1、杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（2011屆）題 目空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè)車(chē)輛工程班 級(jí)07010511學(xué) 號(hào)07010535學(xué)生姓名徐鑫指導(dǎo)教師趙駱偉完成日期2011年5月摘要本論文根據(jù)有關(guān)汽車(chē)模型簡(jiǎn)化的理論，在現(xiàn)有的四分之一模擬懸架機(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)

2、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)出總成的裝配圖、重要零件的零件圖。關(guān)鍵詞：汽車(chē)振動(dòng)；空氣彈簧；可控空氣懸架；懸架試驗(yàn)臺(tái)AbstractThe thesis according to the theory which simplifies about the model of vehicle, on the base of a quarter car simulation suspension mecha

3、nism rig, the ordinary helical spring is replaced by an air spring, and the air suspension testing rig have been designed.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

4、stepper motor and realizes the air spring variable stiffness. The mechanical vibrating system of the test rig is composed 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

5、performance element. Using the sensor gathers signal, then the ECU analyses and controls the height valve and the stepper 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

6、 the shock absorber, the sensor, the air operated part and the stepper motor selection, then designs the test rig structure, arranges signal gathering equipment and examine the important components, finally draws the assembly drawing and the detail drawings of the important parts.Key Words: Automobi

7、le vibration, Air spring, Controllable air suspension, The suspension test rig 前 言懸架是現(xiàn)代汽車(chē)上的重要總成之一，它把車(chē)架(或車(chē)身)與車(chē)軸(或車(chē)輪)彈性地連接起來(lái)，主要功能是傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架(或車(chē)身)之間的一切力和力矩，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車(chē)架(或車(chē)身)的沖擊載荷，削弱由此引起的承載系統(tǒng)的振動(dòng)，以保證汽車(chē)平順的行駛。懸架對(duì)汽車(chē)的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性、通過(guò)性等多種使用性能都有很大的影響，懸架系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響整車(chē)的使用性能的高低。一套設(shè)計(jì)成熟的懸架系統(tǒng)一股都是長(zhǎng)時(shí)間積累的結(jié)果，不會(huì)輕易改動(dòng)，采用平臺(tái)化開(kāi)發(fā)戰(zhàn)

8、略開(kāi)發(fā)的系列車(chē)型，其底盤(pán)中懸絮系統(tǒng)的變化是非常有限的，所要做工作通常只是重新匹配前后懸架系統(tǒng)剛度和阻尼，所以懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直是汽車(chē)設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品研發(fā)中十分關(guān)注的重要問(wèn)題之一。空氣懸架車(chē)輛利用空氣彈簧及其工作過(guò)程中的變剛度特點(diǎn)，不僅能提高車(chē)輛的行駛平順性和幾何通過(guò)性等性能，而且能顯著降低車(chē)身零部件、乘員或貨物所受的沖擊載荷。所以，有越來(lái)越多的車(chē)輛裝備空氣懸架，這種趨勢(shì)在大型商用車(chē)(如高檔客車(chē))領(lǐng)域反映更明顯。因此，研究客車(chē)空氣懸架的性能十分有意義。第一章 緒論1.1空氣懸架結(jié)構(gòu)與分類空氣懸架系統(tǒng)主要由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、空氣彈簧、減振器、高度控制閥、橫向穩(wěn)定器、空氣壓縮機(jī)、油水分離器、調(diào)壓閥、儲(chǔ)氣罐、儲(chǔ)

9、氣筒、空氣濾清器、車(chē)身高度控制閥、控制連桿、連接管路、緩沖限位塊和橡膠襯套等部分組成，如圖1-1圖1-1 空氣懸架在整車(chē)上的布置簡(jiǎn)圖1. 空氣壓縮機(jī) 2. 油水分離器 3. 調(diào)壓閥 4. 儲(chǔ)氣筒 5、10 空氣濾清器6. 車(chē)身高度控制閥 7. 控制連桿 8. 空氣彈簧 9. 儲(chǔ)氣罐圖1-2,1-3分別為客車(chē)空氣懸架的前懸和后懸。圖1-2 前懸圖1-3 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1-4,1-5,1-6所示。 圖1-4全長(zhǎng)鋼板彈簧并用式 圖1-5鋼板彈簧后端式 圖1-6平行桿式空氣懸架還可按進(jìn)氣的控制方式分為

10、機(jī)械控制式和電子控制式兩種。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(chē)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(chē)的操縱穩(wěn)定性；相對(duì)板簧結(jié)構(gòu)而言，空氣懸架車(chē)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?chē)?guó)內(nèi)外發(fā)展歷史和現(xiàn)狀空氣懸架系統(tǒng)(AIRMATIC)是流行于當(dāng)今發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)行業(yè)的先進(jìn)產(chǎn)品。在發(fā)達(dá)國(guó)家，100%的中型以上客車(chē)都用了空氣懸架系統(tǒng)，40%以上的卡車(chē)、掛車(chē)

