某車油氣彈簧前懸架設(shè)計【16張CAD圖紙、文檔全套】【GC系列】

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學(xué) 院 專業(yè) 學(xué)生姓名 （教）學(xué)號 指導(dǎo)教師 職稱 合作導(dǎo)師 職稱 論文題目 某車油氣彈簧前懸架設(shè)計 一、課題研究的背景和意義（綜述國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀，闡述課題的研究目的、意義） 研究背景及意義 汽車懸架是指汽車的車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間一切傳力連接裝置的總稱。車輛懸架除了應(yīng)保證車輪的精確導(dǎo)向、轉(zhuǎn)向之外，還要能隔離路面噪聲，避免車輪滾動產(chǎn)生的噪聲傳到車身。由于車輪接地點處的力（力矩）都是通過車輛懸架傳遞到車身的，無論汽車處于何種狀態(tài)（起步、行駛、上下坡道、轉(zhuǎn)彎、制動等），懸架都起著極為重要的作用（支撐車身、抑制車身的垂直振動、俯仰及傾側(cè)等），其性能的優(yōu)劣直接關(guān)聯(lián)著汽車的平順性、穩(wěn)定性甚至是行車安全。所以在任何車輛中，懸架都是汽車底盤非常重要的部件之一。 汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性對車輛懸架的要求是沖突的、相互矛盾的。要提高行駛平順性，車輛懸架必須匹配“軟”的彈簧和小阻尼的減震器，但是這 樣懸架動行程會增加，抗俯仰和傾側(cè)的能力降低，會極大影響操縱穩(wěn)定性；而想 要提高操縱穩(wěn)定性，就得使用“硬”彈簧及與之相匹配的大阻尼減震器來限制車 身姿態(tài)的變化，這又會使車身振動加劇，影響乘坐的舒適感。因此只有綜合考慮這兩個矛盾的因素，才能提高汽車懸架的整體性能。 本文主要進(jìn)彈簧車用油氣彈簧的設(shè)計與分析的研究。油氣彈（Hydro- Pneumatic Spring）是油氣懸架的核心部件，是利用氣體的壓縮來儲存能量的彈性元件，是在膜式空氣彈簧的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。它采用金屬容器作為氣室，以惰性的氮氣作為彈性元件，并在活塞和氣體之間有油液作為中間介質(zhì)。它擁有車輛所需理想的非線性彈性特性、良好的減振性能和比較完善的調(diào)節(jié)功能，通過油氣彈簧的設(shè)計可以滿足汽車所需的非線性彈性特性、減振性能，提高乘坐的舒適性。 油氣懸架不僅能夠滿足汽車行駛的平順性和操縱性，而且可以通過調(diào)節(jié)車身高度提高汽車的道路通過性，另外相較于其他新型懸架，油氣懸架的性價比更高。在國內(nèi)，油氣懸架還處于研究階段，但在歐美一些發(fā)達(dá)國家使用主動油氣懸架作為車輛懸架系統(tǒng)已經(jīng)初步得到了實際應(yīng)用。由于國內(nèi)引進(jìn)油氣懸架的時間較晚（20 世紀(jì) 90 年代），自主研發(fā)的產(chǎn)品性能與國外同類產(chǎn)品相比，還存在較大差距，不管是油氣懸架的設(shè)計階段還是應(yīng)用過程，都未形成系統(tǒng)的知識技術(shù)鏈，因此對油氣懸架系統(tǒng)的研究以及完善其在應(yīng)用方面的技術(shù)很有必要。 經(jīng)過廣泛的市場調(diào)研，國內(nèi)民用市場對油氣彈簧的需求量很大，需求量遠(yuǎn)大于供應(yīng)量。很多企業(yè)和科研院所都對其產(chǎn)生了濃厚的興趣，但由于國外對核心技術(shù)的封鎖，國內(nèi)在自主研發(fā)方面的整體實力還比較薄弱，使得目前沒有真正意義上的高質(zhì)量成熟產(chǎn)品能夠批量供貨，同時昂貴的價格也使大多企業(yè)“望而卻步”，此外，國外企業(yè)不斷進(jìn)入中國市場，希望在中國市場占有一席之地，使得市場蘊涵著巨大的機遇與挑戰(zhàn)，為了保護(hù)國內(nèi)市場不被國外企業(yè)占據(jù)，對油氣彈簧的工作性能進(jìn)行深入系統(tǒng)地研究，并研制出性能優(yōu)越、價格合理的產(chǎn)品是當(dāng)前的首要任務(wù)，在此基礎(chǔ)上，保護(hù)領(lǐng)國內(nèi)市場，創(chuàng)造民族品牌，加快我國汽車行業(yè)的發(fā)展速度，增強自主研發(fā)實力。 國外研究現(xiàn)狀 當(dāng)前國外專家學(xué)者對油氣懸架的研究主要集中在個方面： 1. 建立新型合理的油氣懸架的數(shù)學(xué)模型。主要的研究思路是把具有非線性特性的彈性元件如懸架油缸和對非線性的影響因素如油液、高壓空氣的壓縮膨脹、非線性阻尼、剛度特性納入到數(shù)學(xué)模型中，使得理論懸架系統(tǒng)符合實際，成為非線性系統(tǒng)。目前建立油氣懸架的數(shù)學(xué)模型方法可以分為參數(shù)化和非參數(shù)化，因為參數(shù)化模型能比較好的描述系統(tǒng)內(nèi)部工作狀態(tài)，而且每個參數(shù)又有非常明確的物理意義，有益于油氣懸架非線性特性的研究，相對于非參數(shù)化設(shè)計具有一定的優(yōu)勢。