汽車空氣懸架

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1、真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當之處，請指正。 但愿我的聲聲問候，猶如暖和的太陽，消去你心頭的陰霾，好似溫柔的風，時時刻刻擁抱著你，愿平安和快樂，伴你渡過一天中的每一時每一秒 空氣懸架系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用 學 院：應(yīng)用技術(shù)學院 年 級：09機動車 專 業(yè)：機動車檢測與維修 姓 名：林建材 學 號：0912202131 指導(dǎo)教師：嵇艷玲 10 / 12 摘 要 空氣彈簧具有非

2、線性彈性特性，可將其特性曲線設(shè)計成理想形狀。安裝有空氣懸架的汽車振動頻率低，可以獲得良好的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和行駛安全性等，空氣懸架可以保持汽車車身高度不變，并可根據(jù)需要進行車身高度調(diào)節(jié)。本文就汽車空氣懸架發(fā)展過程，結(jié)構(gòu)形式及優(yōu)點和在客車上的應(yīng)用進行分析設(shè)計，通過提高空氣彈簧剛度與減震器阻尼力軟、中、硬的配合，來提高乘車舒適性。 關(guān)鍵詞：空氣懸架；設(shè)計；剛度；舒適性； 目 錄 摘要-------------------------------------------------------------Ⅰ 1 緒論-------------------------

3、-----------------------------------2 2 空氣懸架的結(jié)構(gòu)--------------------------------------------------2 2.1 空氣彈簧的類型和特性--------------------------------------3 2.2 導(dǎo)向機構(gòu)--------------------------------------------------3 2.3 高度控制機構(gòu)----------------------------------------------3 2.4 減振器------------

4、----------------------------------------4 2.5 橫向穩(wěn)定器------------------------------------------------4 3 空氣懸架的優(yōu)點--------------------------------------------------4 3.1 車橋安裝特點----------------------------------------------4 3.2 系統(tǒng)簡單性------------------------------------------------5 3.3 沒有大的沖擊載荷

5、------------------------------------------5 4 空氣懸架在客車上的應(yīng)用------------------------------------------5 4.1 客車的電子控制主動懸架------------------------------------5 4.2 客車電控懸架今后須要解決的技術(shù)----------------------------6 結(jié)論------------------------------------------------

6、------------------------------------------8 致謝------------------------------------------------------------------------------------------9 參考文獻-----------------------------------------------------------------------------------10 1 緒論 空氣彈簧誕生于19世紀中期,早期用于機械設(shè)備隔振。1947年，美國首先在普爾曼車上使

7、用空氣彈簧，到目前為止，美國在重型載貨車上空氣懸架的占有率是85%，比1988年增長了54％；大約82%的拖掛車使用空氣懸架，比10年前增長了15%，歐洲大約與之保持相同的增長速度。空氣懸架在輕型貨車上的應(yīng)用目前雖然只占市場份額的5%，但已呈現(xiàn)出快速增長的趨勢，火石公司(Firestone)預(yù)測到2003年，空氣懸架在輕型車市場占有率將達到10%，2008年將達到40%?？諝鈶壹茉诼糜诬?、長途客車及高速客車市場也占有極大的份額，到1994年，聯(lián)邦德國生產(chǎn)的55種大、中型公共汽車中，已有38種使用了空氣懸架，國外高級大客車幾乎全部使用空氣懸架；部分轎車也逐漸安裝空氣彈簧懸架，如Benz300SE

8、和Benz600。 我國雖然從50年代就開始了對空氣懸架的研究工作，但由于設(shè)計及制造等復(fù)雜因素的影響，一直未能得到推廣應(yīng)用。近年來，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展及國外空氣懸架的引進，小部分國產(chǎn)高級旅游車開始采用國外購置的空氣懸架，如沈陽飛機汽車制造廠、北方汽車制造廠、廈門金龍聯(lián)合汽車公司、亞星客車集團公司、丹東汽車制造廠等生產(chǎn)的客車。 隨著空氣懸架應(yīng)用的推廣，對空氣彈簧、導(dǎo)向機構(gòu)及控制機構(gòu)的研究也得到了重視。J. R. EVANS等人在1970年做了空氣彈簧垂直特性實驗，建立空氣彈簧垂直動態(tài)特性模型；1994年做了空氣彈簧的側(cè)向特性實驗，在大頻率和大幅值情況下，測量了空氣彈簧在不同載荷下的側(cè)向力和變

