼的輪胎支撐在不平的路面上。在討論平順性時，這一立體模型的車身質量

26、主要考慮垂直、俯仰、側傾3個自由度，4個車輪質量有4個垂直自由度,共7個自由度。</p><p>　　圖2.1四輪汽車的簡化的立體模型 圖2.2雙軸汽車簡化的平面模型</p><p>　　當汽車對稱于其縱軸線且左右車轍的不平度函數(shù)x(I)=y(I)，此時車身只有垂直振動Z和俯仰振動φ，這兩個自由度的振動對平順性的影響很大。圖2.2為汽車簡化成4個自由度的平

27、面模型。在這個模型中，又因輪胎阻尼較小而可以忽略不計，同時把質量，轉動慣量的車身按動力學等效的條件分解為前軸上、后軸上及質心C上的3個集中、、。這3個質量由無質量的剛性桿連接，它們的大小由下述3個條件決定：</p><p>　　1)總質量保持不變 ………………………………(1)</p><p>　　2)質心位置保持不變 ………………………………… (2)</p><p&

28、gt;　　3)轉動慣量的值保持不變 …………………(3)</p><p>　　式中為繞橫軸y的回轉半徑；a、b為車身質量部分的質心至前、后軸的距離。由式(1)、(2)和(3)得出3個集中質量分別為：</p><p>　　= = =</p><p><b>　　式中的為軸距。</b></p><p&

29、gt;　　通常，令ε=/，并稱其為懸掛質量分配系數(shù)。由上面3個式子可以看出當ε=1時，聯(lián)系質量=0。根據(jù)統(tǒng)計，大部分汽車的ε=0.8～1.2，即接近于1。在ε=1的情況下，前后軸上方車身部分的集中質量、的垂直方向運動是相互獨立的。在此的情況下，當前輪遇到路面不平度而引起振動時，質量運動而質量不運動；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上和前輪軸以及和后輪軸所構成的兩個雙質量系統(tǒng)的振動。</p><

30、;p>　　2.2車身與車輪雙質量系統(tǒng)的振動分析</p><p>　　圖2.3兩個自由度振動系統(tǒng)</p><p>　　對于圖2.2所示的雙軸汽車四個自由度的振動模型，當懸掛質量分配系數(shù)ε=的數(shù)值接近1時，前后懸掛系統(tǒng)的垂直振動幾乎是獨立的。于是可以簡化為圖2.3所示的兩個自由度振動系統(tǒng)。這個系統(tǒng)除了具有車身部分的動態(tài)特性外，還能反映車輪部分在10～15Hz范圍內產(chǎn)生高頻共振時的動態(tài)特性

31、，它對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)的實際情況。圖中，為懸掛質量(車身質量)；為非懸掛質量(車輪質量)；為懸掛剛度；為阻尼器阻尼系數(shù)；為輪胎剛度；q為輸入的路面不平度函數(shù)。</p><p>　　車輪與車身垂直位移坐標為z1、z2，坐標原點選在各自的平衡位置，其運動方程為：</p><p>　　……………………………………(4)</p><p>　

32、　無阻尼自由振動時，運動方程變成</p><p>　　………………………………………………………(5)</p><p>　　由運動方程可以看出，與的振動是相互耦合的。若不動(=0)，則得</p><p>　　這相當于只有車身質量的單自由度無阻尼自由振動。其固有圓頻率為：</p><p><b>　　。</b></p

33、><p>　　同樣，若不動(=0)，相當于車輪質量作單自由度無阻尼自由振動，于是可得車輪部分固有圓頻率：</p><p>　　與是雙質量系統(tǒng)，是只有單獨一個質量振動時的部分頻率(偏頻)。</p><p>　　在無阻尼自由振動時，設兩個質量以相同的圓頻率和相角作簡諧振動，振幅為、，則其解為：</p><p>　　將上面兩個解代入微分方程組(5)得：

34、</p><p>　　……………………………………………(6)</p><p>　　………………………………………(7)</p><p>　　將、代入式(6)和(7)，可得</p><p>　　此方程組有非零解的條件是和的系數(shù)行列式為零，化為代數(shù)式即</p><p><b>　　……………(8)</b&

35、gt;</p><p>　　式(8)稱為系統(tǒng)的頻率方程或特征方程，它的兩個根為雙質量系統(tǒng)主頻率和的平方</p><p>　　經(jīng)過一定的理論計算可以得到雙質量系統(tǒng)的傳遞特性；車身加速度、懸架彈簧動撓度和車輪相對動載的幅頻特性，從而可在一定的試驗條件下得出系統(tǒng)參數(shù)(車身部分固有頻率、阻尼比、剛度比和質量比)對振動響應的影響。具體總結如下：</p><p>　　車身加速度

36、、懸架彈簧動撓度和車輪相對動載對車身部分固有頻率的變化是很敏感的。阻尼比的變化對、和都有較大的影響：隨阻尼比增大，在低頻共振區(qū)的、的峰值均會下降，而在低頻、高頻兩個共振區(qū)之間都增大，在高頻共振區(qū)變化很小，而有明顯下降；當增大時，在高、低兩個共振區(qū)均會明顯下降，在兩個共振區(qū)之間變化很??；行駛安全性要求取較大值，平順性要求取較小值。車身與車輪部分質量比增大，、略有減小，主要是變化較大，因此，減小車輪部分質量對平順性影響不大，主要影響行駛安全