兩者均有其局限性，國外學(xué)者試圖結(jié)合參數(shù)化和非參數(shù)化兩種建模方式實現(xiàn)對油氣懸架數(shù)學(xué)模型的建模工作。 2. 新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的開發(fā)和主動控制策略的研究。新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的開發(fā)，主要是對半主動和主動油氣懸架的開發(fā)應(yīng)用。利用油氣懸架變阻尼相對簡單的優(yōu)勢，調(diào)節(jié)阻尼實現(xiàn)懸架的半主動和主動控制。半主動控制的原理主要是控制單元對各類傳感器采集的信號進(jìn)行處理，再通過調(diào)節(jié)阻尼閥口大小，改變油缸和蓄能器之間的阻尼力，實現(xiàn)懸架輸出力半主動控制。主動懸架則需要另加動力元件如液壓油泵等，油液通過伺服閥再進(jìn)入液壓缸，實時控制懸架輸出力。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 20世紀(jì)80年代，油氣彈簧引起了國內(nèi)研宄人員的關(guān)注意。進(jìn)入到年代，國內(nèi)的一些大型國有企業(yè)引進(jìn)了裝有油氣彈簧的車輛，這一事件翻開了國內(nèi)油氣彈黌研究高潮的第一頁，隨后，國內(nèi)的高等院校也加入了科研隊伍。目前，該技術(shù)在國內(nèi)的研究主要包括如下幾個方面： 1. 基本的設(shè)計理論研宄。基于車輛的類型、性能、參數(shù)及油氣彈簧內(nèi)、外部的工作環(huán)境等因素，研究人員完成油氣彈簧最佳阻尼匹配特性、油液節(jié)流損失性能、閥片應(yīng)力、應(yīng)變特性及阻尼、剛度等特性的研究，得出油氣彈黃的工作特性的變化規(guī)律，為我國自主研發(fā)提供重要的科研資料。 2. 油氣彈簧特性仿真及相關(guān)軟件開發(fā)的研宄。國內(nèi)研究人員在該方面進(jìn)行了大量的研宄工作，主要對油氣彈簧的工作特性進(jìn)行仿真模型建立及定性分析，應(yīng)用相關(guān)軟件進(jìn)行仿真，如：中的模塊、編程軟件，經(jīng)過科研工作人員的不懈努力，在該方面取得了突出的成績，并且在各大高校的相關(guān)科研工作也開展的如火如荼，如：吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、山東理工大學(xué)等。 3. 特定車型才需使用的油氣彈賛研究。該方面目前還處于研究階段，主要是利用軟件完成油氣彈簧機械模型的建立，并納入液壓系統(tǒng)，完成油氣彈簧的特性分析。 4. 油氣彈簧的新型結(jié)構(gòu)形式的研發(fā)。如圖1所示為某種剛度可控的油氣彈簧模型，在結(jié)構(gòu)上它擁有兩個儲氣室，工作時根據(jù)采集的汽車和油氣彈簧的相關(guān)信號，控制幵關(guān)閥的工作狀態(tài)，實現(xiàn)剛度隨車身狀態(tài)的變化而變化的功能。 5. 利用對油氣彈簧進(jìn)行實驗所得出的數(shù)據(jù)反求油氣彈黌的參數(shù)。通過試驗的手段得出最能真實、準(zhǔn)確反映油氣彈簧特性的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)反求，目前，國內(nèi)主要對節(jié)流閥參數(shù)進(jìn)行反求。 圖 1 二、課題研究已有的工作基礎(chǔ)，附證書、報告、文獻(xiàn)翻譯（總結(jié)歸納本人的學(xué)習(xí)、科研、實習(xí)等成果，以及已掌握的前人資料，簡述自己初步的學(xué)術(shù)見解） 查閱了許多國內(nèi)外文獻(xiàn)，也大致了解了油氣彈簧的結(jié)構(gòu)，工作原理，特征及分類，對于我自己而言，在設(shè)計一個油氣彈簧時，困難點應(yīng)該在于其數(shù)學(xué)模型的建立，這個要求我去掌握有關(guān)液壓傳動方面的知識，雖然大三選修課學(xué)習(xí)過，但也只是點皮毛，要應(yīng)用到具體的設(shè)計上，還是得去借鑒其他文獻(xiàn)中的方法及過程。油氣彈簧相較于其他被動彈簧，最大的特點在于其非線性的剛度及阻尼特性，而其特性又和它的結(jié)構(gòu)參數(shù)息息相關(guān)，因此，本次油氣彈簧的設(shè)計，首先應(yīng)將油氣彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定好，再進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)，最后進(jìn)行特性仿真。 三、研究的內(nèi)容及可行性分析 主要研究內(nèi)容 1. 在查閱關(guān)于油氣彈簧的國內(nèi)外研究資料的基礎(chǔ)上，介紹油氣彈簧的工作原理、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用領(lǐng)域。 2. 完成油氣彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計及參數(shù)選定。