主動(dòng)空氣懸架和主動(dòng)液壓懸架的比較畢業(yè)論文

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1、論文題目： 主動(dòng)空氣懸架和主動(dòng)液壓懸架的比較 摘 要 懸架是車輛行駛過程中的一個(gè)非常重要的組成部分，決定著汽車的舒適性和操控性，所以就有必要對(duì)懸架進(jìn)行深入的研究和探討。汽車懸架做為車架(或車身)與車軸(或車輪)之間作連接的傳力機(jī)件，又是保證汽車行駛安全的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術(shù)規(guī)格表，作為衡量轎車質(zhì)量的指標(biāo)之一。 主動(dòng)懸架有作為直接力發(fā)生器的動(dòng)作器，可以根據(jù)輸入與輸出進(jìn)行最優(yōu)的反饋控制，使懸架有最好的減震特性，以提高汽車的平順性和操縱穩(wěn)定性。在當(dāng)今條件下，由電腦控制的主動(dòng)空氣懸架和主動(dòng)液壓懸架是高級(jí)轎車的主導(dǎo)，代表的懸架的最新技術(shù). 在以后的時(shí)

2、間里，空氣懸架和液壓懸架將會(huì)完全替代傳統(tǒng)的懸架。各個(gè)汽車公司也在開發(fā)這方面的相關(guān)技術(shù)，這兩種懸架的重要性就很容易看出來。 為了更好的提高汽車的舒適性和操縱性，我們需要了解這兩種懸架的區(qū)別，以及他們的優(yōu)缺點(diǎn)。本文所涉及的內(nèi)容主要為介紹這兩種懸架的原理，并且通過對(duì)兩款不同車型的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從重要方面進(jìn)行分析這二者之間的區(qū)別，從而達(dá)到目的 關(guān)鍵詞：空氣懸架 液壓懸架 Active air suspension and Active Hydraulic Suspension Comparison Abstract Vehicles during t

3、he suspension is a very important part of the vehicle determines the comfort and handling, so the suspension is necessary to study and explore in depth. Vehicle suspension as a frame (or body) and the axle (or wheel) to make the connection between the power transmission parts, is also important to e

4、nsure the safety of motor cars and parts. Therefore, as an important vehicle suspension components are often incorporated into the cars technical specifications sheet, as one of the indicators to measure the quality of cars Active suspension with power generators as a direct action device, accordi

5、ng to the optimal input and output feedback control, the suspension has the best shock absorbing characteristics to improve ride comfort and handling stability. 朗讀 顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音 In todays conditions, computer-controlled active air suspension and Active Hydraulic Suspension is the leading limousine

6、, on behalf of the suspension of the latest technology. At a later time, the air suspension and hydraulic suspension will completely replace the conventional suspension. Auto companies are also developing various technologies related to this area, the importance of the two suspension is very easy t

7、o see. In order to better improve the cars comfort and handling, we need to understand the difference between the two suspension, and their advantages and disadvantages. This involves mainly to introduce the principle of the two suspension, and by two different models to calculate the parameters f

8、rom the analysis of important aspects of the difference between the two to achieve the goal. Key words：Air suspension Hydraulic Suspension 目 錄 前 言 1 第1章 電控懸架介紹…………………………………………..………2 第1.1節(jié) 汽車電子控制懸架...................................................................2 第1.2節(jié) 汽車空氣和液壓的歷史回顧 2

9、 第2章 原理闡述 12 第2.1節(jié) 主動(dòng)空氣懸架的原理 12 第2.2節(jié) 主動(dòng)空氣懸架的原理 15 第3章 選用相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)其二者比較 18 第3.1節(jié) 空氣懸架的性能指標(biāo) 18 第3.2節(jié) 液壓懸架的性能指標(biāo) 23 第4章 總結(jié) 33 參考文獻(xiàn) 35 致 謝 37 III 前 言 舒適性是轎車最重要的使用性能之一。舒適性與車身的固有振動(dòng)特性有關(guān)，而車身的固有振動(dòng)特性又與懸架的特性相關(guān)。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時(shí)，汽車懸架做為車架(或車身)與車軸(或車輪)之間作連接的傳力機(jī)件，又是保證汽車行駛安全的重要部件。因此

10、，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術(shù)規(guī)格表，作為衡量轎車質(zhì)量的指標(biāo)之一。 余志生.汽車構(gòu)造[M].機(jī)械工程出版社.2003,(123-159) 一般懸架由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、減振器和橫向穩(wěn)定桿組成。彈性元件用來承受并傳遞垂直載荷，緩和由于路面不平引起的對(duì)車身的沖擊。彈性元件種類包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧。減振器用來衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振，減振器的類型有筒式減振器，阻力可調(diào)式新式減振器，充氣式減振器。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時(shí)保持車輪按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)車身跳動(dòng)，通常導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。種類有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為

11、彈性元件時(shí)，可不另設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，它本身兼起導(dǎo)向作用。有些轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設(shè)橫向穩(wěn)定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。 圖1.1 懸架基本構(gòu)造 第1章 電控懸架介紹 第1.1節(jié) 汽車電子控制懸架 1.2.1 傳統(tǒng)懸架的缺陷 空氣傳統(tǒng)懸架的剛度和阻尼只能是根據(jù)一定的載荷、某種路面情況和車速，兼顧各方面的要求，優(yōu)化選定一種剛度和阻尼，這種剛度和阻尼一定的懸架稱之為被動(dòng)懸架。 　由于汽車在行駛過程中，載質(zhì)量、路面情況及車速是變化不定的，因此剛度和阻尼一定的被動(dòng)懸架不可能

12、在改善汽車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性方面再有大的作為，已不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車對(duì)乘座舒適性和操縱穩(wěn)定的更高要求。 1.2.2 電子控制懸架介紹 （1）電子控制懸架的作用 電子控制懸架系統(tǒng)由傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。電子控制懸架系統(tǒng)能自動(dòng)控制車輛懸架的剛度、阻尼系數(shù)及車身高度根據(jù)汽車載質(zhì)量、車速和路面情況的變化而改變懸架特性，因而可最大限度地提高汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性，適應(yīng)了現(xiàn)代汽車對(duì)乘座舒適性、行車安全性更高的要求。通過控制調(diào)節(jié)懸架的剛度和減振器阻尼，突破傳統(tǒng)被動(dòng)懸架的局限區(qū)域，使汽車的懸架特性與行駛的道路狀況相適應(yīng)，保證平順性和操縱性兩個(gè)相互排斥的性能要求都能得

13、到滿足。 （2）.電子控制懸架的基本功能 電子控制汽車懸架系統(tǒng)的基本功能有三個(gè)。 ①車高調(diào)整功能 　　無論車輛的負(fù)載是多少，本功能都可以保持車高一定。當(dāng)車輛在很差的道路上行駛時(shí)，可以使車高增加；當(dāng)車輛高速行駛時(shí)，又可以使車高降低，以便減少空氣阻力，提高操縱穩(wěn)定性。 ②衰減力控制功能 　　本功能的作用是提高車輛的操縱穩(wěn)定性，在急轉(zhuǎn)彎、急加速和緊急制動(dòng)的情況下，可以抑制車輛姿勢(shì)的變化，防止車輛后坐、側(cè)傾、點(diǎn)頭等。 ③彈簧剛度彈性系數(shù)的控制功能 　　　本功能是利用控制彈簧剛度（彈性系數(shù)）的辦法，來控制車輛起步不同路況時(shí)的姿勢(shì)。 （3）電子控制懸架的類型 電子控制懸架

