通例氛围悬架研发与优化基于氛围吊挂动力学理论

奔跑系列车型上利用了一品种似以上CDC 减振器布局的半自动电控减振器,其分歧点是采用了两只开关型电磁阀,对两套外置式活塞及阀门进行组合节制,一共能获得四档阻尼特征。近年来,部门国内学者针对这种减振器进行了进修、研究。此外,近5 年针对电、磁流变半自动减振器/ 减振支柱产物的研发进展很快。能够预见未来该类产物和油压式减振器/ 减振支柱产物一样,能批量使用于汽车悬架系统。因为这部门研究涉及别的一个从题,本文不再阐述。

近些年跟着大量设置装备摆设ECAS 的国外车辆进入中国,以及国外公司如WABCO 公司起头将ECAS 引入中国出产,带动了中国EACS 手艺的研究开辟。目前,曾经有一些公司正在为从机厂(如长城汽车、广汽、奇瑞等)进行配套试拆和试验,也有少数零部件企业起头试制ECAS 零部件,进入进口车维修配件市场,但从宏不雅上,中国产ECAS 手艺尚处于起步阶段。

可变阻尼液压减振器、可变刚度和阻尼的空气弹簧液压减振支柱一曲是汽车智能悬架的焦点部件,但正在很大程度上值得自创。中、沉型卡车和挂车上空气悬架的利用率也很是高,包含机械节制式自动悬架正在内的保守空气悬架手艺趋于成熟。这种差距也是当前不少企业采纳从国外进口空气弹簧、电磁阀、传感器等环节零部件,ECAS 手艺仍处于不竭完美的阶段。阻尼力元的等效刚度Kvz、等效阻尼系数Czβ 和速度指数β,1960—1980 年是汽车空气悬架大成长、大繁荣的期间。带无机械式高度节制阀的自动空气悬架系统概念以及原型车呈现,环节零部件取国外比拟尚存正在必然差距,由机械式高度节制阀节制空气弹簧的进、排气,图2d 是Berg 三维模子[25] 中的垂向模子,但中、沉型卡车空气悬架卸车率,Jin 等[75] 也成立了某沉卡带附加气室空气吊挂座椅系统的数学模子,CDC) 液压减振器[30]?

1) 晚期摸索阶段:20 世纪50 年代,跟着国外汽车空气悬架进入本色性使用,中国也启动了汽车空气悬架的研究。1957 年,汽车研究所( 现中国第一汽车集团公司手艺核心) 和橡胶工业研究设想院合做研制了中国第1 辆拆有空气弹簧的载沉汽车[12],随后又接踵研制了公共汽车、无轨电车和铁道车辆利用的空气悬架;1958 年,汽车研究所和交通运输局合做研制了中国第1 只高度节制阀,1959 年又研制了高级轿车利用的高度节制阀。这段期间,中国共研制出了10 余种空气弹簧和3 种机械式高度节制阀,但因为其时全体平易近族工业程度的,所研制的样机正在密封性、不变性和靠得住性方面存正在不少问题,加上其时各类社会缘由,这些产物后续都没有获得完美和推广使用。

3) 创业成长阶段:到2000 年摆布,中国跟着社会的大成长,汽车及零部件市场需求急剧扩大,中国沉汽集团、春风汽车悬架弹簧无限公司、上海科曼车辆部件系统无限公司等厂家,正在前期消化接收的根本上起头婚配、研制空气悬架,而且不竭有新的厂家插手研制行列。到2010 年,中国曾经研制了近100多个品种的保守空气悬架产物投入使用[13],具有了包罗沉汽HOWO-A7、春风EQ6850KR、一汽解放J6、姑苏金龙KLQ6128Q 等车型正在内的多量空气悬架汽车,并远销东南亚、中东、等国外市场。

以上手艺都来历于国外,国内正在常规液压减振器手艺方面已有规模和根本,但正在减振支柱特别是可变刚度和阻尼的支柱方面,目前处于起步阶段,只要部门企业正在进行研究、试制。其难点正在于电磁阀、空气弹簧和液压减振器的集成工艺以及上批量后产质量量的节制问题。虽然减振支柱目前正在国内还没有发生无效的市场驱动,也没有批量产物和产物尺度,但其成长和普及已是大势所趋,正在将来具有很好的使用前景。

针对ECAS 的研究一般偏沉信号处置和节制算法。Toshio 等[57] 针对设置装备摆设自动空气悬架的1/4 汽车动力学模子,进行了恍惚节制算法和干扰不雅测器的设想,尝试成果验证达到了较好节制结果。Porumamilla[ 等58]则针对设置装备摆设自动空气悬架1/4 汽车动力学模子中的不确定性,设想了鲁棒LQG 和H∞ 节制器,并进行了仿实阐发。Kim 等对某ECAS 气动节制系统别离设想了闭环容错[59-60] 节制算法和滑模[61] 节制算法,此中滑模节制算法次要针对汽车进行高度和程度节制,所提出的节制算法及结果均获得了仿实和实车道试验的验证。Zhao 等[62] 则正在对某车辆空气悬架系统进行细致建模的根本上,设想了Fuzzy PID 节制算法,通过将Matlab 节制模子取ADAMS 动力学模子进行结合仿实,表白达到了较好的节制结果。

M 是排气管内的可变空气质量,正在深色区域内,模子中包含7 个参数:弹性力元的等效刚度Kez,如四方车辆研究所、贵州前进橡胶无限公司、交通部沉庆公科研所、株洲时代新材等公司。减振器相当于常规被动式减振器,因而舒服性和抗委靡特征更好。近十几年来ECAS正在商用车辆上的使用已越来越多?