37、性。當其他參數(shù)、和均保持不變時，增大相當于懸架剛度不變而輪胎剛度增大，從而使車輪部分系統(tǒng)參數(shù)提高而下降，使三個幅頻特性高頻共振峰向高頻移動，而且峰值提高，其中的變化最大，次之；采用軟的輪胎對改善平順性，尤其是提高車輪與地面間的附著性能有明顯好處。</p><p>　　可控懸架就是通過改變彈簧剛度或減振器阻尼來改變懸架系統(tǒng)的剛度比或阻尼比來使行駛平順性和操縱安全性的矛盾適時緩解，從而使行駛平順性更好，更舒適而操縱穩(wěn)

38、定性更好。</p><p>　　第三章 空氣懸架系統(tǒng)元件概述</p><p><b>　　3.1空氣彈簧</b></p><p>　　橡膠空氣彈簧是由簾線層、內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。空氣彈簧只能承受垂直載荷，所以空氣彈簧懸架需要一套導向機構來

39、承受切向力和側向力。橡膠空氣彈簧總成一般由彈性元件、護圈、緩沖塊等經(jīng)裝配后形一個具有密閉氣室的整體。如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1空氣彈簧結構</p><p>　　橡膠空氣彈簧工作時，內腔充入壓縮空氣，形成一個壓縮空氣氣柱。隨著振動載荷量的增加，彈簧的高度降低，內腔容積減小，彈簧的剛度增加，內腔空氣柱的有效承載面積加大，此時彈簧的承載能力增加。當振動載荷量減小時，彈簧的高度

40、升高，內腔容積增大，彈簧的剛度減小，內腔空氣柱的有效承載面積減小，此時彈簧的承載能力減小。這樣，空氣彈簧在有效的行程內，空氣彈簧的高度、內腔容積、承載能力隨著振動載荷的遞增與減小發(fā)生了平穩(wěn)的柔性傳遞、振幅與震動載荷的高效控制。還可以用增、減充氣量的方法，調整彈簧的剛度和承載力的大小，還可以附設輔助氣室，實現(xiàn)自控調節(jié)。</p><p>　　根據(jù)橡膠氣囊工作時的變形方式，空氣彈簧可分為囊式空氣彈簧、膜式空氣彈簧和混合

41、式空氣彈簧三種。如圖3.2、圖3.3、圖3.4所示。按密封結構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。</p><p>　　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。</p><p>　　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

42、承受內壓張力。囊式空氣彈簧的有效面積變化率及彈簧剛度較大，振動頻率也較高。</p><p>　　圖3.2囊式 圖3.3膜式 圖3.4混合式</p><p>　　膜式空氣彈簧的結構是在蓋板和底座之間放置一個圓柱形橡膠氣囊，通過氣囊撓曲變形實現(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

43、，彈簧剛度變化要比囊式空氣彈簧小，同時也可通過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。</p><p>　　膜式空氣彈簧可通過改變氣囊長度來增加工作行程。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的壓力自封。</p><

44、p>　　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。</p><p>　　空氣彈簧氣囊是由高質量的彈性物質構成，具有良好的力學特性。一般工作內壓為0.4～0.6MPa，適應于-40°C～+70°C的溫度變化，并能抗磷化物質、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

45、組成，特殊要求產(chǎn)品由4層簾線層組成。內層橡膠主要是起密封作用，外層橡膠除了起密封作用外，還起保護作用。</p><p>　　3.1.1空氣彈簧特性</p><p>　　(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，因此可以根據(jù)需要將空氣彈簧設計成具有理想剛度特性的形式。在裝有高度閥的空氣彈簧懸架中還可實現(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

46、行駛平順性。而對于普通金屬彈簧，當設計參數(shù)確定后，其剛度固定不變，所以車輛載荷發(fā)生變化時其固有頻率隨載荷的變化而改變，從而無法保證在任何載荷下都具有較好的行駛平順性。圖3.5是普通金屬彈簧懸架和帶有高度調節(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，對于金屬彈簧懸架其靜撓度隨載荷增加而增大，而對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可以看出當載荷變化時金屬彈簧懸架的固

47、有頻率變化比空氣彈簧懸架大，說明空氣彈簧懸架具有其固有頻率基本保持不變的特性。</p><p>　　a b</p><p>　　圖3.5兩種不同懸架靜態(tài)特性比較曲線</p><p>　　圖3.6兩種不同彈簧的靜特性比較</p><p>　　(2)空氣彈簧具有非線性彈性特性，可

48、以將其特性曲線設計成理想形狀。圖3.6為金屬彈簧和空氣彈簧的靜特性比較。在相同的載荷作用下，空氣彈簧的當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，作該曲線上某點的切線便得到該點的剛度。通過合理選擇設計參數(shù)，可使空氣彈簧在正常工作范圍內剛度及其變化較小，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的平

49、順性，而在急轉彎、加速和制動等行駛工況，空氣彈簧在大幅度拉伸和壓縮時，其剛度逐漸增加，從而能限制車身的運動，提高操縱穩(wěn)定性?？諝鈴椈删哂凶儎偠忍匦裕逃蓄l率可以根據(jù)需要適當?shù)馗淖?，板簧則不具有這種功能。</p><p>　　(3)空氣彈簧的通用性好，對于同一種空氣彈簧，當充氣壓力改變時，可以得到不同的承載能力，因此，同一種空氣彈簧可以適應多種載荷的要求。另外，可以通過高度控制系統(tǒng)的作用，使空氣彈簧具有不同的安裝高