14、的優(yōu)點(diǎn)是能隨汽車載質(zhì)量和工況變化而自動(dòng)改變懸架剛度和阻尼，以提高汽車的平順性和穩(wěn)定性。電子控制懸架則屬于主動(dòng)懸架，但根據(jù)是有源控制還是無源控制可分為半主動(dòng)懸架和全主動(dòng)懸架兩類。 由于本文主要討論主動(dòng)懸架，半自動(dòng)懸架就不再闡述。 ①主動(dòng)式懸架的基本要求 主動(dòng)式懸架系統(tǒng)除了具有吸收、緩和懸架的振動(dòng)沖擊外，還能根據(jù)汽車載質(zhì)量、路面情況、行駛車速、起步、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等不同工況的變化，自動(dòng)地調(diào)整懸架的剛度、阻尼以及車身高度等，使汽車在瞬息變化的運(yùn)行條件下都能獲得最舒適的平順性和最佳的操縱穩(wěn)定性。為此，主動(dòng)式懸架應(yīng)配有一套提供能量裝置，控制系統(tǒng)所采集的信息也較多。 圖

15、1.2 電子控制懸架基本要求 ②主動(dòng)懸架系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 汽車載荷變化時(shí)，主動(dòng)懸架系統(tǒng)能自動(dòng)維持車身高度使其變化較小，保證了汽車即使在凹凸不平路面上行駛時(shí)也能車身平穩(wěn)。 懸架剛度可以設(shè)計(jì)小些，使車身的固有振動(dòng)頻率在70次／分左右，在人感到乘坐非常舒適的范圍內(nèi)，由于剛度可自動(dòng)調(diào)整，能有效的防止和減緩汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn)的車身側(cè)傾，起步、加速時(shí)引起車身的縱向擺動(dòng)等。 一般的懸架系統(tǒng)，在汽車制動(dòng)時(shí)，尤其是緊急制動(dòng)時(shí)，車頭向下俯沖，使后軸載荷劇減，造成后輪與地面的附著條件嚴(yán)重惡化，制動(dòng)失靈。主動(dòng)懸架系統(tǒng)能防止這一不良后果，保證應(yīng)有的附著條件和制動(dòng)距離。 主動(dòng)懸架可使車

16、輪與地面一直保持良好接觸，因而使附著力穩(wěn)定，提高了牽引力、制動(dòng)力、抗側(cè)滑力，可提高動(dòng)力性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。 由于很好地控制和調(diào)整懸架的剛度和阻尼，消除了惡性振動(dòng)沖擊，提高了車輛的運(yùn)行壽命。 主動(dòng)式懸架用到的傳感器如表1所示 表1.1 相關(guān)傳感器 （4） 主動(dòng)懸架電子控制系統(tǒng)的基本組成與控制原理 ①主動(dòng)懸架電子控制系統(tǒng)基本組成 不同類型、不同車型上使用的主動(dòng)懸架其電子控制系統(tǒng)的組成部件會(huì)有一些差別，圖1.3所示的是某種空氣式主動(dòng)懸架電子控制系統(tǒng)的組成。 圖1.3 電子控制懸架的基本組成 ②主動(dòng)式懸架系統(tǒng)的控制原理 懸架E

17、CU根據(jù)各傳感器輸入的信號(hào)，經(jīng)過運(yùn)算分析后輸出控制信號(hào)，控制各執(zhí)行器動(dòng)作，及時(shí)調(diào)整懸架的剛度、阻尼及車身的高度，以確保汽車行駛過程中的操縱穩(wěn)定性和平順性。懸架ECU按照司機(jī)通過模式選擇開關(guān)選定的“軟”模式或“硬”模式進(jìn)行控制，有些懸架電子控制系統(tǒng)則是由ECU根據(jù)有關(guān)傳感器的信號(hào)自動(dòng)選定一種模式進(jìn)行控制。 主動(dòng)懸架電子控制系統(tǒng)按其控制功能，可分為: 車速路面感應(yīng)控制 車身姿勢(shì)控制 車身高度控制 車速路面感應(yīng)控制 這種控制主要是隨著車速和路面的變化，改變懸架的剛度和阻尼，使之處于“軟”或“硬”狀態(tài)。在油氣彈簧懸架系統(tǒng)中它是由懸架ECU自動(dòng)控制的，而在空氣彈簧懸架系統(tǒng)中它是由司

18、機(jī)手動(dòng)控制的。在“軟”、“硬”狀態(tài)中，按剛度和阻尼的大小，又各分為低、中、高三個(gè)程度不同的層次。在“軟”狀態(tài)時(shí)，懸架經(jīng)常處于低剛度、低阻尼層次，在“硬”狀態(tài)時(shí)，懸架經(jīng)常保持在中間層次。綜合起來，根據(jù)汽車不同運(yùn)行工況，可有六種不同的剛度、阻尼層次可供優(yōu)選，使汽車平順性、穩(wěn)定性達(dá)到最佳值。 車速感應(yīng)控制包括: 高速感應(yīng)控制、前后輪關(guān)聯(lián)控制、壞路面感應(yīng)控制。 高速感應(yīng)控制 當(dāng)車速大于100 km/h時(shí)，懸架ECU根據(jù)車速傳感器輸入的信息，發(fā)出改變懸架剛度和阻尼的指令。若原來處于“軟”狀態(tài)時(shí)，則剛度和阻尼自動(dòng)從低層次進(jìn)入中層次，若原來處于“硬”狀態(tài)時(shí)，則剛度和阻尼仍穩(wěn)定于中層次，當(dāng)車速降低后則又

19、回到原來層次。 前后車輪關(guān)聯(lián)感應(yīng)控制: 車速在30～80km／h運(yùn)行，偶爾前輪遇到障礙時(shí)，安裝在汽車前部的車身高度傳感器將會(huì)有脈沖信號(hào)輸入懸架ECU，懸架ECU經(jīng)過分析計(jì)算后，發(fā)出改變懸架剛度和阻尼的指令，使前后車輪的懸架不論原來選用“軟”或“硬”的哪個(gè)層次，都立即選用原狀態(tài)的低層次，從而提高乘坐的舒適性，當(dāng)越過障礙后，則恢復(fù)原選用的狀態(tài)層次。 但當(dāng)車速超過80km／h時(shí)，若懸架剛度過小，偶爾沖擊時(shí)仍影響操縱穩(wěn)定性，所以，無論原選用什么狀態(tài)，懸架都將自動(dòng)保持原狀態(tài)的中層次剛度和阻尼。 壞路面感應(yīng)控制: 當(dāng)汽車以40～100km／h突然駛?cè)雺穆访鏁r(shí)，為了控制突然產(chǎn)生的車