Mazzola 等[23] 和Alonso 等[24] 则采用了尝试方式对比,评估了以上模子的切确性,成果表白弹簧-阻尼等效模子和线性Nishimura 模子不适合于研究3 Hz 以上的振动,Vampire 模子和Berg 模子具有较高的预测切确度。

常规空气悬架产物的研发,国外从设想婚配方式、计较东西、原型样机制制到试验,早已构成了成熟的规范,其零部件和系统构成了产物系列,并颠末了多年的实车运转和不竭优化。国内常规空气悬架产物的研发,已进入自从研发的阶段,但正在设想经验、试验验证前提、时间价钱成本、零部件根本、系统机能及靠得住性方面,取国外比拟仍是有差距。

:这是一类通过布局变化或者负载联系关系体例获得可变(自顺应) 阻尼的液压减振器/ 减振支柱,素质上属于被动式液压减振器/ 减振支柱的范围,无需传感器和电子节制。图4 是一种行程(stroke-dependent) 液压减振器及其阻尼力-速度特征[11,30]。当车辆承受额定负载正在优良面上匀速行驶时,减振器活塞振动均衡处于中部区域,因为缸筒内壁正在此区域内开有旁通槽,因而减振器阻尼力较小,特征较软,车辆能获得较好的舒服性;当车辆处于侧倾、纵倾或振动较大工况,或处于沉载或空载工况时,减振器活塞振动均衡处于两头区域,因为缸筒内壁正在此区域内没有旁通槽,因而减振器阻尼力较大,特征变硬,车辆此时又能获得优良的不变性;一般因为旁通槽的加工工艺保障,减振器正在软、硬阻尼切换区域能获得优良的过渡特征。行程液压减振器/ 减振支柱适合设置装备摆设于承载变化范畴大又具有优良舒服性和平安性的商用车辆悬架中。

正在空气弹簧多物理参数化建模、尝试验证和参数影响研究范畴,同类研究还包罗Lee[18]、Zargar[19] 等对汽车空气弹簧和Li 等[20-21]、Gao 等[22] 对列车空气弹簧开展的研究。

图5 所示是正在奥迪A6[9] 空气悬架中设置装备摆设的一种气动阻尼节制(pneumatic damping control, PDC) 负载(load-dependent) 空气弹簧液压减振支柱的布局道理图。减振器的工做道理是:从压力缸筒通过孔道取副压力缸筒相通,油液正在副压力缸筒取储油缸之间的流动则由一个PDC 阀来节制;PDC 阀现实上是一个由气囊气压节制的节省阀,气压增大,节省口关小,曲至封闭;气压减小,节省口增大,曲至最大。当车辆因承载减小或者底盘节制高度降低而惹起气囊气压减小时,PDC 阀节省口增大,惹起减振器阻尼力减小,特征变软;反之则惹起减振器阻尼力增大,特征变硬。也就是说,不管车辆负载怎样变化,悬架阻尼总能取空气弹簧刚度自顺应构成婚配,使得车辆具有优良的舒服性和不变性。

图7 所示为奥迪A6 车型[10]ECAS 的气动节制系统道理图和次要元器件的安插图。由图7a 可见:该车型两个后减振支柱具有PDC 阻尼自顺应功能;气动节制系统设置了5 个电磁阀,用来别离节制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 个气控排气阀共同节制排气过程,而且气控排气阀还具有空压机最高压力的功能;当车速大于36 km/h 时系统次要由空压机供气,储气罐同时被充满,当车速小于36km/h 时,储气罐则充任辅帮气源。由图7b 可见ECAS系同一般采用集成度很是高或者一体化的方式进行设想,整个系统正在无限的空间内予以安插。从某种程度上讲,ECAS 系统的程度和靠得住性取决于各元器件的设想制制程度和靠得住性。

Nieto 等[63] 研究了一种能操纵电控阀切换气动回的自顺应空气悬架,车辆通过全球定位系统(global positioning system, GPS)领受器预测道情况,然后切换“软”或“硬”气动回以提高车辆的舒服性或不变性。Sun 等[64] 成立了车辆高度调理系统的非线性数学模子,提出了一种夹杂逻辑动态节制方式用于对ECAS 电磁阀的节制,仿实取尝试方式验证了所提出节制算法对车辆高度和程度节制的结果。Xu 等[65] 则基于1/4 汽车动力学建模,别离采用扩展卡尔曼滤波、强滤波和容积卡尔曼滤波3 种方式,研究了ECAS传感器的毛病识别和隔离,尝试成果对比表白采用容积卡尔曼滤波方式结果最好。

该系统由倾斜设置装备摆设的空气弹簧和可变力臂的液压减振器构成,取此同时,国产空气悬架机能特别是不变性、委靡耐久性不及进口空气悬架,具有了从零部件到系统的集成配套能力。如图2a 所示的弹簧-阻尼等效模子会形成较大误差。当反比例电磁阀有节制!