11、和牽引車(chē)用了空氣懸架系統(tǒng)。其最大的優(yōu)點(diǎn)是：不僅可以提高乘員的乘坐舒適性，而且可以對(duì)道路起到保護(hù)作用。在平坦路面上，可降低車(chē)身高度，使空氣阻力系數(shù)為最佳值，從而減小油耗或在功率不變的情況下獲得最大車(chē)速；在崎嶇不平的路面上，可提高車(chē)身高度以通過(guò)障礙物123。空氣彈簧誕生于十九世紀(jì)中期，在Gharies Goodyear發(fā)明了橡膠硫化技術(shù)3年以后，1847年，John Lewis發(fā)明了空氣彈簧。就在Lewis發(fā)明空氣彈簧的同一年，美國(guó)科學(xué)創(chuàng)刊號(hào)上就提出了“ride on air”的概念。此后IWHoagIand，William RFee和George MAlsop等人為了解決空氣彈簧的密封性問(wèn)題，分

12、別對(duì)空氣彈簧進(jìn)行了研究和改進(jìn)設(shè)計(jì)6-8。空氣彈簧早期用于機(jī)械設(shè)備的隔振4，最早用作車(chē)輛的懸架元件的專利出現(xiàn)在1901年，被用怍有軌電車(chē)懸架的減振元件。1908年，George Bancroft首次申報(bào)了將空氣彈簧用在汽車(chē)懸架上的專利(1910年獲得授權(quán))。第一個(gè)裝備空氣懸架的汽車(chē)產(chǎn)品出現(xiàn)在1914年(該車(chē)裝備的空氣彈簧實(shí)質(zhì)上是一個(gè)油氣彈簧)，是由發(fā)明家、企業(yè)家George Westinghouse設(shè)計(jì)制造的。20世紀(jì)30年代初，美國(guó)凡世通輪胎公司首次把空氣彈簧應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)。哈維·凡世通（Harvey Firestone）在亨利·福特一世（Henry Ford I）和托馬斯

13、·阿瓦·愛(ài)迪生（Thomas Alva Edison）的技術(shù)支持下，在1934年研制出了柱式空氣彈簧懸架系統(tǒng)AIREDE空氣彈簧。1944年通用汽車(chē)公司與凡世通公司合作，在其客車(chē)上進(jìn)行了首輪試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示了空氣懸架系統(tǒng)的內(nèi)在優(yōu)越性。通用汽車(chē)公司經(jīng)過(guò)大量的產(chǎn)品研制開(kāi)發(fā)工作，1953年開(kāi)始試生產(chǎn)裝有空氣懸架的客車(chē)，這是商用汽車(chē)采用空氣彈簧懸架的開(kāi)始。20世紀(jì)50年代中葉，固特異輪胎公司研制出一種滾動(dòng)凸輪式空氣彈簧，凸輪在活塞的型面上滾動(dòng)，從而控制空氣彈簧的負(fù)載變化關(guān)系曲線。隨后不久，空氣懸架技術(shù)在歐洲也得到很快發(fā)展，但歐洲的發(fā)展道路和北美有些不同。歐洲的汽車(chē)生產(chǎn)廠商并未將空

14、氣懸架變成單獨(dú)總成，而是各自開(kāi)發(fā)滿足其獨(dú)特車(chē)型需要的空氣懸架。這種不同的發(fā)展道路使歐洲的空氣懸架設(shè)計(jì)只適用于某種具體車(chē)型，并采用一些復(fù)雜技術(shù)，因而其成本較高。而北美的空氣懸架通用性較強(qiáng)，應(yīng)用較簡(jiǎn)單，成本較低。目前國(guó)外在高級(jí)大客車(chē)上幾乎全部使用了空氣懸架，重型載貨車(chē)使用空氣懸架的比例也已達(dá)80%以上，空氣懸架在輕型汽車(chē)上的應(yīng)用量也在迅速上升，部分轎車(chē)也逐漸開(kāi)始安裝空氣懸架，如美國(guó)的林肯、德國(guó)的Benz300SE和Benz600等。在一些特種車(chē)輛（如對(duì)防震要求較高的儀表車(chē)、救護(hù)車(chē)、特種軍用車(chē)及要求高度調(diào)節(jié)的集裝箱運(yùn)輸車(chē)等）上，空氣懸架幾乎為唯一選擇。 國(guó)外汽車(chē)空氣懸架的發(fā)展經(jīng)歷了“鋼板彈簧-氣囊復(fù)