20、身縱向角振動(dòng)，懸架ECU在接收到車身高度傳感器輸入的車身高度變化周期小于0.5s的信號(hào)后，發(fā)出調(diào)整懸架剛度阻尼指令，如果原來處于“軟”狀態(tài)，則懸架立即從低層次轉(zhuǎn)入中層次。如果原來處于“硬”狀態(tài)，則懸架剛度、阻尼保持中層次不變。如果汽車以大于100 km／h速度駛?cè)雺穆访妫瑧壹蹺CU發(fā)出的指令是：如果原處于“軟”狀態(tài)，則直接進(jìn)入高層次，如果原處于“硬”狀態(tài)，則也直接進(jìn)入高層次。 車身姿勢(shì)控制 當(dāng)車速和轉(zhuǎn)向急劇變化時(shí)，會(huì)引起車身姿勢(shì)變化，這不但使乘坐不舒適，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因轉(zhuǎn)向使車身側(cè)傾失去穩(wěn)定性。所以隨著設(shè)計(jì)車速的提高，車身姿勢(shì)控制是必不可少的。車身姿勢(shì)控制主要有: 轉(zhuǎn)向車身側(cè)傾控制、制動(dòng)車身“點(diǎn)

21、頭”控制、起步車身后仰控制。 轉(zhuǎn)向車身側(cè)傾控制: 在汽車急轉(zhuǎn)彎或轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)速過快時(shí)，轉(zhuǎn)向盤傳感器便把轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速信息輸入懸架ECU，懸架ECU計(jì)算分析后發(fā)出調(diào)整懸架剛度和阻尼的指令，根據(jù)轉(zhuǎn)角和車速的大小確定不同的調(diào)整幅度。最大時(shí)，不管原來處于“軟”、“硬”狀態(tài)的哪個(gè)層次，都一律調(diào)整到那個(gè)狀態(tài)的高層次的剛度和阻尼。 制動(dòng)車身“點(diǎn)頭”控制: 在緊急制動(dòng)時(shí)，會(huì)引起載荷的轉(zhuǎn)移，尤其是前軸載荷突然增加，使車身產(chǎn)生“點(diǎn)頭”，因此為控制制動(dòng)時(shí)車身“點(diǎn)頭”，必須適時(shí)增加前懸架剛度和阻尼。當(dāng)車速高于60km／h運(yùn)行緊急制動(dòng)時(shí)，車速傳感器的信號(hào)和制動(dòng)開關(guān)發(fā)出階躍信號(hào)同時(shí)輸入懸架ECU，懸

22、架ECU計(jì)算分析后發(fā)出調(diào)整懸架剛度和阻尼指令，不論原來處于“硬”、“軟”狀態(tài)哪個(gè)層次，一律調(diào)整到原有狀態(tài)的高層次的阻尼和剛度值。 起步車身后仰控制: 當(dāng)汽車起步過快或在車速較低加速過猛時(shí)，會(huì)引起后橋載荷增加，使車身產(chǎn)生后仰現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)增加后懸架的剛度和阻尼，以控制后仰程度保持平順和舒適。當(dāng)汽車起步速度過大，或車速在小于20km／h時(shí)，猛踩油門加速時(shí)，節(jié)氣門開度傳感器和車速傳感器的信號(hào)輸入懸架ECU，懸架ECU分析計(jì)算發(fā)出調(diào)整懸架剛度和阻尼的指令。如果此時(shí)懸架處于“軟”狀態(tài)，則應(yīng)從中層次或低層次直接進(jìn)入高層次，如果此時(shí)懸架處于“硬”狀態(tài)，則也從中層次進(jìn)入高層次。 車身高

23、度控制 車身高度直接影響汽車行駛穩(wěn)定性。尤其在不平路面上高速行駛時(shí)，必須對(duì)車身高度給予控制。車身高度控制分“常規(guī)狀態(tài)”、“高狀態(tài)”兩種模式。由司機(jī)根據(jù)運(yùn)行工況選擇。每種狀態(tài)又從低到高分為“低”、“中”、“高”三個(gè)層次，通常在“常規(guī)狀態(tài)”模式中，車身高度處于中層次，在“高狀態(tài)”模式中車身高度處于高層次，當(dāng)工況變化時(shí)，懸架ECU根據(jù)傳感器輸入的信號(hào)，發(fā)出指令選擇層次。當(dāng)汽車上乘員人數(shù)和載荷變化時(shí)，懸架ECU能根據(jù)傳感器輸入的信號(hào)發(fā)出指令，在已選擇的狀態(tài)內(nèi)自動(dòng)選擇合理的車身高度層次。 車身高度控制主要包括：高速感應(yīng)控制和連續(xù)壞路面。 高速感應(yīng)控制： 當(dāng)車速超過90～l00 k

24、m／h時(shí)，為減少風(fēng)阻、提高行駛穩(wěn)定性，懸架ECU在接收到車速傳感器的信號(hào)，經(jīng)計(jì)算分析后，發(fā)出調(diào)整車身高度控制指令，若此時(shí)車身高度處于“常規(guī)狀態(tài)”，則從中層次降到低層次，處于“高狀態(tài)”則從高層次降到中層次。 連續(xù)壞路面行駛控制： 汽車在壞路面上連續(xù)運(yùn)行時(shí)，為避免懸架彈簧被壓變形過大，造成車身直接受到?jīng)_擊，所以車身應(yīng)適當(dāng)提高，同時(shí)也可提高汽車的通過性。 當(dāng)懸架ECU接收到車速在40～90km／h，車身高度連續(xù)2.5s以上都大幅度變化的二個(gè)信號(hào)時(shí)，懸架ECU發(fā)出無論處于“常規(guī)狀態(tài)”或“高狀態(tài)”都調(diào)整到中層次高度，以保持汽車在壞路面上高速運(yùn)行的穩(wěn)定性。 當(dāng)車速小于40k

25、m／h時(shí)，車身高度只能由司機(jī)選擇。若是“常規(guī)狀態(tài)”時(shí)，則為中層次，若選“高狀態(tài)”時(shí)為高層次。 在停駛使用駐車制動(dòng)時(shí)，當(dāng)切斷點(diǎn)火開關(guān)后，懸架ECU接收到這二個(gè)信號(hào)，則發(fā)出指令自動(dòng)使車身高度處于“常規(guī)狀態(tài)”的低層次，以保證車身外觀平衡的良好駐車姿勢(shì)。 第1.2節(jié) 汽車空氣和液壓的歷史回顧 1.2.1 主動(dòng)空氣懸架的歷史 空氣彈簧誕生于19世紀(jì)中期,早期用于機(jī)械設(shè)備隔振。1947年，美國首先在普爾曼車上使用空氣彈簧，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(zhǎng)了54％；大約82%的拖掛車使用空氣懸架，比10年前增長(zhǎng)了15%，歐洲大約與之保持相同

26、的增長(zhǎng)速度?？諝鈶壹茉谳p型貨車上的應(yīng)用目前雖然只占市場(chǎng)份額的5%，但已呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，火石公司(Firestone)預(yù)測(cè)到2003年，空氣懸架在輕型車市場(chǎng)占有率將達(dá)到10%，2008年將達(dá)到40%?？諝鈶壹茉诼糜诬?、長(zhǎng)途客車及高速客車市場(chǎng)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(jí)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和Benz600。 我國雖然從50年代就開始了對(duì)空氣懸架的研究工作，但由于設(shè)計(jì)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

27、進(jìn)，小部分國產(chǎn)高級(jí)旅游車開始采用國外購置的空氣懸架，如沈陽飛機(jī)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(tuán)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(duì)空氣彈簧、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及控制機(jī)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(shí)驗(yàn)，建立空氣彈簧垂直動(dòng)態(tài)特性模型；1994年做了空氣彈簧的側(cè)向特性實(shí)驗(yàn)，在大頻率和大幅值情況下，測(cè)量了空氣彈簧在不同載荷下的側(cè)向力和變形。Katsuya Yoyofuku等通過研究振動(dòng)頻率和彈簧反應(yīng)之間的關(guān)系，分析管道和氣室對(duì)彈簧特性變化的影響。交通部重慶公路科學(xué)研究所的丁良旭對(duì)空氣懸架的一些性能進(jìn)行了