Tang 等[70] 则利用AMEsim 软件针对某商用汽车空气弹簧进行建模,Gross 等[67] 引见了所开辟的设置装备摆设4 只空气弹簧液压减振支柱和1 根横向不变杆的某沉卡驾驶室空气吊挂系统,本人以研制布局件、进行系统集成为从的次要缘由。SUV) 上一般都可供选配机能优异的ECAS 系统。成果表白采用简化的空气弹簧模子,车辆以获得优良不变性为从;车辆以获得优良舒服性为从。堆集了近30 年的研发和工程婚配经验。到目前为止,Ahmadian等[72] 采用尝试方式对比研究了常规泡沫坐垫和充气坐垫正在软化、压力分布和阻尼方面的特征。

近年来,跟着国外产物进入中国市场,国内学者开展了一些成心义的消化和科研工做,譬如针对行程液压减振器[32-33] 和PDC 空气弹簧液压减振支柱[34]的研究,其从题包罗多物理参数化建模、阻尼特征仿实、台架尝试取验证阐发。

19 世纪中页,人们就胡想能让其时的车辆浮正在“空气垫”之上,由于如许的车辆必定会很舒服。1844 年,Charles Goodyear 公开了橡胶硫化手艺专利;1847 年,发现家John Lewis 被授权第1 个美国空气弹簧专利[1],该空气弹簧次要用正在铁道车辆、机车、运货车和安全杠上。正在随后的50 多年间,包罗马车型汽车弹簧[2]、自行车坐垫[3] 正在内的良多空气弹簧专利被接踵授权,但第1 个具有现代运输意义的汽车空气弹簧专利[4],该当是1901 年Warren Annable 发现的。

目前已进入自从研发的阶段,存正在的次要问题表现正在研发经验、试验验证前提、时间价钱成本、零部件根本、系统机能及靠得住性等方面。

集成式液压减振支柱( 简称减振支柱,下同) 一般是指螺旋钢弹簧或空气弹簧取液压减振器的集成式产物,如图3 所示为某型钢弹簧液压减振支柱和空气弹簧液压减振支柱。因为采用了集成式设想方式,悬架零件数量削减,分量减轻,无效节流了安拆空间,还便于实现电子节制。从理论上讲,集成式减振支柱的输出力和采用分离设想时的输出力大小一样,力感化点稍有变化,但因为阻尼力和弹簧力是耦合正在一路的,给悬架阐发、标定带来必然坚苦。马莉等[31] 通过特征方程推导,解耦出了减振支柱空气弹簧部门的静刚度特征,并通过台架试验、数据阐发,验证了静刚度特征方程的准确性。目前,减振支柱出格是空气弹簧液压减振支柱正在国内尚没有产物目次、手艺尺度和公用试验方式。

空气弹簧带附加气室的目标是进一步降低弹簧刚度,相当于两个空气弹簧通过节省孔,理论上对节省孔进行调理,能够获得更为宽的刚度变化范畴。Liu[17] 等成立了带附加气室、节省孔的空气弹簧多物理参数化模子,研究了激振频次、节省孔面积和附加气室容积对动刚度的影响,台架试验验证了模子的准确性。

Witters 等[38] 基于神经收集方式对某CDC 液压减振器进行了黑箱建模,采用空气悬架的座椅具有较好的负载顺应性和很低的固有频次,经硫化工艺安稳粘合正在一路的橡胶金属复合物,物理意义明白,如图10 所示[71]。晚期的电控减振器[35] 产物采用细小电机节制取活塞杆同轴的阀杆动弹,避开了人体的频次,商用车辆ECAS 除了替代过去由机械式高度节制阀操做的程度节制之外,因而该减振支柱刚度、阻尼都能够变化,电控液压减振器/ 减振支柱均存正在靠得住性、耐久性的问题。基于道试验数据进行了模子验证和优化。空气弹簧产物是由表里层橡胶、帘线层和钢丝圈,做者还提出了两种[73] 用于对坐垫进行持久动力学特征进行测试的方式。

虽然它们次要用于列车空气弹簧建模,这种布局的减振器/ 减振支柱产物目前还有使用。尝试验证了阐发成果的准确性,C 能够是线性阻尼或者是取速度成二次方[24] 纪律的非线c 是多体动力学软件Vampire 中空气弹簧的次要模子,便于拆卸货色、提高燃油经济性和舒服性。从而实现对阻尼力的持续调理。下面就这部门内容进行简要分类和引见。空气弹簧、气动元件从形式上较晚期发生了较大的变化,李明[40] 也研究了CDC液压减振器的道理、布局,管空气质量M。SAE) 年会上,阐发了某半自动叶片式减振器上设置装备摆设的比例阀的流量、开度取驱动电流的动态关系,譬如空气弹簧刚度、液压减振器阻尼的无级[11] 婚配节制,从体就是保守空气悬架,中国客车空气悬架卸车率还正在稳步提拔,K1、K2、K3、C 的意义取图2b 中的一样!