15、合式懸架被動(dòng)全空氣懸架主動(dòng)全空氣懸架（即ECAS電控空氣懸架系統(tǒng)）”的變化。ECAS應(yīng)用了電子控制系統(tǒng)，使汽車(chē)在各種路面、各種工況條件下能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)調(diào)節(jié)、主動(dòng)控制，并增加了許多輔助功能（如故障診斷功能等），目前在歐洲一些國(guó)家的大客車(chē)上已經(jīng)大量應(yīng)用，可以預(yù)見(jiàn)，ECAS在汽車(chē)上的應(yīng)用將越來(lái)越普及。 空氣懸架在我國(guó)的應(yīng)用已經(jīng)落后國(guó)外幾十年，直到近幾年隨著高檔客車(chē)制造技術(shù)的引進(jìn)以及人們對(duì)舒適性要求的提高，加上國(guó)家對(duì)客車(chē)等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)要求，空氣懸架才開(kāi)始逐步應(yīng)用起來(lái)。目前空氣懸架主要集中應(yīng)用在高等級(jí)客車(chē)上，但是受多方面因素的制約，空氣懸架的配置率還很低，基本上還屬于“導(dǎo)入”階段。據(jù)掌握的不完全資料，國(guó)內(nèi)部

16、分?jǐn)?shù)量相對(duì)較大的應(yīng)用主要集中在鄭州宇通、廈門(mén)金龍、蘇州金龍、揚(yáng)州亞星、一汽客底、東風(fēng)杭汽等規(guī)模較大的主要客車(chē)及底盤(pán)廠家。20022004年的大致情況：鄭州宇通有部分自主開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，主要選配N(xiāo)ewway及ReycoReyco的空氣懸架；揚(yáng)州亞星主要選用Neway及Reyco的空氣懸架；東風(fēng)杭汽近兩年先后采用Neway和科曼的空氣懸架；一汽客底主要選用Neway或Reyco的空氣懸架；廈門(mén)金龍、蘇州金龍一邊選用Neway、科曼或其他國(guó)外公司的產(chǎn)品，一邊在進(jìn)行自主開(kāi)發(fā)。此外，國(guó)內(nèi)其它一些客車(chē)廠家也都是少批量、以選裝國(guó)外空氣懸架產(chǎn)品為主。目前汽車(chē)空氣懸架在載重貨車(chē)的應(yīng)用國(guó)內(nèi)尚處于起步階段。以空氣彈簧懸

17、架取代傳統(tǒng)的鋼板彈簧懸架，既是必然趨勢(shì)5，也是現(xiàn)實(shí)的客觀要求。目前，擺在國(guó)內(nèi)商用車(chē)廠商面前的形勢(shì)是：誰(shuí)先掌握了汽車(chē)空氣懸架的開(kāi)發(fā)技術(shù) ，誰(shuí)領(lǐng)先開(kāi)發(fā)出配置空氣懸架的成熟車(chē)型，誰(shuí)就掌握了今后若干年內(nèi)商用車(chē)市場(chǎng)的先機(jī)和主動(dòng)。因此，對(duì)于我國(guó)汽車(chē)業(yè)界而言，空氣懸架項(xiàng)目不僅僅是一個(gè)難得的商機(jī)，更重要的意義在于空氣懸架的廣泛應(yīng)用可以較快提升我國(guó)商用車(chē)的檔次、技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，縮短與國(guó)外商用車(chē)的技術(shù)、等級(jí)差距，鞏固和擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)商用車(chē)的市場(chǎng)份額。目前，我國(guó)在汽車(chē)懸架系統(tǒng)方面，除了鋼板彈簧懸架的設(shè)計(jì)及應(yīng)用比較成熟以外，其它懸架技術(shù)的應(yīng)用絕大部分還處于車(chē)型引進(jìn)、仿制或直接購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品階段。懸架產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)滯后，一方

18、面表現(xiàn)在設(shè)計(jì)手段落后，計(jì)算機(jī)應(yīng)力分析、動(dòng)態(tài)仿真在企業(yè)中應(yīng)用還較少；另一方面沒(méi)有建立一套完善的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系。在美國(guó)，由于空氣懸架的普遍應(yīng)用，已經(jīng)成就了一批專門(mén)從事空氣懸架設(shè)計(jì)、制造的懸架專業(yè)公司。我國(guó)交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)運(yùn)客車(chē)類型劃分及等級(jí)評(píng)定已經(jīng)規(guī)定，高級(jí)大、中型客車(chē)要采用空氣懸架，但既沒(méi)有一家整車(chē)廠能獨(dú)立設(shè)計(jì)出空氣懸架并成功地應(yīng)用于整車(chē)，也沒(méi)有一家懸架專業(yè)公司能夠設(shè)計(jì)出并向市場(chǎng)提供成熟的空氣懸架產(chǎn)品。雖然我國(guó)加入WTO之后，汽車(chē)及零部件產(chǎn)業(yè)會(huì)全面融入全球經(jīng)濟(jì)一體化，汽車(chē)行業(yè)可以實(shí)現(xiàn)全球采購(gòu)，但是不能擁有懸架設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵技術(shù)，整車(chē)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力肯定會(huì)削弱。1.3本論文研究的目的、內(nèi)容和意義隨著我國(guó)

