某車油氣彈簧前懸架設(shè)計(jì)【三維CATIA】【16張CAD圖紙和說(shuō)明書全套】

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學(xué) 院 專業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱 合作導(dǎo)師 職稱 論文題目 某車油氣彈簧前懸架設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)綜述（主要包括國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、研究方向、進(jìn)展情況、存在問(wèn)題、參考文獻(xiàn)等）（5000字以上） （說(shuō)明：文獻(xiàn)綜述是通過(guò)系統(tǒng)地查閱與所選課題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，進(jìn)行搜集、整理、加工，從而撰寫的綜合性敘述和評(píng)價(jià)的文章。要體現(xiàn)“綜合性”、“描述性”、“評(píng)價(jià)性”的特征。主體部分的結(jié)構(gòu)包括該課題的“研究歷史”的回顧，“研究現(xiàn)狀”的對(duì)比，以及研究的“發(fā)展趨勢(shì)”） 前言 懸架系統(tǒng)對(duì)汽車的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性等性能都有非常重要的影響，是現(xiàn)代汽車的關(guān)鍵總成之一，因此合理選擇懸架設(shè)計(jì)方案、基于整車性能對(duì)懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配具有十分重要的意義。車輛懸架從結(jié)構(gòu)功能而言主要由彈性元件、減振裝置及相關(guān)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成。傳統(tǒng)的懸架形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，但是其空滿載車身高度變化幅度大，偏頻隨載荷而變【】，無(wú)法實(shí)現(xiàn)懸架參數(shù)與整車性能在不同承載狀態(tài)下的良好匹配，無(wú)法解決整車各個(gè)性能要求之間的矛盾。隨著車輛研究技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)車輛性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)形式懸架將逐漸被各種新型的懸架系統(tǒng)所取代【2】。 本文主要進(jìn)彈簧車用油氣彈簧的設(shè)計(jì)與分析的研究。油氣彈（Hydro- Pneumatic Spring）是油氣懸架的核心部件，是利用氣體的壓縮來(lái)儲(chǔ)存能量的彈性元件，是在膜式空氣彈簧的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的。它采用金屬容器作為氣室，以惰性的氮?dú)庾鳛閺椥栽⒃诨钊蜌怏w之間有油液作為中間介質(zhì)。它擁有車輛所需理想的非線性彈性特性、良好的減振性能和比較完善的調(diào)節(jié)功能，通過(guò)油氣彈簧的設(shè)計(jì)可以滿足汽車所需的非線性彈性特性、減振性能，提高乘坐的舒適性。 油氣懸架將液壓和氣壓傳動(dòng)、控制技術(shù)與懸架技術(shù)融合在一起，是一種技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)良的車輛懸架，它克服了傳統(tǒng)懸架的上述缺點(diǎn)：其非線性特性可以實(shí)現(xiàn)車輛在不同承載狀況下的偏頻基本保持不變，從而使懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)與整車性能在不同承載狀態(tài)下都能達(dá)到良好的匹配，提高了整車的平順性；油氣懸架可以通過(guò)充油放油的方式實(shí)現(xiàn)車身的舉升與下降，改變車身離地間隙，從而提高整車的通過(guò)性；以車身傾角和懸架高度為控制信號(hào)，通過(guò)一定的解算方法求出各個(gè)油氣懸架充放油量，可以實(shí)現(xiàn)車載平臺(tái)的調(diào)平功能；將各輪油氣懸架通過(guò)油液管路進(jìn)行耦連可以改變整車的側(cè)傾及縱傾剛度，對(duì)車身姿態(tài)進(jìn)行控制，提高了車身姿態(tài)的穩(wěn)定性及行駛安全性。由于油氣懸架具有普通懸架所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展很快，在整車上的使用率也逐步提高【3】【4】。 油氣彈簧國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用狀況 國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀 油氣彈簧自20世紀(jì)50年代美國(guó)WABCO公司首次提出，國(guó)外車輛領(lǐng)域?qū)W者對(duì)此作了大量的研究工作，對(duì)油氣彈簧的密封和阻尼調(diào)節(jié)等技術(shù)作了詳細(xì)的研究，提出了改善油氣彈簧減振特性、提高其密封性能和使用壽命的方法，另外在油氣彈簧的結(jié)構(gòu)研究方面，也取得了一定的成果。而油氣懸架開始于60年代后期，并首先應(yīng)用在賽車和轎車領(lǐng)域【5】。 20世紀(jì)70年代，油氣懸架以優(yōu)越的性能滿足了多數(shù)車輛的要求使它們的平順性和操穩(wěn)性得到了較大的提升。在技術(shù)方面，國(guó)外定性定量的研究工作比較全面，對(duì)于如何進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化如何影響油氣懸架的性能，都有較好的研究成果，但因?yàn)檫@是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，屬于企業(yè)的商業(yè)機(jī)密，因此很難得到這方面的相關(guān)資料，充其量不過(guò)是油氣懸架的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型、仿真及其仿真結(jié)果的試驗(yàn)驗(yàn)證等。