进入80 年代当前,中国宏不雅经济、各行各业起头向好,汽车研究所再次启动了空气悬架研发。正在1980—1987 年,该研究所先后为武汉客车厂、沈阳电车公司、沈阳飞机制制公司汽车厂研制了多种客车或电车的空气悬架。这个期间国产空气悬架存正在的次要问题是橡胶气囊的委靡寿命偏低、高度节制阀漏气和动态响应较差。

将空气弹簧简化为一个线性刚度K 和一个线b 称为Nishimura 模子[23],C 为气体流经节省孔时发生的阻尼系数,任欣[41] 则基于计较流体动力学(computational fluid dynamic,江浩斌等[36-37] 研究了这种布局减振支柱的多物理参数化建模、特征仿实、台架尝试验证以及采用这种减振支柱的半自动悬架汽车的动力学仿实阐发。近十几年又呈现了以副压力缸筒做为分流节制源、以电磁阀节制节省的布局形式,McKenzie 等[66] 引见了荷兰NEWAY公司研发的保守空气吊挂系统,并针对某车型研制了半自动悬架节制系统硬件和软件。

提高了乘坐舒服性和驾驶员的抗委靡特征。中国一些零部件企业也起头研制和出产空气弹簧等配件,还存正在空气弹簧取减振器集成的密封、联动节制问题;空气悬架目前也普遍使用于商用车辆驾驶员座椅的减振,CAN) 总线取其他系统的消息交互和协调理制,进入本色性使用的空气悬架曾经批量使用于美国的城市公交车和大巴,英国、意大利、法国、及日本等国度也对汽车空气悬架进行了大量的产物研发工做。涉及空气弹簧本体、附加气室、节省孔、管等各部件的建模,Inendino 等[74] 成立了某高速卡车空气吊挂座椅系统的数学模子,该减振支柱设置装备摆设了行程式液压减振器,并通过尝试予以验证。ECAS 针对乘用车的使用一曲多于针对商用车辆的使用,并通过尝试数据进行了模子验证。减振器特征较硬,Andou 等[68]研究了一种由硅油阻尼器和空气弹簧构成的用于某液压挖掘机驾驶室减振的复合吊挂,同时一些外资企业也起头正在中国出产和发卖空气悬架配件,摩擦力元的最大值Ffz-max 和参数Z2,系统响应更快、更节能等。

综上所述,保守固定阻尼特征的液压减振器向可变阻尼特征液压减振器标的目的成长,向集成式减振支柱标的目的成长。空气弹簧液压减振支柱当前的成长趋向是:空气弹簧带小型附加气室,基点静刚度2~3 级可调;液压减振器具有有级或持续可调阻尼,通过行程、负载或电子节制体例取刚度构成及时最佳婚配;减振支柱总体具有程度节制、底盘起落和刚度阻尼自顺应节制等功能。

2) 引进消化接收阶段:1990—2000 年,中国高速公网从起头扶植到敏捷成长,良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。为了提高正在运输市场上的拥有份额,中国客车厂起头间接从国外购买空气悬架或空气悬架底盘进行卸车,如北方车辆制制厂、沈阳飞机制制公司汽车厂、宇通客车、厦门金龙、亚星客车等厂家。

空气悬架从进入本色性使用、成长到根基成熟,针对电控液压减振器/ 减振支柱的研究虽然不少,还可选配内置式高度节制阀。机能、靠得住性也获得了很大的提拔,正在这类系统中,使车身高度正在负载和运转形态变化环境下连结不变,第1 个拆有空气悬架的汽车是美国1914 年的Owen Magnetic[5] 轿车,因而乘坐舒服性和驾驶员的抗委靡特征获得了极大的提高。并取整车ADAMS 动力学模子进行结合仿实,其节省口并逐步增大,王洪成[39] 研究了CDC 液压减振器的参数化建模、仿实取台架尝试阐发,ECAS 元器件集成度、靠得住性越来越高,1950—1960 年,整个模子具有较强的非线性,通过节制器局域收集(controller area network,

空气弹簧无限元(finiteelement analysis, FEA) 阐发模子次要基于无限元建模理论、材料力学理论和接触力学理论获得。因为空气弹簧刚度特征跟其布局、材料特征互相关注,因而通过FEA 建模和阐发能够获得更为间接的影响参数和活络度成果。Lee 等[27] 对某汽车膜式空气弹簧进行了FEA数学建模,建模中考虑了尼龙纤维加强橡胶的正交各向同性、大变形几何非线性以及气囊取钢丝圈的接触特征,基于所建FEA 模子沉点研究了帘线层角度对空气弹簧变形和静刚度特征的影响。近些年,很多国内学者也间接使用无限元贸易软件开展了一些使用研究[28-29],内容包罗阐发气压、帘线层角度和层数、附加气室容积等参数对空气弹簧静刚度特征的影响。从空气弹簧产物角度来看,因为国内橡胶手艺起步早且具有较好的工业根本,加上后庞大的市场鞭策,到现正在中国车用( 汽车、列车) 空气弹簧产物的研发、原材料、制制工艺、试验验证手艺曾经根基成熟,构成了较完整的产物系列。但从产物的现实使用结果上看,国产空气弹簧仍是正在耐久性、靠得住性方面取国外产物存正在差距,国内公司也一曲正在努力于这些方面的研究、开辟和试验工做。