19、公路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)匹配技術(shù)方面做了大量開(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

20、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(chē)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(chē)輛懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造的直接參考依據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確與否將關(guān)系到實(shí)際車(chē)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)

21、于汽車(chē)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(chē)振動(dòng)的簡(jiǎn)化及分析2.1振動(dòng)的簡(jiǎn)化汽車(chē)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(chē)車(chē)身質(zhì)量看作剛體的立體模型。汽車(chē)的懸掛質(zhì)量為，它是由車(chē)身、車(chē)架及其上的總成所構(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(chē)軸、車(chē)輪相連接。車(chē)輪、車(chē)軸構(gòu)成的非懸掛質(zhì)量為。車(chē)輪在經(jīng)過(guò)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(shí)，這一立體模型的車(chē)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(chē)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(chē)的簡(jiǎn)化

22、的立體模型 圖2.2雙軸汽車(chē)簡(jiǎn)化的平面模型當(dāng)汽車(chē)對(duì)稱于其縱軸線且左右車(chē)轍的不平度函數(shù)x(I)=y(I)，此時(shí)車(chē)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(chē)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，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的車(chē)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、。這3個(gè)質(zhì)量由無(wú)質(zhì)量的剛性桿連接，它們的大小由下述3個(gè)條件決定：1)總質(zhì)量保持不變 ··············

23、;············(1)2)質(zhì)心位置保持不變 ·····························(2)3)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的值保持不變 ····

24、;············(3)式中為繞橫軸y的回轉(zhuǎn)半徑；a、b為車(chē)身質(zhì)量部分的質(zhì)心至前、后軸的距離。由式(1)、(2)和(3)得出3個(gè)集中質(zhì)量分別為：= = =式中的為軸距。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)=1時(shí)，聯(lián)系質(zhì)量=0。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，大部分汽車(chē)的=0.81.2，即接近于1。在=1的情況下，前后軸上方車(chē)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)；反之也是這樣；因此，在這

25、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(gòu)成的兩個(gè)雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)。2.2車(chē)身與車(chē)輪雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)分析圖2-3 兩自由度1/4車(chē)輛模型振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于圖2.2所示的雙軸汽車(chē)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2.3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(chē)身部分的動(dòng)態(tài)特性外，還能反映車(chē)輪部分在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(chē)輪的接地性有較大影響，更接近汽車(chē)懸掛系統(tǒng)的實(shí)際情況。圖中k1為輪胎徑向剛度；k2為空氣懸架剛度系數(shù)，與空氣彈簧狀態(tài)有關(guān)，是控制量；c為減振器阻尼系數(shù)；m1、

26、m2代表非簧載質(zhì)量和簧載質(zhì)量；x0、x1、x2分別表示路面激勵(lì)、非簧載質(zhì)量位移以及簧載質(zhì)量位移。根據(jù)牛頓第二定律，建立半主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程························（4）式中車(chē)身加速度；x2-x1懸架動(dòng)撓度；k1（x1-x0）車(chē)輪動(dòng)載荷。無(wú)阻尼自由振動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)方程變成·····

27、;········································（5）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)(x1=0)，則得這相當(dāng)于只有車(chē)身質(zhì)量的單自由度無(wú)阻尼自由振動(dòng)。

28、其固有圓頻率為：同樣，若不動(dòng)(x2=0)，相當(dāng)于車(chē)輪質(zhì)量作單自由度無(wú)阻尼自由振動(dòng)，于是可得車(chē)輪部分固有圓頻率：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)。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x10、x20，則其解為： 將上面兩個(gè)解代入微分方程組(5)得：·························

29、;···············（6）··································&#

30、183;···（7）將、代入式(6)和(7)，可得此方程組有非零解的條件是x10和x20的系數(shù)行列式為零，化為代數(shù)式即····························（8）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)主頻率和的平方經(jīng)過(guò)一定的理論計(jì)算可以得到雙質(zhì)量系統(tǒng)