70年代末，Moulton Development Ltd的A.E.Moultin和A.Best發(fā)明了集減振器與支撐彈簧于一體的油氣懸架系統(tǒng)，并于1979年進(jìn)行了油氣懸架的工程應(yīng)用和分析、注冊(cè)了“Hydragas”（油氣）商標(biāo)，并對(duì)油氣液體內(nèi)聯(lián)式懸架進(jìn)行了性能、質(zhì)量、成本和安裝方面的詳細(xì)研究分析，為油氣懸架研究的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[6]。1980年后，油氣懸架在德國(guó)和日本的重型車輛上得到了應(yīng)用并迅速發(fā)展[7].在軍用車輛方面有美國(guó)的AA7VA1兩棲裝甲戰(zhàn)車、法國(guó)的AMX-10RC輪式運(yùn)兵車、瑞士Piranha輪式坦克等；在工程及礦業(yè)車輛上有德國(guó)Liebberr公司的CXP系列和美國(guó)Grove公司的全路面起重機(jī)、日本Hitachi公司的輪式挖掘機(jī)、美國(guó)Cateroillar公司的TS-24B自行鏟運(yùn)車和瑞典Volvo公司的VME R190型礦用自卸車等；在賽車及轎車方面有法國(guó)雪鐵龍公司的Xantia系列轎車以及DS19和ID-19型賽車，并在一些特種車輛如導(dǎo)彈運(yùn)輸車、火箭發(fā)射車、衛(wèi)星運(yùn)輸車上也有應(yīng)用[8]。 國(guó)外研究現(xiàn)狀 1. 建立新型合理的油氣懸架的數(shù)學(xué)模型。 主要的研究思路是把具有非線性特性的彈性元件如懸架油缸和對(duì)非線性的影響因素如油液、高壓空氣的壓縮膨脹、非線性阻尼、剛度特性納入到數(shù)學(xué)模型中，使得理論懸架系統(tǒng)符合實(shí)際，成為非線性系統(tǒng)。目前建立油氣懸架的數(shù)學(xué)模型方法可以分為參數(shù)化和非參數(shù)化，比較早的有 Worden全面介紹了單筒式油氣懸架的參數(shù)化和非參數(shù)化建模方法，他指出應(yīng)用參數(shù)化方法建立的模型能夠比較精確地描述油氣懸架內(nèi)在狀態(tài)變化，適用于油氣懸架系統(tǒng)特性的研究，但這種方法的缺點(diǎn)是校驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、計(jì)算速度慢[9]；應(yīng)用非參數(shù)化方法建立模型時(shí)，對(duì)所研究的系統(tǒng)可以一無(wú)所知，只需要在函數(shù)空間中尋找一簇函數(shù)來(lái)逼近系統(tǒng)的特性，然后在某種最佳的準(zhǔn)則意義下計(jì)算出每個(gè)函數(shù)的系數(shù)即可，但非參數(shù)化模型一般建立在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)之上。兩者均有其局限性，國(guó)外學(xué)者試圖結(jié)合參數(shù)化和非參數(shù)化兩種建模方式實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣懸架數(shù)學(xué)模型的建模工作。由于各種建模和分析方法都有其自身的特點(diǎn)和局限性，因此，必須針對(duì)具體問(wèn)題采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)系統(tǒng)進(jìn)行理論分析和參數(shù)識(shí)別。下面通過(guò)查閱文獻(xiàn)整理出一些比較有代表性的研究。Koenraad 根據(jù)油氣獨(dú)立懸架油缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提出利用有關(guān)物理定律建立油氣懸架油缸初始模型，然后通過(guò)試驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，建立油氣懸架的參數(shù)化數(shù)學(xué)模型[10]。Kwangjin Lee 建立了單缸單氣室油氣懸架的參數(shù)化模型，指出高速激勵(lì)時(shí)，油氣懸架內(nèi)氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是，孔口壓差過(guò)大引起液壓腔壓強(qiáng)低于液壓油的氣化壓強(qiáng)，并通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)比了不同溫度下的輸出力-位移曲線[11]。Frank 在綜合考慮氣體多變過(guò)程、孔口紊流出流方程、庫(kù)侖摩擦力、油液的可壓縮性和緩沖限位塊等非線性因素后，建立了油氣懸架的非線性數(shù)學(xué)模型，采用等效線性化方法對(duì)建立的油氣懸架數(shù)學(xué)模型進(jìn)行線性化，并找出影響油氣懸架系統(tǒng)性能的主要因素[12]。Rideout 對(duì)互連式油氣懸架系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)測(cè)試研究，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了互連式油氣懸架的線性模型、雙線性模型和慣性模型[13,14]。 Felez 提出了一種建立多軸汽車起重機(jī)的互連式油氣懸架模型的方法——功率鍵合圖法，指出在多軸起重機(jī)上油氣懸架相比傳統(tǒng)懸架具有諸多優(yōu)勢(shì)，并且互連式結(jié)構(gòu)優(yōu)于獨(dú)立結(jié)構(gòu)的油氣懸架系統(tǒng)[15]。Yousefi 提出一種通過(guò)低階近似的方法對(duì)油氣懸架非線性模型進(jìn)行線性化處理的方法，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)包括模型特征參數(shù)的狀態(tài)空間，使得狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)的近似值均達(dá)到最小[16]。 2. 新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的開發(fā)和主動(dòng)控制策略的研究。 新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的開發(fā)，主要是對(duì)半主動(dòng)和主動(dòng)油氣懸架的開發(fā)應(yīng)用。