电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计、动力学模型及控制策略

1、独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：钢兔隽知年占月，；学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论

2、文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国学位论文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入中国优秀博硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密硒。学位论文作者签名：钢隽隽伊年，月胁日指导教师签名：砂年 电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计、动力学模型及控制策略研究，姓年月 江苏大学硕士学位论文摘要悬架是汽车底盘的关键子系统，其性能对车辆的行驶平顺性及安全性都有重要影响。主动和半主动电控悬架通过控制刚度和阻尼以适应汽车行驶条件的变化，能显著提高整车的行

3、驶平顺性和安全性，成为汽车底盘技术领域的研究热点之一。目前在研究主动半主动电控悬架时，普遍把弹簧刚度和减振器阻尼作为两个变量分别进行控制，这对悬架动力学模型的精确度要求较高，因此悬架参数的摄动、外部激励的突变和控制过程的时滞等因素一直制约着悬架控制效果的提高。本文从降低主动半主动电控悬架作动器成本和提高作动器动态自适应性能出发，提出了一种阻尼和刚度联动可控、采用同轴一体式结构的空气弹簧减振器，对其工作原理、结构设计、动力学模型、控制策略及动态性能仿真进行了研究，主要工作如下：首先，简要分析了国内外汽车主动半主动电控悬架及其执行装置的研究现状，针对目前存在的不足，设计了一种新型的一体式空气弹簧减

4、振器，介绍了其结构组成和工作原理，并针对某轻型商用车后悬架进行了空气弹簧减振器结构方案设计。该新型空气弹簧减振器采用同轴式一体化结构，刚度和阻尼特性具有内联性，减振器的阻尼特性由外部电控装置控制，弹簧的刚度特性则由减振器联动调节。建立了只考虑一体式空气弹簧减振器刚度特性的双气室空气弹簧物理模型，在此物理模型的基础上，应用流体力学等理论建立了一体式空气弹簧减振器的刚度特性模型，并用对其刚度特性进行了仿真分析，仿真结果表明空气弹簧减振器能根据工况自动改变刚度特性。基于所建立的四分之一悬架动力学模型和各级路面数学模型，运用遗传算法对一体式空气弹簧减振器阻尼进行了多种典型工况下的分级优化。在阻尼优化方

5、案的基础上，研究了两种适用于该减振器的控制策略，压力控制策略和联合控制策略，通过仿真分析，两种控制策略均能很好的在兼顾安全性的基础上改善悬架平顺性。与原车被动悬架相比，压力控制对平顺性改善效果优于联合控制，车身加速度最大降低了；而联合控制更好的兼顾了安全性，轮胎动载荷最大可降低。最后建立了一体式空气弹簧减振器动态性能仿真模型，利用软件编制了计算机仿真程序，仿真分析了减振器的动态特性和阻尼系数，为这种新型结构的空气弹簧减振器的开发及其在主动半主动电控悬架中的应用提供了设计理论和技术基础。电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计，动力学模型及控制策略研究关键词：一体式空气弹簧减振器，电控悬架，单筒充

6、气式减振器，控制策略，动态特性江苏大学硕士学位论文，：，电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计，动力学模型及控制策略研究，；，：，江苏大学硕士学位论文摘要目录目录第一章绪论；言主动半主动电控悬架技术的研究现状主动半主动电控悬架执行装置的研究现状。本文研究的目的和内容。第二章一体式空气弹簧减振器结构设计及工作原理分析一体式空气弹簧减振器的结构减振器主体空气弹簧。一体式空气弹簧减振器的工作原理减振器主体工作原理空气弹簧工作原理一体式空气弹簧减振器的结构方案本章小结第三章一体式空气弹簧减振器刚度特性的建模与仿真双气室空气弹簧物理模型的建立。空气弹簧简介空气弹簧的特性双气室空气弹簧物理模型的建立气室内

