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汽车空气悬架研究进展:零部件与系统

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汽车空气悬架研究进展:零部件与系统

发布日期:2018-11-27 作者:xy 点击:

内容摘要:回顾了轿车空气悬架展开的前史,对轿车空气悬架中心零部件和体系的先进技能和苏州弹簧厂,太仓绷簧厂研讨进展进行了总述,包含空气绷簧、液压减振器或集成式液压减振支柱、惯例空气悬架、电子操控空气悬架(ECAS苏州弹簧厂,太仓绷簧厂)、驾驭室和座椅空气悬架。剖析了我国轿车空气悬架从要害零部件到体系研发进程中,尚存在的首要问题和技能苏州弹簧厂,太仓绷簧厂难点,并对后续产品的展开方向、技能研发提出了主张:进步空气绷簧的执役疲惫特性,加大带附加气室、内置高度操控阀等杂乱产品的研发和运用力度;加大电控液压减振器/ 减振苏州弹簧厂,太仓绷簧厂支柱的研发力度,尽早构成自主产品目录和规范,促进进入批量出产与运用;坚持空气悬架体系的自主研发,堆集苏州弹簧厂,太仓绷簧厂研发经历和创新,有用下降时刻价格本钱;ECAS 技能除了要加强要害零部件的研发、车辆动力学操控技能功用的进步之外,还要构成针对不同车型的快速规划和匹配才能,加强零部件与体系故障方式、确诊经历的堆集,增强ECAS 在各种杂乱执役苏州弹簧厂,太仓绷簧厂条件下的牢靠性与安全性。


要害词:轿车结构体系;轿车零部件;空气悬架;空气绷簧;液压减振器;集成式减振支苏州弹簧厂,太仓绷簧厂柱;电子操控空气悬架体系(ECAS)
现代轿车越来越注重乘员苏州弹簧厂,太仓绷簧厂的乘坐舒适性,而研讨悬架体系及其规划对确保车辆具有杰出的乘苏州弹簧厂,太仓绷簧厂坐舒适性具有重要含义。轿车悬架依照其弹性元件的原料和特性可分为钢绷簧悬架和以橡胶资料为主的空气悬架。钢绷簧( 螺旋绷簧、扭杆绷簧和叠板绷簧) 悬架苏州弹簧厂,太仓绷簧厂的刚度特性是固定的,因而当负载改变时,轿车簧载质量的偏频相对于其规划点的频率也是改变的,引起轿车的乘坐舒适性变差;别的钢绷簧悬架的质量大、偏硬,引起的车轮动载较苏州弹簧厂,太仓绷簧厂大,因而,车辆特别是重型车辆对路途的损伤作用较大。
空气悬架的弹性特性具有非线性、自习惯的特点,可使轿车簧载质量的偏频在负载改变的情况下坚持相对安稳,与传统悬架比较,具有质量轻、内冲突小、隔振消声特性好的优势,使具有空气悬架的轿车在运转中能取得杰出的平顺性和苏州弹簧厂,太仓绷簧厂路途友好性( 小的车轮动载)。跟着电子操控空气悬架(electronically controlled air suspension, ECAS) 技能的展开,空气悬架的功用、技能目标、牢靠性日趋完善,使得车辆水平操控、刚度和阻尼的实时调理、底盘升降操控等功用得到改进,然后大苏州弹簧厂,太仓绷簧厂大进步了轿车的综合动力学功用、运用功用。此外,现在空气悬架也越来越好地运用于商用轿车的驾驭室和座椅减振,而且有的悬挂体系的刚度和阻尼能够实时调理,进一步进步苏州弹簧厂,太仓绷簧厂了商用轿车的舒适性、减轻了驾驭员的驾驭疲惫。

本文在扼要回顾国内外轿车空气悬架展开前史的根底上,对轿车空气悬架零部件和体系技能进行了苏州弹簧厂,太仓绷簧厂整理,对国内外在空气绷簧、液压减振器或集成式液压减振支柱、惯例空气悬架、电子操控空气悬架、驾驭室和座椅减振方面的先进技能和研讨进展进行了要点总述,最终总结了汽苏州弹簧厂爱尚彩票平台,太仓绷簧厂车空气悬架从要害零部件研发到体系集成进程中存在的首要问题和技能难点,为后续产品展开方向、产品技能研发提出了主张。


一、空气悬架展开简史
1.1 国外轿车空气悬架的展开简史

19 世纪中页,人们就愿望能让其时的车辆浮在“空气垫”之上,因为这样的车辆肯定会很舒适。184苏州弹簧厂,太仓绷簧厂4 年,Charles Goodyear 公开了橡胶硫化技能专利;1847 年,创造家John Lewis 被授权第1 个美国空苏州弹簧厂,太仓绷簧厂气绷簧专利[1],该空气绷簧首要用在铁道车辆、机车、运货车和保险杠上。在随后的50 多年间,包含马车型轿车绷簧[2]、自行车坐垫[3] 在内的许多空气绷簧专利被相继授权,但第1 个具有现代运输含义的轿车空气绷簧专利[4],应该是1901 年Warre苏州弹簧厂,太仓绷簧厂n Annable 创造的。


20 世纪初,轿车开端奔跑在美苏州弹簧厂,太仓绷簧厂国和欧洲的公路上,第1 个装有空气悬架的轿车是美国1914 年的Owen Magnetic[5] 轿车,在随后轿车快速展开的几十年间,美国FIRESTONE 公司和通用轿车公司成为了轿车空气悬架研发的前驱。1950—1960 年,进入实质性运用的空气悬架现已苏州弹簧厂,太仓绷簧厂批量运用于美国的城市公交车和大巴上面,与此一起,英国、意大利、法国、德国及日本等国家也对轿车空气悬架进行了很多的产品研发作业。别的在此期间,带有机械式高度操控阀的苏州弹簧厂,太仓绷簧厂自动空气悬架体系概念以及原型车呈现,在1958 年1 月美国轿车工程师学会(Society of Automotive Eng苏州弹簧厂,太仓绷簧厂ineers,SAE) 年会上,有多篇技能论文介绍了包含气源、空气绷簧、机械式高度操控阀在内的自动空气悬架体系[6-7]。在这类体系中,由机械式高度操控阀操控空气绷簧的进、排气,使车身高度在负载和运转情况改变情况下坚持不变,车身高度是仅有操控参数。