利用油氣懸架變阻尼相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，調(diào)節(jié)阻尼實(shí)現(xiàn)懸架的半主動(dòng)和主動(dòng)控制。半主動(dòng)控制的原理主要是控制單元對(duì)各類傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行處理，再通過(guò)調(diào)節(jié)阻尼閥口大小，改變油缸和蓄能器之間的阻尼力，實(shí)現(xiàn)懸架輸出力半主動(dòng)控制。主動(dòng)懸架則需要另加動(dòng)力元件如液壓油泵等，油液通過(guò)伺服閥再進(jìn)入液壓缸，實(shí)時(shí)控制懸架輸出力。 國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)研究人員對(duì)油氣懸架的研究起步比較晚，從20世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)研究人員才開始關(guān)注油氣懸架。1984年上海重型汽車制造廠率先將油氣懸架應(yīng)用到該廠的兩種型號(hào)的礦用自卸車上【17】 但由于其可靠性和密封性方面的問(wèn)題，沒能得到廣泛應(yīng)用。此后，湘潭電機(jī)有限公司對(duì)不同噸位礦用自卸車引進(jìn)國(guó)外油氣懸架，進(jìn)行了一定程度的技術(shù)消化，促進(jìn)了我國(guó)國(guó)內(nèi)油氣懸架技術(shù)的推廣應(yīng)用。徐州工程機(jī)械集團(tuán)有限公司于 1992 年、湖南浦沅工程機(jī)械廠于 1994 年，先后從德國(guó)利勃海爾公司引進(jìn)了 LTM1025、LTM1032 和 LTM1050 型全地面起重機(jī)，促進(jìn)了油氣懸架技術(shù)的推廣和應(yīng)用；近年來(lái)，油氣懸架技術(shù)在軍用車輛領(lǐng)域的研究投入不斷加大，促使了油氣懸架技術(shù)的迅速發(fā)展，已有許多裝有油氣懸架的軍用車輛試制、試驗(yàn)，但由于可靠性、經(jīng)濟(jì)性方面的原因，離量產(chǎn)還有一段距離。 總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)油氣懸架方面的研究多集中在計(jì)算機(jī)仿真、國(guó)外產(chǎn)品分析、原理介紹、臺(tái)架試驗(yàn)和原理樣機(jī)的研制上，目前還沒有形成一套切實(shí)有效的方法和理論去指導(dǎo)油氣懸架的設(shè)計(jì)和研發(fā)，離國(guó)外的油氣懸架技術(shù)還有一定的差距。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 最早進(jìn)行油氣彈簧研究的是武漢水運(yùn)工程學(xué)院陶又同教授，他用示功圖法辨識(shí)了油氣彈簧模型[18]； 1994年孫求理單獨(dú)對(duì)單氣室油氣懸架進(jìn)行理論研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)【19】。同年，高凌風(fēng)探討了互聯(lián)式油氣懸架剛度對(duì)車輛振動(dòng)響應(yīng)的影響【20】。1998年趙春明以某起重機(jī)為研究對(duì)象，使用功率鍵合圖法對(duì)油氣懸架系統(tǒng)在路面不平度激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng)特性進(jìn)行分析與研究【21】。2000年吳仁智建立了包含油液可壓縮性等非線性因素的油氣懸架數(shù)學(xué)模型【22】。2001年，河北工業(yè)大學(xué)馬國(guó)清碩士用Matlab/Simulink搭建了油氣懸架系統(tǒng)1/4車輛模型，分析了油氣懸掛系統(tǒng)的阻尼特性和剛度特性，預(yù)測(cè)了懸架參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)阻尼特性和剛度特性的影響[23]。2002年曹樹平建立了考慮摩擦的油氣懸架模型，并對(duì)其油氣懸架剛度和阻尼非線性進(jìn)行了分析與研究【24】。2004年上海交通大學(xué)汽車研究所的鄒游等人對(duì)單氣室油氣懸架的非線性剛度進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，并使用兩自由度的車輛振動(dòng)模型對(duì)油氣懸架的平順性進(jìn)行仿真分析[25]；另外上海交通大學(xué)的莊德軍博士對(duì)油氣懸架從數(shù)學(xué)建模到驗(yàn)證，使用魯棒性控制建立了主動(dòng)油氣懸架的模型，并對(duì)車輛的側(cè)向及垂向性能進(jìn)行了研究[26]；2005年，周德成采用了實(shí)際氣體狀態(tài)方程來(lái)建立油氣懸架彈性力模型，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，并研究了油氣懸架缸摩擦力對(duì)輸出特性的影響[27]。同年，，王智明基于分形理論，對(duì) SGA3550 型礦用汽車油氣懸架的輸出力特性進(jìn)行了研究[28]。2008年郭孔輝院士結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和虛擬仿真結(jié)果，驗(yàn)證了油氣消扭懸架的可靠性【29】。2009年燕山大學(xué)甄龍信考慮油氣懸架的密封性以及摩擦等非線性因素，完善了油氣懸架的非線性數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)軟件仿真分析修正了所建立的油氣懸架振動(dòng)模型，驗(yàn)證了油氣懸架振動(dòng)模型的準(zhǔn)確性【30】。北京理工大學(xué)楊杰等人對(duì)油氣懸架的具體閥件進(jìn)行了分析，從仿真結(jié)果詳細(xì)闡述了閥件參數(shù)對(duì)懸架阻尼的影響[31]；吉林大學(xué)借助于國(guó)家汽車重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)郭孔輝院士發(fā)明的油氣懸架進(jìn)行了詳細(xì)分析，從理論到試驗(yàn)，比較全面的研究了新油氣懸架的特性[32-35]；北京理工大學(xué)趙玉壯博士在其博士論文中非常詳細(xì)的對(duì)油氣懸架非線性部件進(jìn)行了具體的數(shù)學(xué)建模和分析，并對(duì)阻尼控制技術(shù)在油氣懸架上的應(yīng)用進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)[36]。