推導(dǎo)節(jié)流閥片的數(shù)學(xué)模型，利用該模型設(shè)計合理的節(jié)流閥片厚度，并設(shè)計合理的缸體、連接體、閥系的結(jié)構(gòu)形式，選取合理的密封圈和導(dǎo)向?qū)挾取? 3. 基于所建立的油氣彈簧數(shù)學(xué)模型完成油氣彈簧工作特性的仿真分析（剛度特性，阻尼特性，總輸出力特性）。 4. 建立四分之一車輛模型進(jìn)行動力學(xué)分析。 可行性分析 1. 客觀條件：關(guān)于油氣彈簧的設(shè)計，國內(nèi)外的學(xué)者已經(jīng)做出了大量的研究工作，通過在中國知網(wǎng)上的檢索，收集了大量的有關(guān)油氣彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計與參數(shù)優(yōu)化的論文，對我的課題工作有了極大的借鑒意義。而且本學(xué)期的工作主要就是這個畢業(yè)設(shè)計，故時間上也十分充裕。并且還有吳海東老師和司振立學(xué)長的幫助。另外，學(xué)院實驗室里也有許多油氣彈簧的實物，可以讓我更加具體切實的觀察和掌握油氣彈簧的結(jié)構(gòu)和工作原理。 2. 主觀條件：通過查閱其他學(xué)者的工作，我大概掌握了設(shè)計油氣彈簧的基本步驟及所需的基本知識，還有所需掌握的軟件技術(shù)（CATIA和MATLAB等）。這些在我前幾年的大學(xué)學(xué)習(xí)生活中都有所接觸，并不陌生。關(guān)于油氣彈簧的基本認(rèn)識也已掌握(其結(jié)構(gòu)，特征，原理，分類，發(fā)展歷史等)。目前對我來說，最大的難點在于對其數(shù)學(xué)模型的建立，這項工作需要有關(guān)工程熱力學(xué)和流體力學(xué)的知識，而這兩門學(xué)科的知識我雖已學(xué)習(xí)過，但距今相隔較遠(yuǎn)，所以有所遺忘，難免生疏，學(xué)習(xí)時有些吃力，但好在有其他論文對于這項建模工作的詳細(xì)論述，讓我可以借鑒學(xué)習(xí)，減輕了我的負(fù)擔(dān)。 四、論文擬解決的關(guān)鍵問題及難點 關(guān)鍵問題 1. 確定油氣彈簧的基本參數(shù)，完成關(guān)鍵元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如節(jié)流閥系設(shè)計、連接體的設(shè)計、導(dǎo)向?qū)挾鹊脑O(shè)計、密封元件的選取等。 2. 根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程、節(jié)流縫隙兩端壓差與流量關(guān)系及油氣彈簧的工作參數(shù)，建立油氣彈簧的數(shù)學(xué)模型。 3. 基于所建立的模型完成油氣彈簧工作特性的仿真分析，根據(jù)結(jié)果總結(jié)每個參數(shù)對工作特性的影響規(guī)律。 4. 建立四分之一車輛模型進(jìn)行動力學(xué)分析。 五、研究方法與技術(shù)路線(重點論述技術(shù)方案) 技術(shù)路線 查閱文獻(xiàn)資料 了解，工作原理，特征，分類發(fā)展歷史等 確定總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及各部分參數(shù) 上、下連接體，外缸體，活塞桿，浮動活塞，活塞，節(jié)流閥系，導(dǎo)向蓋等 建立油氣彈簧理論數(shù)學(xué)模型 利用已建的數(shù)學(xué)模型，對其特性進(jìn)行仿真 彈性力模型 阻尼力模型 總輸出力模型 剛度特性 阻尼特性 總輸出力特性 利用已得到的彈簧特性，建立四分之一車輛模型，進(jìn)行動力學(xué)分析 六、論文的進(jìn)度安排 進(jìn)度安排 1.第七學(xué)期：完成文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述、開題報告的撰寫； 2.第八學(xué)期第1-2周：進(jìn)行參觀實習(xí)，參數(shù)計算、建模仿真； 3.第八學(xué)期第3-4周：方案設(shè)計、草圖繪制； 4.第八學(xué)期第5-11周：完成機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成CATIA三維模型的建立、CAD圖紙的繪制、電算說明書撰寫； 5.第八學(xué)期第12-13周：完成畢業(yè)設(shè)計說明書撰寫； 6.第八學(xué)期第14周：論文評審、查重和答辯。 七、畢業(yè)設(shè)計研制報告或畢業(yè)論文撰寫提綱（初步） 初步提綱 第一章--緒論 第二章--油氣彈簧總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 第三章--單氣室油氣彈簧理論模型建立 第四章--油氣彈簧的特性仿真分析 第五章--四分之一車輛模型動力學(xué)分析 八、主要參考文獻(xiàn) [1] 孫文君．汽車油氣彈簧特性仿真研究[D]．遼寧：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2009. 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[26] 馮立陽，樂渭清. 