7、气体压力的变化特性气室内气体的状态方程。节流孔气体流量计算气室内气体的压力方程一体式空气弹簧减振器变刚度特性模型的实现仿真软件简介一体式空气弹簧减振器变刚度特性仿真模型的建立一体式空气弹簧减振器刚度特性分析电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计，动力学模型及控制策略研究第四章本章小结减振器阻尼的分级优化及其控制策略的研究。遗传算法遗传算法原理。遗传算法的基本步骤遗传算法优化的目标悬架两自由度分析模型的建立数学模型的建立路面模型的建立，。遗传算法的实现遗传算法优化目标的确定遗传算法设计变量的确定遗传算法流程图及算法代码不同工况实例下优化遗传算法优化仿真结果优化结果与原车对比分析联合控制策略的研究

8、天棚控制策略及特点联合控制策略。本章小结第五章一体式空气弹簧减振器动态特性的仿真分析。减振器节流计算理论基础减振器阻尼特性建模时的相关假设减振器阻尼特性建模时涉及的流体力学知识。多孔口节流的计算基于共轭梁法阀片变形的计算。共轭梁法基于共轭梁法的减振器阀片变形计算一体式空气弹簧减振器动态特性模型的建立低档和中档阻尼状态阻尼力的数学模型高档阻尼状态阻尼力的数学模型一体式空气弹簧减振器动态特性模型江苏大学硕士学位论文一体式空气弹簧减振器动态特性仿真分析动念特性仿真结果减振器阻尼系数分析本章小结第六章总结与展望研究总结研究展望。致谢参考文献攻读学位期间发表的学术论文 江苏大学硕士学位论文引言第一章绪论

9、悬架是保证车轮或车桥与汽车承载系统之间具有弹性联系，并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶过程中的车身位置的有关装置的总称。悬架作为车辆底盘系统的关键部件，对车辆的乘坐舒适性、行驶平顺性和操纵稳定性均有重要影响。按控制力的不同，汽车悬架系统可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架【，。由于汽车行驶过程中，道路不平度、车速、载荷等因素都会发生较大的变化，还要在匀速直行、加速、制动、转弯等不同工况之间不断转换，所以，刚度和阻尼固定不变的被动悬架难以适应如此复杂多变的行驶条件。随着机械系统动力学、电子信息技术、传感器和测控技术、现代控制和智能控制理论等相关学科的发展，汽车悬架逐渐从被动悬架向刚

10、度和阻尼可控的主动半主动电控悬架系统发展。主动半主动电控悬架技术的研究现状主动悬架的概念由公司的和最先于年提出的，年和又作了类似的研究。与传统的被动悬架不同，主动悬架能根据检测到的车辆和环境状态，主动及时地调整和产生适当的控制力，使悬架总是处于最优的减振状态，从而兼顾行驶平顺性和安全性要求【】。理论上，主动悬架能适应各种工况，但对控制器和控制力的要求也大大提高。目前有关主动悬架控制方法的研究几乎涉及到现代控制理论的所有分支，国内外学者运用控制、滑动控制、最优控制、模糊控制、控制、模型自由控制、自适应控制、可变结构控制、预测控制等理论和方法设计了主动悬架的控制器和控制系统【纠。但由于车辆空间和能

11、耗的限制，要求主动悬架在非常短的时间内对一些突然的路面变化产生足够的控制力是相当困难的，而且能量的消耗非常大，一辆中型轿车的主动悬架大约需要消耗数千瓦功率，同时对控制系统也提出了更高的要求，而这些在工程上的实现都是非常困难的。所以，目前只有国外的少数高档车型上才应用主动悬架系统。如图（）所示的奥迪轿车中的主动控制式空气悬架，图（）所示的保时捷卡宴配备的主动空气悬架。为了减少主动悬架的能耗，近年来国内外学者提出了电动馈能式、蓄能】电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计，动力学模型及控制策略研究式、能量再生式等多种新型悬架，还将智能机械装备中精确控制机构动作的气动人工肌肉原理应用于主动悬架，从工作