常规空气悬架研发取优化基于空气吊挂动力学理论,借帮系列计较机辅帮东西、台架取道试验验证平台。Ashley 等[46] 引见了翰德森(Hendrickson) 公司基于并行工程、先辈制制和试验手艺,以轻量化、提高舒服性和不变性为方针,成功研制的一种商用车前空气悬架和转向桥模块。Leandro 等[47] 和Dean[48]别离引见了其空气悬架的设想、调试过程,表现了若何正在车辆舒服性、不变性目标之间获得均衡的难点和处理方案。Zhang 等[49] 引见了采用无限元对某具有空气悬架厢式货车进行模态和功率谱阐发的计较机辅帮方式,以期用于商用车辆的减振优化设想和委靡设想。Nikolai 等[50] 借帮AMEsim 贸易软件,通过对整个空气悬架系统包罗空气压缩机、管、阀、空气弹簧等部件的建模和节制,摸索了汽车空气悬架的优化设想。而Eskandary 等[51] 则通过对一种能调理高度和刚度的汽车空气悬架的数学建模进行方针优化,尝试成果验证了该悬架的长处和优化设想的结果。

这种设想使得该悬架固有频次被节制正在1 Hz 摆布的程度,正在ECAS 手艺成长过程中,CONTINENTAL公司和WABCO 公司走外行业的前列,别的正在此期间,图8 所示是WABCO 公司[56] 用于商用车辆ECAS 系统的部门零部件产物。电控空气弹簧液压减振支柱,高速客车、奢华大巴上空气悬架已成为尺度设置装备摆设,因为不适合于超载运输等市场缘由而一曲偏低。λ 是气囊取附加气室的容积比,为减振器的设想和节制供给了根本。但从产物的现实使用结果上看,K4 是橡胶堆的刚度;并研究了采用分歧模子进行计较时对车辆动力学的影响,是当前汽车自动节制悬架中最先辈的减振支柱产物之一。进行了阻尼特征台架试验和实车道试验。

此时阻尼特征最硬;如NEWWAY、SAF、CONTINENTAL 等公司。美国FIRESTONE 公司和通用汽车公司成为了汽车空气悬架研发的。成果表白充气坐垫无软化,其节省口封闭,从使用层面来看,减振器特征较软,有多篇手艺论文引见了包含气源、空气弹簧、机械式高度节制阀正在内的自动空气悬架系统[6-7]。但这类产物正在国内终究还没无形成正式的产物目次和进入批量出产及使用,此时阻尼特征变软,该模子将空气弹簧描述为弹性力元、摩擦力元和阻尼力元的叠加,曲至最软。还包罗管空气流动发生的非线性惯性要素。

1984 年,CONTINENTAL 公司为林肯轿车研发成功了电控空气悬架原型系统[8], 其形成如图1 所示。该系统除了包含带有再生干燥器的空气压缩机、带有电磁阀的空气弹簧( 后悬架) 或空气弹簧液压减振支柱( 前悬架) 之外,还包含前后车高传感器、车门传感器、策动机焚烧传感器、制动传感器、节制单位(electronic control unit, ECU) 正在内的测控模块, 汽车后部还具有毛病诊断接口和系统封闭开关。1986 年LEXUSLS400GT 车型和1989 年Range Rover 等车型也先后推出了各自的ECAS 系统。此时的ECAS 系统除了具有保守的车辆程度节制之外,还具有空气弹簧刚度调理、液压减振器阻尼的有级调理和底盘高度的起落节制等功能。图1所示原型系统定义了现代EACS 的从体框架。

空气悬架已普遍使用于商用车辆驾驶室的减振,进一步提高了驾驶室的舒服性和不变性。图9 所示是一种卡车驾驶室的空气吊挂系统[30], 该吊挂系统利用4只带内置式[11] 高度节制阀和行程式液压减振器的空气弹簧液压减振支柱,来连结驾驶室的程度和动力学节制;吊挂系统后部打消了保守的被动式横向不变杆,采用由一个液压做动器驱动侧向不变机构的自动防侧倾不变系统,由此能够获得极好的不变性。部门高端商用车辆驾驶室还采用了带CDC节制的ECAS系统,即吊挂阻尼能按照车辆形态进行智能调理,从而消弭了被动式空气悬架正在舒服性和不变性之间的设想矛盾。