北京理工大學(xué)張軍偉針對(duì)多支路油氣懸架進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，利用分?jǐn)?shù)階理論建立了油氣懸架數(shù)學(xué)模型，并對(duì)多支路油氣懸架存在的剛度阻尼耦合性和非一致性進(jìn)行了深入的研究[37]。同年，劉剛在其博士論文中提出一套互聯(lián)式油氣懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，仿真分析了該系統(tǒng)剛度、阻尼特性，并在此基礎(chǔ)上對(duì)四軸車輛進(jìn)行了操穩(wěn)性和平順性仿真和實(shí)車試驗(yàn)，驗(yàn)證了該套系統(tǒng)方案的可行性[38]。 國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)油氣懸架的研究主要集中在以下五個(gè)方面： 1. 油氣懸架設(shè)計(jì)基本理論的研究: 國(guó)內(nèi)研究人員對(duì)這方面研究比較多，主要集中在對(duì)油氣懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼非線性化定性研究以及整車行駛的平順性評(píng)價(jià)方法研究，其中包括：利用油氣彈簧運(yùn)動(dòng)速度、油液流量、阻尼孔大小之間的關(guān)系，建立油氣懸架阻尼特性分段函數(shù)數(shù)學(xué)模型等 2. 特定車輛的油氣懸架系統(tǒng)仿真以及應(yīng)用: 國(guó)內(nèi)一些高校都在不斷完善自己的油氣懸架模型，并通過(guò)仿真分析和試驗(yàn)分析的方式對(duì)其進(jìn)行修正，以達(dá)到更理想的效果。但相比較國(guó)外同類產(chǎn)品的性能，包括平順性、可靠性等都還有較大的差距，而且采用半主動(dòng)、主動(dòng)控制的產(chǎn)品很少。 3. 新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的研究: 目前國(guó)內(nèi)還尚未形成一套簡(jiǎn)單易行、切實(shí)可靠的方法和理論去指導(dǎo)油氣懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，仍還處于國(guó)外樣機(jī)類比、參考設(shè)計(jì)，試驗(yàn)修改階段。由于油氣懸架試驗(yàn)研究的投資巨大，而且目前國(guó)內(nèi)在油氣彈簧試驗(yàn)方面的投入較少，資金也比較分散。因此，當(dāng)前要形成一套完整的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是比較困難的。而優(yōu)化設(shè)計(jì)只需要正確的油氣懸架系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以車輛的性能力目標(biāo)，通過(guò)適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化算法便可求得油氣彈簧的參數(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法來(lái)說(shuō)，開展油氣懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。 4. 油氣彈簧閥系參數(shù)解析優(yōu)化設(shè)計(jì)及CAD軟件開發(fā)研究 油氣懸架的特性主要是由油氣彈簧的節(jié)流閥參數(shù)所決定的，即油氣彈簧的節(jié)流閥參數(shù)決定和影響油氣懸架的非線性阻尼特性，影響車輛的減振效果。目前，山東理工大學(xué)利用所建立的油氣懸架設(shè)計(jì)基本理論，根據(jù)油氣懸架所要求的最佳阻尼特性，利用油氣懸架開閥速度點(diǎn)以及油氣彈簧速度、液壓油液流量、節(jié)流壓力和閥片變形之間的關(guān)系，建立了油氣彈簧節(jié)流閥參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型和黃金分割優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了油氣彈簧節(jié)流閥參數(shù)解析設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)所建立油氣彈簧節(jié)流閥參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型和黃金分割優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，利用AutoCAD開發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)和VC++編程工具軟件，開發(fā)了油氣彈簧節(jié)流閥參數(shù)CAD軟件，實(shí)現(xiàn)了油氣懸架現(xiàn)代化CAD設(shè)計(jì)。 5. 利用對(duì)油氣彈簧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)反求油氣彈黌的參數(shù)。 通過(guò)試驗(yàn)的手段得出最能真實(shí)、準(zhǔn)確反映油氣彈簧特性的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)反求，目前，國(guó)內(nèi)主要對(duì)節(jié)流閥參數(shù)進(jìn)行反求。 油氣彈簧的應(yīng)用領(lǐng)域 油氣彈簧目前主要用于一些軍事車輛、高級(jí)轎車、豪華客車、重型載貨汽車及工程車輛中。 1. 軍事車輛。油氣懸架具有良好特性，因此廣泛應(yīng)用于軍事車輛中，例如，意大利生產(chǎn)的“半人馬座”輪式裝甲車、法國(guó)生產(chǎn)的AMX-10RC輪式輸送車、瑞士生產(chǎn)的“鋸脂鋰”輪式坦克等。 2. 全路面汽車起重機(jī)。如德國(guó)利勃海爾公司生產(chǎn)的LTM系列起重機(jī)、美國(guó)格魯夫公司生產(chǎn)的AT系列起重機(jī)、日本鋼鐵株式會(huì)社生產(chǎn)的RK系列起重機(jī)、徐州重型機(jī)械廠生產(chǎn)的QAY25起重機(jī)。 