31、的傳遞特性；車(chē)身加速度、懸架彈簧動(dòng)撓度和車(chē)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(chē)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：車(chē)身加速度車(chē)身加速度、懸架彈簧動(dòng)撓度和車(chē)輪相對(duì)動(dòng)載對(duì)車(chē)身部分固有頻率的變化是很敏感的。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(chē)身與車(chē)輪部分質(zhì)量比增大，、略有減小，主要是變化較大，因此，減小車(chē)輪部分質(zhì)量

32、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(chē)輪部分系統(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，其中的變化最大，次之；采用軟的輪胎對(duì)改善平順性，尤其是提高車(chē)輪與地面間的附著性能有明顯好處。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空氣彈簧空氣彈簧是一種由夾有簾線的橡膠囊和充入其內(nèi)腔的壓縮空氣所組成的彈性元件（如圖3-1）。橡膠氣囊是空氣彈簧的重要部件。一般

33、由內(nèi)橡膠層、簾布層、外橡膠層和成型鋼絲圈硫化而成。內(nèi)橡膠層主要用于密封，因此采用的是氣密性和耐油性比較好的橡膠；外橡膠層除了密封以外還起保護(hù)作用，要考慮光線輻射和臭氧侵蝕，一般采用氯丁橡膠；簾布層是空氣彈簧的承載部分，簾線的材質(zhì)是空氣彈簧的耐壓性和耐久性的決定性因素，所以一般選擇耐壓性、耐屈撓性好以及與橡膠的附著強(qiáng)度高的人造絲、聚酯、卡普隆和尼龍等涂膠簾線。簾布層一般由偶數(shù)層構(gòu)成，一般是兩層或者四層，簾線層層相交并且和空氣囊的經(jīng)線方向成一角度布置。空氣彈簧是一種軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)體，按照橡膠氣囊工作時(shí)的變形方式，其結(jié)構(gòu)基本分為兩大類：囊式和膜式(如圖3-2和3-3)，此外還有混合式空氣彈簧（如圖3-4

34、）。圖3-1空氣彈簧結(jié)構(gòu) 圖3-2 囊式 圖3-3 膜式 圖3-4 混合式囊式空氣彈簧主要靠橡膠囊撓曲獲得彈性變形，使用壽命長(zhǎng)，制造工藝簡(jiǎn)單，但是剛度大，振動(dòng)頻率高，要得到比較柔軟的彈性特性，需要另外加裝附加的輔助空氣室。囊式空氣彈簧通常用于載貨汽車(chē)上。囊式空氣彈簧的曲數(shù)可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成單曲、雙曲或多曲。理論上說(shuō)在相同的容積下，曲數(shù)越多，剛度越低。但是考慮到多曲空氣彈簧的制造工藝比較復(fù)雜，而且彈性穩(wěn)定性比較差，因此一般不超過(guò)四曲。囊的形狀對(duì)彈簧的彈性特性有明顯的影響，增加自由變形膜的弧度可以顯著減小彈簧的剛度。此外，為了獲得比較理想的反“S”形非線性特性，可以通過(guò)適當(dāng)減小彈簧支撐板和橡膠膜間

35、的距離，以使彈簧在一定的壓縮變形后橡膠膜和支撐板開(kāi)始接觸而得到必要的復(fù)原力。膜式空氣彈簧可以看成是將囊式空氣彈簧的下盞板換成一個(gè)活塞(橡膠擋)而形成，由于采用活塞底座的設(shè)計(jì)，相比較麗言特性曲線的形狀容易控制。膜式空氣彈簧主要靠橡膠囊卷曲獲得彈性變形，剛度小，振動(dòng)頻率低，但是耐久性比囊式空氣彈簧差，常用于轎車(chē)和大客車(chē)中。膜式空氣彈簧又可以分為約束膜式、自由膜式、滾膜式、雙膜式、組合囊膜式等，汽車(chē)上主要采用圖3-2所示的自由膜式空氣彈簧。自由膜式空氣彈簧的有效面積的變化規(guī)律比較復(fù)雜，因?yàn)槠溆行娣e決定于氣囊在每一活塞位置時(shí)在內(nèi)壓作用下的幾何形狀。此外，橡膠氣囊的初始狀態(tài)、簾線的布置角度等對(duì)有效面積

36、的變化特性都有重要的影響。如果活塞的運(yùn)動(dòng)軌跡不和橡膠囊的軸線一致的話，則有效面積的變化特性還和彈簧系統(tǒng)裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性有關(guān)。自由膜式空氣彈簧也可以用改變活塞形狀的方法來(lái)控制有效面積的變化規(guī)律，以達(dá)到比較理想的彈性特性。采用圓柱形活塞的自由膜式空氣彈簧的彈性特性靜位置附近的剛度較大，彈性特性不理想，而采用凹形活塞的自由膜式空氣彈簧可以獲得比較理想的特性曲線，能大大降低空氣彈簧在靜位置附近的垂直剛度。空氣彈簧有比較理想的非線性曲線。圖3-5所示為理想的非線性曲線特性簡(jiǎn)圖。在相同的載荷（如F1）作用下，空氣彈簧的靜撓度f(wàn)1比鋼板彈簧的靜撓度f(wàn)2大的多，因而可以獲得較低的振動(dòng)頻率，提高汽車(chē)的行駛平順性