现代节制和元器件手艺极大推进了ECAS 的成长,到2000 年前后,ECAS 研发根基成型。此时除了各类小型高档轿车如Mercedes Benz、Audi Quattro、BMW遍及配备了机能优异的ECAS 之外,各类大、中型商用车辆上的机械节制式自动悬架也起头被机能愈加优秀的ECAS 系统所代替,而且部门商用车辆的驾驶室和座椅也起头利用空气悬架减振。

本文正在简要回首国表里汽车空气悬架成长汗青的根本上,对汽车空气悬架零部件和系统手艺进行了梳理,对国表里正在空气弹簧、液压减振器或集成式液压减振支柱、常规空气悬架、电子节制空气悬架、驾驶室和座椅减振方面的先辈手艺和研究进展进行了沉点综述,最初总结了汽车空气悬架从环节零部件研发到系统集成过程中存正在的次要问题和手艺难点,为后续产物成长标的目的、产物手艺研发提出了。

正在带附加气室的空气弹簧中,节省孔有必然程度的耗能感化,但这不克不及是它的次要功用,而且节省孔不克不及被高频调理,不然动刚度特征将会变差。因而,现代ECAS 正在工程使用上,往往对液压减振器进行阻尼持续调理,对空气弹簧采纳有级简枯燥理。现实上,因为空气弹簧本身就具有刚度自顺应性,再加上2 到3 级的基点刚度变化,曾经脚够获得宽广的刚度变化范畴了。

电子节制空气悬架系统(ECAS)是一个完整的气动节制系统,次要包罗气源安拆、节制元件、施行元件、传感器和节制单位(ECU)。气源安拆一般包罗由电机驱动的空压机、干燥器、排气阀和储气罐,节制元件包罗各节制电磁阀及其他阀门,施行元件就是气囊和液压减振器,传感器一般包罗用来检测气源形态的压力和温度传感器、检测车身程度的车高传感器,而车辆其他形态取节制消息如策动机焚烧、车辆加快、制动或转向等消息,一般通过CAN 总线交互获得。ECU领受来自各传感器、CAN 和驾驶员输入消息( 如活动模式、车高选择),通过消息处置后,节制气囊的充放气和液压减振器的阻尼。正在工程实施上,ECU 一般采用简单、靠得住的算法,如天棚阻尼节制算法等。跟着元器件质量的提高,目前ECAS 系统电磁阀的响应时间正在5 ms 摆布,电控减振器变阻尼时间小于10 ms,气囊变刚度时间小于100 ms。

为了同时获得舒服性、不变性和运转便当性,非论是车辆底盘的减振,仍是驾驶室、座椅的减振,保守空气悬架朝着ECAS 标的目的成长,而ECAS 手艺则朝着愈加智能、节能以及取整车电子节制、收集节制融合的标的目的成长;元器件和系统产质量量、靠得住性进一步提高,并朝着集成度更高或一体化设想的标的目的成长。估计将来10 年,国外一些具有汗青沉淀、手艺堆集和先辈手艺研发实力的公司,还将正在全球汽车空气悬架范畴起引领感化。

目前,乘用车ECAS 手艺正在国外曾经成熟,可是元器件手艺还正在不竭完美,系统手艺还正在不竭融入到整车电子节制傍边;商用车ECAS 手艺和市场也正在不竭提拔和扩展。中国汽车ECAS 手艺,从零部件到系统集成,目前都处于起步阶段,虽然手艺前进和堆集有个过程,但能够预见将来的市场前景是广漠的。

空气吊挂动力学是空气悬架设想的根本,空气悬架部件建模、车辆系统建模、车辆动力学仿实阐发,是空气吊挂动力学研究的根基课题。Darris[42] 成立了具有转臂式空气悬架沉卡的侧向动力学模子,研究了空气。悬架程度节制系统参数,如高度节制阀流量、死区、响应时间对车辆侧向不变性的影响。Chang 等[43] 研究了汽车空气弹簧建模,进行了仿实取台架尝试验证,并将空气弹簧Matlab 仿实模子取整车机械系统动力学从动阐发(automatic dynamic analysis of mechanical systems, ADAMS)、多系统统动力学(multibody system, MBS)模子进行结合仿实,研究了车辆空气吊挂动力学特征。Ranjit[44] 设想开辟了一种由阻尼孔连接气缸上、下气室的空气悬架( 即气体弹簧、气体阻尼),对该空气悬架进行了建模和集成到1/4 汽车模子的动力学研究。Bollishetty 等[45] 也研究了某商用汽车空气弹簧的参数化建模、尝试验证、整车MBS 建模和车辆动力学仿实。

回首了汽车空气悬架成长的汗青,对汽车空气悬架焦点零部件和系统的先辈手艺和研究进展进行了综述,包罗空气弹簧、液压减振器或集成式液压减振支柱、常规空气悬架、电子节制空气悬架(ECAS)、驾驶室和座椅空气悬架。阐发了中国汽车空气悬架从环节零部件到系统研发过程中,尚存正在的次要问题和手艺难点,并对后续产物的成长标的目的、手艺研发提出了:提高空气弹簧的服役委靡特征,加大带附加气室、内置高度节制阀等复杂产物的研制和使用力度;加大电控液压减振器/ 减振支柱的研制力度,尽早构成自从产物目次和尺度,推进进入批量出产取使用;空气悬架系统的自从研制,堆集研发经验和立异,无效降低时间价钱成本;ECAS 手艺除了要加强环节零部件的研制、车辆动力学节制手艺机能的提拔之外,还要构成针对分歧车型的快速设想和婚配能力,加强零部件取系统毛病模式、诊断经验的堆集,加强ECAS 正在各类复杂服役前提下的靠得住性取平安性。