3. 鏟運(yùn)機(jī)械。如美國(guó)卡特彼勒公司生產(chǎn)的TS-24B自行鏟運(yùn)機(jī)。 4. 輪式挖掘機(jī)。如日本日立建筑機(jī)械有限公司生產(chǎn)的10噸輪式挖掘機(jī)。 5. 礦用自卸車。如美國(guó)卡特彼勒公司生產(chǎn)的CAT789自卸車、沃爾沃公司生產(chǎn)的VMER90自卸車、上海重型汽車制造廠生產(chǎn)的SH380、SH382自卸車。 油氣彈簧的特征 油氣彈簧懸架與其他種類懸架比較，具有的優(yōu)點(diǎn)： 1） 非線性剛度；2）非線性阻尼；3）車身高度自由調(diào)節(jié)；4）剛性閉鎖；5）改善車輛運(yùn)動(dòng)性能；6）單位儲(chǔ)能比大。 油氣彈簧懸架具有以上優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在許多不足之處： (1)剛度的非線性和阻尼的非線性，決定了油氣懸架是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，大大增加了其建模及 動(dòng)態(tài)特性研究的難度；(2)需要額外的一套供油裝置,如油泵、控制閥等；(3)系統(tǒng)復(fù)雜，維修維護(hù)難度大，且需要專門的配套設(shè)備；(4)密封要求較高，易出現(xiàn)泄漏；(5)成本高，經(jīng)濟(jì)性不好。 國(guó)內(nèi)亟待解決的問(wèn)題 從油氣懸架的發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，國(guó)外已經(jīng)到達(dá)應(yīng)用階段，而國(guó)內(nèi)還處于理論研究，試驗(yàn)修正階段，差距很大，需要做如下幾方面的努力 (1) 系統(tǒng)性、基礎(chǔ)性研究。這需要增加研究、開發(fā)經(jīng)費(fèi)，引進(jìn)和設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)備。高校可以借助企業(yè)試驗(yàn)平臺(tái)，既進(jìn)行了油氣懸架理論研究、仿真分析，同時(shí)又研究了油氣懸架具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)出獨(dú)立自主的油氣懸架產(chǎn)品。? (2) 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究。研究油氣懸架的剛度特性、阻尼特性、頻率特性定性定量說(shuō)明，懸架減振效果的定性定量說(shuō)明等。? (3) 規(guī)范研究設(shè)計(jì)規(guī)則。由于油氣懸架系統(tǒng)性、基礎(chǔ)性研究已經(jīng)逐步加強(qiáng)，理論研究、實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合模式也在不斷的深入，所以需要建立一套通用的油氣懸架設(shè)計(jì)規(guī)則，使對(duì)油氣懸架的研究設(shè)計(jì)更加規(guī)范化、系列化。? (4) 研制、開發(fā)整車和多橋油氣懸架系統(tǒng)虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)懸架系統(tǒng)的參數(shù)化、可視化設(shè)計(jì)，并針對(duì)油氣懸架系統(tǒng)開發(fā)專門的計(jì)算機(jī)仿真軟件。 (5) 從被動(dòng)懸架技術(shù)向半主動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架技術(shù)發(fā)展，選擇微處理器系統(tǒng)，采用電子自動(dòng)化控制，最終實(shí)現(xiàn)油氣懸架的主動(dòng)化自適應(yīng)智能控制系統(tǒng)。油氣懸架系統(tǒng)是一種新型的油氣懸架系統(tǒng)以現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)為依據(jù)，結(jié)構(gòu)和性能在逐漸地改進(jìn)和完善。油氣懸架系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)車輛底盤技術(shù)上的需求也在不斷地增大，應(yīng)用前景非常廣闊。 (6) 油氣懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)。不單純是油氣懸架參數(shù)的優(yōu)化，還應(yīng)該包括不同的油氣懸架結(jié)構(gòu)性能差異的對(duì)比以及對(duì)車輛各種性能的影響，并在設(shè)計(jì)油氣懸架是將優(yōu)化結(jié)果納入其中，從而大幅度提高車輛性能。 因此，油氣懸架進(jìn)一步發(fā)展的方向是，建立準(zhǔn)確的模型，在對(duì)懸架系統(tǒng)性能、懸架剛度特性和阻尼特性定性定量分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合微處理器技術(shù)，提出有效的控制算法，進(jìn)一步提升懸架性能和改善整車性能。 參考文獻(xiàn) 1) 郭孔輝.懸架設(shè)計(jì)[C].郭孔輝院士論文集.長(zhǎng)春:吉林大學(xué)出版社,2005.6:33-100. 2) 王望予.汽車設(shè)計(jì)(第4版)[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2004: 209-212. 3) 吳仁智.油氣懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模仿真和試驗(yàn)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2000. 4) 陳禹行.油氣耦連懸架系統(tǒng)的建模與仿真分析[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2009.. 5) 仝軍令、李威、管連俊、王愛兵.礦用車輛懸架系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].煤礦機(jī)械,2000,(12). 6) Emura J, Karlzaki S, et al. 