【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ?增大時(shí)， df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??；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(zhì)量比 ?增大， 2z?、 df略有減小，主要是 dfG變化較大，因此，減小車輪部分質(zhì)量 1m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) 0f、 ?和?均保持不變時(shí)， ?增大相當(dāng)于懸架剛度 K不變而輪胎剛度 tK增大，從而使車輪部分系統(tǒng)參數(shù) tf提高而 t?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dfG的變化最大， 2z?次之；采用軟的輪胎對(duì)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。可控懸架就是通過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 空氣彈簧橡膠空氣彈簧是由簾線層、內(nèi)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(shí)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?？諝鈴椈芍荒艹惺艽怪陛d荷，所以空氣彈簧懸架需要一套導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來(lái)承受切向力和側(cè)向力。橡膠空氣彈簧總成一般由彈性元件、護(hù)圈、緩沖塊等經(jīng)裝配后形一個(gè)具有密閉氣室的整體。如圖 所示。圖 空氣彈簧結(jié)構(gòu)橡膠空氣彈簧工作時(shí)，內(nèi)腔充入壓縮空氣，形成一個(gè)壓縮空氣氣柱。隨著振動(dòng)載荷量的增加，彈簧的高度降低，內(nèi)腔容積減小，彈簧的剛度增加，內(nèi)腔空氣柱的有效承載面積加大，此時(shí)彈簧的承載能力增加。當(dāng)振動(dòng)載荷量減小時(shí)，彈簧的高度升高，內(nèi)腔容積增大，彈簧的剛度減小，內(nèi)腔空氣柱的有效承載面積減小，此時(shí)彈簧的承載能力減小。這樣，空氣彈簧在有效的行程內(nèi)，空氣彈簧的高度、內(nèi)腔容積、承載能力隨著振動(dòng)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(dòng)載荷的高效控制。還可以用增、減充氣量的方法，調(diào)整彈簧的剛度和承載力的大小，還可以附設(shè)輔助氣室，實(shí)現(xiàn)自控調(diào)節(jié)。根據(jù)橡膠氣囊工作時(shí)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式空氣彈簧三種。如圖 、圖 、圖 所示。按密封結(jié)構(gòu)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。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。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，目的是承受內(nèi)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(dòng)頻率也較高。圖 囊式 圖 膜式 圖 混合式膜式空氣彈簧的結(jié)構(gòu)是在蓋板和底座之間放置一個(gè)圓柱形橡膠氣囊，通過氣囊撓曲變形實(shí)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(nèi)，彈簧剛度變化要比囊式空氣彈簧小，同時(shí)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。膜式空氣彈簧可通過改變氣囊長(zhǎng)度來(lái)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(nèi)的壓力自封?；旌鲜娇諝鈴椈傻臍饽疑喜颗c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(diǎn)?？諝鈴椈蓺饽沂怯筛哔|(zhì)量的彈性物質(zhì)構(gòu)成，具有良好的力學(xué)特性。一般工作內(nèi)壓為～，適應(yīng)于40176。C～+70176。C 的溫度變化，并能抗磷化物質(zhì)、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 層組成，特殊要求產(chǎn)品由 4 層簾線層組成。內(nèi)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(hù)作用。 空氣彈簧特性(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(diǎn)，因此可以根據(jù)需要將空氣彈簧設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)在任何載荷下車身固有頻率保持不變這一特性，從而提高了車輛行駛平順性。而對(duì)于普通金屬?gòu)椈?，?dāng)設(shè)計(jì)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(shí)其固有頻率隨載荷的變化而改變，從而無(wú)法保證在任何載荷下都具有較好的行駛平順性。圖 是普通金屬?gòu)椈蓱壹芎蛶в懈叨日{(diào)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(duì)于金屬?gòu)椈蓱壹芷潇o撓度隨載荷增加而增大，而對(duì)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(dāng)載荷變化時(shí)金屬?gòu)椈蓱壹艿墓逃蓄l率變化比空氣彈簧懸架大，說(shuō)明空氣彈簧懸架具有其固有頻率基本保持不變的特性。a b圖 兩種不同懸架靜態(tài)特性比較曲線圖 兩種不同彈簧的靜特性比較(2)空氣彈簧具有非線性彈性特性，可以將其特性曲線設(shè)計(jì)成理想形狀。圖 為金屬?gòu)椈珊涂諝鈴椈傻撵o特性比較。在相同的載荷作用下，空氣彈簧的當(dāng)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(dòng)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(diǎn)的切線便得到該點(diǎn)的剛度。