28、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(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)的影響。John Woodrooffe通過試驗(yàn)分別評(píng)價(jià)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。 在汽車上采用空氣彈簧懸架在我國還是一件比較新的事物，但卻不是一種新概念 30年代初，美國法爾斯通輪胎和橡膠公司第一次真正把空氣彈簧用于汽車工業(yè)。哈維?法爾斯通在其好友亨利?福特一世和托馬斯阿瓦?愛迪生的技術(shù)支持下，研制出了空氣柱形式的空氣彈簧懸架系統(tǒng)。于是在1934年就誕生了AIREDE空氣彈簧。 1938年，通用汽車公司對(duì)在其客車上安裝空氣彈簧懸架系統(tǒng)發(fā)生興趣。他們與

29、法爾斯通公司合作，于1944年進(jìn)行了首輪試驗(yàn)。試驗(yàn)報(bào)告結(jié)果清楚地揭示了空氣懸架系統(tǒng)的內(nèi)在優(yōu)越性。經(jīng)過幾年產(chǎn)品研制開發(fā)的大量工作之后，終于在1953年開始生產(chǎn)裝有空氣懸架的客車，這是商用汽車采用空氣彈簧的開始。 50年代中葉，固特異輪胎和橡膠公司研制出了一種滾動(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)載變形關(guān)系曲線。 由于有這些研究成果和技術(shù)發(fā)展，今天北美洲公路上行駛的幾乎所有客車、絕大多數(shù)8級(jí)載貨車和架車都采用了空氣懸架系統(tǒng)。當(dāng)然，空氣懸架控制系統(tǒng)的巨大 進(jìn)步也為空氣懸架彈簧的應(yīng)用起了不小推動(dòng)作用。 隨后不久，空氣懸架很快在歐洲發(fā)展并盛行起來。但歐洲發(fā)展商

30、用汽車空氣懸架所走的道路與北美有些不一樣。北美所走的路是福特-法爾斯通-愛迪生公司發(fā)展的延續(xù)。這些鋼板彈簧懸架和空氣懸架的專業(yè)廠家是作為汽車廠家的配套供貨商。而在歐洲卻是汽車廠家自己發(fā)展?jié)M足其特殊需要的懸架系統(tǒng)。只由一些零件廠家供應(yīng)配套零件如空氣彈簧和氣動(dòng)閥等。直到今天，歐洲一些汽車生產(chǎn)廠家都有他們自己的空氣懸架設(shè)計(jì)，而只向一些零部件供應(yīng)商外購零件。這種不同的發(fā)展道路使歐洲的空氣懸架設(shè)計(jì)只適用于某些具體車型，并采用了一些復(fù)雜技術(shù)，因而使其成本較高。而北美發(fā)展的空氣懸架系統(tǒng)通用性較強(qiáng)、應(yīng)用較簡(jiǎn)單、成本較低。事實(shí)上，在過去的10年中，歐洲的不少汽車制造廠家如雷諾、依維柯、福萊納、梅賽德斯等都發(fā)現(xiàn)美

31、國設(shè)計(jì)的空氣懸架系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，更適合用于他們 在北美生產(chǎn)和使用的汽車。 51年前，美國紐威?安柯洛克國際公司（Neway Anchorlok lnternational）成立時(shí)即作為一家架車懸架系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家，為公路和非公路行駛的重型機(jī)車設(shè)計(jì)和制造鋼板彈簧懸架系統(tǒng)。由于紐威在重型車輛市場(chǎng)上取得了成功，后來就向高速公路車輛懸架系統(tǒng)方向發(fā)展。35年前，紐威向市場(chǎng)上投放了世界上第一種實(shí)際應(yīng)用的空氣懸架系統(tǒng)。從此以后，紐威開發(fā)出一系列空氣懸架產(chǎn)品，應(yīng)用于世界各地的客車、載貨車和架車。紐威提供的空氣懸架產(chǎn)品約占北美和歐洲用于客車、載貨車和架車市場(chǎng)的70％。中國是最新的前沿陣地，正在把鋼板彈簧更換為空

32、氣懸架彈簧。空氣懸架發(fā)展的歷史經(jīng)驗(yàn)告訴我們，引入空氣懸架的國家一般是首先將其用于客車，隨后就向載貨車和架車方向發(fā)展，中國也會(huì)有這樣的發(fā)展過程。 1.2.2 主動(dòng)液壓懸架的歷史 雪鐵龍公司在20世紀(jì)50年代開始研發(fā)和應(yīng)用電控主動(dòng)液壓懸架，經(jīng)過一段時(shí)間的磨合之后，首次應(yīng)用于雪鐵龍15型車上?，F(xiàn)在雪特龍的最新產(chǎn)品Hydractive主動(dòng)懸掛已經(jīng)發(fā)展到第三代，這套主動(dòng)懸掛系統(tǒng)是采用傳統(tǒng)的液壓控制，雖然沒有奔馳、奧迪的空氣懸掛性能好，但卻擁有很高的性價(jià)比！至于國內(nèi)的這方面技術(shù)空氣懸架在我國的應(yīng)用已經(jīng)落后國外幾十年，處于緩慢發(fā)展階段。 圖1.4 主動(dòng)空氣懸架結(jié)構(gòu)

33、 圖1.5 主動(dòng)液壓懸架結(jié)構(gòu) 第2章 原理闡述 第2.1節(jié) 主動(dòng)空氣懸架的原理 （1） 主動(dòng)式空氣懸架系統(tǒng)的組成 主動(dòng)式空氣懸架系統(tǒng)主要由空氣壓縮機(jī)、干燥器、空氣電磁閥、車身高度傳感器、帶有減振器的空氣彈簧、懸架控制執(zhí)行器、懸架控制選擇開關(guān)、懸架ECU等組成。主動(dòng)式空氣懸架的組成部件及在車上的布置如圖2.1所示。 圖2.1 主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)的基本組成與布置 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

34、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(dāng)載荷加大時(shí)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(shí)幾乎沒有噪聲，對(duì)于高頻振動(dòng)的吸收和隔音性能極好。 根據(jù)橡膠氣囊工作時(shí)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。 ②導(dǎo)向機(jī)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(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來傳遞縱向力和側(cè)向力，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在空氣彈簧懸架設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的方面，如果設(shè)計(jì)得不合理，會(huì)增加空氣彈簧的負(fù)擔(dān)，甚至?xí)l(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(jī)構(gòu)的形式很多，各有利弊，在設(shè)計(jì)時(shí)要分局整車的布置和性能要求進(jìn)行。

35、③高度控制機(jī)構(gòu) 車架高度控制機(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： 隨車載變化保持合理的懸架行程； 高速時(shí)降低車身，保持汽車穩(wěn)定性，減少空氣阻力； 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(jī)構(gòu)，高度閥固定在車架上，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)到原來的位置，進(jìn)氣口關(guān)閉為止；當(dāng)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