1960—1980 年是轿车空气悬架大展开、大繁荣的时期。空气绷簧、气动元件从方式上较前期发生了较苏州弹簧厂,太仓绷簧厂大的改变,功用、牢靠性也得到了很大的进步,包含机械操控式自动悬架在内的传统空气悬架技能趋于老练。一大批苏州弹簧厂,太仓绷簧厂、NEWAY、HENDRICKSON、CONTINENTAL、SAF 等现已构成了种类齐、技能领先的产品体系和雄厚的工苏州弹簧厂,太仓绷簧厂业根底。

1984 年,CONTINENTAL 公司为林肯轿车研发成功了电控空气悬架原型体系[8], 其构成如图1 所示。该苏州弹簧厂,太仓绷簧厂体系除了包含带有再生干燥器的空气压缩机、带有电磁阀的空气绷簧( 后悬架) 或空气绷簧液压减振支柱( 前悬架) 之外,还包含前后车高传感器、车门敞开传感器、发动机焚烧传感器、制苏州弹簧厂,太仓绷簧厂动传感器、操控单元(electronic control unit, ECU) 在内的测控模块, 轿车后部还具有故障确诊接口和体系封闭开苏州弹簧厂,太仓绷簧厂关。1986 年LEXUSLS400GT 车型和1989 年Range Rover 等车型也先后推出了各自的ECAS 体系。此时的ECAS 体系除了具有传统的车辆水平操控之外,还具有空气绷簧刚度调理、苏州弹簧厂,太仓绷簧厂液压减振器阻尼的有级调理和底盘高度的苏州弹簧厂,太仓绷簧厂升降操控等功用。


现代操控和元器件技能极大促进了E苏州弹簧厂,太仓绷簧厂CAS 的展开,到2000 年前后,ECAS 研发苏州弹簧厂,太仓绷簧厂根本成型。此时除了各种小型高档轿车如Mercedes Benz、Audi Quattro、BMW遍及装备了功用优异的ECAS 之外,各种大、中型商用车辆上的机械操控式自动悬架也开端被功用苏州弹簧厂,太仓绷簧厂愈加优秀的ECAS 体系所取代,而且部分商用车辆的驾驭室和座椅也开端运用空气悬架减苏州弹簧厂,太仓绷簧厂振。


从2000 年到现在的近20 年间,ECAS 技能仍处于不断完善的阶段。ECAS 元器件集成度、牢靠性越来越高,操控功用持续增多、功用持续进步[9-10],譬如空气绷簧刚度、液压减振器阻尼的无级[11] 匹配操控,经过操控器局域网络(controller area network, CAN) 总线与其他体系的信息交互和协调操控,体系呼应更快、更节能等。在ECAS 技能展开进程中,CONTINENTAL公司和WABCO 公司走在职业的前列,堆集了近30 年的研发和工程匹配经历。


空气悬架从进入实质性运用、展开到根本老练,走过了六七十年的前史,现在在欧洲、北美和亚洲苏州弹簧厂,太仓绷簧厂发达国家,高速客车、奢华大巴上空气悬架已成为规范装备,中、重型货车和挂车上空气悬架的运用率也十分高,苏州弹簧厂,太仓绷簧厂小型高级轿车和运动型多用途车(sport utility vehicle,SUV) 上一般都可供选配功用优异的ECAS 体系苏州弹簧厂,太仓绷簧厂。
1.2 我国大陆轿车空气悬架展开进程

我国大陆轿车空气悬架的展开历苏州弹簧厂,太仓绷簧厂程微观上可分为以下3 个阶段。


1) 前期探究阶段:20 世纪50 时代,跟着国外轿车空气悬架进入实质性运用,我国大陆也启动了轿车苏州弹簧厂,太仓绷簧厂空气悬架的研讨。1957 年,长春轿车研讨所( 现我国第一轿车集团公司技能中心) 和北京橡胶工业研讨规划院合作研苏州弹簧厂,太仓绷簧厂制了我国第1 辆装有空气绷簧的载重轿车[12],随后又相继研发了公共轿车、无轨电车和铁道车辆运用的空气悬架;1958 年,长春轿车研讨所和北京交通运输局合作研发了我国第1 只苏州弹簧厂,太仓绷簧厂高度操控阀,1959 年又研发了高级轿车运用的高度操控阀。这段时期,我国共研发出了10 余种空气绷簧和3 种机械式高度操控阀,但因为其时整体民族工业水平的限制,所研发的样机在密苏州弹簧厂,太仓绷簧厂封性、安稳性和牢靠性方面存在不少问题,加上其时各种社会原因,这些产品后续都没有得到完善和推广运用苏州弹簧厂,太仓绷簧厂。


进入80 时代以后,我国大陆微观经济、各行各业开端向好,长春轿车研讨所再次启动了空气悬架研发。苏州弹簧厂,太仓绷簧厂在1980—1987 年,该研讨所先后为武汉客车厂、沈阳电车公司、沈阳飞机制作公司轿车厂研发了多种客车或电车的空气悬架。这个时期国产空气悬架存在的首要问题是橡胶气囊的疲惫苏州弹簧厂,太仓绷簧厂寿命偏低、高度操控阀漏气和动态呼应较差。

2) 引进消化吸收阶段:1990—2苏州弹簧厂,太仓绷簧厂000 年,我国大陆高速公路网从开端建设到敏捷展开,许多运输公司从国外进口了带有空气悬架的奢华客车投入运营,如尼奥普兰、欧洲之星、沃尔沃系列和福特系列奢华大巴车型苏州弹簧厂,太仓绷簧厂。为了进步在运输商场上的占有比例,我国大陆客车厂开端直接从国外置办空气悬架或空气悬架底盘进行装车,如北方车辆制作厂、沈阳飞机制作公司轿车厂、宇通客车、厦门金龙、苏州弹簧厂,太仓绷簧厂亚星客车等厂家。