12、机理和模型实验方面进行了很有意义的探索性研究，。但在短期内，主动悬架的实现和推广难度仍较大。针对主动悬架能耗大、成本高、结构复杂等缺点，半主动悬架作为被动悬架和主动悬架之间的一种折衷方案获得了快速发展【】。彩图奥迪主动控制式空气悬架图保时捷卡宴主动空气悬架半主动悬架的概念是由等人于年代提出来的【，主要思想是按照一定的控制规则改变悬架系统的刚度或阻尼，从而实现在不同路况下获得较好的平顺性和操纵稳定性。可见半主动悬架在结构上与传统的被动悬架类似，采用可变刚度弹簧或可变阻尼减振器。由于改变悬架弹簧刚度的难度较大，通常半主动悬架以控制减振器的阻尼为主，输入少量控制能量，以分级或连续方式调节减振器阻尼，

13、使悬架的减振特性能适应不同的道路和行驶状况，从而改善汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性。显然，半主动悬架具有结构简单、能耗少、成本低的优点，近十多年来逐渐在高档乘用车和赛车上得到应用。研究表明【，如果设计或选择的控制策略合适，半主动悬架的减振效果可以接近主动悬架。和在年提出的悬架天棚阻尼（）控制方法，因其具有控制算法简单而得到广泛应用。实际上，采用天棚阻尼控制方法只能改善汽车的乘坐舒适性，而不能解决操纵稳定性问题，因此，改进型天棚阻尼控制方法、现代控制方法（包括状态反馈最优控制、控制、预测控制、自适应控制等）、智能控制方法（如模糊控制、神经网络控制等）和复合控制方法（综合运用现代控制和智能控制）陆续

14、得到研究并应用【，。经过多年的深入研究特别是近年的快速发展，国外在半主动悬架的控制方法、系统设计和应用方面的研究已基本成熟。奔驰公司的半主动空气悬架、雪铁龙公司的半主动油气悬架、公司、及奥迪等车型中采用的基于磁流变液江苏大学硕士学位论文（）减振器的半主动悬架、日本丰田公司的（）半主动空气悬架已在高档乘用车上应用【】。国内从上世纪年代初开始半主动悬架的研究，在控制理论、非线性因素处理对策、可调阻尼减振器、控制系统集成等方面开展了大量理论和实验研究，取得了较大进展，但在降低硬件成本和提高可靠性方面的研究还很匮乏，影响了国内半主动悬架的工程化应用。研究表明，虽然半主动悬架在提高汽车动态性能方面具有结

15、构简单、能耗少、成本低的优点，但由于悬架系统工作时只能改变减振器的阻尼而悬架弹簧的刚度保持不变，这意味着悬架刚度与阻尼的匹配并非一直处于最佳状态，所以半主动悬架对于汽车性能的改善是有局限的。图奔驰悬挂系统图大众电控空气悬架系统飚主动半主动电控悬架执行装置的研究现状主动半主动电控悬架的执行装置（包括可变刚度的弹簧和可变阻尼的减振器）是决定悬架刚度和阻尼的可调范围、系统可靠性和性能稳定性的关键部件，因此，也是电控悬架系统的重点研究对象。捷克共和国有限公司研发了气压控制的可调阻尼减振器并进行了实车应用】；韩国的对具有“软、“硬”两种阻尼状态的行程感应式减振器（，）进行了深入研究，介绍了该减振器的静态

16、和动态特性（包括软阻尼、硬阻尼及过渡状态），并通过车辆模型分析了该减振器对整车性能的影响（包括簧上质量加速度、悬架动行程和车轮动载荷）】；德国集团所属的萨克斯（蛇）公司开发的（）阻尼连续可变减振器【，在减振器中安装了电磁调控正比例阀，控制液压阻尼阀系的流量，可在内实现对减振器阻尼力的调节，如图（）所示；萨克斯（）公司研发的另一款减振器（）气调可变阻尼减振器适用于空气悬架【，将空气弹簧气囊中的压力作为减振电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计，动力学模型及控制策略研究器正比阻尼阀的控制信号，实现对减振器阻尼无级控制，如图（）所示；车身水平调节系统中的减振器和所有用于高度调节的元件构成一体，驱动车