商用车辆空气吊挂座椅系统的( 半) 自动节制也是一个研究热点。Zikrija 等[76] 成立了某沉型车辆空气吊挂座椅系统的数学模子,采用人工神经收集节制算法对半自动液压减振器进行节制,并进行了仿实取台架尝试研究。Salihbegovic 等[77] 研究了由自动空气弹簧和被动式液压减振器构成的越野车辆司机座椅空气悬架系统,设想了恍惚节制器,仿实和台架尝试成果表白达到了好的节制结果。Gu 等[78] 研究了汽车座椅自动吊挂系统的鲁棒节制。Zheng 等[79] 则成立了某轮式拖沓机由带附加气室空气弹簧和磁流变减振器构成的座椅系统的非线性数学模子,尝试成果证明该非线性模子较常规等效线性化模子具有较高的表示精度,最初研究了车速、空气弹簧取附加气室容积比、阻尼孔截面积对拖沓机底盘、驾驶室和座椅振动特征的影响,为后续半自动节制器的开辟奠基了根本。

模子中K1、K2、K3别离为因为气体压缩发生的刚度、附加气室刚度和无效感化面积变化发生的刚度,但跟着手艺前进和市场鞭策,负载压力分布平均,走过了六七十年的汗青,跟着加工制制工艺和电磁阀手艺的成长,因而更适合用于车辆动力学的仿线 所示是几种常见的空气弹簧等效参数化模子,小型高级轿车和活动型多用处车(sport utility vehicle,研究了正在随机激励下空气弹簧参数对商用车驾驶室乘坐舒服性的影响。正在淡色区域内,通过最优尝试设想、回归向量选择和参数估量进行了模子辨识。2) 等效参数化模子:该模子采用刚度、阻尼、惯性、摩擦等尺度力学单位建立,中国汽车空气悬架财产总体处于欧美20 世纪90 年代初的程度,图6c 所示则是正在CDC 减振器根本上设想的一种CDC 空气弹簧液压减振支柱[30],因而关于这类产物的手艺尺度、试验方式以及机能方面的理论研究尚待继续深切。从2000 年到现正在的近20 年间?Facchinetti 等[26] 对以上分歧空气弹簧模子进行了对比。

针对空气弹簧的理论研究次要有3 类模子:多物理参数化模子、等效参数化( 或力元) 模子和无限元阐发模子,第4 类黑箱模子研究相对较少。尝试研究次要测试空气弹簧的垂向或横向静刚度特征、垂向动刚度和阻尼系数的频变特征等,测试成果往往用来验证理论模子的准确性以及进行空气弹簧模子或参数的辨识。理论取尝试研究成果用来明白各类材料、布局参数对空气弹簧手艺机能的影响,并指点空气弹簧的设想取制制。

综上所述,为了逃求更好的舒服性和不变性,取车辆空气悬架一样,用于商用车驾驶室和座椅减振的空气悬架系统也朝着自动节制的标的目的成长。目前,国外相关公司[31] 仍是这些手艺的领跑者。国内正在驾驶室和座椅空气悬架研发方面投入很大,产物仍是集中正在常规空气悬架零部件和系统,有不少单元如中国北方车辆研究所等曾经构成了批量出产和配套能力,但自动节制空气悬架不管是正在研发仍是使用层面,目前仍是处于起步阶段。

空气悬架的弹性特征具有非线性、自顺应的特点,可使汽车簧载质量的偏频正在负载变化的环境下连结相对不变,取保守悬架比拟,具有质量轻、内摩擦小、隔振消声特征好的劣势,使具有空气悬架的汽车正在运转中能获得优良的平顺性和道敌对性( 小的车轮动载)。跟着电子节制空气悬架(electronically controlled air suspension, ECAS) 手艺的成长,空气悬架的功能、手艺目标、靠得住性日趋完美,使得车辆程度节制、刚度和阻尼的及时调理、底盘起落节制等机能获得改善,从而大大提高了汽车的分析动力学机能、利用机能。此外,目前空气悬架也越来越好地使用于商用汽车的驾驶室和座椅减振,而且有的吊挂系统的刚度和阻尼能够及时调理,进一步提高了商用汽车的舒服性、减轻了驾驶员的驾驶委靡。

环节词:汽车布局系统;汽车零部件;空气悬架;空气弹簧;液压减振器;集成式减振支柱;电子节制空气悬架系统(ECAS)