36、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)，從而保證車身不隨載荷變化而變化。 圖2.2 高速控制閥 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(dá)到迅速衰減振動(dòng)的目的 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(jī)構(gòu)有足夠的側(cè)傾角剛度時(shí)可以沒有橫向穩(wěn)定器。 ⑥ 緩沖限位塊 空氣懸架系統(tǒng)中緩沖限位塊的安裝形式有兩種，一種為安裝在空氣彈簧的蓋板或底座上，另一種為安裝在空氣彈簧以外的車架

37、或車橋上。緩沖塊的作用是避免車架和車橋或?qū)驐U件之間的剛性沖擊。在車輛行駛過程中，緩沖塊經(jīng)常受到間斷性的沖擊壓縮，因此，緩沖塊應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度且內(nèi)部應(yīng)力分布要均勻。當(dāng)空氣彈簧漏氣或氣囊損壞時(shí)，緩沖塊起到橡膠彈簧的作用。 （2）主動(dòng)式空氣懸架系統(tǒng)的工作原理 主動(dòng)式空氣懸架ECU根據(jù)各個(gè)傳感器采集的輸入信號(hào)，經(jīng)過分析運(yùn)算后，向各執(zhí)行器發(fā)出指令，改變懸架剛度、阻尼系數(shù)和車身高度，使車輛在行駛過程中保持良好的操縱穩(wěn)定性，并且可將車身振動(dòng)頻率控制在允許范圍內(nèi)，如圖2.3所示 。 圖2.2主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)的工作原理 空氣壓縮機(jī)8由直流

38、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生壓縮空氣作為主動(dòng)式空氣懸架系統(tǒng)的動(dòng)力源。壓縮空氣經(jīng)干燥器干燥后，由空氣管道經(jīng)空氣控制電磁閥送至空氣彈簧的主氣室。當(dāng)汽車載荷減少，需減少懸架剛度、阻尼和降低車身高度時(shí)，懸架ECU控制排氣電磁閥9打開，使空氣彈簧主氣室中部分壓縮空氣排到大氣中去，以使空氣彈簧壓縮變形適當(dāng)，保持車身高度及振動(dòng)頻率在優(yōu)選值范圍內(nèi)。當(dāng)汽車載荷加大，需要增加懸架剛度、阻尼和車身高度時(shí)，懸架ECU控制空氣控制電磁閥1打開，使壓縮空氣進(jìn)入空氣彈簧主氣室，以減少空氣彈簧的壓縮變形量，并保持車身高度及振動(dòng)頻率在優(yōu)選值范圍內(nèi)。另外在空氣彈簧的主輔氣室之間還有一連通閥，由空氣彈簧上部的控制執(zhí)行器控制。懸架ECU根據(jù)各傳

39、感器輸入的信號(hào)計(jì)算分析后，輸出控制信號(hào)，控制執(zhí)行器動(dòng)作，使空氣彈簧主輔氣室之間的連通閥發(fā)生變化，以改變主輔氣室的壓力和剛度，同時(shí)也改變了減振阻尼力。 第2.2節(jié) 主動(dòng)液壓懸架的原理 　　電子控制的主動(dòng)式液壓懸架能根據(jù)懸架的質(zhì)量和加速度等，利用液壓部件主動(dòng)地控制汽車的振動(dòng)。主動(dòng)式液壓懸架在轎車上的布置如圖所示，在汽車重心附近安裝有縱向、橫向加速度和橫擺陀螺儀傳感器，用來采集車身振動(dòng)、車輪跳動(dòng)、車身高度和傾斜狀態(tài)等信號(hào)，這些信號(hào)被輸入到控制單元ECU，ECU根據(jù)輸入信號(hào)和預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出控制指令，控制伺服電機(jī)并操縱前后四個(gè)執(zhí)行油缸 工作。

40、 圖2.3 主動(dòng)液壓懸架基本原理 (1) 液壓式主動(dòng)懸架的組成 ①液壓源：可以提供最大壓力油流量 ②蓄能器：安裝于液壓源單元，吸收液壓源產(chǎn)生的脈沖壓力 ③多閥模塊：包括決定液壓源輸出壓力的主溢流閥，保持車身高度的主單元閥和先導(dǎo)控制單元閥，控制車身高度的流量控制閥，以及失效安全閥。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，失效安全閥可以改變液壓油路，防止車身高度突然變化。 ④ 主蓄能器：安裝于前軸和后軸，貯油并根據(jù)需要向執(zhí)行器供油，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火時(shí)，可保持車身高度不變 ⑤ 壓力控制閥：結(jié)構(gòu)原理如圖5所示，具有三個(gè)油口

41、的主閥和一個(gè)先導(dǎo)比例電磁控制閥。壓力控制閥根據(jù)控制單元的輸入驅(qū)動(dòng)電磁鐵調(diào)節(jié)先導(dǎo)閥，使閥芯移動(dòng)，調(diào)節(jié)壓力執(zhí)行器的壓力；為使閥芯響應(yīng)由路面激勵(lì)引起的執(zhí)行器的壓力波動(dòng)，采用了反饋控制，通過閥芯移動(dòng)使執(zhí)行器壓力保持穩(wěn)定。 ⑥ 壓力執(zhí)行器：是一帶有阻尼閥和蓄能器的單作用液壓動(dòng)力缸，其結(jié)構(gòu)原理 ⑦ 控制器：接收來自加速度、車身高度和車速等傳感器的信號(hào)，發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓力控制閥，并向指示燈和安全閥發(fā)出信號(hào) 圖2.4 液壓式主動(dòng)懸架壓力控

42、制組成 圖2.5 壓力控制閥結(jié)構(gòu) 第3章 選用相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)其二者的比較 第3.1節(jié) 空氣懸架的性能參數(shù) （1） 計(jì)算參數(shù) 軸距：L＝6150mm 輪距：前B1＝2046mm，后：B2＝1826mm（輪胎規(guī)格11R22.5） 車輪靜力半徑：Rc＝474mm 滿載時(shí)重心高度：hg＝1550mm 軸荷：（Kg） 滿載時(shí)，G1=6000Kg，G2=11500Kg，總重Ga=17500Kg 懸架非簧載質(zhì)量 前：Gu1＝730Kg；后Gu

43、2＝1260Kg 單邊簧上負(fù)荷： P＝（G－Gu）9.8/2 可計(jì)算得，后懸架單邊簧上負(fù)荷為50176N，每個(gè)彈簧所承受負(fù)荷為25088N （2）空氣彈簧參數(shù)的選擇及計(jì)算 根據(jù)總布置方案，車架結(jié)構(gòu)尺寸，車橋結(jié)構(gòu)尺寸確定空氣懸架的布置方案。如果空間允許，空氣彈簧的左右及前后中心距應(yīng)盡量放大，提高橫向穩(wěn)定性。我們?cè)谶@里設(shè)計(jì)的是后懸架，后懸架保證主減速器傾角與總布置要求一致，要確保在整個(gè)空氣彈簧行程中無銳邊接觸彈性原件，空氣彈簧周圍空間的直徑必須保證比空氣探航懸架本身的最大外部直徑多2英寸，也就是5.08cm，以允許由于錯(cuò)位而產(chǎn)生的直徑正常變大或變形。 設(shè)計(jì)給出以1R12—09