与此一起,为了满意空气悬架修理苏州弹簧厂,太仓绷簧厂配件商场的需求,我国大陆一些零部件企业也开端研发和出产空气绷簧等配件,如四方车辆研讨所、贵州行进苏州弹簧厂,太仓绷簧厂橡胶有限公司、交通部重庆公路科研所、株洲时代新材等公司。一起一些外资企业也开端在我国出产和出售空苏州弹簧厂,太仓绷簧厂气悬架配件,如NEWWAY、SAF、CONTINENTAL 等公司。
在此期间,我国大陆制作企苏州弹簧厂,太仓绷簧厂业对进口轿车空气悬架技能,从零部件到系苏州弹簧厂,太仓绷簧厂统,都有了必定程度的学习、消化和探究。
3) 创业展开阶段:到2000 年左右,我国大陆跟着社会的大展开,轿车及零部件商场需求急剧扩苏州弹簧厂,太仓绷簧厂大,我国重汽集团、东风轿车悬架绷簧有限公司、上海科曼车辆部件体系有限公司等厂家,在前期消化吸收的根底上开端匹配、研发空气悬架,而且不断有新的厂家加入研发队伍。到苏州弹簧厂,太仓绷簧厂2010 年,我国大陆现已研发了近100多个种类的传统空气悬架产品投入运用[13],具有了包含重汽HOWO-A7、东风EQ6850KR、一汽解放J6、姑苏金龙KLQ6128Q 等车型在内的大批苏州弹簧厂,太仓绷簧厂空气悬架轿车,并远销东南亚、中东、澳大利亚等国外商场。

到现在为止,我国大陆轿车空气悬架苏州弹簧厂,太仓绷簧厂工业整体处于欧美20 世纪90 时代初的水平,主体就是传统空气悬架,具有了从零部件到体系的集成配套才能。但从产品的实践运用作用上看,国产空气悬架功用尤其是安稳性、疲惫耐久性不及进口空气悬架,要害零部件与国外比较尚存在必定距离苏州弹簧厂,太仓绷簧厂,这种距离也是当时不少企业采纳从国外进口空气绷簧、电磁阀、传感器等要害零部件,自己以研发结构件、进行体系集成为主的首要原因。从运用层面来看,我国大陆客车空气苏州弹簧厂,太仓绷簧厂悬架装车率还在稳步进步,但中、重型货车空气悬架装车率,因为不适合于超载运输等商场原因而一向偏低。


近些年跟着很多装备ECAS 的国外车辆进入我国,以及国外公司如WABCO 公司开端将ECAS 引入我国出产,带动了我国大陆EACS 技能的研讨开发。现在,现已有一些公司在为主机厂(如长城轿车、广汽、奇瑞等)进行配套试装和实验,也有少量零部件企业开端试制ECAS 零部件,进入进口车修理配件商场,但从微观上,我国产ECAS 技能尚处于起步阶段。


2 空气悬架研讨进展
2.1 空气绷簧
空气绷簧产品是由内外层橡胶、帘线层和钢丝圈,经硫化工艺结实粘合在一起的橡胶金属复合物,其结构型式首要包含囊式和膜式。
针对空气绷簧的理论研讨首要有3 苏州弹簧厂,太仓绷簧厂类模型:多物理参数化模型、等效参数化( 或力元) 模型和有限元剖析模型,第4 类黑箱模型研讨相对较少。实验研讨首要测试空气绷簧的垂向或横向静刚度特性、垂向动刚度和阻尼苏州弹簧厂,太仓绷簧厂系数的频变特性等,测试成果往往用来验证理论模型的正确性以及进行空气绷簧模型或参数的辨识。理论与实验苏州弹簧厂,太仓绷簧厂研讨成果用来清晰各种资料、结构参数对空气绷簧技能功用的影响,并辅导空气绷簧的规划与制作。
1) 多物理参数化模型:多物理参数化模型根据压缩空气的热力学定律和流体力学定律,涉及包含气体压力、体积、密度、多变指数、绷簧作用面积、节省孔尺度和流量系数,以及各种传热参数在内的整个气动体系的物理参数,涉及空气苏州弹簧厂,太仓绷簧厂绷簧本体、附加气室、节省孔、管路等各部件的建模,整个模型具有较强的非线性,前期Quaglia 等[14] 和Docquier 等[15-16] 的作业具有代表性。
空气绷簧带附加气室的意图是进一步下降绷簧刚度,相当于两个空气绷簧经过节省孔串联,理论上苏州弹簧厂,太仓绷簧厂对节省孔进行调理,能够取得更为宽的刚度改变规模。Liu[17] 等建立了带附加气室、节省孔的空气绷簧多物理参数化模型,研讨了激振频率、节省孔面积和附加气室容积对动刚度的影苏州弹簧厂,太仓绷簧厂响,台架实验验证了模型的正确性。

在带附加气室的空气绷簧中,节省孔有必定程度的耗能作用,但这不能是它的首要功用,而且节省孔不苏州弹簧厂,太仓绷簧厂能被高频调理,否则动刚度特性将会变差。因而,现代ECAS 在工程运用上,往往对液压减振器进行阻尼接连调理,对空气绷簧采纳有级简略调理。事实上,因为空气绷簧自身就具有苏州弹簧厂爱尚彩票平台,太仓绷簧厂刚度自习惯性,再加上2 到3 级的基点刚度改变,现已满足取得宽广的刚度改变规模了。


在空气绷簧多物理参数化建模、实验验证和参数影响研讨范畴,同类研讨还包含Lee[18]、Zargar[19] 等苏州弹簧厂,太仓绷簧厂对轿车空气绷簧和Li 等[20-21]、Gao 等[22] 对列车空气绷簧展开的研讨。
2) 等效参数化模型:该模型选用刚度、阻尼、惯性、冲突等规范力学单元构建,含有参数较少,物理含义清晰,因而更适合用于车辆动力学的仿真研讨。
图2 所示是几种常见的空气绷簧等效参数化模型,尽管它们首要用于列车空气绷簧建模,但在很大程度上值得借鉴。图2a 是一种绷簧-阻尼等效模型,将空气绷簧简化为一个线性刚度K 和一个线性阻尼C 的并联。图2b 称为Nishimura 模型[23],苏州弹簧厂,太仓绷簧厂模型中K1、K2、K3别离为因为气体压缩发生的刚度、附加气室刚度和有用作用面积改变发生的刚度,λ 是气囊与附加气室的容积比,C 为气体流经节省孔时发生的阻尼系数,C 能够是线苏州弹簧厂,太仓绷簧厂性阻尼或许是与速度成二次方[24] 规律的非线性阻尼。图2c 是多体动力学软件Vampire 中空气绷簧的首要模型,苏州弹簧厂,太仓绷簧厂K1、K2、K3、C 的含义与图2b 中的相同,K4 是串联橡胶堆的刚度;M 是排气管内的可变空气质量,其受空气绷簧有用作用面积与排气管截面积之比n 的扩大作用。图2d 是Berg 三维模型[25] 中的垂向模型,该模型将空气绷簧描绘为弹性力元、冲突力苏州弹簧厂,太仓绷簧厂元和阻尼力元的叠加,还包含管路空气流动发生的非线性惯性因素。模型中包含7 个参数:弹性力元的等效刚度Kez,冲突力元的最大值Ffz-max 和方位参数Z2,阻尼力元的等效刚度Kvz、等效阻尼系数Czβ 和速度指数β,管路空气质量M。