50、度，因此，同一種空氣彈簧又能適應多種結構的要求。</p><p>　　(4)空氣彈簧質量輕，對于高頻振動的吸收和隔振、消聲能力好?？諝鈴椈蓻]有鋼板彈簧的片與片之間的摩擦問題，與鋼板彈簧相比，空氣彈簧沒有金屬相碰和摩擦，工作時空氣介質內摩擦極小，幾乎沒有噪聲。</p><p>　　(5)空氣彈簧單位質量的儲能量與其它彈性元件相比是最高的。空氣彈簧單位質量的儲能量與橡膠氣囊的工作壓力和氣體在標

51、準狀態(tài)下的密度有關。對于在6.0MPa工作壓力下的氮氣，其單位質量的儲能量可達到3.3×105Nm/Kg,而鋼板彈簧、螺旋彈簧、橡膠彈簧單位質量的儲能量分別僅為76Nm/Kg～115Nm/Kg、178Nm/Kg～280Nm/Kg、508Nm/Kg～1016Nm/Kg。</p><p>　　(6)空氣彈簧也可以利用空氣產(chǎn)生阻尼作用。空氣彈簧主氣室和輔助氣室之間可以設有節(jié)流孔，在車身振動過程中，空氣流經(jīng)節(jié)流

52、孔時，產(chǎn)生能量損失，起到衰減汽車振動的阻尼作用。如果在節(jié)流孔處增加適當?shù)墓苈泛烷y門，得到相當?shù)淖枘嶙饔?，可以減少液力減振器的容量或提高減振器的使用壽命。</p><p>　　3.1.2空氣彈簧特性試驗</p><p>　　空氣彈簧具有較強的非線性且其剛度隨氣囊內初始壓力和工作行程的大小而改變。由于存在固氣偶合以及約束條件無法確定等因素，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

53、析當結構參數(shù)發(fā)生變化和氣囊大變形時對其剛度特性的影響。對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壓力和不同電磁閥開關時間下，彈簧的剛度特性變化曲線至關重要。</p><p>　　利用電液伺服系統(tǒng)組成的試驗系統(tǒng)原理框圖見圖3.7，電液伺服試驗的加載裝置可以對空氣彈簧進行諧波加載、正弦和隨機加載，同時可測量空氣彈簧的徑向力和變形，在試驗時首先應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

54、個加載循環(huán)時間。</p><p>　　圖3.7空氣彈簧特性試驗系統(tǒng)原理</p><p>　　在空氣彈簧充氣狀態(tài)靜特性試驗中，在不同的初始壓力下，使用諧波信號在規(guī)定的加載循環(huán)時間內，通過作動器給空氣彈簧加載，由力傳感器和位移傳感器測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間曲線。通過空氣彈簧充氣時徑向載荷和位移時間曲線，可以得到空氣彈簧在不同初始壓力下的剛度曲線。通過它可

55、以求出空氣彈簧在不同初始壓力下的剛度值，經(jīng)過曲線擬合可以得到空氣彈簧充氣時間與其剛度的關系曲線。</p><p>　　在空氣彈簧放氣狀態(tài)靜特性試驗中，在不同的初始壓力下，使用諧波信號在規(guī)定的加載循環(huán)時間內，通過作動器給空氣彈簧加載，由力傳感器和位移傳感器測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間曲線。通過空氣彈簧放氣時徑向載荷和位移時間曲線，可以得到空氣彈簧在不同初始壓力下的剛度曲線。通過它

56、可以求出不同初始壓力下空氣彈簧的剛度值，經(jīng)過曲線擬合可以得到空氣彈簧放氣時間與其剛度的關系曲線。</p><p>　　通過試驗看出空氣彈簧剛度隨氣囊內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時間越長，空氣彈簧剛度越大。放氣電磁閥打開時間越長，空氣彈簧剛度越小。也就是說，空氣彈簧剛度隨充氣時間增長而增大，隨放氣時間增長而減小。</p><p>　　通過對空氣彈簧進行特性

57、試驗，可以充分掌握空氣彈簧的特性，這對于今后整個空氣懸架系統(tǒng)的控制有至關重要的意義，對采用何種控制方式進行控制來說，是一個不可缺少的必要條件，是編寫控制程序必不可少的數(shù)據(jù)來源和參考。</p><p><b>　　3.2減振器</b></p><p>　　減振器工作的基本原理是利用阻尼消耗振動過程中產(chǎn)生的能量。汽車減振器是利用小孔節(jié)流的流體阻尼技術來實現(xiàn)懸架系統(tǒng)的減振特

58、性，稱為液力減振。從阻尼物理現(xiàn)象上區(qū)分，阻尼產(chǎn)生的機理有5類，即：工程材料的材料阻尼、流體的粘滯阻尼、結合面阻尼與庫侖摩擦阻尼、沖擊阻尼和電磁效應產(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，在最基本的減振器分類中或許只能分為摩擦式或液力式兩種。</p><p>　　摩擦式減振器具有結構輕便、成本低、容易調節(jié)的優(yōu)點。但它屬于典型的庫侖摩擦，由此產(chǎn)生的力與速度關系不大。摩擦式減振器對水和油液雜質非常

