【文章內容簡介】 ?增大時， df在高、低兩個共振區(qū)均會明顯下降，在兩個共振區(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，減小車輪部分質量 1m對平順性影響不大，主要影響行駛安全性。當其他參數 0f、 ?和?均保持不變時， ?增大相當于懸架剛度 K不變而輪胎剛度 tK增大，從而使車輪部分系統參數 tf提高而 t?下降，使三個幅頻特性高頻共振峰向高頻移動，而且峰值提高，其中dfG的變化最大， 2z?次之；采用軟的輪胎對改善平順性，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改變懸架系統的剛度比或阻尼比來使行駛平順性和操縱安全性的矛盾適時緩解，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 空氣懸架系統元件概述 空氣彈簧橡膠空氣彈簧是由簾線層、內外橡膠層或鋼絲圈經成型后硫化形成一種撓性體，利用充入空氣的可壓縮性實現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向機構來承受切向力和側向力。橡膠空氣彈簧總成一般由彈性元件、護圈、緩沖塊等經裝配后形一個具有密閉氣室的整體。如圖 所示。圖 空氣彈簧結構橡膠空氣彈簧工作時，內腔充入壓縮空氣，形成一個壓縮空氣氣柱。隨著振動載荷量的增加，彈簧的高度降低，內腔容積減小，彈簧的剛度增加，內腔空氣柱的有效承載面積加大，此時彈簧的承載能力增加。當振動載荷量減小時，彈簧的高度升高，內腔容積增大，彈簧的剛度減小，內腔空氣柱的有效承載面積減小，此時彈簧的承載能力減小。這樣，空氣彈簧在有效的行程內，空氣彈簧的高度、內腔容積、承載能力隨著振動載荷的遞增與減小發(fā)生了平穩(wěn)的柔性傳遞、振幅與震動載荷的高效控制。還可以用增、減充氣量的方法，調整彈簧的剛度和承載力的大小，還可以附設輔助氣室，實現自控調節(jié)。根據橡膠氣囊工作時的變形方式，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。按密封結構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。囊式空氣彈簧根據橡膠氣囊曲數不同分為單曲、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，振動頻率也較高。圖 囊式 圖 膜式 圖 混合式膜式空氣彈簧的結構是在蓋板和底座之間放置一個圓柱形橡膠氣囊，通過氣囊撓曲變形實現整體伸縮。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，彈簧剛度變化要比囊式空氣彈簧小，同時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度來增加工作行程。根據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?？諝鈴椈蓺饽沂怯筛哔|量的彈性物質構成，具有良好的力學特性。一般工作內壓為～，適應于40176。C～+70176。C 的溫度變化，并能抗磷化物質、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，簾線的層數主要由 2 層組成，特殊要求產品由 4 層簾線層組成。內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，因此可以根據需要將空氣彈簧設計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現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。而對于普通金屬彈簧，當設計參數確定后，其剛度固定不變，所以車輛載荷發(fā)生變化時其固有頻率隨載荷的變化而改變，從而無法保證在任何載荷下都具有較好的行駛平順性。圖 是普通金屬彈簧懸架和帶有高度調節(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，對于金屬彈簧懸架其靜撓度隨載荷增加而增大，而對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 可以看出當載荷變化時金屬彈簧懸架的固有頻率變化比空氣彈簧懸架大，說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計成理想形狀。圖 為金屬彈簧和空氣彈簧的靜特性比較。在相同的載荷作用下，空氣彈簧的當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，作該曲線上某點的切線便得到該點的剛度。通過合理選擇設計參數，可使空氣彈簧在正常工作范圍內剛度及其變化較小，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的平順性，而在急轉彎、加速和制動等行駛工況，空氣彈簧在大幅度拉伸和壓縮時，其剛度逐漸增加，從而能限制車身的運動，提高操縱穩(wěn)定性?？諝鈴椈删哂凶儎偠忍匦?，固有頻率可以根據需要適當地改變，板簧則不具有這種功能。 (3)空氣彈簧的通用性好，對于同一種空氣彈簧，當充氣壓力改變時，可以得到不同的承載能力，因此，同一種空氣彈簧可以適應多種載荷的要求。