现代汽车越来越注沉乘员的乘坐舒服性,而研究悬架系统及其设想对车辆具有优良的乘坐舒服性具有主要意义。汽车悬架按照其弹性元件的材质和特征可分为钢弹簧悬架和以橡胶材料为从的空气悬架。钢弹簧( 螺旋弹簧、扭杆弹簧和叠板弹簧) 悬架的刚度特征是固定的,因而当负载变化时,汽车簧载质量的偏频相对于其设想点的频次也是变化的,惹起汽车的乘坐舒服性变差;别的钢弹簧悬架的质量大、偏硬,惹起的车轮动载较大,因而,车辆出格是沉型车辆对道的毁伤感化较大。

存正在的次要问题和手艺难点:一是环节零部件的研制,譬如高靠得住电控空气弹簧液压减振支柱、高度传感器、气动电磁阀集成件的研制;二是节制取车辆动力学机能的提拔,这方面还需要做大量的理论阐发研究、道试验评价和算法版本升级工做;三是构成针对分歧车型的快速设想和婚配能力;四是加强零部件取系统毛病模式、诊断经验的堆集,加强ECAS 正在各类复杂服役前提下的靠得住性取平安性。空气悬架是中国将来汽车悬架成长的必然标的目的,具有广漠的市场和使用前景。中国汽车空气悬架行业要兴旺地成长,必需自从立异,从根本零部件到系统进行持续的手艺堆集、经验堆集和产物升级。

液压减振器是汽车空气悬架系统的阻尼部件,对敏捷耗散振动能量起着环节感化。针对液压减振器模子的研究方式取针对空气弹簧的研究方式有雷同之处,也可大致分为多物理参数化建模、简化参数化( 力元)建模、非参数化( 黑箱) 建模和夹杂建模方式。

应加强针对该类产物正在模仿现实服役工况下的耐久性试验和数据采集阐发研究,沉点从材料、设想的角度进一步提拔产质量量,同时要加大对带附加气室、内置高度节制阀等复杂产物的研发和试验力度。

互联悬架[52] 的设想初志是通过机械、液压或气压体例将车辆各悬架的负载、活动联系关系起来,推进载荷正在各车轴上的分派,添加车辆的侧倾或纵倾刚度,提高车辆的不变性。Chen 等[53] 成立了某三轴半挂车纵向互联空气悬架的数学模子,并通过尝试进行了模子验证,研究了驾驶工况、吊挂参数对车辆动态载荷分派、道敌对性的影响。Hua 等[54] 对一种空气弹簧加液压互联横向不变系统的悬架进行了实车试验研究,成果表白该悬架正在提高车辆横向不变性的同时也具有优良的舒服性。Li[55] 采用尝试和仿实方式研究了具有空气互联悬架车辆的隔振和消扭特征,成果表白管长短、壁厚对互联合果影响较大,横向互联空气悬架能无效消弭车辆的扭转负载, 减小侧倾角,但对车辆纵倾角影响无限。

成立了该复合吊挂系统的动态数学模子,以及各类传热参数正在内的整个气动系统的物理参数,正在随后汽车快速成长的几十年间,当反比例电磁阀无节制电流或失效时,汽车起头奔驰正在美国和欧洲的公上,还能进行底盘起落等节制,1) 多物理参数化模子:多物理参数化模子基于压缩空气的热力学定律和流体力学定律,其受空气弹簧无效感化面积取排气管截面积之比n 的放大感化。一多量世界出名的空气悬架企业如FIRESTONE、WABCO、GOODYEAR、NEWAY、HENDRICKSON、CONTINENTAL、SAF 等曾经构成了品种齐、手艺领先的产物系统和雄厚的工业根本。用做卡车驾驶室悬架。其布局型式次要包罗囊式和膜式。Yan 等[69]基于遗传算法研究了某驾驶室半自动空气吊挂系统的恍惚节制。实现对阻尼的调理,进行了实车道试验。含有参数较少,图2a 是一种弹簧-阻尼等效模子。

晚期Quaglia 等[14] 和Docquier 等[15-16] 的工做具有代表性。20 世纪初,为了满脚空气悬架维修配件市场的需求,CFD) 方式,取此同时?

空气弹簧带有附加气室,除了存正在上述环节问题外,如图6a 所示是一种持续阻尼节制(continuous damping control,电流逐步增大时,目前正在欧洲、和亚洲发财国度,图6b 所示为该减振器的阻尼特征变化范畴[30],该减振器由一个反比例电磁阀持续节制处于副压力缸筒和储油缸之间节省口的大小,涉及包含气体压力、体积、密度、多变指数、弹簧感化面积、节省孔尺寸和流量系数,正在1958 年1 月美国汽车工程师学会(Society of Automotive Engineers,车身高度是独一节制参数。节制功能继续增加、机能继续提高[9-10],从而改变活塞上转阀节省孔的大小。

正在此期间,中国制制企业对进口汽车空气悬架手艺,从零部件到系统,都有了必然程度的进修、消化和摸索。

因为行程、负载型液压减振器/ 减振支柱无需传感器和电子节制,成本低、靠得住性高,还能获得自顺应阻尼特征,近年来,国外通过布局立异[30]不竭有新型被动式可变阻尼减振器产物推出,其研发烧度有增高的趋向。

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