17、身高度调节装置的能量来自汽车行驶时的车轴和车身相对运动，无需外部能源供应，由于该系统结构较复杂，占用空间较大，故主要用于对减振要求很高的特种货物运输车和对乘坐舒适性要求较高的旅游客车】；美国公司生产的磁流变液可调阻尼减振器，通过改变电流和磁场强度，使减振器内部的电流变液和磁流变液的粘度特性发生变化，进而改变减振器的阻尼力【，如图（）所示；此外国外还出现了涡流式减振器、应变感应式减振器、频率感应减振器和压电阻尼式减振器等，这些减振器通过传感元件可实现阻尼的实时调整，如图（）所示；国内的郭孔辉教授对行程相关减振器的理论模型进行了研究，建立了这种新型减振器的动力学特性与内部结构的关系【垌，并取得了该

18、新型减振器的中国发明专利（）；张庙康等人【】设计了自适应减振器、陈无畏等人【研制了可调阻尼减振器，但未应用于实车试验。图有限公司的气压控制可调阻尼减振器图阻尼连续调节减振器（）壤燕：詹：鹱瓣缀倥瓣嚣蒜释霸薯相箍射缝捧囊气弹簧雨籀镶搿麓麓蹰辊位磐空气弹簧气囊辩溉纷髂活誊霸疆瓣宠飞接头产珂斑嗣豪垅聪慰耀癣搠图气压控制阻尼减振器（）江苏大学硕士学位论文图公司生产的磁流变减振器本文研究的目的和内容图实时阻尼控制减振器综合目前国内外有关主动半主动电控悬架及其执行装置的研究现状可知，半主动悬架的执行装置主要是可调阻尼减振器，通过控制减振器的阻尼特性来适应汽车行驶条件的变化，但可实现的减振器阻尼范围较小，或

19、者只能对复原行程或压缩行程的阻尼力进行调节，故难以满足控制策略的要求；主动悬架的执行装置较为复杂，弹簧刚度和减振器阻尼均可调节，有的还可以实现车身高度在一定范围的调节，但由于驱动机构的增加，系统的能耗较大，同时主动悬架一般对刚度和阻尼分别进行控制，弹簧和减振器的动作不协调会引起控制系统的错误判断，从而使控制系统失稳。针对这一现状，本文设计了一种刚度与阻尼能进行联动调节，用于电控悬架的一体式空气弹簧减振器，减振器的阻尼特性由外部电控装置控制，弹簧的刚度特性由减振器内部元件联动调节，悬架的输出力可随外部激励的振幅和频率的变化而呈现明显的非线性自调节特性，主要内容如下：（）对被动单筒充气减振器结构进

20、行改进，设计了一种具有三档阻尼可调，刚度由减振器浮动活塞联动调节的一体式空气弹簧减振器，介绍了该减振器的结构组成和工作原理，并根据该减振器的特点，针对某轻型商用车后悬架进行了空气弹簧减振器结构方案设计：（）为分析一体式空气弹簧减振器的刚度特性，根据其工作原理，建立了只考虑一体式空气弹簧减振器刚度特性的双气室空气弹簧物理模型，在此物理模型的基础上，应用流体力学及热力学等理论建立了一体式空气弹簧减振器刚度特性模型，并对一体式空气弹簧减振器刚度特性进行了仿真分析。电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计，动力学模型及控制策略研究（）采用遗传算法对一体式空气弹簧减振器阻尼进行了分级优化，得出减振器阻尼的