44、2型空氣彈簧為本懸架選擇的空氣彈簧，根據(jù)此空氣彈簧的動(dòng)態(tài)特性表我們可以求出這個(gè)空氣彈簧的設(shè)計(jì)高度，壓力，彈簧比率，要求的空氣彈簧壓縮和伸長(zhǎng)量，以及最大高度和最小高度限制。 空氣彈簧安裝高度：260mm 空氣彈簧負(fù)荷：PA＝P2/2 空氣彈簧相對(duì)內(nèi)壓：Pr＝PA/A02， 式中：A02為有效面積，取相對(duì)內(nèi)壓為0.4Mpa，可以算得有效面積的值為627cm2 （3）空氣彈簧剛度的計(jì)算 空氣彈簧的剛度為載荷對(duì)起垂直位移的導(dǎo)數(shù)，在充滿氣體的空氣彈簧上作用外力P后，會(huì)引起彈簧的微小變形df，相應(yīng)氣體容積變化量dv，由于囊壁變形所做的功與外力所做的功相比可以忽略，因而外力做功Pdf等于氣體受壓

45、力作的功（p－pa）dV Pdf=(p－pa)dV (3.1) 彈簧內(nèi)密封的空氣滿足氣體狀態(tài)方程 p/p0=(V/V0)的k次方 (3.2) 定義彈簧的有效面積為A02＝－dvdf (3.3) 把3式與2式一并代入1式中，可以得到這樣的式子 P＝(p-pa)A02=(p0Vk/Vi-pa)A02 將上式對(duì)位移求導(dǎo)可得空氣彈簧的剛度為 C＝(dp/d

46、f)A02+(p-pa)dA02/df=(kp0V0k/Vk+1)A022+(p0Vk/Vk-pa)dA02/df（3.4） 這表明空氣彈簧的剛度由兩部分組成，分別由氣體體積的變化和有效面積的變化而引起。在設(shè)計(jì)時(shí)，都要考慮到這兩方面的因素。 在靜平衡位置時(shí)，有p=p0,V=V0,我們知道，絕對(duì)壓力等于相對(duì)內(nèi)壓加上標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)的值，則有p0=p2r+pa,,則有 空氣彈簧在靜平衡時(shí)的剛度為 C＝k(p2r+pa)A022/V02+p2rdA/dx （3.5） 式中，k為多變指數(shù)，當(dāng)汽車載荷緩慢變化時(shí)，彈簧內(nèi)空氣狀態(tài)的變化接近等溫過程

47、，可取k＝1，當(dāng)汽車在行駛過程振動(dòng)時(shí)，彈簧內(nèi)空氣狀態(tài)的變化接近于絕熱過程，可取k＝1.4，實(shí)際計(jì)算時(shí)，通常取k＝1.2－1.4，在此，我取k＝1.33 A02＝627cm2為有效面積，直徑為282mm dA/df為有效面積變化率，由于采用的是直筒的活塞，dA/df＝0 n0= （3.6） 可以求出V的值為16.4L，pa 為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。 由此代入公式（5），可得出空氣彈簧的剛度為1594N/cm。 （4）減振器的尺寸計(jì)算 1.減振器阻尼系數(shù)a的確定 在性能參數(shù)選擇一節(jié)里我們已經(jīng)知道相對(duì)阻尼系數(shù)的概念，并選擇相對(duì)阻

48、尼系數(shù)b為0.3，若簧載質(zhì)量為m，則有 a＝2b（Cm）1/2=24240 （3.7） 2.最大卸荷力F0的確定 為了減少傳給車身的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器應(yīng)打開卸荷閥，此時(shí)活塞速度成為卸荷速度，vx一般為0.15－0.3m/s，取為0.25若伸張行程時(shí)的阻尼系數(shù)為a0 F0＝a0vx=24240*0.25=6060N （3.8） 3.主要尺寸參數(shù) 筒式減振器工作缸直徑D可由最大卸荷力和缸內(nèi)允許壓力［p］來

49、近似求得 D＝｛4F0/π［p］(1-h2)｝1/2 （3.9） 式中，［p］為缸內(nèi)最大允許壓力，取3到4N/mm2 H為缸筒直徑與連桿直徑之比，取為0.4到0.5 儲(chǔ)油缸直徑Dc=(1.35---1.5)D,工作缸筒常由低碳無縫鋼管制成，壁厚一般取1.5到2mm，這里取為2mm，儲(chǔ)油筒壁厚也取2mm。 代入數(shù)據(jù)，計(jì)算求得，D=47.93，圓整得，D=50mm D的尺寸確定后，參考國標(biāo)QC/T491-1999 選擇CG型減振器，基長(zhǎng)為120mm，儲(chǔ)液筒最大外徑D1為80mm，防塵罩最大外徑D2為90mm，活塞行程選

50、擇160mm （5）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)尺寸及跨距的選擇 ①長(zhǎng)度的確定 確定推力桿的長(zhǎng)度時(shí)，除了要考慮它對(duì)主銷后傾角或傳動(dòng)軸夾角的影響外，另一個(gè)要考慮的因素是推力桿兩端街頭內(nèi)橡膠襯套的扭轉(zhuǎn)角 。由于客車會(huì)受到地面的影響會(huì)有顛簸，這樣由于導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對(duì)車輛的約束作用使得導(dǎo)向機(jī)構(gòu)會(huì)使得空氣彈簧上升或者下降，為了避免空氣彈簧過度拉升或者頻繁撞擊限位塊，這樣就要求對(duì)推力桿有一個(gè)長(zhǎng)度限制，一般用經(jīng)驗(yàn)公式或者在推力桿的安裝位置畫圓弧來算出推力桿長(zhǎng)度，在這里我使用經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算長(zhǎng)度。 它與桿長(zhǎng)的關(guān)系： L =l/ sina（橫向推力桿初始布置的傾斜角為零）（3.10） 式中，a為

51、推力桿兩端接頭內(nèi)橡膠襯套的扭轉(zhuǎn)角，取為111度，l為空氣彈簧的壓縮、伸長(zhǎng)行程絕對(duì)行程中的最大值，查4.2.1節(jié)的表可得l=8.95inch=22.733cm，計(jì)算得推力桿的長(zhǎng)度為633mm ②截面尺寸的確定 在汽車行使的過程中，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受力主要有以下幾個(gè)工況，即正常行使工況，緊急制動(dòng)工況，加速行使工況，以及汽車以0.4g加速度轉(zhuǎn)彎的工況。 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力為Ft＝Ttqigi0ηT/r,其中，Ttq為發(fā)動(dòng)價(jià)轉(zhuǎn)矩，ig,i0分別為主減速比以及變速比，r為車輪半徑。這里的驅(qū)動(dòng)力為最大驅(qū)動(dòng)力。 由圖2以及相關(guān)內(nèi)容可知，以V型桿為例，所受徑向力R為R＝F1/2cos（θ/2），由此可以校核上面所得

52、到的長(zhǎng)度，以45號(hào)鋼為例，符合要求。 要得到截面尺寸，必須分析汽車以0.4g加速度轉(zhuǎn)彎的工況，先來分析下在這種工況下整車受力情況，下面的圖為汽車向左轉(zhuǎn)行使的后視圖。 圖3.1 左轉(zhuǎn)行駛后視圖 汽車在橫向加速度ay的作用下，懸掛質(zhì)量側(cè)傾角為φ，容易得到圖中各力和力矩的大小為 Fu=muay Fs=msay Ms=Fsd cosφ+Wsd sinφ 可以最終得到 FT＝muayHu/B+msayh/B+(msayd cos