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本文主要展示氣動(dòng)摩擦阻尼器和油氣摩擦阻尼器的設(shè)計(jì)和分析，建立了一個(gè)非線性四分之一車輛模型，其中包括調(diào)節(jié)壓力的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。從減振水平的角度對(duì)模型進(jìn)行了評(píng)估。在樣機(jī)模型上進(jìn)行仿真而得到的結(jié)果，說(shuō)明了該系統(tǒng)具有良好的性能和魯棒性。 關(guān)鍵詞：主動(dòng)懸架，摩擦阻尼器，液壓減振器，調(diào)壓，振動(dòng)隔離 簡(jiǎn)介 汽車懸架系統(tǒng)的主要功能是將車身與路面不平度干擾隔離開來(lái)并保持車輪和地面的接觸。因此，懸掛系統(tǒng)負(fù)責(zé)乘坐質(zhì)量和行駛穩(wěn)定性。被動(dòng)懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是對(duì)這種相互矛盾的需求的一種折衷方案。然而，通過(guò)開發(fā)主動(dòng)懸架系統(tǒng)來(lái)改進(jìn)車輛垂向動(dòng)力學(xué)是有可能的。近年來(lái)，發(fā)展氣動(dòng)控制懸架阻尼器和驅(qū)動(dòng)器加強(qiáng)了對(duì)車輛乘坐安全性與舒適性權(quán)衡性的研究。為了保持乘客和駕駛?cè)说氖孢m度，同時(shí)也要保持車輛的高安全性，懸架設(shè)計(jì)人員被迫去研發(fā)不同于傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)。 Crosby和Karnopp（1974）最初提出了半主動(dòng)阻尼的基本概念，之后半主動(dòng)阻尼器在車輛中的應(yīng)用已被廣泛研究。作者們對(duì)過(guò)去在半主動(dòng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的許多努力作出了極好的回顧，而且也提供了對(duì)理解半主動(dòng)懸架系統(tǒng)所需要的背景知識(shí)。 Hedrick和wormely（1975）和Goodall（1983）和Kortum(1983)對(duì)受控懸架系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧。在這些調(diào)查中，半主動(dòng)控制和具有全狀態(tài)反饋的線性最優(yōu)控制和簡(jiǎn)單的開關(guān)控制策略已被用于減少重型卡車輪胎力和車身的加速度上。然而，這里值得一提的是，乘用車的空氣彈簧在市場(chǎng)上是可以買到的，但是對(duì)于這些空氣彈簧性能上的研究工作并不充分。Quaglia和Sorly（1996）在他們的研究工作中討論了車載空氣懸架的設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，但不是基于控制的觀點(diǎn)?？紤]到客運(yùn)車輛的市場(chǎng)需求，關(guān)于它的調(diào)平、變阻尼控制技術(shù)和剛度控制的研究是非常有益的。新型主動(dòng)摩擦阻尼器為這個(gè)問(wèn)題提供了可能的解決方案。 懸架有兩種基本類型，即汽車底盤和車軸總成之間使用的主要懸架系統(tǒng)和安裝在車身和座椅之間的次要懸架系統(tǒng)。關(guān)于兩種懸架系統(tǒng)的很多研究工作都有報(bào)道（Reynolds，1993；Rayliegh，1945）。Williams（1997）把主動(dòng)懸架歸類為高帶寬（快主動(dòng)）和低帶寬（慢主動(dòng)）兩類。高帶寬懸架系統(tǒng)主動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制車身運(yùn)動(dòng)與車輪運(yùn)動(dòng)。另一方面,低帶寬懸架系統(tǒng)采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制車身的運(yùn)動(dòng)，而車輪運(yùn)動(dòng)由常規(guī)被動(dòng)彈簧和阻尼器所控制。過(guò)去三十年中，人們對(duì)主動(dòng)懸架的控制方法進(jìn)行了很多研究。Clarr和Vogel（1989）和Sharp和Corolla（1987）回顧總結(jié)了各種常用的控制技術(shù)。 最近，基于不同方式的控制方法在主動(dòng)懸架系統(tǒng)中已經(jīng)有了應(yīng)用。這些包括基于線性和非線性控制的方法（Gao等人，2006，Hong等人，2002；Elimadany和Abdlizabbar，1999），優(yōu)化控制（Elbheiry和Karnoop，1996）和現(xiàn)代魯棒控制技術(shù)如H∞等（Palmeri等人，1995；Stribrsky 等人，2002；Wang等人，2001）。 在過(guò)去，基于模糊邏輯的主動(dòng)和半主動(dòng)懸架系統(tǒng)（Kashani &Strelow，1999） 也被用于控制的目的。其中，天棚阻尼控制（Hong等人，2002）是考慮主動(dòng)懸架時(shí)最重要的概念。 本文的主要目的是討論氣動(dòng)摩擦阻尼器和油氣摩擦阻尼器的研究。在這個(gè)方法中，上述摩擦阻尼器的實(shí)驗(yàn)室原型模型已經(jīng)被開發(fā)。 本文的主要目的是討論對(duì)氣動(dòng)摩擦和液壓氣動(dòng)摩擦阻尼器進(jìn)行的研究。 在這種方法中，上述摩擦阻尼器的實(shí)驗(yàn)室原型模型已經(jīng)被開發(fā)出來(lái)。為了研究完整的系統(tǒng)行為，開發(fā)的原型模型已經(jīng)與激光位移傳感器的Lab VIEW軟件模塊接口。 關(guān)鍵設(shè)計(jì)特點(diǎn)和測(cè)試結(jié)果的細(xì)節(jié)也已介紹了。 壓力控制調(diào)節(jié)器控制進(jìn)入阻尼器的摩擦載荷在本模型中也已得到考慮。摩擦墊的非線性行為以及活塞軸向孔處產(chǎn)生的不同載荷下的壓力也已被研究。 干摩擦阻尼 在兩個(gè)干燥表面之間滑動(dòng)接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生庫(kù)侖或干摩擦阻尼。 阻尼力等于法向力與干摩擦系數(shù)的乘積。 摩擦力總是與運(yùn)動(dòng)方向相反。 摩擦力由下式給出： 在式中μ是摩擦系數(shù)，F(xiàn)是摩擦力，N是法向力。摩擦力除以活塞的速度得到摩擦阻尼。 摩擦模型如圖1所示。 