9、形。Katsuya Yoyofuku等通過研究振動頻率和彈簧反應(yīng)之間的關(guān)系，分析管道和氣室對彈簧特性變化的影響。交通部重慶公路科學研究所的丁良旭對空氣懸架的一些性能進行了探討，擬合了空氣彈簧的特性曲線。 Jon Bunne和Roger Jable研究了空氣懸架對傳動系統(tǒng)振動的影響。John Woodrooffe通過試驗分別評價了重型貨車空氣彈簧懸架和鋼板彈簧懸架的路面附著性和行駛平順性。 2 空氣懸架的結(jié)構(gòu) 空氣懸架系統(tǒng)主要由空氣懸架系統(tǒng)主要由空氣彈簧、導(dǎo)向機構(gòu)、高度控制閥 、減振器、橫向穩(wěn)定器和緩沖限位塊等機械元件和電氣元件，以及儲氣筒和空氣壓縮機等輔助系統(tǒng)組成，其中空氣彈簧由氣囊、

10、底座、上蓋板等部件組成。 2．1空氣彈簧的類型和特性 空氣彈簧是橡膠、簾布結(jié)構(gòu)的氣囊，以空氣為介質(zhì)，利用空氣具有壓縮彈性的性質(zhì)制成的彈簧，其剛度呈非線性變化，通常是當載荷加大時剛度也增大。由于空氣彈簧的空氣介質(zhì)內(nèi)摩擦極小，工作時幾乎沒有噪聲，對于高頻振動的吸收和隔音性能極好，根據(jù)橡膠氣囊工作時的變形方式，空氣彈簧分為囊式空氣彈簧和膜式空氣彈簧兩種。圖2中左邊為囊式空氣彈簧，右邊為膜式空氣彈簧。 囊式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形，膜式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形。囊式空氣彈簧壽命較長、制造方便、剛度較大，常用于載貨汽車上，膜式空氣彈簧尺寸較小，彈性特性

11、曲線更理想，剛度較小，常用于轎車上。 圖2 兩種不同形式的空氣彈簧 2．2導(dǎo)向機構(gòu) 由于空氣彈簧只能承受垂直載荷，所以在汽車空氣懸架中必須設(shè)計導(dǎo)向機構(gòu)來傳遞縱向力和側(cè)向力，導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計在空氣彈簧懸架設(shè)計中一個非常重要的方面，如果設(shè)計得不合理，會增加空氣彈簧的負擔，甚至會發(fā)生扭曲、摩擦等現(xiàn)象，惡化減振效果，縮短彈簧的壽命。 導(dǎo)向機構(gòu)的形式很多，各有利弊，在設(shè)計時要分局整車的布置和性能要求進行。 2．3高度控制機構(gòu) 車架高度控制機構(gòu)包括一個高度傳感器、控制機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)，其功能為： （1） 隨車載變化保持合理的懸架行程； （2） 高速時降低車身，保持汽車穩(wěn)定性，減少空氣阻力；

12、（3） 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。 在空氣彈簧懸架中，高度閥是用來控制空氣彈簧內(nèi)壓的執(zhí)行機構(gòu)，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(nèi)的氣體通過高度閥的進氣口向氣囊注入，氣囊內(nèi)氣壓增加，空氣彈簧升高直至恢復(fù)到原來的位置，進氣口關(guān)閉為止；當空氣彈簧上的載荷減少，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(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，從而保證車身不隨載荷變化而變化。 2．4減振器 空氣作為空氣彈簧的工作介質(zhì)，內(nèi)摩擦極小。與板

13、簧相比，空氣彈簧本身只有少量阻尼，所以空氣懸架要安裝減振器，以達到迅速衰減振動的目的。 2．5橫向穩(wěn)定器 安裝橫向穩(wěn)定器的目的是為了提高汽車抗側(cè)傾能力和保證汽車具有良好的轉(zhuǎn)向特性。如果空氣懸架導(dǎo)向機構(gòu)有足夠的側(cè)傾角剛度時可以沒有橫向穩(wěn)定器。 3 空氣懸架的優(yōu)點 驅(qū)動軸空氣懸架才使用獨特的高強度剛度設(shè)計。不用板簧和U形螺栓，消除了金屬彈簧的振動和斷裂問題。此剛性導(dǎo)向臂與空氣懸架其它零件一起提供 了最佳性能組合：乘坐舒適、安裝容易和維修工作量少。 空氣懸架按獨特的平行四邊形設(shè)計原則。其扭矩桿，總是與導(dǎo)向臂連線相平行，使小齒輪角變化最小，從而減少花鍵和萬向節(jié)的磨損、減少傳動軸擺動，使車輛