Facchinetti 等[26] 对以上不同空气绷簧模型进行了比照,并研讨了选用不同模型进行核算时对车辆动力学的影响,成果标明选用简化的空气绷簧模型,如图2a 所示的绷簧-阻苏州弹簧厂,太仓绷簧厂尼等效模型会造成较大误差。


Mazzola 等[23] 和Alonso 等[24] 则选用了实验办法比照,评价了以上模型的精确性,成果标明绷簧-阻尼等效模型和线性Nishimura 模型不适合于研讨3 Hz 以上的振荡,Va苏州弹簧厂,太仓绷簧厂mpire 模型和Berg 模型具有较高的猜测精确度。
3) 有限元剖析模型:空气绷簧有限元(finiteelement analysis, FEA) 剖析模型首要根据有限元建模理论、资料力学理论和触摸力学理论取得。因为空气绷簧刚度特性跟其结构、苏州弹簧厂,太仓绷簧厂资料特性休戚相关,因而经过FEA 建模和剖析能够取得更为直接的影响参数和灵敏度成果。Lee 等[27] 对某轿车膜式空气绷簧进行了FEA数学建模,建模中考虑了尼苏州弹簧厂,太仓绷簧厂龙纤维增强橡胶的正交各向异性、大变形几许非线性以及气囊与钢丝圈的触摸特性,根据苏州弹簧厂,太仓绷簧厂所建FEA 模型要点研讨了帘线层视点对空气绷簧变形和静刚度特性的影响。近些年,许多国内学者也直接运用有限元商业软件展开了一些运用研讨[28-29],内容包含剖析气压、帘线层视点和层数、附加气室容积等参数对空气绷簧静刚度特性的影响。

从空气绷簧产品视点来看,因为国内橡胶技能起步早且具有较好的工业根底,加上变革苏州弹簧厂,太仓绷簧厂敞开后巨大的商场推进,到现在我国大陆车用( 轿车、列车) 空气绷簧产品的研发、原资料、制作工艺、实验验证技能现已根本老练苏州弹簧厂,太仓绷簧厂,构成了较完整的产品系列。但从产品的实践运用作用上看,国产空气绷簧仍是在耐久性、牢靠性方面与国外产品存在距离,国内公司也一向在致力于这些方面的研讨、开发和实验苏州弹簧厂,太仓绷簧厂作业。


2。2 液压减振器/ 减振支柱

液压减振器是轿车空苏州弹簧厂,太仓绷簧厂气悬架体系的阻尼部件,对敏捷耗散振荡能量起着要害作用。针对液压减振器模型的研讨办法与针对空气绷簧的研讨办法有相似之处,也可大致分为多物理参数化建模、简化参数化( 力元)建苏州弹簧厂,太仓绷簧厂模、非参数化( 黑箱) 建模和混合建模办法。
集成式液压减振支柱( 简称减振支柱,下同) 一般是指螺旋钢绷簧或空气绷簧与液压减振器的集成式产苏州弹簧厂,太仓绷簧厂品,如图3 所示为某型钢绷簧液压减振支柱和空气绷簧液压减振支柱。因为选用了集成式规划办法,悬架零件数量削减,分量减轻,有用节省了设备空间,还便于完成电子操控。从理苏州弹簧厂,太仓绷簧厂论上讲,集成式减振支柱的输出力和选用分散规划时的输出力巨细相同,力作用点稍有改变,但因为阻尼力和绷簧力是耦合在一起的,给悬架剖析、标定带来必定困难。马莉等[31] 经过特性方程推导,解耦出了减振支柱空气绷簧部分的静刚度特性,并经过台架实验、数据剖析,验证了静刚度特性方程的正确性。现在,减振支柱特别是空气绷簧液压减振支柱在国内尚没有产品目录、苏州弹簧厂,太仓绷簧厂技能规范和专用实验办法。
可变阻尼液压减振器、可变刚度苏州弹簧厂,太仓绷簧厂苏州弹簧厂,太仓绷簧厂和阻尼的空气绷簧液压减振支柱一向是轿车智能悬架的中心部件,下面就这部分内容进行扼要分类和介绍。

1) 行程灵敏、负载灵敏液压减振器/ 减振支柱:这是一类经过结构改变或许负载相关办法取得可变(自苏州弹簧厂,太仓绷簧厂习惯) 阻尼的液压减振器/ 减振支柱,本质上归于被动式液压减振器/ 减振支柱的范畴,无需传感器和电子操控。图4 是一种行程灵敏(stroke-dependent) 液压减振器及其阻尼力-速度特性[11,30]。当车辆接受额定负载在杰出路面上匀速行进时,减振器活塞振荡平衡方位处于中部区域,因为缸筒内壁在此区域内开苏州弹簧厂,太仓绷簧厂有旁通槽,因而减振器阻尼力较小,特性较软,车辆能取得较好的舒适性;当车辆处于侧倾、纵倾或振荡较大工况,或处于重载或空载工况时,减振器活塞振荡平衡苏州弹簧厂,太仓绷簧厂方位处于两头区域,因为缸筒内壁在此区域内没有旁通槽,因而减振器阻尼力较大,特苏州弹簧厂,太仓绷簧厂性变硬,车辆此时又能取得杰出的操作安稳性;一般因为旁通槽的加工工艺保证,减振器在软、硬阻尼切换区域能取得杰出的过渡特性。行程灵敏液压减振器/ 减振支柱适合装备于承载改变规模大又具有杰出舒适性苏州弹簧厂,太仓绷簧厂和安全性的商用车辆悬架中。