油氣彈簧設(shè)計中的幾個關(guān)鍵問題[J].液壓與氣動.1996 (1) :6-8. 九、指導(dǎo)教師意見 簽名： 20 年 月 日 十、開題審查小組意見 （要求具體意見，對前7項進(jìn)行評價，結(jié)論：通過，不通過） 開題審查小組組長簽名： 20 年 月 日 學(xué) 院 專業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 職稱 合作導(dǎo)師 職稱 論文題目 某車油氣彈簧前懸架設(shè)計 文獻(xiàn)綜述（主要包括國內(nèi)外現(xiàn)狀、研究方向、進(jìn)展情況、存在問題、參考文獻(xiàn)等）（5000字以上） （說明：文獻(xiàn)綜述是通過系統(tǒng)地查閱與所選課題相關(guān)的國內(nèi)外文獻(xiàn)，進(jìn)行搜集、整理、加工，從而撰寫的綜合性敘述和評價的文章。要體現(xiàn)“綜合性”、“描述性”、“評價性”的特征。主體部分的結(jié)構(gòu)包括該課題的“研究歷史”的回顧，“研究現(xiàn)狀”的對比，以及研究的“發(fā)展趨勢”） 前言 懸架系統(tǒng)對汽車的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性等性能都有非常重要的影響，是現(xiàn)代汽車的關(guān)鍵總成之一，因此合理選擇懸架設(shè)計方案、基于整車性能對懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配具有十分重要的意義。車輛懸架從結(jié)構(gòu)功能而言主要由彈性元件、減振裝置及相關(guān)的導(dǎo)向機構(gòu)組成。傳統(tǒng)的懸架形式結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，但是其空滿載車身高度變化幅度大，偏頻隨載荷而變【】，無法實現(xiàn)懸架參數(shù)與整車性能在不同承載狀態(tài)下的良好匹配，無法解決整車各個性能要求之間的矛盾。隨著車輛研究技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對車輛性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)形式懸架將逐漸被各種新型的懸架系統(tǒng)所取代【2】。 本文主要進(jìn)彈簧車用油氣彈簧的設(shè)計與分析的研究。油氣彈（Hydro- Pneumatic Spring）是油氣懸架的核心部件，是利用氣體的壓縮來儲存能量的彈性元件，是在膜式空氣彈簧的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。它采用金屬容器作為氣室，以惰性的氮氣作為彈性元件，并在活塞和氣體之間有油液作為中間介質(zhì)。它擁有車輛所需理想的非線性彈性特性、良好的減振性能和比較完善的調(diào)節(jié)功能，通過油氣彈簧的設(shè)計可以滿足汽車所需的非線性彈性特性、減振性能，提高乘坐的舒適性。 油氣懸架將液壓和氣壓傳動、控制技術(shù)與懸架技術(shù)融合在一起，是一種技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)良的車輛懸架，它克服了傳統(tǒng)懸架的上述缺點：其非線性特性可以實現(xiàn)車輛在不同承載狀況下的偏頻基本保持不變，從而使懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)與整車性能在不同承載狀態(tài)下都能達(dá)到良好的匹配，提高了整車的平順性；油氣懸架可以通過充油放油的方式實現(xiàn)車身的舉升與下降，改變車身離地間隙，從而提高整車的通過性；以車身傾角和懸架高度為控制信號，通過一定的解算方法求出各個油氣懸架充放油量，可以實現(xiàn)車載平臺的調(diào)平功能；將各輪油氣懸架通過油液管路進(jìn)行耦連可以改變整車的側(cè)傾及縱傾剛度，對車身姿態(tài)進(jìn)行控制，提高了車身姿態(tài)的穩(wěn)定性及行駛安全性。由于油氣懸架具有普通懸架所無法比擬的優(yōu)點，近年來發(fā)展很快，在整車上的使用率也逐步提高【3】【4】。 油氣彈簧國內(nèi)外研究應(yīng)用狀況 國外應(yīng)用現(xiàn)狀 油氣彈簧自20世紀(jì)50年代美國WABCO公司首次提出，國外車輛領(lǐng)域?qū)W者對此作了大量的研究工作，對油氣彈簧的密封和阻尼調(diào)節(jié)等技術(shù)作了詳細(xì)的研究，提出了改善油氣彈簧減振特性、提高其密封性能和使用壽命的方法，另外在油氣彈簧的結(jié)構(gòu)研究方面，也取得了一定的成果。而油氣懸架開始于60年代后期，并首先應(yīng)用在賽車和轎車領(lǐng)域【5】。 20世紀(jì)70年代，油氣懸架以優(yōu)越的性能滿足了多數(shù)車輛的要求使它們的平順性和操穩(wěn)性得到了較大的提升。