37、。只要合理地選取設(shè)計(jì)參數(shù)，就可以做到在滿載載荷附近使用時(shí)，空氣懸架的彈性特性曲線平緩、變化小、剛度比較低；而在沖擊載荷作用下，彈性特性曲線又呈徒直狀態(tài)變化，說(shuō)明剛度增大，這在使用中能減少懸架的變形量，即賤笑了懸架動(dòng)撓度和減少了碰撞車(chē)架的機(jī)會(huì)，改善了乘坐舒適性。圖3-5 兩種不同彈簧的靜特性比較因?yàn)榭諝鈴椈傻膯挝毁|(zhì)量?jī)?chǔ)能量比較大，所以空氣彈簧本身的質(zhì)量比較輕，因而簧下質(zhì)量小。又因?yàn)闅饽覂?nèi)空氣介質(zhì)的內(nèi)摩擦小，工作時(shí)幾乎沒(méi)有噪聲，對(duì)高頻振動(dòng)的吸收和隔聲性能均良好。除此之外，空氣彈簧的壽命是鋼板彈簧的23倍。采用空氣彈簧時(shí)，必須設(shè)置能傳遞除垂直力以外的其他各種力和力矩的桿系，隱刺懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜；空氣彈簧

38、對(duì)密封要求嚴(yán)格，不得漏氣。除此之外，還有懸架制造復(fù)雜、成本較高等缺點(diǎn)。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(chē)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

39、且不易產(chǎn)生不對(duì)稱的力。由于采用摩擦式減振器的車(chē)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(chē)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(chē)架與車(chē)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3-6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3-7為雙筒式減振器結(jié)構(gòu)示意圖，雙筒式減振器由

40、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，但它們都屬于可變阻尼減振器。 圖3-6 單、雙筒式減振器 圖3-7 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-7)，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

41、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3-7，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(chē)車(chē)輪滾上凸起或滾出凹坑時(shí)，車(chē)輪移近車(chē)架(車(chē)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(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

42、成對(duì)懸架壓縮運(yùn)動(dòng)的阻尼力。伸張行程當(dāng)車(chē)輪滾進(jìn)凹坑或滾離凸起時(shí)，車(chē)輪相對(duì)車(chē)身移開(kāi)，減振器受拉伸。此時(shí)減振器活塞向上移動(dòng)。活塞上腔油壓升高，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，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(chē)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(chē)橋和車(chē)

43、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(chē)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(chē)載變化保持合理的懸架行程；b.高速時(shí)降低車(chē)身，保持汽車(chē)穩(wěn)定性，減少空氣阻力；c.在起伏不平的路面情況下，提高車(chē)身高度以提高汽車(chē)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3-8。高度閥固定在車(chē)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

44、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(chē)身不隨載荷變化而變化。圖3-8 高度控制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(chē)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(chē)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

45、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(chē)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堵塞小孔。圖3-9為帶延時(shí)機(jī)構(gòu)的高度閥結(jié)構(gòu)示意圖，圖3-10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3-9 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 4.進(jìn)、排氣閥 5.形密封圈 6.活塞 7.凸輪 8.控制桿圖3-10 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

46、閥工作原理：車(chē)體荷重增加時(shí)，車(chē)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(chē)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(chē)體荷重減少時(shí)，車(chē)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(chē)體荷重增加時(shí)，車(chē)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)

47、一段節(jié)流通道流入空氣彈簧；車(chē)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(chē)體荷重減少時(shí)，車(chē)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，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(chē)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(chē)在發(fā)生偏載的情況下，始終維持汽車(chē)車(chē)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(chē)身的側(cè)傾角。有資料表明，當(dāng)車(chē)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(chē)速達(dá)