空气悬架中装备的一种气动阻尼操控(pneumatic damping control, PDC) 负载灵敏(load-depende苏州弹簧厂,太仓绷簧厂nt) 空气绷簧液压减振支柱的结构原理图。减振器的作业原理是:主压力缸筒经过孔道与副压力缸筒相通,油液在副压力缸筒与储油缸之间的流动则由一个PDC 阀来操控;PDC 阀实践上是一个由气囊气压操控的节省阀,气压增大,节省口关小,直至封闭;气压减小,节省口增大,直至最大。当车辆因承载减小或许底盘苏州弹簧厂,太仓绷簧厂操控高度下降而引起气囊气压减小时,PDC 阀节省口增大,引起减振器阻尼力减小,特性变软;反之则引起减振苏州弹簧厂,太仓绷簧厂器阻尼力增大,特性变硬。也就是说,不管车辆负载怎样改变,悬架阻尼总能与空气绷簧刚度自习惯构成匹配,苏州弹簧厂,太仓绷簧厂使得车辆具有杰出的舒适性和操作安稳性。
因为行程灵敏、负载灵敏型液压减苏州弹簧厂,太仓绷簧厂振器/ 减振支柱无需传感器和电子操控,本钱低、牢靠性高,还能取得自习惯阻尼特性,近年来,国外经过结构创苏州弹簧厂,太仓绷簧厂新[30]不断有新式被动式可变阻尼减振器产品推出,其研发热度有增高的趋势。
近年来,跟着国外产品进入我国商场苏州弹簧厂,太仓绷簧厂,国内学者展开了一些有含义的消化和科研作业,譬如针对行程灵敏液压减振器[32-33] 和PDC 空气绷簧液压减苏州弹簧厂,太仓绷簧厂振支柱[34]的研讨,其主题包含多物理参数化建模、阻尼特性仿真、台架实验与验证剖析。
2) 电控液压减振器/ 减振支柱:苏州弹簧厂,太仓绷簧厂前期的电控减振器[35] 产品选用微小电机操控与活塞杆同轴的阀杆转动,然后改变活塞上转阀节省孔的巨细,完成对阻尼的调理,这种结构的减振器/ 减振支柱产品现在还有运用。江浩斌等[36-37] 研讨了这种结构减振支柱的多物理参数化建模、特性仿真、台架实验验证以及选用这种减振支柱的半自动悬架轿车的动力学仿真剖析。

跟着加工制作工艺和电磁阀技能的展开,近十几年又呈现了以副压力缸筒作为分流操控源、以电磁阀操控节省的结构方式,如图6a 所示是一种接连阻尼操控(continuous damping control, CDC) 液压减振器[30]。该减振器由一个反比例电苏州弹簧厂,太仓绷簧厂磁阀接连操控处于副压力缸筒和储油缸之间节省口的巨细,然后完成对阻尼力的接连调理。当反比例电磁阀无操控电苏州弹簧厂,太仓绷簧厂流或失效时,其节省口封闭,减振器相当于惯例被动式减振器,此时阻尼特性最硬;当反比例电磁阀有操控,电苏州弹簧厂,太仓绷簧厂流逐步增大时,其节省口敞开并逐步增大,此时阻尼特性变软,直至最软。图6b 所示为该减振器的阻尼特性改变规模[30],在深色区域内,减振器特性较硬,车辆以取得杰出操作安稳性为主;在浅色区域内,减振器特性较软,车辆以取得杰出舒适性为主。图6c 所示则是在CDC 减振器根底上规划的一种CDC 空气绷簧苏州弹簧厂,太仓绷簧厂液压减振支柱[30],空气绷簧带有附加气室,因而该减振支柱刚度、阻尼都能够改变,是当时轿车自动操控悬架中最苏州弹簧厂,太仓绷簧厂先进的减振支柱产品之一。


图6 接连阻尼操控(CDC) 液压苏州弹簧厂,太仓绷簧厂减振器、空气绷簧液压减振支柱[30]
Witters 等[38] 根据神经网络办法对某CDC 液压减振器进行了黑箱建模,经过最优实验规划、回归向苏州弹簧厂,太仓绷簧厂量选择和参数估计进行了模型辨识。王洪成[39] 研讨了CDC 液压减振器的参数化建模、仿真与台架实验剖析,并苏州弹簧厂,太仓绷簧厂针对某车型研发了半自动悬架操控体系硬件和软件,进行了实车路途实验。李明[40] 也研讨了CDC液压减振器的原理、结构,进行了阻尼特性台架实验和实车路途实验。任欣[41] 则苏州弹簧厂,太仓绷簧厂根据核算流体动力学(computational fluid dynamic, CFD) 办法,剖析了某半自动叶片式减振器上装备的比例阀的苏州弹簧厂,太仓绷簧厂流量、开度与驱动电流的动态关系,实验验证了剖析成果的正确性,为减振器的规划和操控提供了根底。
奔跑系列车型上运用了一种相似以上CDC 减振器结构的半自动电控减振器,其不同点是选用了两只开关苏州弹簧厂,太仓绷簧厂型电磁阀,对两套外置式活塞及阀门进行组合操控,一共能取得四档阻尼特性。近年来,部分国内学者针对这种减振器进行了学习、研讨。此外,近5 年针对电、磁流变半自动减振器苏州弹簧厂,太仓绷簧厂/ 减振支柱产品的研发进展很快。能够预见将来该类产品和油压式减振器/ 减振支柱产品相同,能批量运用于轿车悬架体系。因为这部分研讨涉及别的一个主题,本文不再论述。
综上所述,传统固定阻尼特性的液压减振器向可变阻尼特性液压减振器方向展开,向集成式减振支柱方向苏州弹簧厂,太仓绷簧厂展开。空气绷簧液压减振支柱当时的展开趋势是:空气绷簧带小型附加气室,基点静刚度2~3 级可调;液压减振器具有有级或接连可调阻尼,经过行程灵敏、负载灵敏或电子操控办法与刚度构成实时最佳匹配;减振支柱整体具有水平操控、底盘升降和刚度阻尼自习惯操控等功用。