在技術(shù)方面，國外定性定量的研究工作比較全面，對于如何進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計以及結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化如何影響油氣懸架的性能，都有較好的研究成果，但因為這是結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，屬于企業(yè)的商業(yè)機密，因此很難得到這方面的相關(guān)資料，充其量不過是油氣懸架的簡化數(shù)學(xué)模型、仿真及其仿真結(jié)果的試驗驗證等。70年代末，Moulton Development Ltd的A.E.Moultin和A.Best發(fā)明了集減振器與支撐彈簧于一體的油氣懸架系統(tǒng)，并于1979年進(jìn)行了油氣懸架的工程應(yīng)用和分析、注冊了“Hydragas”（油氣）商標(biāo)，并對油氣液體內(nèi)聯(lián)式懸架進(jìn)行了性能、質(zhì)量、成本和安裝方面的詳細(xì)研究分析，為油氣懸架研究的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[6]。1980年后，油氣懸架在德國和日本的重型車輛上得到了應(yīng)用并迅速發(fā)展[7].在軍用車輛方面有美國的AA7VA1兩棲裝甲戰(zhàn)車、法國的AMX-10RC輪式運兵車、瑞士Piranha輪式坦克等；在工程及礦業(yè)車輛上有德國Liebberr公司的CXP系列和美國Grove公司的全路面起重機、日本Hitachi公司的輪式挖掘機、美國Cateroillar公司的TS-24B自行鏟運車和瑞典Volvo公司的VME R190型礦用自卸車等；在賽車及轎車方面有法國雪鐵龍公司的Xantia系列轎車以及DS19和ID-19型賽車，并在一些特種車輛如導(dǎo)彈運輸車、火箭發(fā)射車、衛(wèi)星運輸車上也有應(yīng)用[8]。 國外研究現(xiàn)狀 1. 建立新型合理的油氣懸架的數(shù)學(xué)模型。 主要的研究思路是把具有非線性特性的彈性元件如懸架油缸和對非線性的影響因素如油液、高壓空氣的壓縮膨脹、非線性阻尼、剛度特性納入到數(shù)學(xué)模型中，使得理論懸架系統(tǒng)符合實際，成為非線性系統(tǒng)。目前建立油氣懸架的數(shù)學(xué)模型方法可以分為參數(shù)化和非參數(shù)化，比較早的有 Worden全面介紹了單筒式油氣懸架的參數(shù)化和非參數(shù)化建模方法，他指出應(yīng)用參數(shù)化方法建立的模型能夠比較精確地描述油氣懸架內(nèi)在狀態(tài)變化，適用于油氣懸架系統(tǒng)特性的研究，但這種方法的缺點是校驗時間長、計算速度慢[9]；應(yīng)用非參數(shù)化方法建立模型時，對所研究的系統(tǒng)可以一無所知，只需要在函數(shù)空間中尋找一簇函數(shù)來逼近系統(tǒng)的特性，然后在某種最佳的準(zhǔn)則意義下計算出每個函數(shù)的系數(shù)即可，但非參數(shù)化模型一般建立在對系統(tǒng)進(jìn)行大量試驗研究的基礎(chǔ)之上。兩者均有其局限性，國外學(xué)者試圖結(jié)合參數(shù)化和非參數(shù)化兩種建模方式實現(xiàn)對油氣懸架數(shù)學(xué)模型的建模工作。由于各種建模和分析方法都有其自身的特點和局限性，因此，必須針對具體問題采用適當(dāng)?shù)姆椒▽ο到y(tǒng)進(jìn)行理論分析和參數(shù)識別。下面通過查閱文獻(xiàn)整理出一些比較有代表性的研究。Koenraad 根據(jù)油氣獨立懸架油缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提出利用有關(guān)物理定律建立油氣懸架油缸初始模型，然后通過試驗對模型進(jìn)行參數(shù)識別，建立油氣懸架的參數(shù)化數(shù)學(xué)模型[10]。Kwangjin Lee 建立了單缸單氣室油氣懸架的參數(shù)化模型，指出高速激勵時，油氣懸架內(nèi)氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是，孔口壓差過大引起液壓腔壓強低于液壓油的氣化壓強，并通過臺架試驗對比了不同溫度下的輸出力-位移曲線[11]。Frank 在綜合考慮氣體多變過程、孔口紊流出流方程、庫侖摩擦力、油液的可壓縮性和緩沖限位塊等非線性因素后，建立了油氣懸架的非線性數(shù)學(xué)模型，采用等效線性化方法對建立的油氣懸架數(shù)學(xué)模型進(jìn)行線性化，并找出影響油氣懸架系統(tǒng)性能的主要因素[12]。Rideout 對互連式油氣懸架系統(tǒng)進(jìn)行了動態(tài)測試研究，利用試驗數(shù)據(jù)建立了互連式油氣懸架的線性模型、雙線性模型和慣性模型[13,14]。 Felez 提出了一種建立多軸汽車起重機的互連式油氣懸架模型的方法——功率鍵合圖法，指出在多軸起重機上油氣懸架相比傳統(tǒng)懸架具有諸多優(yōu)勢，并且互連式結(jié)構(gòu)優(yōu)于獨立結(jié)構(gòu)的油氣懸架系統(tǒng)[15]。Yousefi 提出一種通過低階近似的方法對油氣懸架非線性模型進(jìn)行線性化處理的方法，通過設(shè)計一個包括模型特征參數(shù)的狀態(tài)空間，使得狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)的近似值均達(dá)到最小[16]。 