59、敏感，并且不易產(chǎn)生不對稱的力。由于采用摩擦式減振器的車輛，無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。</p><p>　　液力式減振器的機理是，車架與車橋作往復相對運動，而活塞在缸筒內往復運動時，減振器殼體內的油也便反復地從一個腔通過一些狹小的孔隙流入另一腔。此時孔壁與油液間的摩擦及流體分子內摩擦便產(chǎn)生了阻尼力。液力式減振器有多種結構，但基本上可劃

60、為兩類：有兩個活塞的桿式減振器和一個活塞的筒式減振器。</p><p>　　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所示對外界碰傷敏感，而雙筒式減振器可以阻擋外界的側面碰傷。圖3.9為雙筒式減振器結構示意圖，雙筒式減振器由防塵罩10，貯油缸5，工作缸2，活塞3，導向座9，壓縮閥6，流通閥8，伸張閥4，補償閥7，活塞桿1和油封11等元件組成。</p><p>　　減振器根據(jù)在壓

61、縮和伸張兩個行程內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分為阻尼可調式和阻尼不可調式兩種。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)阻尼介質的不同加上控制方式的不同加以分類的，但它們都屬于可變阻尼減振器。</p><p>　　圖3.8單、雙筒式減振器 圖3.9雙筒式減振器結構</p><p>　　雙向作用筒式液

62、力減振器一般都具有四個閥(圖3.9)，即壓縮閥6、伸張閥4、流通閥8和補償閥7。流通閥和補償閥是一般的單向閥，其彈簧很弱，當閥上的油壓作用力與彈簧力同向時，閥處于關閉狀態(tài)，完全不通油液；而油壓作用力與彈簧力反向時，只要很小的油壓，閥便能開啟。壓縮閥和伸張閥是卸何閥，其彈簧較強，預緊力較大，只有當油壓增高到一定程度時，閥才能開啟；而當油壓降低到一定程度時，閥即自行關閉。</p><p>　　雙向作用筒式液力減振器的

63、工作原理可按圖3.9，分為壓縮和伸張兩個行程加以說明。</p><p>　　壓縮行程 當汽車車輪滾上凸起或滾出凹坑時，車輪移近車架(車身)，減振器受壓縮，減振器活塞3下移。活塞下面的腔室(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，上腔內增加的容積小于下腔減小的容積，故還有一部分油液推開壓縮閥6，流回儲油缸5。這些閥對油液的節(jié)流便造成對懸架壓縮運動的阻尼力。

64、</p><p>　　伸張行程 當車輪滾進凹坑或滾離凸起時，車輪相對車身移開，減振器受拉伸。此時減振器活塞向上移動?；钊锨挥蛪荷撸魍ㄩy8關閉。上腔內的油液便推開伸張閥4流入下腔。同樣，由于活塞桿的存在，自上腔流來的油液還不足以充滿下腔所增加的容積，下腔內產(chǎn)生一定的真空度，這時儲油缸中的油液便推開補償閥7流入下腔進行補充。此時，這些閥的節(jié)流作用即造成對懸架伸張運動的阻尼力。</p><p

65、>　　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：</p><p>　　(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；</p><p>　　(2)在懸架的伸張行程，減振器的阻尼力較大，以實現(xiàn)迅速減振；</p><p>　　(3)當車橋和車架的相對速度過大時，減振器應當能自動加大液流通道截面積，使阻尼始終保持在

66、一定限度內，以避免承受過大的沖擊載荷。</p><p><b>　　3.3高度控制閥</b></p><p>　　車架高度控制機構包括一個高度傳感器、控制機構和執(zhí)行機構，其功能為:</p><p>　　a.隨車載變化保持合理的懸架行程；</p><p>　　b.高速時降低車身，保持汽車穩(wěn)定性，減少空氣阻力；</p&

67、gt;<p>　　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性。</p><p>　　在空氣彈簧懸架中，高度閥是用來控制空氣彈簧內壓的執(zhí)行機構，其工作原理見圖3.10。高度閥固定在車架上，其進、排氣口分別與儲氣筒和空氣彈簧相接。當空氣彈簧上的載荷增加時，彈簧被壓縮，儲氣筒內的氣體通過高度閥的進氣口向氣囊注入，氣囊內氣壓增加，空氣彈簧升高直至恢復到原來的位置，進氣口關閉為止；當空氣彈簧上的

68、載荷減小，彈簧伸張，氣體通過高度閥的排氣口排出，直至空氣彈簧下降到原來的位置，排氣口關閉為止。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，從而保證車身不隨載荷變化而變化。</p><p>　　圖3.10高度閥原理示意圖</p><p>　　高度閥分為機械式和電磁式，按組成又可分為帶延時機構和不帶延時機構。目前國內空氣懸架多采用機械式高度閥。</p><

69、;p>　　延時機構由緩沖彈簧和油壓減振器組成，其作用是：在車輛運行時的正常振動中，保證空氣彈簧的高度雖有變化但不起進、排氣作用；而當靜載荷變化或以極低頻率振動時，保證空氣彈簧進行充、排氣，以使在汽車正常的振動中高度閥的進、排氣閥不會頻繁地打開，從而減少壓縮空氣的浪費。在使用不帶延時機構的高度閥時，車輛在運行過程中高度閥的進、排氣閥不斷地打開、關閉，空氣消耗量大，為此一般在空氣通道上設置一個節(jié)流孔，或在排氣通道外加一長橡膠軟管，以便