以上技能都来源于国外,国内涵常苏州弹簧厂,太仓绷簧厂规液压减振器技能方面已有规模和根底,但在减振支柱尤其是可变刚度和阻尼的支柱方面,现在处于起步阶段,只要苏州弹簧厂,太仓绷簧厂部分企业在进行研讨、试制。其难点在于电磁阀、空气绷簧和液压减振器的集成工艺以及上批量后产品质量苏州弹簧厂,太仓绷簧厂的操控问题。尽管减振支柱现在在国内还没有发生有用的商场驱动,也没有批量产品和产品规范,但其展开和普及已是大势所趋,在未来具有很好的运用远景苏州弹簧厂,太仓绷簧厂。


2.3 惯例空气悬架

空气悬挂动力学是空气悬架规划的根底,空气悬架部件建模、车辆体系建模、车辆动力学仿真剖析,是空气悬挂动力学研讨的根本课题。Darris[42] 建立了具有转臂苏州弹簧厂,太仓绷簧厂式空气悬架重卡的侧向动力学模型,研讨了空气。悬架水平操控体系参数,如高度操控阀流量、死区、呼应时刻对车辆侧向安稳性的影响。Chang 等[43] 研讨了轿车空气绷簧建模,进行苏州弹簧厂,太仓绷簧厂了仿真与台架实验验证,并将空气绷簧Matlab 仿真模型与整车机械体系动力学自动剖析(automatic dynamic anal苏州弹簧厂,太仓绷簧厂ysis of mechanical systems, ADAMS)、多体体系动力学(multibody system, MBS)模型进行联合仿真,研讨了车辆空气悬挂动力学特性。Ranjit[44] 规划开发了一种由阻尼孔联接气缸上、下气室的空气悬架( 即气体绷簧、气体阻尼),对该空苏州弹簧厂,太仓绷簧厂气悬架进行了建模和集成到1/4 轿车模型的动力学研讨。Bollishetty 等[45] 也研讨了某商用轿车空气绷簧的参数化建模、实验验证、整车MBS 建模和车辆动力学仿真。


惯例空气悬架研发与优化根据空气悬苏州弹簧厂,太仓绷簧厂挂动力学理论,凭借系列核算机辅佐东西、台架与路途实验验证渠道。Ashley 等[46] 介绍了翰德森(Hendrickson) 公司根据并行工程、先进制作和实验技能,以轻量化、进步舒适性和操作安稳性为方针,成功研发的一种商用车前空气悬架和转向桥模块。Leandro 等[47] 和Dean[48]别离介绍了其空气悬架的设苏州弹簧厂,太仓绷簧厂计、调试进程,体现了如安在车辆舒适性、操作安稳性目标之间取得平衡的难点和解决方案。Zhang 等[49] 介绍了选用有限元对某具有空气悬架厢式货车进行模态和功率谱剖析的核算机辅佐办法,以期用于商用车辆的减振优化规划和疲惫规划。Nikolai 等[50] 凭借AMEsim 商业软件,经过对整个空气悬架体系包含空苏州弹簧厂,太仓绷簧厂气压缩机、管路、阀、空气绷簧等部件的建模和施加操控,探究了轿车空气悬架的优化规划。而Eskandary 等[51] 则经过对一种能独立调理高度和刚度的轿车空气悬架的数学建模进苏州弹簧厂,太仓绷簧厂行方针优化,实验成果验证了该悬架的优点和优化规划的作用。


互联悬架[52] 的规划初衷是经过机械、液压或气压办法将车辆各悬架的负载、运动相关起来,促进载荷在各车轴上的分配,添加车辆的侧倾或纵倾刚度,进步车辆的安稳性。苏州弹簧厂,太仓绷簧厂Chen 等[53] 建立了某三轴半挂车纵向互联空气悬架的数学模型,并经过实验进行了模型验证,研讨了驾驭工况、悬挂参数对车辆动态载荷分配、路途友好性的影响。Hua 等[54] 对一种空气绷簧加液压互联横向安稳体系的悬架进行了实车实验研讨,成果标明该悬架在进步车辆横向安稳性的一起也具有杰出的舒适性。Li苏州弹簧厂,太仓绷簧厂[55] 选用实验和仿真办法研讨了具有空气互联悬架车辆的隔振和消扭特性,成果标明管路长短、壁厚对互联效苏州弹簧厂,太仓绷簧厂果影响较大,横向互联空气悬架能有用消除车辆的扭转负载, 减小侧倾角,但对车辆纵倾角影响有限。


惯例空气悬架产品的研发,国外从规划匹配办法、核算东西、原型样机制作到实验,早已构成了成苏州弹簧厂,太仓绷簧厂熟的规范,其零部件和体系构成了产品系列,并经过了多年的实车运转和不断优化。国内惯例空气悬架产品的研发苏州弹簧厂,太仓绷簧厂,已进入自主研发的阶段,但在规划经历、实验验证条件、时刻价格本钱、零部件根底、体系功用及牢靠性方面苏州弹簧厂,太仓绷簧厂,与国外比较仍是有距离。


2.4 电子操控空气悬架(ECAS)

电子操控空气悬架体系(ECAS)是一个完整的气动操控体系,首要包含气源设备、操控元件、履行苏州弹簧厂,太仓绷簧厂元件、传感器和操控单元(ECU)。气源设备一般包含由电机驱动的空压机、干燥器、排气阀和储气罐,操控元件包含各操控电磁阀及其他阀门,履行元件就是气囊和液压减振器,传感器一般包含用来检测气源情况的压力和温度传感器、检测车身水平的车高传感器,而车辆其他情况与操控信息如发动机焚烧、车辆加速、苏州弹簧厂,太仓绷簧厂制动或转向等信息,一般经过CAN 总线交互取得。ECU接收来自各传感器、CAN 和驾驭员输入信息( 如运动模苏州弹簧厂,太仓绷簧厂、车高选择),经过信息处理后,操控气囊的充放气和液压减振器的阻尼。在工程实施上,ECU 一般选用简略、牢靠的算法,如天棚阻尼操控算法等。跟着元器件质量的进步,现在苏州弹簧厂,太仓绷簧厂ECAS 体系电磁阀的呼应时刻在5 ms 左右,电控减振器变阻尼时刻小于10 ms,气囊变刚度时刻小于100 ms。