48、到30km/h時(shí)，空氣懸架的側(cè)傾角就可以減小約30%。第四章 信號(hào)采集、控制元件的選擇4.1試驗(yàn)臺(tái)信號(hào)采集、控制方案設(shè)計(jì)圖4-1 電控空氣彈簧懸架試驗(yàn)系統(tǒng)考慮到實(shí)際條件，本文采用兩自由度14車(chē)輛懸架模型結(jié)構(gòu)，建立如圖l所示試驗(yàn)系統(tǒng)。該試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)均采用實(shí)車(chē)參數(shù)，該試驗(yàn)系統(tǒng)雖然不能實(shí)現(xiàn)車(chē)身角振動(dòng)和車(chē)身姿態(tài)的控制，但是可以反映車(chē)身的垂直振動(dòng)，對(duì)單一方向的振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行比較深入的理論分析和試驗(yàn)研究。按此模型利用德國(guó)Schenck公司生產(chǎn)的電液伺服試驗(yàn)系統(tǒng)建立了電控空氣懸架試驗(yàn)臺(tái)如圖4-1所示，該試驗(yàn)臺(tái)可以進(jìn)行空氣彈簧懸架的動(dòng)態(tài)模擬和彈簧的動(dòng)靜剛度試驗(yàn)。表 4-1為試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖中各符號(hào)的含義。表

49、4-1 試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖字母含義符號(hào)含義符號(hào)含義符號(hào)含義符號(hào)含義A加速度傳感器Ms簧載質(zhì)量H高度傳感器p壓力傳感器C減振器Mu非簧載質(zhì)量Kt輪胎當(dāng)量彈簧剛度S位移傳感器4.2元件選擇1、本試驗(yàn)系統(tǒng)中激振臺(tái)選用型號(hào)為DY-600-5的電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以完成垂直、正弦、隨機(jī)等多種試驗(yàn)，特別適合做運(yùn)輸振動(dòng)試驗(yàn)。具體技術(shù)參數(shù)如下表：表4-2 DY-600-5電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)具體技術(shù)參數(shù)額定正弦推力5.88KN（600kgf）額定頻率范圍2-2000Hz臺(tái)面尺寸230mm最大加速度490m/s2最大位移51mm(p-p)運(yùn)動(dòng)部件有效質(zhì)量12kg最大速度100cm/s額定載荷300kg電源3相38

50、0V2、本試驗(yàn)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：表4-3 HRS-A型直線滑軌主要參數(shù)總長(zhǎng)度360mm軌道寬度28mm滑塊長(zhǎng)度98mm總高度42mm軌道高度26mm滑塊橫向孔中心距72mm總寬度90mm軌道節(jié)距80mm滑塊縱向孔中心距70.4mm3、本試驗(yàn)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(jiàn)下表：表5.4 WYDC-75D位移傳感器參數(shù)型號(hào)WYDC-75D形式差動(dòng)變壓器式靈敏度100mv/mm頻帶0-100Hz供電電壓12V量程±75mm4、本試驗(yàn)系統(tǒng)中所用加速度傳感器是美國(guó)硅設(shè)計(jì)公司的產(chǎn)品，具體型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)下表：表5.5

51、2210-010型加速度傳感器主要參數(shù)型號(hào)2210-010形式電容式硅加速度傳感器靈敏度400mv/g(差分)頻響（正常，3dB）0-600Hz供電電壓DC 932V量程±10g5、本試驗(yàn)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(hào)及參數(shù)見(jiàn)下表：表5.6 EX型壓力傳感器主要參數(shù)型號(hào)EX形式壓電式頻帶0-500Hz量程0.2MPa-1.6MPa供電電壓12V輸出電壓0-5V6、本試驗(yàn)所需的用于控制高度的氣動(dòng)換向閥為無(wú)錫氣動(dòng)技術(shù)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(dǎo)式，具體參數(shù)見(jiàn)下表：表5.7 控制閥參數(shù)表型號(hào)壓力范圍最高耐壓接管口徑有效截面積電

52、壓功率3KA2300.20.7MPa1.05MPaRc1/811mm2DC12V1.8W本試驗(yàn)裝置中的氣源總成主要包括空氣壓縮機(jī)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(hào)和詳細(xì)參數(shù)說(shuō)明如下：7、本試驗(yàn)所需的空氣壓縮機(jī)為蘇州歐普壓縮機(jī)有限公司生產(chǎn)的，具體型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)下表：表5.8 空氣壓縮機(jī)參數(shù)型號(hào)額定轉(zhuǎn)速排氣量功率排氣壓力V-0.8/10910rpm0.8m3/min7.5kW1.0MPa8、本試驗(yàn)所需的空氣濾清器為廈門(mén)東亞機(jī)械有限公司生產(chǎn)的具體型號(hào)和參數(shù)見(jiàn)下表：表5.9 空氣濾清器具體型號(hào)和參數(shù)型號(hào)處理流量處理精度除油率除水率EL-2000.10.48m3/min0.1