另外，可以通過高度控制系統的作用，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多種結構的要求。(4)空氣彈簧質量輕，對于高頻振動的吸收和隔振、消聲能力好。空氣彈簧沒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，工作時空氣介質內摩擦極小，幾乎沒有噪聲。(5)空氣彈簧單位質量的儲能量與其它彈性元件相比是最高的。空氣彈簧單位質量的儲能量與橡膠氣囊的工作壓力和氣體在標準狀態(tài)下的密度有關。對于在 工作壓力下的氮氣，其單位質量的儲能量可達到 105Nm/Kg,而鋼板彈簧、螺旋彈簧、橡膠彈簧單位質量的儲能量分別僅為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生阻尼作用?？諝鈴椈芍鳉馐液洼o助氣室之間可以設有節(jié)流孔，在車身振動過程中，空氣流經節(jié)流孔時，產生能量損失，起到衰減汽車振動的阻尼作用。如果在節(jié)流孔處增加適當的管路和閥門，得到相當的阻尼作用，可以減少液力減振器的容量或提高減振器的使用壽命。 空氣彈簧特性試驗空氣彈簧具有較強的非線性且其剛度隨氣囊內初始壓力和工作行程的大小而改變。由于存在固氣偶合以及約束條件無法確定等因素，用有限元方法分析空氣彈簧非線性特性有一定的難度，尤其分析當結構參數發(fā)生變化和氣囊大變形時對其剛度特性的影響。對于本文所研究的空氣彈簧懸架系統而言，了解在不同的氣囊初始壓力和不同電磁閥開關時間下，彈簧的剛度特性變化曲線至關重要。利用電液伺服系統組成的試驗系統原理框圖見圖 ，電液伺服試驗的加載裝置可以對空氣彈簧進行諧波加載、正弦和隨機加載，同時可測量空氣彈簧的徑向力和變形，在試驗時首先應確定空氣彈簧的初始工作壓力和允許的最大變形量，其次要確定一個加載循環(huán)時間。圖 空氣彈簧特性試驗系統原理在空氣彈簧充氣狀態(tài)靜特性試驗中，在不同的初始壓力下，使用諧波信號在規(guī)定的加載循環(huán)時間內，通過作動器給空氣彈簧加載，由力傳感器和位移傳感器測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間曲線。通過空氣彈簧充氣時徑向載荷和位移時間曲線，可以得到空氣彈簧在不同初始壓力下的剛度曲線。通過它可以求出空氣彈簧在不同初始壓力下的剛度值，經過曲線擬合可以得到空氣彈簧充氣時間與其剛度的關系曲線。在空氣彈簧放氣狀態(tài)靜特性試驗中，在不同的初始壓力下，使用諧波信號在規(guī)定的加載循環(huán)時間內，通過作動器給空氣彈簧加載，由力傳感器和位移傳感器測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間曲線。通過空氣彈簧放氣時徑向載荷和位移時間曲線，可以得到空氣彈簧在不同初始壓力下的剛度曲線。通過它可以求出不同初始壓力下空氣彈簧的剛度值，經過曲線擬合可以得到空氣彈簧放氣時間與其剛度的關系曲線。通過試驗看出空氣彈簧剛度隨氣囊內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間越長，空氣彈簧剛度越大。放氣電磁閥打開時間越長，空氣彈簧剛度越小。也就是說，空氣彈簧剛度隨充氣時間增長而增大，隨放氣時間增長而減小。通過對空氣彈簧進行特性試驗，可以充分掌握空氣彈簧的特性，這對于今后整個空氣懸架系統的控制有至關重要的意義，對采用何種控制方式進行控制來說，是一個不可缺少的必要條件，是編寫控制程序必不可少的數據來源和參考。 減振器減振器工作的基本原理是利用阻尼消耗振動過程中產生的能量。汽車減振器是利用小孔節(jié)流的流體阻尼技術來實現懸架系統的減振特性，稱為液力減振。從阻尼物理現象上區(qū)分，阻尼產生的機理有 5 類，即：工程材料的材料阻尼、流體的粘滯阻尼、結合面阻尼與庫侖摩擦阻尼、沖擊阻尼和電磁效應產生的阻尼。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構輕便、成本低、容易調節(jié)的優(yōu)點。但它屬于典型的庫侖摩擦，由此產生的力與速度關系不大。摩擦式減振器對水和油液雜質非常敏感，并且不易產生不對稱的力。由于采用摩擦式減振器的車輛，無論是在行駛性能方面還是在操縱性能方面，很難滿足人們對現代車輛的使用性能的要求，因此摩擦式減振器現已被淘汰。液力式減振器的機理是，車架與車橋作往復相對運動，而活塞在缸筒內往復運動時，減振器殼體內的油也便反復地從一個腔通過一些狹小的孔隙流入另一腔。此時孔壁與油液間的摩擦及流體分子內摩擦便產生了阻尼力。液力式減振器有多種結構，但基本上可劃為兩類：有兩個活塞的桿式減振器和一個活塞的筒式減振器。筒式減振器有單筒式和雙筒式之分。單筒式減振器如圖 所示對外界碰傷敏感，而雙筒式減振器可以阻擋外界的側面碰傷。圖 為雙筒式減振器結構示意圖，雙筒式減振器由防塵罩 10，貯油缸 5，工作缸 2，活塞 3，導向座 9，壓縮閥 6，流通閥 8，伸張閥 4，補償閥 7，活塞桿 1 和油封 11 等元件組成。減振器根據在壓縮和伸張兩個行程內是否都起作用分為雙向作用式和單向作用式兩種。根據減振器阻尼是否可調分為阻尼可調式和阻尼不可調式兩種。目前又出現了磁流變和電流變等新型減振器，它們是根據阻尼介質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 雙筒式減振器結構雙向作用筒式液力減振器一般都具有四個閥(圖 )，即壓縮閥 伸張閥 流通閥 8 和補償閥 7。流通閥和補償閥是一般的單向閥，其彈簧很弱，當閥上的油壓作用力與彈簧力同向時，閥處