14、行駛平穩(wěn)安靜。此外，懸架系統(tǒng)在車輛加速和剎車時，還能保持載荷均衡。 3．1車橋安裝特點 空氣彈簧的剛性導(dǎo)向臂與車架支架用橡膠襯套相連接，在加速和剎車時，允許車橋有控制的運動，以減少橋殼應(yīng)力，防止損壞。對于高扭矩/低轉(zhuǎn)速發(fā)電機車輛而言，這是一個重要考慮因素。 剎車時，車橋略向前和向下運動，保持輪胎貼近地面，縮短剎車距離‘剎車不跑偏，從而更安全。輪胎和剎車片壽命增加。 3．2系統(tǒng)簡單性 車橋上下運動行程越大，則乘坐舒適性就越好，懸架系統(tǒng)吸收路面振動的能力就越大?？諝鈶壹艿淖畲笮谐坛^其它任何形式懸架，由于獨特的設(shè)計使車橋在垂直方向的行程更大，所以在車橋達到其行程極限之前，空氣彈簧可以吸收

15、更大的振動負荷。 其它空氣懸架的垂直行程較短，經(jīng)常達到其行程極限，從而造成硬沖擊。 3．3沒有大的沖擊載荷 空氣懸架緩沖墊急轉(zhuǎn)彎和在裝卸地區(qū)過洼坑時，任何懸架系統(tǒng)的車橋都可能會運動到其上極限行程?？諝鈶壹軞饽抑杏邢鹉z緩沖墊來承受這種情況下的沖擊載荷。緩沖還有一個作用就是在萬一氣囊損壞時，此緩沖墊可起到橡膠懸架的作用，使車輛可繼續(xù)以較低的速度行駛。 4 空氣懸架在客車上的應(yīng)用 在國外，目前空氣懸架系統(tǒng)在重型貨車上的使用率是18%，在高速客車和豪華城市客車上已100%采用，部分轎車也安裝了這個系統(tǒng)，空氣懸架在全球旅游車、長途客車及高速客車市場占有極大的份額。 4．1客車的電子控制主動

16、懸架 對主動懸架的研究目前主要集中兩個方面:一個是控制策略;另一個是執(zhí)行器。最早的主動懸架控制策略是天棚原理，假設(shè)車身上方有一固定的慣性參考，在車身和慣性參考之間有一阻尼器，執(zhí)行器模擬此阻尼器的作用力來衰減車身的振動。這種控制算法簡單，在國外某些車型上已經(jīng)得到了應(yīng)用。 隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，提出了主動懸架的最優(yōu)控制方法，它比天棚原理考慮了更多的變量，控制效果更好，目前最優(yōu)控制規(guī)律有三種:線性最優(yōu)控制、HQ最優(yōu)控制和最優(yōu)預(yù)見控制。由于實際懸架系統(tǒng)中有許多非線性的、時變的、高階動力系統(tǒng)，使最優(yōu)控制方法變得不穩(wěn)定，為此又發(fā)展了自適應(yīng)控制方法。自適應(yīng)控制方法具有參數(shù)識別功能，能適應(yīng)懸架載荷和元件

17、特性的變化，自動調(diào)整控制參數(shù)，保持性能最優(yōu)。自適應(yīng)控制方法也有增益調(diào)度控制、模型參考自適應(yīng)控制和自校正控制三類。 在德國大眾汽車公司的底盤上應(yīng)用了自適應(yīng)控制規(guī)律。目前發(fā)展最迅速的控制策略是智能控制(模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制)。模糊控制方法具有制動調(diào)節(jié)輸入變量的組合、隸屬函數(shù)的參數(shù)和模糊規(guī)則數(shù)目等學習功能，計算機仿真結(jié)果表明該方法更有效。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個由大量處理單元組成的高度并行的非線性動力系統(tǒng)，它能進行數(shù)據(jù)融合、學習適應(yīng)性和并行處理，研究表明它比傳統(tǒng)控制有更好的性能。 執(zhí)行器是實現(xiàn)控制目標的重要環(huán)節(jié)，因此作對動器的研究也是主動懸架研究的重要內(nèi)容。為保證主動懸架的良好性能，執(zhí)行器必須具有靈

18、敏、隱定、可靠、能耗低、成本和總量低等特點。目前主動懸架上應(yīng)用的執(zhí)行器主要是液力式結(jié)構(gòu)。 日產(chǎn)公司則開發(fā)了蓄能式減振器，它將壓力控制閥同小型蓄能器及液壓缸結(jié)合起來，使路面不平整引起的振動被蓄能器吸收，車身隔振由主動阻尼和被動阻尼共同完成，因而能耗有所降低。不過液壓動力系統(tǒng)尚有許多不足之處，比如對工作環(huán)境有一定要求;元件制造精度要求高、成本難以下降;處理小信號的數(shù)字運算，誤差的檢測與放大、測試與補償、自動化與實現(xiàn)遠距離等功能不如電氣系統(tǒng)靈活準確等。因此現(xiàn)在執(zhí)行器的研究主要集中在直線伺服電機、電磁蓄能器的方向。 4．2客車電控懸架今后須要解決的技術(shù) 被動懸架在一定的時間內(nèi)仍將是應(yīng)用最廣泛的懸