图7 所示为奥迪A6 车型[10]ECAS 的气动操控体系原理图和首要元器件的安置图。由图7a 可见:该车苏州弹簧厂,太仓绷簧厂型两个后减振支柱具有PDC 阻尼自习惯功用;气动操控体系设置了5 个电磁阀,用来别离操控1 个储气罐和4个减振支柱的进排气;由1 个电磁排气阀和1 个气控排气阀合作操控排气进程苏州弹簧厂,太仓绷簧厂,而且气控排气阀还具有限制空压机最高压力的功用;当车速大于36 km/h 时体系首要由空压机供气,储气罐一起被充满,当车速小于36km/h 时,储气罐则充当辅佐气源。由图7苏州弹簧厂,太仓绷簧厂b 可见ECAS体系一般选用集成度十分高或许一体化的办法进行规划,整个体系在有限的空间内予以安置。从某种程度上讲,ECAS 体系的水平和牢靠性取决于各元器件的规划制作水平苏州弹簧厂爱尚彩票平台,太仓绷簧厂和牢靠性。


CAS 针对乘用车的运用一向多于针对商用车辆的运用,但跟着技能进步和商场推进,近十几年来ECAS苏州弹簧厂,太仓绷簧厂在商用车辆上的运用已越来越多。商用车辆ECAS 除了代替曩昔由机械式高度操控阀操作的水平操控之外,还能进行底盘升降等操控,便于装卸货物、进步燃油经济性和舒适性。图8 所示是WABCO 公司[56] 苏州弹簧厂,太仓绷簧厂用于商用车辆ECAS 体系的部分零部件产品。

针对ECAS 的研讨一般侧重信号苏州弹簧厂,太仓绷簧厂处理和操控算法。Toshio 等[57] 针对装备自动空气悬架的1/4 轿车动力学模型,进行了模糊操控算法和干扰观测器的规划,实验成果验证达到了较好操控作用。Porumamilla[ 等58]则苏州弹簧厂,太仓绷簧厂棒LQG 和H∞ 操控器,并进行了仿真剖析。Kim 等对某ECAS 气动操控体系别离规划了闭环容错[59-60] 操控算法和滑模[61] 操控算法,其间滑模操控算法首要针对轿车进行高度和水平苏州弹簧厂,太仓绷簧厂操控,所提出的操控算法及作用均得到了仿真和实车路途实验的验证。Zhao 等[62] 则在对某车辆空气悬架体系进行具体建模的根底上,规划了Fuzzy PID 操控算法,经过将Matlab 操控模型与ADAMS 动力学模型进行联合仿真,标明达到了较好的操控作用苏州弹簧厂,太仓绷簧厂。


Nieto 等[63] 研讨了一种能使用电控阀切换气动回路的自习惯空气悬架,车辆经过全球定位体系(global positioning system, GPS)接收器猜测路途情况,然后切换“软”或“硬”气动回路以进步车辆的舒适性或操作安稳性。Sun 等[64] 建立了车辆高度调理体系的非线性数学模型,提出了一种混合逻辑动态操控办法用于对ECAS 电磁阀的操控,仿真与实验办法验证了所提出操控算法对车辆高度和水平操控的作用。Xu 等[65] 则根据1/4 轿车动力学建模,别离选用扩展卡尔曼滤波、强跟踪滤波和容积卡尔曼滤波3 种办法,研讨了ECAS传感器的故障辨认和阻隔,实验成果比照标明采苏州弹簧厂,太仓绷簧厂用容积卡尔曼滤波办法作用最好。

现在,乘用车ECAS 技能在国外现已老练,可是元器件技能还在不断

完善,体系技能还在不断融入到整车电子操控当中;商用车ECAS 技能和商场也在不断进步和扩展。我国大陆苏州弹簧厂,太仓绷簧厂轿车ECAS 技能,从零部件到体系集成,现在都处于起步阶段,尽管技能进步和堆集有个进程,但能够苏州弹簧厂,太仓绷簧厂预见未来的商场远景是宽广的。


2.5 驾驭室与座椅减振

空气悬架已广泛运用于商用车辆驾驭室的减振,进一步进步了驾驭室的舒适性和安稳性。图9 所示是一种货车驾驭室的空气悬挂体系[30], 该悬挂体系运用4只带内置式苏州弹簧厂,太仓绷簧厂坚持驾驭室的水平和动力学操控;悬挂体系后部取消了传统的被动式横向安稳杆,选用由一个液压作动器驱动侧向安稳组织的自动防侧倾安稳体系,由此能够取得极好的安稳性。部分高端商用车辆驾驭室还选用了带CDC操控的ECAS体系,即悬挂阻尼能苏州弹簧厂,太仓绷簧厂安稳性之间的规划矛盾。


McKenzie 等[66] 介绍了荷兰N苏州弹簧厂,太仓绷簧厂EWAY公司研发的传统空气悬挂体系,用作货车驾驭室悬架。该体系由歪斜装备的空气绷簧和可变力臂的液压减振器组成,这种规划使得该悬架固有频率被操控在1 Hz 左右的水平,避开了人体的灵敏频率,进步了乘坐舒适性和驾驭员的抗疲惫特性。Gross 等[67] 介绍了所开发的装备4 只空气绷簧液压减振支柱和1 根横向苏州弹簧厂,太仓绷簧厂安稳杆的某重卡驾驭室空气悬挂体系,该减振支柱装备了行程灵敏式液压减振器,还可选配内置式高度操控阀。An苏州弹簧厂,太仓绷簧厂dou 等[68]研讨了一种由硅油阻尼器和空气绷簧组成的用于某液压挖掘机驾驭室减振的复合悬挂,建立了该复合悬挂体系的动态数学模型,并经过实验予以验证。Yan 等[69]根据遗传算法研讨了某驾驭室半自动空气悬挂体系的模糊操控。Tang 等[70]苏州弹簧厂,太仓绷簧厂 则运用AMEsim 软件针对某商用轿车空气绷簧进行建模,并与整车ADAMS 动力学模型进行联合仿真,研讨了在随机鼓励下空气绷簧参数对商用车驾驭室乘坐舒适性的影响。