21、设计方案，并研究了压力控制策略和联合控制策略，通过仿真对比分析了两种控制方法的控制特点。（）建立了一体式空气弹簧减振器动态性能仿真模型，并利用软件编制了计算机仿真程序，分析了空气弹簧减振器动态特性，为这种新型结构的空气弹簧减振器的开发及其在主动半主动电控悬架中的应用提供了设计理论和技术基础。江苏大学硕士学位论文第二章一体式空气弹簧减振器结构设计及工作原理分析主动和半主动悬架通过控制刚度和阻尼来适应汽车行驶条件的变化，能显著提高整车的行驶平顺性和操纵稳定性。目前在研究主动半主动悬架时，普遍把弹簧刚度和减振器阻尼作为两个变量分别进行控制，这对悬架动力学模型的精确度要求较高，因此，悬架参数的摄动、外

22、部激励的突变和控制过程的时滞等因素一直制约着悬架控制效果的提高。本文研究的一体式空气弹簧减振器，弹簧和减振器为同轴式一体化结构，刚度和阻尼特性具有内联性，减振器的阻尼特性由外部电控装置控制，弹簧的刚度特性由减振器联动调节。将这种减振器用于电控悬架，悬架的输出力可随外部激励的振幅和频率的变化而呈现非线性自调节特性，悬架内部的力冲突可自动平衡。本章就这一设计思路，提出了一体式空气弹簧减振器的结构，并分析了其工作原理。一体式空气弹簧减振器的结构本文在单筒被动减振器的基础上，结合膜式空气弹簧的工作特点，设计了一种一体式空气弹簧减振器，主要由减振器主体和空气弹簧组成。减振器主体单筒充气减振器出现在六十年

23、代后期，单筒充气减振器结构如图（）所示。它的特点是在工作缸筒的下部装有一个浮动活塞，浮动活塞与工作缸下端之间形成了一个密封气室，并在密封气室中充有高压气体。当油液往复流动时，靠浮动活塞的移动来补偿由于活塞杆存在所造成的上下腔体积变化差。单筒充气式减振器较传统液压减振器的结构更加简化，它采用封气的浮动活塞取代传统液压减振器的底阀结构，使得零件减小了百分之十五左右。由于预压气体的存在，减振器油液建立了背压，减振器阀的补偿性好，各个阀响应灵敏，有效抑制了传统减振器的高频畸变和噪音。在防尘罩直径相同的情况下，单筒充气式减振器的工作缸和活塞直径比传统液压减振器大；相同行程时流经阀的流量大；在同等泄漏条件

24、下，性能相对更稳定瞄捌。电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计，动力学模型及控制策略研究缸筒复原腔篷缑髑聪缩腔气室塞图单筒充气减振器结构简图本文减振器主体采用了单筒充气减振器，除具有一般单筒充气减振器的结构特点外，还设置有阻尼调节机构，使其具有变阻尼的特性。目前减振器阻尼可调的实现方式主要有以下几种】：（）活塞上、下腔之间油液流通面积的变化阻尼力主要是由液压油流经活塞上不同型式的节流孔产生，在活塞上增加可改变流通面积的结构或装置，如在活塞或活塞杆上增加可调节流孔，即可改变阻尼。该方式具有加工工艺较简单、控制较方便的优点，缺点是阻尼可调范围不大。（）活塞上节流阀片个数或结构改变单筒减振器只有一个

25、活塞阀系，因此活塞上的阀片对阻尼力的影响至关重要，如果阀系中的阀片个数或结构发生改变，受力形成的流通缝隙就会发生变化，导致活塞上下腔的流通面积也随之变化，即可改变减振器的阻尼力。（）外部实现阻尼可调通过在外部增加一个节流装置调节活塞上下腔之间的流通面积，能较方便地实现阻尼可调，但是这种减振器加工较复杂、安装麻烦。由于在外部又增加了液力装置，液力系统本身固有的时滞问题更明显，因此需要响应迅速的高性能节流控制阀，必将导致制作成本增加。根据上述分析，同时考虑工艺继承性和制造成本等因素，本文在被动单筒充气减振器的基础上，在复原腔中增设节流面积调节装置，改变节流面积实现阻尼三档可调。减振器阻尼调节装置由