2. 新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的開發(fā)和主動控制策略的研究。 新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的開發(fā)，主要是對半主動和主動油氣懸架的開發(fā)應(yīng)用。利用油氣懸架變阻尼相對簡單的優(yōu)勢，調(diào)節(jié)阻尼實現(xiàn)懸架的半主動和主動控制。半主動控制的原理主要是控制單元對各類傳感器采集的信號進(jìn)行處理，再通過調(diào)節(jié)阻尼閥口大小，改變油缸和蓄能器之間的阻尼力，實現(xiàn)懸架輸出力半主動控制。主動懸架則需要另加動力元件如液壓油泵等，油液通過伺服閥再進(jìn)入液壓缸，實時控制懸架輸出力。 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀 國內(nèi)研究人員對油氣懸架的研究起步比較晚，從20世紀(jì)80年代，國內(nèi)研究人員才開始關(guān)注油氣懸架。1984年上海重型汽車制造廠率先將油氣懸架應(yīng)用到該廠的兩種型號的礦用自卸車上【17】 但由于其可靠性和密封性方面的問題，沒能得到廣泛應(yīng)用。此后，湘潭電機有限公司對不同噸位礦用自卸車引進(jìn)國外油氣懸架，進(jìn)行了一定程度的技術(shù)消化，促進(jìn)了我國國內(nèi)油氣懸架技術(shù)的推廣應(yīng)用。徐州工程機械集團(tuán)有限公司于 1992 年、湖南浦沅工程機械廠于 1994 年，先后從德國利勃海爾公司引進(jìn)了 LTM1025、LTM1032 和 LTM1050 型全地面起重機，促進(jìn)了油氣懸架技術(shù)的推廣和應(yīng)用；近年來，油氣懸架技術(shù)在軍用車輛領(lǐng)域的研究投入不斷加大，促使了油氣懸架技術(shù)的迅速發(fā)展，已有許多裝有油氣懸架的軍用車輛試制、試驗，但由于可靠性、經(jīng)濟(jì)性方面的原因，離量產(chǎn)還有一段距離。 總體來說，國內(nèi)油氣懸架方面的研究多集中在計算機仿真、國外產(chǎn)品分析、原理介紹、臺架試驗和原理樣機的研制上，目前還沒有形成一套切實有效的方法和理論去指導(dǎo)油氣懸架的設(shè)計和研發(fā)，離國外的油氣懸架技術(shù)還有一定的差距。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 最早進(jìn)行油氣彈簧研究的是武漢水運工程學(xué)院陶又同教授，他用示功圖法辨識了油氣彈簧模型[18]； 1994年孫求理單獨對單氣室油氣懸架進(jìn)行理論研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計【19】。同年，高凌風(fēng)探討了互聯(lián)式油氣懸架剛度對車輛振動響應(yīng)的影響【20】。1998年趙春明以某起重機為研究對象，使用功率鍵合圖法對油氣懸架系統(tǒng)在路面不平度激勵下的振動響應(yīng)特性進(jìn)行分析與研究【21】。2000年吳仁智建立了包含油液可壓縮性等非線性因素的油氣懸架數(shù)學(xué)模型【22】。2001年，河北工業(yè)大學(xué)馬國清碩士用Matlab/Simulink搭建了油氣懸架系統(tǒng)1/4車輛模型，分析了油氣懸掛系統(tǒng)的阻尼特性和剛度特性，預(yù)測了懸架參數(shù)變化對系統(tǒng)阻尼特性和剛度特性的影響[23]。2002年曹樹平建立了考慮摩擦的油氣懸架模型，并對其油氣懸架剛度和阻尼非線性進(jìn)行了分析與研究【24】。2004年上海交通大學(xué)汽車研究所的鄒游等人對單氣室油氣懸架的非線性剛度進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，并使用兩自由度的車輛振動模型對油氣懸架的平順性進(jìn)行仿真分析[25]；另外上海交通大學(xué)的莊德軍博士對油氣懸架從數(shù)學(xué)建模到驗證，使用魯棒性控制建立了主動油氣懸架的模型，并對車輛的側(cè)向及垂向性能進(jìn)行了研究[26]；2005年，周德成采用了實際氣體狀態(tài)方程來建立油氣懸架彈性力模型，通過臺架試驗對其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗證，并研究了油氣懸架缸摩擦力對輸出特性的影響[27]。同年，，王智明基于分形理論，對 SGA3550 型礦用汽車油氣懸架的輸出力特性進(jìn)行了研究[28]。2008年郭孔輝院士結(jié)合試驗數(shù)據(jù)和虛擬仿真結(jié)果，驗證了油氣消扭懸架的可靠性【29】。2009年燕山大學(xué)甄龍信考慮油氣懸架的密封性以及摩擦等非線性因素，完善了油氣懸架的非線性數(shù)學(xué)模型，并通過軟件仿真分析修正了所建立的油氣懸架振動模型，驗證了油氣懸架振動模型的準(zhǔn)確性【30】。