70、限制空氣流量，避免空氣中的水分和灰塵堵塞小孔。圖3.11為帶延時機構的高度閥結構示意圖，圖3.12為不帶有延時機構的高度閥結構示意圖。</p><p>　　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、排氣閥7.止回閥</p><p>　　圖3.11帶延時機構的高度閥結構示意圖</p><p>　　1.閥體2.止回閥3.緩沖彈簧5.○形密封圈6.活

71、塞7.凸輪4.進、排氣閥8.控制桿</p><p>　　圖3.12不帶有延時機構的高度閥結構示意圖</p><p>　　帶延遲機構的高度閥工作原理：車體荷重增加時，車體下降，空氣彈簧壓縮，控制桿被推向上方，擺動臂開始轉動，緩沖彈簧被扭動而產(chǎn)生的彈力帶動主軸支架與油壓減振器中產(chǎn)生的阻尼力相抗衡；擺動臂轉動一定時間后，進氣閥打開，風缸中的壓縮空氣沖開止回閥，通過貫通本體的空氣通道流向空氣彈簧；

72、車架恢復到一定高度后，控制桿會返回平衡位置，此時進氣閥被關閉，壓縮空氣關斷。當車體荷重減少時，車體上升，空氣彈簧伸長，與荷重增加時情況相反，控制桿被拉下，經(jīng)過一段時間后排氣閥打開，空氣彈簧內的空氣被排出。</p><p>　　不帶延遲機構的高度閥工作原理：車體荷重增加時，車體下降，空氣彈簧壓縮，控制桿被推向上方，凸輪轉動帶動活塞頂開進、排氣閥，風缸中的壓縮空氣通過一段節(jié)流通道流入空氣彈簧；車架恢復到一定高度后，控

73、制桿會返回平衡位置，此時進氣閥被關閉，壓縮空氣關斷。當車體荷重減少時，車體上升，空氣彈簧伸長，與荷重增加時情況相反，控制桿被拉下，進、排氣閥打開，空氣彈簧內的空氣經(jīng)節(jié)流通道和活塞內的通道排出。</p><p>　　通常車身高度控制采用獨立控制形式，常見的情況是后懸架由兩個高度閥分別控制左右兩側的空氣彈簧，前懸架由一個高度閥來控制，控制信號取3個高度信號的平均值，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

74、身處于水平狀態(tài)。尤其在高速轉向時，空氣彈簧可顯著減小車身的側傾角。有資料表明，當車速在24km/h以下時，空氣懸架與板簧這兩種懸架的側傾角基本相同，當車速達到30km/h時，空氣懸架的側傾角就可以減小約30%。</p><p><b>　　第四章 控制方式</b></p><p>　　車輛懸架控制系統(tǒng)大多采用由傳感器拾取車身絕對速度、或車身對車軸的相對速度、車身的加速

75、度等信號，經(jīng)8位或16位微處理器發(fā)出指令實施控制，由電液控制閥或步進電機等執(zhí)行機構調節(jié)阻尼系數(shù)(半主動)或控制力(主動)。由于車輛懸架控制系統(tǒng)是十分復雜的非線性動力系統(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、自適應控制方法等。近年來，隨著控制理論與控制技術的發(fā)展，適用于非線性系統(tǒng)的先進控制技術和方法涌現(xiàn)并日趨成熟。在車輛動力學研究中，隨著研究范圍的逐步擴展，進而擴展到一些表現(xiàn)高

76、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用也愈加得到重現(xiàn)。</p><p><b>　　4.1最優(yōu)控制方法</b></p><p>　　應用于車輛懸架控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制方法可以分為線性最優(yōu)控制、最優(yōu)控制和最優(yōu)預報控制等三種。線性最優(yōu)控制是建立在系統(tǒng)較為理想模型基礎上，采用受控制對象的狀態(tài)響應與控制輸入的加權二次型作為性能指標，同時保證受控結構動態(tài)穩(wěn)定性

77、條件下實現(xiàn)最優(yōu)控制。把L.Q(Linear Quadratic線性二次型)調節(jié)器控制理論和LQG(Linear Quadratic Gaussian線性二次高斯型)控制理論應用于車輛懸架系統(tǒng)實現(xiàn)最優(yōu)控制?？刂剖窃O計控制器在保證閉環(huán)系統(tǒng)各回路穩(wěn)定的條件下，使相對于噪聲干擾的輸出取極小的一種最優(yōu)控制法。為了模擬由于車身質量、輪胎剛度、減振器阻尼系數(shù)以及車輛結構高頻柔度模態(tài)等變化不確定的誤差，應用控制法可實現(xiàn)車輛懸架振動控制具有較強的魯棒性。

78、最優(yōu)預報控制是利用車輛前輪的擾動信息預估路面的干擾輸入，預報控制的策略就是把所測量的狀態(tài)變量反饋給前后控制器實施最優(yōu)控制。這種控制方法特別適合于軌道車輛的主動懸架，由于機車大多在同一軌道上反復行駛，基于過去和現(xiàn)在的信息可以預測將來的信息，結合傳統(tǒng)的LQ控制系統(tǒng)實施最優(yōu)預報控制，模擬和實驗結果表明，不僅改善了行駛乘坐質量而且降低了控制所消耗的</p><p>　　4.2自適應控制方法</p><