26、调节杆、空心活塞杆、阀芯、压紧螺母等组成，如图（）所示。调节杆套在空心的活塞杆中，调节杆的两端分别与阀芯和步进电机输出轴连接。江苏大学硕士学位论文阀芯和活塞杆上设有节流孔，阀芯安装在活塞杆内部，调节杆带动阀芯转动，改变阀芯与活塞杆上重合节流孔的个数，最终达到改变减振器阻尼力的效果。空气弹簧活塞杆压紧螺母活塞阀芯调节杆图阻尼调节装置空气弹簧是在柔性密闭容器中加入压力空气，利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧，具有良好的弹性特性，可以大大改善车辆的动力性，显著提高行驶舒适性。根据气囊工作时的变形方式，空气弹簧可分为囊式空气弹簧、膜式空气弹簧和复合式空气弹簧三种。囊式空气弹簧主要靠橡胶气囊

27、的挠曲获得弹性变形；膜式空气弹簧主要靠气囊的卷曲获得弹性变形；复合式空气弹簧则兼有以上两种方式【刎。膜式空气弹簧可以看成是囊式空气弹簧的下盖板换成活塞形成的，结合这一特点，将膜式空气弹簧与减振器制成一体。具体结构如图（）所示：橡胶气囊与盖板组成了空气弹簧气室，减振器外筒充当膜式空气弹簧的活塞，为了获得空气弹簧的工作状态，在充气口处设置了压力传感器。如此设计可以减少零件数量，提高总成集成度，便于安装；此外，空气弹簧气室通过节流口与减振器浮动气室相通，运动不协调、控制时滞等引起的悬架内部参数匹配冲突可以通过气体压力传递自动消除；在遇到较大冲击时，浮动活塞下移可关闭气流口，浮动气室与空气弹簧气室之间

28、没有气体交换，系统刚度变大，使悬架能够承受冲击或大行程剧烈振动。电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计，动力学模型及控制策略研究储气室电磁阀空气弹簧气室活塞杆橡胶气囊复原腔调节杆调节阀芯活塞压缩腔节流口浮动活塞浮动气室底座压紧螺母调节孔油缸筒夕筒盖板步进电机盖步进电机气管压力传感器图一体式空气弹簧减振器的结构组成一体式空气弹簧减振器的工作原理图（）为一体式空气弹簧减振器的结构图，车辆行驶过程中悬架受到随机振动，空气弹簧的盖板和减振器的活塞做上下往复运动。减振器复原腔与压缩腔之间产生压力差，使得油液通过活塞和可调机构的阻尼调节孔在复原腔与压缩腔之间往复流动，此时孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦

29、便形成了对振动的阻尼力。由于活塞杆的存在，复原腔与压缩腔存在体积变化差，为补偿这一体积差，浮动活塞也会做上下往复运动。一体式空气弹簧减振器的工作原理按减振器主体工作原理和空气弹簧工作原理分别介绍。减振器主体工作原理减振器主体在复原腔内设置了阻尼调节装置，由阻尼调节装置改变活塞杆与阀上调节孔重合的个数从而改变阻尼档位。为实现减振器阻尼三档可调，在活塞杆和芯上都各有两组孔，调节孔在阀芯与活塞杆上的相对位置如图（）所示：活塞杆组有个孔，组有个孔，同一横截面上的孔的中心线在一条直线上：阀芯上组和组也分别有个孔和个孔，两组孔的中心线成。夹角。江苏大学硕士学位论文（）低档阻尼状态插氅罗荟匮蒸辩渺（）中档阻