圖 1 摩擦的模型通常由與速度和法向力相關(guān)的代數(shù)方程建立。眾所周知，摩擦是具有與速度變化相關(guān)的動(dòng)力學(xué)特征。一個(gè)相當(dāng)完整的關(guān)于摩擦建模及其對(duì)控制的影響的描述被很好的記錄在了文獻(xiàn)中（Armstrong等人，1994）。 然而，人們認(rèn)識(shí)到，與法向力變化相關(guān)的動(dòng)力學(xué)在系統(tǒng)響應(yīng)中起著重要的作用。與速度波動(dòng)相比，與法向力變化相關(guān)的摩擦動(dòng)力學(xué)變化速度較快（Dupont，1993；Guglielmino&Eage,1980）。純干摩擦特性沒有實(shí)際用途,因?yàn)樗鼈兪欠蔷€性的，但是一個(gè)受控的摩擦阻尼器可以在不同的方式下表現(xiàn)的像一個(gè)仿真彈簧一樣，具有粘性特征。 主動(dòng)摩擦阻尼器所要求的外力（Fext）通常被定義為 式中M是質(zhì)量（Kg），C是阻尼系數(shù)，k是彈簧剛度，Ni是第i個(gè)摩擦阻尼器的法向力，μ是摩擦系數(shù)。當(dāng)C＝0時(shí)，系統(tǒng)作為純摩擦阻尼器工作。 在這項(xiàng)工作中，受控阻尼元件被建模為一個(gè)摩擦阻尼器。這種裝置在概念上由固定在移動(dòng)物體上的板和與其相對(duì)的墊組成。外法向力通過(guò)墊施加于質(zhì)量上，通過(guò)墊和板之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦阻尼力。 在圖2中描述了氣動(dòng)摩擦模型。 圖 2 該模型主要由常規(guī)彈簧與活塞缸總成系統(tǒng)組成。在活塞上構(gòu)造了一個(gè)摩擦阻尼器，這樣它就可以用作純摩擦阻尼器和常規(guī)粘滯摩擦阻尼器用于車輛?；钊嫌袃蓚€(gè)滑靴，由壓縮空氣激活。當(dāng)壓力作用在鞋筒上時(shí)，滑靴就會(huì)壓向氣缸表面。其上所受力的大小等于鞋筒面積乘以氣體壓力。作用在汽缸表面上的摩擦力是滑靴上的作用力的μ倍。壓縮空氣通過(guò)活塞中心孔供應(yīng)，其壓力由壓力調(diào)節(jié)器控制?；钊S向上的兩個(gè)2毫米的孔用于提供液壓阻尼的目的。當(dāng)缸內(nèi)沒有液壓油時(shí)，阻尼器可以用作純摩擦阻尼器；當(dāng)缸內(nèi)充滿油液時(shí)阻尼器可以用做液壓摩擦阻尼器。外部能源由空氣壓縮機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)壓力供應(yīng)；根據(jù)系統(tǒng)的不同動(dòng)靜態(tài)載荷而驅(qū)動(dòng)摩擦墊。摩擦墊承受干摩擦阻尼。在目前的調(diào)查中，考慮了庫(kù)侖阻尼。 當(dāng)車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即具有自重的車輛，其徑向壓力施加在摩擦墊上，當(dāng)摩擦墊承受突然的沖擊時(shí),這會(huì)引起摩擦墊緩慢地?cái)U(kuò)張和退縮。另一方面,當(dāng)車輛處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，懸架系統(tǒng)是主動(dòng)類型，即線性和徑向壓力均作用于它。 圖3顯示了具有彈簧總成的裝配式減振器。在平臺(tái)的頂部添加5kg的重量，并且其移動(dòng)到5mm的階梯輸入并獲得響應(yīng)曲線。 圖3.制造的油氣阻尼器的照片 圖 3 振動(dòng)水平的測(cè)量采用激光采集器和Lab VIEW軟件并通過(guò)Origin軟件進(jìn)行分析。激光采集器安裝在阻尼器的頂部用來(lái)測(cè)量位移。 圖4顯示了摩擦力阻尼器模型的2D圖。 圖 4 圖5顯示了摩擦阻尼器的實(shí)驗(yàn)裝置。 圖 5 結(jié)果與討論 執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的摩擦由庫(kù)侖摩擦和由以前的研究中獲得的（Gao等人，2006）與速度相關(guān)的術(shù)語(yǔ)表示。實(shí)驗(yàn)給摩擦墊施加了不同的壓力，以獲得階躍輸入，其結(jié)果由Lab VIEW軟件獲得。阻尼器在氣缸內(nèi)沒有潤(rùn)滑油時(shí)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)時(shí)間的推移所得到的位移變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，如圖6所示。X軸的時(shí)間以毫秒為單位，Y軸是以毫米為單位。 圖6.氣動(dòng)摩擦阻尼器的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 圖 6 從圖6可以看出，系統(tǒng)的行為是高度非線性的。此外，當(dāng)施加的壓力低（2.22KN /平方米），由于摩擦墊的粗糙，系統(tǒng)能發(fā)揮阻尼作用。因此，可以觀察到隨著時(shí)間的推移，位移急劇減小(圖6a）。另一方面，對(duì)于逐漸增加的壓力，摩擦墊最初產(chǎn)生很大的摩擦力，因此系統(tǒng)隨著時(shí)間的推移顯示出更大的位移。然而，隨著時(shí)間的推移，減振效果的提高將降低位移如圖6（bd）所示。 分析的油氣摩擦模型與氣動(dòng)摩擦模型相似。然而，在油氣摩擦模型中，由于活塞上的兩個(gè)軸向孔，在缸內(nèi)有油液存在。由于活塞上有兩個(gè)軸向孔，這個(gè)系統(tǒng)具有兩種阻尼器，一種是氣動(dòng)摩擦阻尼器，由摩擦墊形成；另一個(gè)是液壓阻尼器，油液通過(guò)活塞上的兩個(gè)軸向孔流入缸內(nèi)。當(dāng)活塞處于壓縮狀態(tài)時(shí)，缸底油通過(guò)節(jié)流孔流向缸的上腔室。 為了液壓阻尼器分析模型的建立，考慮活塞面積Ap和軸向孔開啟面積A0，，當(dāng)活塞由于動(dòng)力作用而位動(dòng)移時(shí)，油液的流通量: 式中y是活塞的位移和Vp是活塞的瞬時(shí)速度。 流體通過(guò)軸向孔的流量Q0，可利用連續(xù)性方程和動(dòng)量方程可以得到： 其中P1和P2分別是上游和下游壓力，ρ是流體的比重，g是萬(wàn)有引力常數(shù)。 活塞所受的力等于活塞面積乘以壓差，固定液壓阻尼系數(shù) 等于作用在活塞上的力除以活塞速度。通過(guò)方程（3）和（4） 阻尼系數(shù)C: 可得到： 式中Fp是粘性力，它可以由作用在活塞上的力獲得, Vp=Fp/Ap。