79、p>　　車輛懸架振動系統(tǒng)是含有許多不確定因素的非線性動力系統(tǒng)難以用定常反饋系統(tǒng)達到預定的控制性能要求。應用于車輛懸架振動控制的自適應控制方法主要有自校正控制和模型參考自適應控制兩類控制策略。自校正控制是一種將受控對象參數(shù)在線性識別與控制器參數(shù)整定相結合的控制方法。把非線性自校正控制(STC)應用于非線性車輛主動懸架系統(tǒng)，能適應懸掛載荷和懸架元件特性的變化，自動調正主動懸架系統(tǒng)的控制器來降低車輛的振動。模型參考自適應控制的原理是當外

80、界激勵條件和車輛自身參數(shù)狀態(tài)發(fā)生變化時，被控車輛的診斷輸出仍能跟蹤所選定的理想?yún)⒖寄Ｐ汀Ａ碛幸环N新的自適應控制方法，它通過跟蹤一個預先定義的參考模型獲得任何非線性時便懸架模型的最優(yōu)性能，最優(yōu)性能依賴于包含前反饋控制和輔助控制器參數(shù)的自適應控制規(guī)則達到。把非線性“滑?！笨刂埔?guī)則應用于電液懸架系統(tǒng)，控制器依賴于精確的懸架系統(tǒng)模型，采用自適應控制的車輛懸架阻尼減振系統(tǒng)改善車輛的行駛特性，在德國大眾汽車公司的底盤上得到了應用。</p>

81、;<p>　　4.3模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制方法</p><p>　　近年來，模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡提供了行之有效的方法來解決在特定環(huán)境以及采用定性描述方式的多種目的設計中的各類問題。模糊控制已經(jīng)廣泛應用于水質控制、地鐵操作、汽車減振器和牽引以及攝像機聚焦等系統(tǒng)中。</p><p>　　自90年代以來，模糊控制方法被應用在車輛懸架系統(tǒng)中。其中具有代表性的是日本德島大學芳村敏夫教授的

82、研究工作。他同時把模糊理論應用于車輛懸架半主動和主動控制系統(tǒng)，基于三質量四自由度動力學模型，在隨機激勵作用下，用語言變量表示SM控制模式，采用模糊推理分別構成半主動和主動控制49條模糊控制規(guī)則，進行計算機模擬分析來控制車身的垂直振動和俯仰振動。其結果證實了采用模糊控制方法的有效性。日本名古屋大學橋山智訓等采用GA(Cenetic Algorithm遺傳算法)設計車輛懸架半主動系統(tǒng)的模糊控制器，由于它具有自動調整輸入變量的組合，隸屬函數(shù)的

83、參數(shù)和模糊規(guī)則數(shù)目等學習功能，按Karnopp控制模式尋找模糊控制規(guī)則和選擇輸入變量，計算機模擬結果顯示結合Gad的模糊推理方法比常規(guī)方法更加有效。</p><p>　　神經(jīng)網(wǎng)絡是一個有大量處理單元(神經(jīng)元）所組成的高度并行的非線性動力系統(tǒng)，其特點是可學習性和巨量并行性，故在車輛懸架振動控制中有廣泛的應用前景。研究表明用神經(jīng)網(wǎng)絡控制的非線性懸架系統(tǒng)，和用傳統(tǒng)的LQ調節(jié)器控制的懸架相比具有更好的性能。還可以應用神經(jīng)

84、網(wǎng)絡理論設計車輛主動懸架系統(tǒng)的動力補償器型控制器。</p><p>　　第五章 信號采集、控制元件的選擇</p><p>　　5.1試驗臺信號采集、控制方案設計</p><p>　　圖5.1電控空氣彈簧懸架試驗系統(tǒng)</p><p>　　如果完全再現(xiàn)車身運動狀態(tài)，將使試驗系統(tǒng)結構復雜和投入較高的制造成本，同時也使控制系統(tǒng)復雜化。考慮到實際條件，

85、本文采用兩自由度 1/4車輛懸架模型結構，建立如圖 5.1 所示電控空氣彈簧懸架試驗系統(tǒng)。該試驗系統(tǒng)雖然不能實現(xiàn)車身角振動和車身姿態(tài)的控制，但是可以反映車身的垂直振動，對單一方向的振動問題進行比較深入的理論分析和試驗研究。表 5.1 為試驗系統(tǒng)原理圖中各符號的含義。</p><p>　　表 5.1 試驗系統(tǒng)原理圖字母含義</p><p><b>　　5.2元件選擇</b&g

86、t;</p><p>　　1、本試驗系統(tǒng)中激振臺選用型號為DY-600-5的電動振動試驗系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以完成垂直、正弦、隨機等多種試驗，特別適合做運輸振動試驗。具體技術參數(shù)如下表：</p><p>　　表5.2 DY-600-5電動振動試驗系統(tǒng)具體技術參數(shù)</p><p>　　2、本試驗系統(tǒng)中選用日本THK公司生產(chǎn)的HRS-A型直線滑軌，主要參數(shù)如下表：</p