53、φ+msgd sinφ)/B 其中，第二項(xiàng)的作用力就由懸架匯中的導(dǎo)向傳力機(jī)構(gòu)傳遞。 （6）側(cè)傾剛度以及側(cè)傾角的計(jì)算于校核 ①側(cè)傾力臂 圖3.2 側(cè)傾力矩示意圖 后懸架側(cè)傾中心離地面高度h2=842mm已知 簧載質(zhì)心高度為 Shg=(Ghg-GuRc)/(G-Gu)=（11500*1550-1260*505）/（11500-1260）=1679mm（3.11） 其中，Rc為車輪靜力半徑，hg為滿載時(shí)重心高度 質(zhì)心離前軸距離Ls=P2L/(P1+P2)=50176*6150/（50

54、176+25823）=4060mm （3.12） 式中P1P2為前后懸架單邊簧載質(zhì)量，L為軸距 后軸距離為6150-4060=2090mm （3.13） 則側(cè)傾力臂為 h=Shg-h1-(Ls-L1)(h2-h1)/(L1-L2)=602mm （3.14） 其中，h1h2前后懸架側(cè)傾中心離地高度，h1=517mm,h2=842mm L1為軸距，L2為前懸架側(cè)傾中心離前軸距離為0 2.側(cè)傾剛度的計(jì)算 在側(cè)傾角不大

55、的情況下，車身側(cè)傾單位角度所必須的側(cè)傾力矩稱為側(cè)傾角剛度。側(cè)傾角剛度的大小及其在前后輪的分配，對(duì)車輛側(cè)傾角的大小，側(cè)傾時(shí)前后軸及左右車輪的載荷再分配以及車輛穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性有一定的影響。 側(cè)傾剛度為 C＝0.5C2LD2L2+Cs1+C2AD2A2+CS2 式中，D2L為前橋空氣彈簧左右跨距，D2A為后橋左右跨距為1480mm Cs1Cs2為前后穩(wěn)定杠剛度，后穩(wěn)定杠不存在，所以剛度為0， 由于只設(shè)計(jì)后懸， 所以給出了整車側(cè)傾剛度為8.893107Ncm/rad 1. 整車側(cè)傾角 當(dāng)整車以向心加速度0.4g穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時(shí)，側(cè)傾角為

56、Ф＝=0.4*=0.05Rad=2.9。 (3.15) 式中，V2/R=0.4g GS＝G-GU=17500-1600=15900Kg 計(jì)算結(jié)果為側(cè)傾角為2.9度，滿足小于六度的要求，這說明，我選擇的左右跨距是滿足要求的，側(cè)傾剛度以及側(cè)傾角是滿足平順性的要求的。 第3.2節(jié) 液壓懸架的性能參數(shù) 作為國內(nèi)法系中級(jí)車的代表，東風(fēng)雪鐵龍C5在外觀設(shè)計(jì)和豐富配置得到了廣泛認(rèn)可，另外，得益于獨(dú)特的懸掛結(jié)構(gòu)，其在駕乘舒適性上的表現(xiàn)也是很值得肯定的。因此我就來分析一下C5在懸掛方面的獨(dú)特之處。 國產(chǎn)C5采用的麥弗遜式前懸很注重細(xì)節(jié)，但并非是獨(dú)立軸頸雙叉臂式

57、 圖3.3 懸架仰視圖 國產(chǎn)C5的前懸架被整塊塑料下護(hù)板覆蓋著，局部破損為托底所致。 與上一代車型相同，在歐洲市場(chǎng)上雪鐵龍同樣為C5匹配了多種懸掛，包括Hydractive 3 Plus主動(dòng)懸架和Metallic普通懸架兩種。而引入國內(nèi)后，前懸更換成了一套更為尋常的麥弗遜式懸掛。因而在結(jié)構(gòu)上，它與同平臺(tái)的標(biāo)致407存在明顯的差異。 圖3.4 與傳統(tǒng)懸架的比較 如圖所示，C5的前懸換成了相對(duì)傳統(tǒng)的麥弗遜式（麥弗遜獨(dú)立懸掛詳解文章）。它與我們常見形式的主要差異在于減震器塔頂部分安裝了質(zhì)量更輕也更可靠的一體

58、式“鋁帽子”，另外下擺臂也采用了鍛造非調(diào)制鋼，這種材質(zhì)強(qiáng)度要優(yōu)于傳統(tǒng)的鋼板沖壓件、鑄鐵件以及鋁合金件，但重量偏大。同時(shí)，應(yīng)用于多處的減震橡膠套可以柔化機(jī)件間的剛性沖擊，前懸如此。 后懸也是同樣。熟悉雪鐵龍品牌車型的朋友可能都知道：上一代進(jìn)口C5在懸掛技術(shù)上的口碑主要是歸功于第三代主動(dòng)液壓懸掛系統(tǒng)（Hydractive 3）的良好應(yīng)用（第一代主動(dòng)液壓懸掛系統(tǒng)率先應(yīng)用于1989年推出的XM車型，第二代率先應(yīng)用于1993年推出的XANTIA車型上）。而應(yīng)用了這種主動(dòng)液壓氣動(dòng)懸掛技術(shù)后，車輛在舒適和操控性的兼容上是傳統(tǒng)螺旋彈簧不可比擬的。但僅就麥弗遜式前懸來說，它并不具有結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)。不過在換代改

59、款后的新一代C5則采用了與標(biāo)致407同平臺(tái)生產(chǎn)的策略。這意味著它會(huì)裝配PSA旗下結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、強(qiáng)度最高的懸掛系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上說，其前懸名為“獨(dú)立軸頸雙叉臂式”，屬于一種改進(jìn)型雙叉臂結(jié)構(gòu)。用轉(zhuǎn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向節(jié)支架取代了只用上下控制臂來對(duì)車輪進(jìn)行約束的狀況。其機(jī)件復(fù)雜程度更高，耐沖擊性和可塑性也更好。另外，得益于大量的鋁制部件的應(yīng)用，也良好的解決了質(zhì)量過重的問題。但遺憾的是，這套雙叉臂前懸掛最終沒有裝配到國產(chǎn)后的東風(fēng)雪鐵龍C5車型上。相比諸多中級(jí)車采用的管狀焊接鋼梁以及X形鋼梁，C5采用的這種矩形截面貫通式高強(qiáng)度后橫梁具有更高的強(qiáng)度及抗形變特點(diǎn)。它由四個(gè)柔性連接件固定在車架上。這種設(shè)計(jì)有助于更好的吸收懸架

60、和減震器傳遞的振動(dòng)。當(dāng)然采用這種堅(jiān)固的副車架也并非沒有劣勢(shì)，事實(shí)上非鋁合金材質(zhì)的橫梁（407車型為鋁合金材質(zhì)），需要以空心打孔的形式來盡量克服質(zhì)量過大的問題，而即便如此，C5的整備質(zhì)量還是達(dá)到了1600kg。另外，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也需要更大的空間，進(jìn)而影響車內(nèi)后排空間。 圖3.5 室內(nèi)空間 盡管國產(chǎn)C5擁有2800mm的軸距，但實(shí)際后排腿部空間并沒有想象中的寬裕，較厚的座椅靠墊和復(fù)雜的后懸結(jié)構(gòu)占了很多寶貴的空間。另外后車門開口寬度也變相的受到了影響。 圖3.6國產(chǎn)C5的鐵質(zhì)后副車架采用了打孔的形式 紫色標(biāo)注部分為后懸的可調(diào)節(jié)前束，而在很多同級(jí)車型上這是不可調(diào)的 圖3.7