北京理工大學(xué)楊杰等人對油氣懸架的具體閥件進(jìn)行了分析，從仿真結(jié)果詳細(xì)闡述了閥件參數(shù)對懸架阻尼的影響[31]；吉林大學(xué)借助于國家汽車重點實驗室，對郭孔輝院士發(fā)明的油氣懸架進(jìn)行了詳細(xì)分析，從理論到試驗，比較全面的研究了新油氣懸架的特性[32-35]；北京理工大學(xué)趙玉壯博士在其博士論文中非常詳細(xì)的對油氣懸架非線性部件進(jìn)行了具體的數(shù)學(xué)建模和分析，并對阻尼控制技術(shù)在油氣懸架上的應(yīng)用進(jìn)行了硬件設(shè)計[36]。北京理工大學(xué)張軍偉針對多支路油氣懸架進(jìn)行了理論和實驗研究，利用分?jǐn)?shù)階理論建立了油氣懸架數(shù)學(xué)模型，并對多支路油氣懸架存在的剛度阻尼耦合性和非一致性進(jìn)行了深入的研究[37]。同年，劉剛在其博士論文中提出一套互聯(lián)式油氣懸掛系統(tǒng)設(shè)計方案，仿真分析了該系統(tǒng)剛度、阻尼特性，并在此基礎(chǔ)上對四軸車輛進(jìn)行了操穩(wěn)性和平順性仿真和實車試驗，驗證了該套系統(tǒng)方案的可行性[38]。 國內(nèi)學(xué)者對油氣懸架的研究主要集中在以下五個方面： 1. 油氣懸架設(shè)計基本理論的研究: 國內(nèi)研究人員對這方面研究比較多，主要集中在對油氣懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼非線性化定性研究以及整車行駛的平順性評價方法研究，其中包括：利用油氣彈簧運動速度、油液流量、阻尼孔大小之間的關(guān)系，建立油氣懸架阻尼特性分段函數(shù)數(shù)學(xué)模型等 2. 特定車輛的油氣懸架系統(tǒng)仿真以及應(yīng)用: 國內(nèi)一些高校都在不斷完善自己的油氣懸架模型，并通過仿真分析和試驗分析的方式對其進(jìn)行修正，以達(dá)到更理想的效果。但相比較國外同類產(chǎn)品的性能，包括平順性、可靠性等都還有較大的差距，而且采用半主動、主動控制的產(chǎn)品很少。 3. 新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的研究: 目前國內(nèi)還尚未形成一套簡單易行、切實可靠的方法和理論去指導(dǎo)油氣懸架系統(tǒng)的設(shè)計，仍還處于國外樣機類比、參考設(shè)計，試驗修改階段。由于油氣懸架試驗研究的投資巨大，而且目前國內(nèi)在油氣彈簧試驗方面的投入較少，資金也比較分散。因此，當(dāng)前要形成一套完整的傳統(tǒng)設(shè)計方法是比較困難的。而優(yōu)化設(shè)計只需要正確的油氣懸架系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以車輛的性能力目標(biāo)，通過適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化算法便可求得油氣彈簧的參數(shù)。相對于傳統(tǒng)的設(shè)計方法來說，開展油氣懸架的優(yōu)化設(shè)計研究更具有現(xiàn)實意義。 4. 油氣彈簧閥系參數(shù)解析優(yōu)化設(shè)計及CAD軟件開發(fā)研究 油氣懸架的特性主要是由油氣彈簧的節(jié)流閥參數(shù)所決定的，即油氣彈簧的節(jié)流閥參數(shù)決定和影響油氣懸架的非線性阻尼特性，影響車輛的減振效果。目前，山東理工大學(xué)利用所建立的油氣懸架設(shè)計基本理論，根據(jù)油氣懸架所要求的最佳阻尼特性，利用油氣懸架開閥速度點以及油氣彈簧速度、液壓油液流量、節(jié)流壓力和閥片變形之間的關(guān)系，建立了油氣彈簧節(jié)流閥參數(shù)設(shè)計數(shù)學(xué)模型和黃金分割優(yōu)化設(shè)計方法，實現(xiàn)了油氣彈簧節(jié)流閥參數(shù)解析設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)所建立油氣彈簧節(jié)流閥參數(shù)設(shè)計數(shù)學(xué)模型和黃金分割優(yōu)化設(shè)計方法，利用AutoCAD開發(fā)系統(tǒng)平臺和VC++編程工具軟件，開發(fā)了油氣彈簧節(jié)流閥參數(shù)CAD軟件，實現(xiàn)了油氣懸架現(xiàn)代化CAD設(shè)計。 5. 利用對油氣彈簧進(jìn)行實驗所得出的數(shù)據(jù)反求油氣彈黌的參數(shù)。 通過試驗的手段得出最能真實、準(zhǔn)確反映油氣彈簧特性的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)反求，目前，國內(nèi)主要對節(jié)流閥參數(shù)進(jìn)行反求。 油氣彈簧的應(yīng)用領(lǐng)域 油氣彈簧目前主要用于一些軍事車輛、高級轎車、豪華客車、重型載貨汽車及工程車輛中。 1. 軍事車輛。油氣懸架具有良好特性，因此廣泛應(yīng)用于軍事車輛中，例如，意大利生產(chǎn)的“半人馬座”輪式裝甲車、法國生產(chǎn)的AMX-10RC輪式輸送車、瑞士生產(chǎn)的“鋸脂鋰”輪式坦克等。 2. 全路面汽車起重機。