53、m99999、本試驗(yàn)系統(tǒng)所選的用于控制空氣彈簧剛度的步進(jìn)電機(jī)為金壇市四海電機(jī)電器廠的，具體參數(shù)見(jiàn)下表：表5.10 42BYG007-01型步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型號(hào)相數(shù)電壓步距角靜轉(zhuǎn)矩機(jī)身長(zhǎng)出軸長(zhǎng)重量42BYG007-0146V0.9/1.8Deg1Kg·cm33mm24mm0.2Kg4.3信號(hào)采集裝置的布置及剛度、高度調(diào)節(jié)信號(hào)采集裝置的布置應(yīng)美觀、合理，裝拆簡(jiǎn)便同時(shí)又不影響信號(hào)采集的準(zhǔn)確性。詳細(xì)布局見(jiàn)附錄的裝配圖(壓力傳感器未畫(huà)出)。本裝置通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制主、副氣室間通路面積的大小來(lái)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(guò)步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120°，

54、使閥芯上的孔對(duì)準(zhǔn)另一個(gè)小孔，使彈簧剛度中等，步進(jìn)電機(jī)再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120°或者在圖示位置起逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 120°，使主、副氣室間通路面積為零，空氣彈簧剛度最大。本裝置通過(guò)一個(gè)氣動(dòng)換向閥實(shí)現(xiàn)空氣彈簧高度的變化，閥的連接示意圖如下：圖4.2 氣動(dòng)換向閥連接示意圖圖中，氣動(dòng)換向閥的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(jìn)氣，中位為鎖止。第五章 機(jī)械元件的設(shè)計(jì)、校核5.1空氣彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算5.1.1空氣彈簧剛度計(jì)算在我本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，給定參數(shù)有：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

55、度內(nèi)約為10N/mm,輪胎剛度kt為100N/mm。綜合所有參數(shù)，另外參考國(guó)內(nèi)空氣彈簧生產(chǎn)廠商，最終確定選用貴州前進(jìn)橡膠有限公司的型號(hào)B564膜式空氣彈簧。其具體參數(shù)見(jiàn)表6.1： 表6.1 B564膜式空氣彈簧參數(shù)表規(guī)格型號(hào)總成重量(Kg)使用氣壓(MPa)負(fù)載能力(Kg)工作行程(mm)總成尺寸(mm)最大外徑(mm)設(shè)計(jì)高度最低高度最高高度B5640.50.30.7103295901006515595空氣彈簧垂直剛度計(jì)算公式：··············

56、;····················（9）式中：所謂靜剛度是指空氣彈簧低頻振動(dòng)時(shí)的剛度(一般認(rèn)為頻率f<0.2)，取熱力學(xué)指數(shù)n=1.0。空氣彈簧的動(dòng)剛度是指高頻振動(dòng)時(shí)的剛度(f>0.2)，取n=1.4。P:空氣彈簧內(nèi)部氣體有效壓力(表壓)；Pa:大氣壓力；h為彈簧垂向位移，壓縮為正，拉伸為負(fù)；Kcj:計(jì)算空氣彈簧垂直剛度；V:空氣彈簧高度變化h后的容積；A:空氣彈簧有效承壓面積

57、；:有效承壓面積變化率；:容積變化率。和須由空氣彈簧的幾何形狀求得。其中負(fù)號(hào)表示壓力的變化趨勢(shì)和容積的變化趨勢(shì)相反，即容積減小時(shí)壓力增加，在計(jì)算剛度值時(shí)取其絕對(duì)值，且其中。綜合囊式、膜式等各種空氣彈簧進(jìn)行研究，可以得到適合于一切回轉(zhuǎn)體型空氣彈簧的垂直剛度公式：····························&#

58、183;·······（10）根據(jù)式(10)和該型號(hào)的具體參數(shù)可得彈簧在不同負(fù)載和不同高度下的剛度值，見(jiàn)表6.2。表6.2 B570膜式空氣彈簧剛度表剛度值(N/mm)充氣氣壓(MPa)有效容積dm30.30.40.50.60.7彈簧高度(mm)6524.7330.9137.0943.2749.460.108518.0922.6127.1431.6636.180.1710014.8618.5822.3026.0129.730.2213010.6713.3316.0118.6721.340.311558.4310.5312.6414.7516.860.37通過(guò)計(jì)算，所選空氣的剛度參數(shù)和承載能力均符合本次設(shè)計(jì)的要求。5.1.2附加空氣室設(shè)計(jì)空氣彈簧氣室容積對(duì)其垂直剛度的影響很大，故可利用增加空氣彈簧氣室容積的方法來(lái)降低空氣彈簧的垂直剛度以獲得較低的車(chē)身固有頻率。可是，由于結(jié)構(gòu)限制，尤其是在考慮橫向性能時(shí)，空氣彈簧本體的尺寸不需要設(shè)計(jì)太高，相反，應(yīng)盡量設(shè)計(jì)得低一些。因此，空氣彈簧本體的容積V。不可能設(shè)計(jì)得太大，常常通過(guò)附加一個(gè)一定容積的氣室