61、 分離式減震器 紅色部分為避震器彈簧總成；黃色部分為下支撐臂；紫色部分為防傾桿 這套懸掛的每個(gè)單元包括一個(gè)上叉臂，兩個(gè)下橫臂，一個(gè)縱臂，一個(gè)后輪軸支架（俗稱“羊角”）和機(jī)簧一體式的彈簧減震器總成（機(jī)簧一體的優(yōu)勢(shì)在于響應(yīng)速度更快）以及一根防傾桿。其中除矩形截面副車架外，其余機(jī)件均為鋁制。且采用了加強(qiáng)筋加以強(qiáng)化。值得一提的是：后懸采用了適應(yīng)性可調(diào)節(jié)前束。通常情況下，在車輛形式較長(zhǎng)里程后，車輪的前束值都會(huì)發(fā)生變化，從而造成輪胎偏磨，而應(yīng)用可調(diào)節(jié)前束后，可以在一定程度上減少非正常磨損。另外，其減震器也沒有直接連在車身上，而是分離開來并與副車架相連。通過柔化機(jī)件來減少懸掛彈跳對(duì)車身的直接沖擊。同時(shí)，

62、其上叉臂（上圖綠色部分）也為鋁制部件，并擁有兩個(gè)傳統(tǒng)的柔性連接以固定在橫梁上。第三個(gè)柔性連接則與后輪軸支架相連。它在徑向上的強(qiáng)度很高而在縱向上很靈活，為了“柔和”吸收縱向上傳來的沖擊。副車架上還安裝了一個(gè)“撞塊”。 圖 3.8 左圖為前懸側(cè)視；右圖為后懸側(cè)視 在后懸叉臂上方安裝的這個(gè)柔軟的“撞塊”（限位器）它有助于柔和的吸收來自減震器縱向彈跳上傳的沖擊力，這點(diǎn)有別于一些車型采用的普通橡膠塊，只能吸收高頻振動(dòng)，而無法避免低頻振動(dòng)對(duì)車身的沖擊。另外，我們可以注意到：它的后懸彈簧減震器總成采用的是傾斜安裝（安裝在橫梁和后輪軸支架中間），這樣即可兼顧舒適性又可在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)控制車輪定位和

63、抑制車身側(cè)傾。 圖3.9 國產(chǎn)C5的半軸 圖3.10分離式多級(jí)非線性減震器 分離式多級(jí)非線性阻尼減震技術(shù)，我們可以拆分來看，首先是分離式（這點(diǎn)在前文已經(jīng)作了解釋）。然后是多級(jí)非線性阻尼減震技術(shù)，這種技術(shù)主要是強(qiáng)調(diào)。我們知道阻尼力主要有遲滯阻尼、比例阻尼和非線性阻尼等，而汽車減震屬于典型的非線性。依據(jù)不同情況，C5的采用的這套阻尼減震可以在低速段實(shí)現(xiàn)高阻尼力以確保操控穩(wěn)定性，而在高速段實(shí)現(xiàn)低阻尼力以強(qiáng)調(diào)行駛舒適性。另外，螺旋彈簧的匹配可以讓車身行駛的振動(dòng)頻率達(dá)到1.05-1.2Hz范圍內(nèi)，這種頻率類似人行走的頻率1Hz。 應(yīng)該

64、說相比同級(jí)諸多品牌車型，C5的這套懸架繼承了法系車型一貫的韌性，盡管比海外版本車型有所縮水，但結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)還是值得肯定的，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)舒適性的調(diào)校，也得到了普遍的認(rèn)可。只是在緊急加減速狀態(tài)下，“綿軟”的懸掛顯得不夠樂趣，但在繞樁測(cè)試中，它的韌性表現(xiàn)，確實(shí)是值得肯定的。 通過對(duì)空氣懸架的計(jì)算和對(duì)雪特龍液壓系統(tǒng)的分析，我們可以總結(jié)一下，進(jìn)行比較： （1）軟硬程度和車身高度可以自行調(diào)節(jié)控制，空氣彈簧和減震器令舒適性更好 　　早期的空氣懸架并不是運(yùn)用于乘用和商用車輛，并且也沒有復(fù)雜的電子控制設(shè)備。在19世紀(jì)中期，空氣懸架中的空氣彈簧是作為一種隔離震動(dòng)的設(shè)備運(yùn)用于大型機(jī)械上，到20世紀(jì)40年代

65、，通用汽車在其生產(chǎn)的客車上首次采用了裝備空氣彈簧的空氣懸架，并由此開始了進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)9年的驗(yàn)證，最終于1953年順利裝備到量產(chǎn)車上。和電控主動(dòng)液壓懸架不同的是，空氣懸架在世界范圍內(nèi)的最大客戶為大型客車和商用車，尤其在大型客車上采用空氣懸架后較傳統(tǒng)的鋼板彈簧在舒適性上有較大改善，當(dāng)然出于成本和用途的考慮，在這類大型車輛上空氣懸架多半不具備電子控制功能，更談不上可升降底盤 　和傳統(tǒng)的液壓減震器配螺旋彈簧的懸架相比，空氣懸架利用氣體的壓縮性實(shí)現(xiàn)彈性作用，在ECU的計(jì)算下可根據(jù)車重和路面情況來調(diào)節(jié)壓縮氣體的壓力，空氣懸架由此而表現(xiàn)出的特點(diǎn)就是對(duì)高頻震動(dòng)和車身平穩(wěn)控制得很到位。但側(cè)向支撐不足又是空氣懸架最

66、大的軟肋。 　　解決這一問題的有效辦法就是引入電子控制部件，實(shí)現(xiàn)懸架軟硬可調(diào)。作為研發(fā)電控空氣懸架的先行者，奔馳率先以空氣彈簧和減震器為基礎(chǔ)，引入ECU控制單元、轉(zhuǎn)向角度傳感器、車身高度傳感器、空氣壓縮機(jī)、速度和制動(dòng)傳感器，實(shí)現(xiàn)電腦控制、精密計(jì)算。電控主動(dòng)空氣懸架可通過改變空氣彈簧里的氣體容量和壓力來實(shí)現(xiàn)軟硬調(diào)節(jié)，即電控空氣減震器可通過調(diào)節(jié)氣體的壓力大小實(shí)現(xiàn)阻尼多級(jí)化。從而，電控主動(dòng)空氣懸架就兼有舒適性和運(yùn)動(dòng)性的特性。并且可實(shí)現(xiàn)直線行駛偏軟，提高舒適性；轉(zhuǎn)向和高速運(yùn)動(dòng)時(shí)加硬，增加側(cè)向支撐提供更好的路感。此外還可通過ECU和空氣壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)車身的高度自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)，所以目前市面上幾乎大多數(shù)的豪華SUV都裝備電控主動(dòng)空氣懸架，以完成城市道路行駛和野外越野的雙重使命。 （2）最大特點(diǎn)在于可手動(dòng)調(diào)節(jié)懸架高度，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)減震器的剛度和阻尼 作為研發(fā)電控主動(dòng)液壓懸架的佼佼者，雪鐵龍?jiān)缭?0世紀(jì)50年代初就將電控主動(dòng)液壓懸架運(yùn)用在當(dāng)時(shí)的雪鐵龍15車型上，不過真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)則是在稍后推出的DS車型上。在DS車型上裝備的電控主動(dòng)液壓懸架以液壓球替代了傳統(tǒng)的螺旋