通過合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)，可使空氣彈簧在正常工作范圍內(nèi)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(shí)的平順性，而在急轉(zhuǎn)彎、加速和制動(dòng)等行駛工況，空氣彈簧在大幅度拉伸和壓縮時(shí)，其剛度逐漸增加，從而能限制車身的運(yùn)動(dòng)，提高操縱穩(wěn)定性。空氣彈簧具有變剛度特性，固有頻率可以根據(jù)需要適當(dāng)?shù)馗淖儯寤蓜t不具有這種功能。 (3)空氣彈簧的通用性好，對(duì)于同一種空氣彈簧，當(dāng)充氣壓力改變時(shí)，可以得到不同的承載能力，因此，同一種空氣彈簧可以適應(yīng)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度，因此，同一種空氣彈簧又能適應(yīng)多種結(jié)構(gòu)的要求。(4)空氣彈簧質(zhì)量輕，對(duì)于高頻振動(dòng)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(shí)空氣介質(zhì)內(nèi)摩擦極小，幾乎沒有噪聲。(5)空氣彈簧單位質(zhì)量的儲(chǔ)能量與其它彈性元件相比是最高的?？諝鈴椈蓡挝毁|(zhì)量的儲(chǔ)能量與橡膠氣囊的工作壓力和氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度有關(guān)。對(duì)于在 工作壓力下的氮?dú)?，其單位質(zhì)量的儲(chǔ)能量可達(dá)到 105Nm/Kg,而鋼板彈簧、螺旋彈簧、橡膠彈簧單位質(zhì)量的儲(chǔ)能量分別僅為76Nm/Kg～115Nm/Kg、178Nm/Kg～280Nm/Kg、508Nm/Kg～1016Nm/Kg。(6)空氣彈簧也可以利用空氣產(chǎn)生阻尼作用?？諝鈴椈芍鳉馐液洼o助氣室之間可以設(shè)有節(jié)流孔，在車身振動(dòng)過程中，空氣流經(jīng)節(jié)流孔時(shí)，產(chǎn)生能量損失，起到衰減汽車振動(dòng)的阻尼作用。如果在節(jié)流孔處增加適當(dāng)?shù)墓苈泛烷y門，得到相當(dāng)?shù)淖枘嶙饔茫梢詼p少液力減振器的容量或提高減振器的使用壽命。 空氣彈簧特性試驗(yàn)空氣彈簧具有較強(qiáng)的非線性且其剛度隨氣囊內(nèi)初始?jí)毫凸ぷ餍谐痰拇笮《淖?。由于存在固氣偶合以及約束條件無(wú)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，尤其分析當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化和氣囊大變形時(shí)對(duì)其剛度特性的影響。對(duì)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?jí)毫筒煌姶砰y開關(guān)時(shí)間下，彈簧的剛度特性變化曲線至關(guān)重要。利用電液伺服系統(tǒng)組成的試驗(yàn)系統(tǒng)原理框圖見圖 ，電液伺服試驗(yàn)的加載裝置可以對(duì)空氣彈簧進(jìn)行諧波加載、正弦和隨機(jī)加載，同時(shí)可測(cè)量空氣彈簧的徑向力和變形，在試驗(yàn)時(shí)首先應(yīng)確定空氣彈簧的初始工作壓力和允許的最大變形量，其次要確定一個(gè)加載循環(huán)時(shí)間。圖 空氣彈簧特性試驗(yàn)系統(tǒng)原理在空氣彈簧充氣狀態(tài)靜特性試驗(yàn)中，在不同的初始?jí)毫ο?，使用諧波信號(hào)在規(guī)定的加載循環(huán)時(shí)間內(nèi)，通過作動(dòng)器給空氣彈簧加載，由力傳感器和位移傳感器測(cè)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(shí)間曲線。通過空氣彈簧充氣時(shí)徑向載荷和位移時(shí)間曲線，可以得到空氣彈簧在不同初始?jí)毫ο碌膭偠惹€。通過它可以求出空氣彈簧在不同初始?jí)毫ο碌膭偠戎?，?jīng)過曲線擬合可以得到空氣彈簧充氣時(shí)間與其剛度的關(guān)系曲線。在空氣彈簧放氣狀態(tài)靜特性試驗(yàn)中，在不同的初始?jí)毫ο?，使用諧波信號(hào)在規(guī)定的加載循環(huán)時(shí)間內(nèi)，通過作動(dòng)器給空氣彈簧加載，由力傳感器和位移傳感器測(cè)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(shí)間曲線。通過空氣彈簧放氣時(shí)徑向載荷和位移時(shí)間曲線，可以得到空氣彈簧在不同初始?jí)毫ο碌膭偠惹€。通過它可以求出不同初始?jí)毫ο驴諝鈴椈傻膭偠戎?，?jīng)過曲線擬合可以得到空氣彈簧放氣時(shí)間與其剛度的關(guān)系曲線。通過試驗(yàn)看出空氣彈簧剛度隨氣囊內(nèi)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(shí)間越長(zhǎng)，空氣彈簧剛度越大。放氣電磁閥打開時(shí)間越長(zhǎng)，空氣彈簧剛度越小。也就是說(shuō)，空氣彈簧剛度隨充氣時(shí)間增長(zhǎng)而增大，隨放氣時(shí)間增長(zhǎng)而減小。通過對(duì)空氣彈簧進(jìn)行特性試驗(yàn)，可以充分掌握空氣彈簧的特性，這對(duì)于今后整個(gè)空氣懸架系統(tǒng)的控制有至關(guān)重要的意義，對(duì)采用何種控制方式進(jìn)行控制來(lái)說(shuō)，是一個(gè)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(lái)源和參考。 減振器減振器工作的基本原理是利用阻尼消耗振動(dòng)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(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，并且不易產(chǎn)生不對(duì)稱的力。由于采用摩擦式減振器的車輛，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，車架與車橋作往復(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 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 為雙筒式減振器結(jié)構(gòu)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(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 單、雙筒式減振器 圖 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 )，即壓縮閥 伸張閥 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)，閥處