30、尼状态（）高档阻尼状态图阀芯与活塞杆的相对位置若低档阻尼状态为初始状态，活塞杆上的组孔与阀芯上的组孔重合，其他孔错开，即有个调节孔打开；低档阻尼状态向中档阻尼状态切换时，步进电机通过调节杆带动阀芯顺时针旋转过，活塞杆上的组孔与阀芯上的组孔重合，其他孔错开，此时个调节孔重合；中档阻尼状态向高档阻尼状态切换时，步进电机通过调节杆继续带动阀芯顺时针旋转，所有孔都错开，没有调节孔重合。下面分别就这三种阻尼状态分析减振器主体的工作原理。萋一辱鬓一一匿一姜懑；渤二搓蚶蒌一二吐二二一二雾迨蔫黝、，、一妄萋一。盛；剿：、一一；：蒌惫书之一一一上一二一箩萋钐形黝，（）复原行程压缩行程图低档阻尼状态时减振器主体工

31、作示意图”（一）低档阻尼状态电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计，动力学模型及控制策略研究当行驶工况要求减振器具备低档阻尼状态时，给步进电机相应的控制信号，保证活塞杆组孔与阀芯上的组孔重合，如图（）所示。减振器处于复原行程时，复原腔的油液一部分通过活塞杆上的组孔与阀芯上的组孔流入阀芯与活塞杆的中空通道，然后通过压紧螺母上的节流小孔进入压缩腔，另一部分油液经过活塞上的复原阀和常通孔流入压缩腔，浮动活塞上移补偿活塞杆造成的体积差；减振器处于压缩行程时，压缩腔的油液一部分通过压紧螺母上的节流小孔流入阀芯与活塞杆的中空通道，然后通过活塞杆上的组孔与阀芯上的组孔进入复原腔，另一部分油液经过活塞上的压缩

32、阀进入复原腔，浮动活塞下移补偿活塞杆造成的体积差。具体的工作示意图如图（）所示。（二）中档阻尼状态当行驶工况要求减振器具备中档阻尼状态时，给步进电机相应的控制信号，保证活塞杆组孔与阀芯上的组孔重合，如图（）。减振器处于复原行程时，复原腔的油液一部分通过活塞杆上的组孔与阀芯上的组孔流入阀芯与活塞杆的中空通道，然后通过压紧螺母上的节流小孔进入压缩腔，另一部分油液经过活塞上的复原阀和常通孔流入压缩腔，浮动活塞上移补偿活塞杆造成的体积差；减振器处于压缩行程时，压缩腔的油液一部分通过压紧螺母上的节流小孔流入阀芯与活塞杆的中空通道，然后通过活塞杆上的组孔与阀芯上的组孔进入复原腔，另一部分油液经过活塞上的压

33、缩阀进入复原腔，浮动活塞下移补偿活塞杆造成的体积差。具体的工作示意图如图（）所示。，弋一罗毕辩、一！一鋈一一叶二一一邕形黝，溪匿一！玉摩、衮堞潮姜一一土一一一黝，（）复原行程嘞压缩行程图中档阻尼状态时减振器主体工作示意图“（三）高档阻尼状态江苏大学硕士学位论文当行驶工况要求减振器具备高档阻尼状态时，给步进电机相应的控制信号，保证活塞杆与阀芯上孔均错开，如图（），与普通的单筒充气被动减振器的工作原理相同。复原行程活塞向上运动，复原腔体积减小，使得复原腔的油液通过活塞上的复原阀和常通孔流入压缩腔，同时由于活塞杆的存在，浮动活塞向上移动补偿活塞杆造成的体积差；压缩行程活塞向下运动，压缩腔体积减小，使

34、得压缩腔的油液通过活塞上的压缩阀流入复原腔，浮动活塞此时向下移动，具体的工作示意图如图（）所示。，瀵季、一生一懑觯山二一搓一一一、钐形黝崖，（）复原行程（）压缩行程图高档阻尼状态时减振器主体工作示意图“空气弹簧工作原理由图（）一体式空气弹簧减振器的结构组成图可以知道，空气弹簧属于膜式空气弹簧，空气弹簧气室是由橡胶气囊与盖板构成，减振器的主体充当空气弹簧的活塞，减振器主体的活塞杆会带动盖板做上下运动。空气弹簧气室与浮动气室之间存在节流口，节流口由浮动活塞的位置控制开启和关闭。节流口的开启和关闭会对空气弹簧的工作特性产生较大的影响，下面就节流口打开和关闭时分析空气弹簧的工作原理。（一）节流口打开当