87、><p>　　表5.3 HRS-A型直線滑軌主要參數(shù)</p><p>　　3、本試驗系統(tǒng)中所用位移(高度)傳感器是安徽省傳感器廠的產(chǎn)品，具體參數(shù)見下表：</p><p>　　表5.4 WYDC-75D位移傳感器參數(shù)</p><p>　　4、本試驗系統(tǒng)中所用加速度傳感器是美國硅設計公司的產(chǎn)品，具體型號及參數(shù)見下表：</p><p

88、>　　表5.5 2210-010型加速度傳感器主要參數(shù)</p><p>　　5、本試驗系統(tǒng)中所用壓力傳感器是蘭華傳感器廠的產(chǎn)品，具體型號及參數(shù)見下表：</p><p>　　表5.6 EX型壓力傳感器主要參數(shù)</p><p>　　6、本試驗所需的用于控制高度的氣動換向閥為無錫氣動技術研究所有限公司所生產(chǎn)的3KA230型三位五通電磁換向閥，該種電磁閥為先導式，具體

89、參數(shù)見下表：</p><p>　　表5.7 控制閥參數(shù)表</p><p>　　本試驗裝置中的氣源總成主要包括空氣壓縮機和空氣濾清器等提供氣體和處理干燥氣體的零部件，所需裝置的具體型號和詳細參數(shù)說明如下：</p><p>　　7、本試驗所需的空氣壓縮機為蘇州歐普壓縮機有限公司生產(chǎn)的，具體型號及參數(shù)見下表：</p><p>　　表5.8 空氣壓縮

90、機參數(shù)</p><p>　　8、本試驗所需的空氣濾清器為廈門東亞機械有限公司生產(chǎn)的具體型號和參數(shù)見下表：</p><p>　　表5.9 空氣濾清器具體型號和參數(shù)</p><p>　　9、本試驗系統(tǒng)所選的用于控制空氣彈簧剛度的步進電機為金壇市四海電機電器廠的，具體參數(shù)見下表：</p><p>　　表5.10 42BYG007-01型步進電機參數(shù)

91、</p><p>　　5.3信號采集裝置的布置及剛度、高度調節(jié)</p><p>　　信號采集裝置的布置應美觀、合理，裝拆簡便同時又不影響信號采集的準確性。詳細布局見附錄的裝配圖(壓力傳感器未畫出)。</p><p>　　本裝置通過步進電機控制主、副氣室間通路面積的大小來改變空氣彈簧的剛度，在附件的裝配圖中，圖示為空氣彈簧剛度最小的位置，通過步進電機順時針旋轉120&

92、#176;，使閥芯上的孔對準另一個小孔，使彈簧剛度中等，步進電機再順時針旋轉120°或者在圖示位置起逆時針旋轉 120°，使主、副氣室間通路面積為零，空氣彈簧剛度最大。</p><p>　　本裝置通過一個氣動換向閥實現(xiàn)空氣彈簧高度的變化，閥的連接示意圖如下：</p><p>　　圖5.2 氣動換向閥連接示意圖</p><p>　　圖中，氣動換向閥

93、的B和R2口要堵住不用，A口接空氣彈簧主氣室，R1口接氣源總成，P口接大氣，該閥左位為主氣室排氣，右位為進氣，中位為鎖止。</p><p>　　第六章 機械元件的設計、校核</p><p>　　6.1空氣彈簧設計計算</p><p>　　6.1.1空氣彈簧剛度計算</p><p>　　在我本次畢業(yè)設計中，給定參數(shù)有：簧載質量ms為160kg,

94、非簧載質量mu為20kg,懸架空氣彈簧剛度在正常振動幅度內約為10N/mm,輪胎剛度kt為100N/mm。</p><p>　　綜合所有參數(shù)，另外參考國內空氣彈簧生產(chǎn)廠商，最終確定選用貴州前進橡膠有限公司的型號B564膜式空氣彈簧。其具體參數(shù)見表6.1： </p><p>　　表6.1 B564膜式空氣彈簧參數(shù)表</p><p>　　空氣彈簧垂直剛度計算公式：<

95、;/p><p>　　………………………………………………(9)</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　m: 多變指數(shù)，美國GM公司取值1.4, Buick公司取值1.3,Firestone公司和Goodyear公司均取值1. 38；</p><p>　　P:空氣彈簧在設計位置時的內壓力(表壓)；

96、 Pa:大氣壓力；</p><p>　　x:空氣彈簧高度變化量； Kcj:計算垂直剛度；</p><p>　　V:空氣彈簧高度變化x后的容積； A:空氣彈簧有效承壓面積；</p><p>　　:有效承壓面積變化率； :容積變化率。</p>&l

97、t;p>　　和須由空氣彈簧的幾何形狀求得。綜合囊式、膜式等各種空氣彈簧進行研究，可以得到適合于一切回轉體型空氣彈簧的垂直剛度公式：</p><p>　　…………………………………………………………(10)</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　a:各種型式空氣彈簧的垂直特性形狀系數(shù)，膜式彈簧因垂直變形不大和使計算