如德國利勃海爾公司生產(chǎn)的LTM系列起重機、美國格魯夫公司生產(chǎn)的AT系列起重機、日本鋼鐵株式會社生產(chǎn)的RK系列起重機、徐州重型機械廠生產(chǎn)的QAY25起重機。 3. 鏟運機械。如美國卡特彼勒公司生產(chǎn)的TS-24B自行鏟運機。 4. 輪式挖掘機。如日本日立建筑機械有限公司生產(chǎn)的10噸輪式挖掘機。 5. 礦用自卸車。如美國卡特彼勒公司生產(chǎn)的CAT789自卸車、沃爾沃公司生產(chǎn)的VMER90自卸車、上海重型汽車制造廠生產(chǎn)的SH380、SH382自卸車。 油氣彈簧的特征 油氣彈簧懸架與其他種類懸架比較，具有的優(yōu)點： 1） 非線性剛度；2）非線性阻尼；3）車身高度自由調(diào)節(jié)；4）剛性閉鎖；5）改善車輛運動性能；6）單位儲能比大。 油氣彈簧懸架具有以上優(yōu)點的同時，也存在許多不足之處： (1)剛度的非線性和阻尼的非線性，決定了油氣懸架是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，大大增加了其建模及 動態(tài)特性研究的難度；(2)需要額外的一套供油裝置,如油泵、控制閥等；(3)系統(tǒng)復(fù)雜，維修維護(hù)難度大，且需要專門的配套設(shè)備；(4)密封要求較高，易出現(xiàn)泄漏；(5)成本高，經(jīng)濟(jì)性不好。 國內(nèi)亟待解決的問題 從油氣懸架的發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，國外已經(jīng)到達(dá)應(yīng)用階段，而國內(nèi)還處于理論研究，試驗修正階段，差距很大，需要做如下幾方面的努力 (1) 系統(tǒng)性、基礎(chǔ)性研究。這需要增加研究、開發(fā)經(jīng)費，引進(jìn)和設(shè)計試驗設(shè)備。高?？梢越柚髽I(yè)試驗平臺，既進(jìn)行了油氣懸架理論研究、仿真分析，同時又研究了油氣懸架具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，開發(fā)出獨立自主的油氣懸架產(chǎn)品。? (2) 加強結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計方面的研究。研究油氣懸架的剛度特性、阻尼特性、頻率特性定性定量說明，懸架減振效果的定性定量說明等。? (3) 規(guī)范研究設(shè)計規(guī)則。由于油氣懸架系統(tǒng)性、基礎(chǔ)性研究已經(jīng)逐步加強，理論研究、實際設(shè)計相結(jié)合模式也在不斷的深入，所以需要建立一套通用的油氣懸架設(shè)計規(guī)則，使對油氣懸架的研究設(shè)計更加規(guī)范化、系列化。? (4) 研制、開發(fā)整車和多橋油氣懸架系統(tǒng)虛擬樣機，實現(xiàn)懸架系統(tǒng)的參數(shù)化、可視化設(shè)計，并針對油氣懸架系統(tǒng)開發(fā)專門的計算機仿真軟件。 (5) 從被動懸架技術(shù)向半主動懸架、主動懸架技術(shù)發(fā)展，選擇微處理器系統(tǒng)，采用電子自動化控制，最終實現(xiàn)油氣懸架的主動化自適應(yīng)智能控制系統(tǒng)。油氣懸架系統(tǒng)是一種新型的油氣懸架系統(tǒng)以現(xiàn)代機械制造技術(shù)為依據(jù)，結(jié)構(gòu)和性能在逐漸地改進(jìn)和完善。油氣懸架系統(tǒng)在國內(nèi)車輛底盤技術(shù)上的需求也在不斷地增大，應(yīng)用前景非常廣闊。 (6) 油氣懸架的優(yōu)化設(shè)計。不單純是油氣懸架參數(shù)的優(yōu)化，還應(yīng)該包括不同的油氣懸架結(jié)構(gòu)性能差異的對比以及對車輛各種性能的影響，并在設(shè)計油氣懸架是將優(yōu)化結(jié)果納入其中，從而大幅度提高車輛性能。 因此，油氣懸架進(jìn)一步發(fā)展的方向是，建立準(zhǔn)確的模型，在對懸架系統(tǒng)性能、懸架剛度特性和阻尼特性定性定量分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合微處理器技術(shù)，提出有效的控制算法，進(jìn)一步提升懸架性能和改善整車性能。 參考文獻(xiàn) 1) 郭孔輝.懸架設(shè)計[C].郭孔輝院士論文集.長春:吉林大學(xué)出版社,2005.6:33-100. 2) 王望予.汽車設(shè)計(第4版)[M].北京，機械工業(yè)出版社，2004: 209-212. 3) 吳仁智.油氣懸架系統(tǒng)動力學(xué)建模仿真和試驗研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2000. 4) 陳禹行.油氣耦連懸架系統(tǒng)的建模與仿真分析[D].長春：吉林大學(xué)，2009.. 5) 仝軍令、李威、管連俊、王愛兵.礦用車輛懸架系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].煤礦機械,2000,(12). 6) Emura J, Karlzaki S, et al. 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