19、架系統(tǒng)，通過進一步優(yōu)化懸架結(jié)構(gòu)和參數(shù)可以繼續(xù)提升懸架性能。主動懸架性能優(yōu)越，出于成本原因還只能成為高級轎車和賽車的裝備。它的研究重點在于高性能的執(zhí)行器和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制策略方面。半主動懸架性能優(yōu)于被動懸架，成本比主動懸架低得多，應(yīng)該是今后懸架系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。研究性能可靠，調(diào)節(jié)方便的可調(diào)阻尼減振器和算法簡單有效的控制策略將是半主動懸架走向大眾的必經(jīng)之路。 客車懸架今后須要解決的技術(shù)有：油氣懸架技術(shù)：由油氣部件和彈簧系統(tǒng)共同支撐車體，根據(jù)汽車變化的承載量，由油氣部件調(diào)節(jié)懸架的水平位置，使彈簧保持正常的使用位置；阻尼可調(diào)節(jié)減振器：由傳感器感知汽車行駛時的狀況，包括載荷的大小、路面的不平、是否

20、轉(zhuǎn)向、是否加速或制動等，經(jīng)電控單元分析判斷，通過電磁閥液壓系統(tǒng)，調(diào)節(jié)減振器的阻尼。此項技術(shù)又成為半主動懸架技術(shù)；全主動懸架技術(shù)：通過電液系統(tǒng)不僅調(diào)節(jié)阻尼而且調(diào)節(jié)彈力、水平位置等。 隨著人民生活水平的提高，城市客車的設(shè)計越來越考慮以人為本的思想。采用電子控制空氣懸架系統(tǒng)不僅可提高乘坐舒適性，而且其高度調(diào)節(jié)功能的實現(xiàn)使乘客上下車更方便，同時因為空氣彈簧的動態(tài)運動影響控制過程，與傳統(tǒng)空氣懸架相比，其耗氣量較少。城市客車安裝ECAS系統(tǒng)必將成為未來的發(fā)展趨勢。 結(jié) 論 文章從空氣懸架的結(jié)構(gòu)入手，研究了空氣懸掛的結(jié)構(gòu)形式、優(yōu)點、在客車上的應(yīng)

21、用和不同控制方法對空氣懸架的不同效果的研究和分析。 在隨后的研究中，文章主要探討了汽車懸架在客車上的應(yīng)用問題。查閱了許多相關(guān)資料，了解了懸架系統(tǒng)對汽車的性能的影響?？芍捎昧丝諝鈶壹艿钠?，有效降低車身震動加速度，減小了輪胎動變形和輪胎動載荷，明顯改善了汽車的行駛平順性和操作穩(wěn)定性。 以上是本文對汽車空氣懸架在汽車上的應(yīng)用問題所作的部分工作，主要研究成果得出汽車空氣懸架在客車上的應(yīng)用及優(yōu)缺點，用以說明研究結(jié)果的可行性和有效性。 致 謝 本文是在我的導(dǎo)師嵇艷玲教授的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下順利完成的。嵇老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、高昂的工作熱情深深地感染我；嵇老師高尚的情操像一株蘭花，毫不張

22、揚，卻無聲地陶冶我。在學習期間的每一點進步都凝聚著導(dǎo)師的智慧和心血。一年半的大學階段，導(dǎo)師無論從生活、學習還是精神上都給予了我極大的幫助和支持，導(dǎo)師的教誨使我終身受益，導(dǎo)師的培育之恩畢生難忘。 感謝佳木斯大學以及關(guān)心和支持我的老師們，感謝他們的悉心教導(dǎo)和關(guān)心愛護。 感謝我的家人對我的支持。 即將結(jié)束的大學生活，預(yù)示著新的工作和生活的開始，我將通過自己不斷的努力，進一步充實、提高和完善自己，用更多更好的成績來回報所有關(guān)心 和幫助我的人們。 參考文獻 [1] 喻凡，黃宏成，管西強．汽車空氣懸架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢．汽車技術(shù)， 2009 [2] 孫玉國，韓尚宗，尚勇，等．汽車主動懸架最優(yōu)控制器設(shè)計與性能仿真． 山東工業(yè)大學學報，2010 [3] 祁建城，李若新，劉志國，等．汽車主動懸架最優(yōu)控制陰．汽車工程， 2008 [4] 劉宏偉，雷海容，陳燕虹，等．空氣懸架系統(tǒng)模糊控制仿真分析．汽車 技術(shù)，2003， [5] 雷海蓉．電控空氣懸架模糊控制系統(tǒng)的開發(fā)．吉林大學碩士學位論文， 2004