98、簡單可近似取0；其余參數(shù)同上。</p><p>　　型號B570膜式空氣彈簧根據(jù)其產(chǎn)品參數(shù)可計算出有效承壓面積變化率，具體為</p><p>　　根據(jù)式(10)和該型號的具體參數(shù)可得彈簧在不同負載和不同高度下的剛度值，見表6.2。</p><p>　　表6.2 B570膜式空氣彈簧剛度表</p><p>　　通過計算，所選空氣的剛度參數(shù)和承載

99、能力均符合本次設計的要求。</p><p>　　6.1.2附加空氣室設計</p><p>　　空氣彈簧氣室容積對其垂直剛度 錯誤!未找到引用源。的影響很大，故可利用增加空氣彈簧氣室容積的方法來降低空氣彈簧的垂直剛度以獲得較低的車身固有頻率。可是，由于結構限制，尤其是在考慮橫向性能時，空氣彈簧本體的尺寸不需要設計太高，相反，應盡量設計得低一些。因此，空氣彈簧本體的容積V。不可能設計得太大，常

100、常通過附加一個一定容積的氣室來增加空氣彈簧的總的氣體容積。</p><p>　　空氣彈簧垂直剛度與空氣彈簧氣室容積之間的關系是剛度并不總是隨著容積的變大而減小，當容積增大到一定程度時繼續(xù)增加氣室容積對降低剛度的作用不再明顯。結合本次研究所選空氣彈簧，設計了一個圓柱形附加空氣室，其內邊長為60mm，高為100mm，容積為0.36L。</p><p>　　為使空氣彈簧在設計高度時能承受設計負荷

101、，其內壓一般在0.4～0.6Mpa范圍內選取。而空氣彈簧氣囊的最大許用內壓可達0.7Mpa。附加空氣室與空氣彈簧連通，從而要求所設計的附加空氣室至少能承受0.7Mpa的內壓。</p><p>　　考慮到充氣后變形以及振動過程中會受到拉伸、壓縮力的作用和安全強度、成本以及制造方便考慮，最后選用6mm厚的鋼板進行焊接拼裝。</p><p>　　6.2減振器選擇與計算</p>&l

102、t;p>　　此試驗臺中減振器采用普通液力筒式減振器，相對阻尼系數(shù)Ψ根據(jù)普通轎車、客車的前懸的系數(shù)，選擇Ψ=0.3。</p><p>　　減振器的阻力系數(shù)為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　:簧載質量Kg；</b></p><p>　　:杠桿比，此處=1

103、；</p><p>　　:安裝夾角，此處=0；</p><p>　　:懸架系統(tǒng)的自然振動頻率Hz；</p><p><b>　?。合鄬ψ枘嵯禂?shù)。</b></p><p>　　根據(jù)上式，得到δ=940.8。</p><p>　　QC/T491—1999《汽車筒式減振器 尺寸系列及技術條件》中對減振器

104、的阻力系數(shù)的定義為活塞速度為0.52m/s時的阻尼力，是減振器出廠檢測性能參數(shù)。根據(jù)此標準，此次所選的減振器的工作缸直徑為Φ=20mm。</p><p>　　根據(jù)選定的空氣彈簧的具體參數(shù)和QC/T491—1999《汽車筒式減振器 尺寸系列及技術條件》，所選減振器的具體參數(shù)列于下表6.3：</p><p>　　表6.3 減振器參數(shù)表</p><p>　　6.3輪胎當量

105、螺旋彈簧的設計、校核</p><p>　　輪胎當量螺旋彈簧要承受幾乎整個試驗系統(tǒng)的全部重量，即此彈簧簧載質量為相當于車身質量與空氣彈簧及其余零件的全部質量，總重量估算為180kg。</p><p>　　彈簧設計時確定剛度k=100000N/m；</p><p>　　所受最大載荷為F=180×10＋5000=6800N</p><p>

106、;<b>　　最大壓縮量；</b></p><p>　　彈簧材料選60Si2Mn，查表得[τ]=640MPa</p><p><b>　　初選鋼絲直徑，</b></p><p>　　得到旋繞比，查表得曲度系數(shù)K=1.22</p><p>　　d≥=14.9mm；初選符合靜強度條件；</p>

107、;<p><b>　　彈簧圈數(shù)</b></p><p><b>　　內徑</b></p><p><b>　　外徑</b></p><p>　　間距，故δ取16mm</p><p><b>　　節(jié)距</b></p><p&

108、gt;　　螺旋升角(在5°～9°之間)</p><p><b>　　總圈數(shù)</b></p><p><b>　　彈簧自由高度</b></p><p>　　高徑比b==﹤5.3；穩(wěn)定符合條件。</p><p><b>　　彈簧初始變形量</b></p&g

109、t;<p><b>　　彈簧安裝高度</b></p><p>　　6.4 減振器螺栓的校核</p><p>　　為了便于減振器與彈簧的并聯(lián)安裝，減振器與空氣彈簧支架的連接處選用一螺栓作為聯(lián)接鍵，該銷為45號鋼，調火處理，[]=30Mp；</p><p>　　螺栓的直徑為12mm；</p><p>　　簧上質

110、量160kg，即P=160×10=1600(N)</p><p>　　<[]=30MPa；應力符合強度條件。</p><p><b>　　6.5 立柱的設計</b></p><p>　　綜合考慮裝置得強度承受等問題，立柱的材料選擇20號槽鋼，它的設計除了在高度，寬度大小尺寸上符合要求以外，關鍵的是它與導軌的連接面的平面度、與水平