空气悬架现在也广泛运用于商用车辆驾驭员座椅的减振,如图10 所示[71]。选用空气悬架的座椅具有较好苏州弹簧厂,太仓绷簧厂的负载习惯性和很低的固有频率,因而乘坐舒适性和驾驭员的抗疲惫特性得到了极大的进步。Ahmadian等[72] 采苏州弹簧厂,太仓绷簧厂用实验办法比照研讨了惯例泡沫坐垫和充气坐垫在硬化、压力散布和阻尼方面的特性,成果标明充气坐垫无硬化,负载压力散布均匀,因而舒适性和抗疲惫特性更好。作者还提出了两种[73] 用于对坐垫进行长时刻动力学特性进行测试的办法。Inendino 等[74] 建立了某高速货车空气悬挂座椅体系的数学模型,根据路途实验苏州弹簧厂,太仓绷簧厂数据进行了模型验证和优化。Jin 等[75] 也建立了某重卡带附加气室空气悬挂座椅体系的数学模型,并经过实验数据进行了模型验证。


商用车辆空气悬挂座椅体系的( 半苏州弹簧厂,太仓绷簧厂) 自动操控也是一个研讨热门。Zikrija 等[76] 建立了某重型车辆空气悬挂座椅体系的数学模型,选用人工神经网络操控算法对半自动液压减振器进行操控,并进行了仿真与台架实验研讨。Salihbegovic 等[77] 研讨了由自动空气绷簧和被动式液压减振器组成的越野车辆司机座椅空气悬架体系,规划了模糊操控器,仿真和苏州弹簧厂,太仓绷簧厂台架实验成果标明达到了好的操控作用。苏州弹簧厂,太仓绷簧厂Gu 等[78] 研讨了轿车座椅自动悬挂体系的鲁棒操控。Zheng 等[79] 则建立了某轮式拖拉机由带附加气室空气绷簧和磁流变减振器组成的座椅体系的非线性数学模型,实验成果证明该非线性模型较惯例等效线性化苏州弹簧厂,太仓绷簧厂模型具有较高的体现精度,最终研讨了车速、空气绷簧与附加气室容积比、阻尼苏州弹簧厂,太仓绷簧厂孔截面积对拖拉机底盘、驾驭室和座椅振荡特性的影响,为后续半自动操控器的开发奠定了根底。

综上所述,为了寻求更好苏州弹簧厂,太仓绷簧厂的舒适性和安稳性,与车辆空气悬架相同,用于商用车驾驭室和座椅减振的空气悬架体系也朝着自动操控的方向发苏州弹簧厂,太仓绷簧厂座椅空气悬架研发方面投入很大,产品仍是集苏州弹簧厂,太仓绷簧厂中在惯例空气悬架零部件和体系,有不少单位如我国北方车辆研讨所等现已构成了批量出产和配套才能,但自动操控空气悬架不管是在研发苏州弹簧厂爱尚彩票平台,太仓绷簧厂仍是运用层面,现在仍是处于起步阶段。


3 结 论

为了一起取得舒适性、操作安稳性和运转便利性,不论是车辆底盘的减振,仍是驾驭室、座椅的减振,传统空气悬架朝着ECAS 方向展开,而ECAS 技能则朝着愈加智能、节能以及与整车电子操控、网络操控交融的方向展开;元器件和体系产品质量、牢靠性进一步进步,并朝着集成度更高或一体化规划的方向展开。预计未来10 年,国外一些具有前史沉淀、技能堆集和先进技能研发实力的公司,还将在全球轿车空气悬架范畴起引领作用。


现在,我国大陆轿车空气悬架苏州弹簧厂,太仓绷簧厂,从要害零部件到体系集成,尚存在以下首要问题和技能难点:
1) 空气绷簧在执役疲惫、耐久性、牢靠性方面与国外产品存在必定距离。应加强针对该类产品在模拟实践执役工况下的耐久性实验和数据采集剖析研讨,要点从资料、规划苏州弹簧厂,太仓绷簧厂的视点进一步进步产品质量,一起要加大对带附加气室、内置高度操控阀等杂乱产品的研发和实验力度。
2) 电控液压减振器的要害问题在电磁阀以及电磁阀与减振器油路的集成,技能难点在加工、安装工艺对产品功用的确保。电控空气绷簧液压减振支柱,除了存在上述要害问题外,还存在空气绷簧与减振器集成的密封、联动操控问题;电控液压减振器/ 减振支柱均存在牢靠性、耐久性的问题。
针对电控液压减振器/ 减振支柱的研苏州弹簧厂,太仓绷簧厂究尽管不少,但这类产品在国内究竟还没有构成正式的产品目录和进入批量出产及运用,因而关于这类产品的技能规范、实验办法以及功用方面的理论研讨尚待持续深入。
3) 惯例空气悬架的研发,以前过多依靠和参阅根据国苏州弹簧厂,太仓绷簧厂外路途、运输和实验条件研发的进口产品,造成了一些被动局面。现在已进入自主研发的阶段,存在的首要问题体现在研发经历、实验验证条件、时刻苏州弹簧厂,太仓绷簧厂价格本钱、零部件根底、体系功用及牢靠性等方面。
4) ECAS 技能( 包含驾驭室和座椅减振),从零部件到体系集成,现在均处于初级阶段。存在的首要问题和技能难点:一是要害零部件的研发,譬如高牢靠电控空气绷簧液压减振支柱、高度传感器、气动电磁阀集成件的研发;二是操控与车辆动力学功用的进步,这方面还需要做很多的理论剖析研讨、路途实验评价和算法版别晋级作业;三是构成针对不同车型的快速规划和匹配才能;四是加强零部件与体系故障方式、确诊经历的堆集,增强ECAS 在各种杂乱执役条件下的牢靠性与安全性。
空气悬架是中苏州弹簧厂,太仓绷簧厂国未来轿车悬架展开的必然方向,具有宽广的商场和运用远景。我国轿车空气悬架职业要蓬勃地展开,必须坚持自主创新,从根底零部件到体系进行持续苏州弹簧厂,太仓弹

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