35、车辆在较好路面上行驶时，悬架的动挠度较小，一体式空气弹簧减振器在较小行程范围内做往复运动，浮动活塞不会将节流口关闭。减振器处于复原行程时，盖板向上移动，空气弹簧体积增大，气室内气体压力减小，由上一节对减振器主体的工作原理分析可知浮动活塞向上移动，浮动气室内气体压力也减小。但由于两气室体积变电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计，动力学模型及控制策略研究化率不一样，使得空气弹簧气室与浮动气室之间的气体产生了压力差，气体在压力差的作用下经节流孔从压力较大的气室流向压力较小的气室；当减振器处于压缩行程时，盖板向下移动，空气弹簧体积增大，气室内气体压力增大，浮动活塞也会向下移动，同理，气体从压力较大的

36、气室流向压力较小的气室。（二）节流口关闭当车辆在较差路面上行驶时，悬架的动挠度较大，一体式空气弹簧减振器在较大行程范围内做往复运动，也使得浮动活塞的位移增大，在一定的位移范围内，浮动活塞会将节流口关闭，两气室不存在气体交换。在节流口未关闭时，两气室的变化可以看成一个大体积的等效气室，而当节流口关闭时，两气室成了单独变化的气室，体积均小于等效气室的体积，因此会使得系统的刚度增大。一体式空气弹簧减振器的结构方案汽车悬架与簧上质量组成的振动系统的固有频率厂是影响汽车平顺性的主要参数之一。厂去屠）式中：悬架刚度，：簧上质量，蚝；根据振动理论和工程经验，悬架的减振性能可用相对阻尼比（衡量，：呈：。夏（）

37、式中：减振器阻尼力系数，；悬架的弹性元件在支承车身质量的同时，还可缓和路面产生的振动，而减振器具有抑制和衰减振动的作用，悬架中的弹性元件和阻尼元件必须互相匹配，才能发挥出良好的作用。悬架阻尼比是由减振器的阻尼系数、悬架刚度与簧载质量共同决定的，值比较大时，能迅速减振，但不适当地增大值会传递较大的路面冲击，甚至使车轮不能迅速向地面回弹而失去附着力和对激励的缓冲能力；值较小时，振动持续时间变长，不利于改善舒适性。本文针对某轻型商用车悬架，提出一体式空气弹簧减振器的结构方案，原悬江苏大学硕士学位论文架主要参数如表（）所示。可见原悬架的的固有频率较大，特别是空载时。由于载荷变化较大，车身高度也会产生较

38、大变化。采用空气弹簧不仅可以降低固有频率，还可以对空气弹簧进行充放气，改变初始充气压力来减小载荷变化所造成的车身高度变化。表某轻型商用车悬架主要参数悬架簧上质量固有频率相对阻尼比空载由于采用了空气弹簧，可以降低固有频率，故可初选满载时固有频率为，相对阻尼比为加。根据式子（）与式子（）可知，空气弹簧的刚度应在姗一之间，减振器阻尼系数应满足与空气弹簧匹配以后悬架的相对阻尼比在加之间。本章小结本章介绍了一体式空气弹簧减振器的设计思路和结构特点，并分析了减振器主体和空气弹簧在不同工况下的切换过程以及工作原理，此外还针对某轻型商用车悬架，提出了一体式空气弹簧减振器的结构方案，为一体式空气弹簧减振器的后续设计工作提供了参考。载镦¨吆满电控悬架一体式空气弹簧减振器的结构设计，动力学模型及控制