使用等式（1）和（5），摩擦引起的理論阻尼系數(shù)和液壓阻尼可以由此確定。節(jié)流孔的阻尼系數(shù)由下式確定： 其中，C是實(shí)際阻尼系數(shù)和Cc是臨界阻尼系數(shù)。 表1給出活塞在不同軸向孔徑和在不同壓力作用下的阻尼系數(shù)。 表 1 理論阻尼因子值是根據(jù)不同孔口直徑的施加壓力確定的，由圖7描述得到。 圖7.不同直徑的壓力Vs阻尼比曲線 圖 7 由上圖可得出，在節(jié)流孔孔徑為2mm時(shí)，對(duì)于不同的壓力，系統(tǒng)表現(xiàn)出線性響應(yīng)。因此，在原型設(shè)計(jì)中考慮了2毫米孔直徑。 結(jié)合原型系統(tǒng)的上述設(shè)計(jì)特點(diǎn)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)已經(jīng)獲得并在圖6和圖8表示 圖8.液壓氣動(dòng)系統(tǒng)對(duì)不同負(fù)載的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 圖8 兩個(gè)重要的觀察結(jié)果可以從圖6和圖8顯示的動(dòng)態(tài)響應(yīng)中提取出來(lái)。據(jù)觀察，系統(tǒng)對(duì)于不同的壓力表現(xiàn)出相似響應(yīng)。還有，油氣動(dòng)摩擦模型與氣動(dòng)摩擦相比，需要更多的時(shí)間來(lái)減小位移。因此，油氣摩擦模型與氣動(dòng)摩擦模型相比提供了更大的阻尼效果，減少振動(dòng)和更好的乘坐舒適性。 從上面的討論可以看出氣動(dòng)摩擦阻尼系統(tǒng)在低壓力下表現(xiàn)的差強(qiáng)人意，動(dòng)態(tài)性能極差。第一個(gè)假設(shè)是在低氣壓下空氣囊可能被困在閥門里：在低氣壓下，少量的空氣極大地降低了體積彈性模量，這將對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)產(chǎn)生不利影響。因此，純氣動(dòng)摩擦阻尼器不適于提高乘坐舒適性。 結(jié)論 本文提供了對(duì)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)摩擦阻尼器和油氣摩擦阻尼器模型的詳細(xì)調(diào)查結(jié)果。實(shí)驗(yàn)室原型模型已經(jīng)被開發(fā)，并且動(dòng)態(tài)測(cè)試性能也由Lab VIEW軟件模塊進(jìn)行了激光采集。關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)的詳細(xì)信息也已提供。這個(gè)動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果表明油氣摩擦阻尼器模型相比氣動(dòng)摩擦阻尼器。表現(xiàn)出更好的阻尼性能 參考文獻(xiàn) [1] Armstrong-Hélouvry, B., Dupont, P., & Canudas de Wit, C. 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SN Kurbet是Basaveshwar工程學(xué)院Bagalkot的機(jī)械工程教授。 他從印度馬德拉斯技術(shù)學(xué)院獲得博士學(xué)位。 他在國(guó)際和國(guó)家期刊以及會(huì)議論文中發(fā)表了超過(guò)35篇論文。 他在機(jī)械工程領(lǐng)域擁有超過(guò)23年的教學(xué)和研究經(jīng)驗(yàn)。 他曾在ME Research，M.Tech和PhD指導(dǎo)過(guò)許多學(xué)生。 他的研究活動(dòng)涉及機(jī)器人技術(shù)，熱學(xué)，振動(dòng)和控制。 3. KK Appukuttan在卡拉納卡卡國(guó)家技術(shù)研究所（NITK）Surathkal擔(dān)任機(jī)械工程系資深教授。 他在國(guó)際和國(guó)家期刊和會(huì)議論文中發(fā)表了200多篇論文。 他在機(jī)械工程方面擁有超過(guò)25年的教學(xué)和研究經(jīng)驗(yàn)。 到目前為止，他監(jiān)督了十六名學(xué)生獲得博士學(xué)位。 他的興趣領(lǐng)域是機(jī)器人，控制工程，振動(dòng)和噪音控制。 文獻(xiàn)二 軍用車輛懸架中半主動(dòng)油氣阻尼器的振動(dòng)控制方法 摘要 油氣阻尼器廣泛應(yīng)用于軍事或重型車輛懸掛系統(tǒng)，這些懸掛系統(tǒng)預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生較大的變形量（20英寸以上）。由于這些元素非線性的特性，懸掛系統(tǒng)性能，特別是乘坐舒適性和道路操縱穩(wěn)定性的能力也發(fā)生了變化。雖然這些非線性特性幾乎是所有車輛懸架系統(tǒng)的固有特性，但它們的作用在某些機(jī)動(dòng)車輛中占主導(dǎo)地位，尤其是在越野車的懸架系統(tǒng)中，因其懸架會(huì)經(jīng)歷相當(dāng)大的變形位移。 本文研究了液壓阻尼懸架系統(tǒng)的控制，一個(gè)高度非線性的系統(tǒng)，由氣動(dòng)彈簧（氣彈簧）和液壓阻尼器組成。首先，在軍用車輛上使用的油氣彈簧阻尼器模型已經(jīng)建立了。該模型已經(jīng)用測(cè)力計(jì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證?；隍?yàn)證模型，一個(gè)四分之一、二自由度車輛模型被開發(fā)、模擬和分析。 其次，兩種知名的半主動(dòng)控制方法-天棚和Rakheja Sankar（R-S）方法被應(yīng)用于二自由度車輛模型懸架控制。為了研究分析這些控制方法在非線性懸架系統(tǒng)中的表現(xiàn)，平均統(tǒng)計(jì)方法也被引進(jìn)。 最后，一種新的控制策略(基于天棚和R-S)---利用可變剛度的氣彈簧與半主動(dòng)阻尼器，提出了可解決行駛平順性和道路操縱穩(wěn)定性的方法。然后，這個(gè)新控制器的控制結(jié)果將與幾種眾所周知的懸架控制方法相比較(如天棚)，以證明其有效性。 簡(jiǎn)介 傳統(tǒng)的懸掛系統(tǒng)已經(jīng)被設(shè)計(jì)好了來(lái)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，例如保持車輛輪胎和道路的接觸，解決車輛的穩(wěn)定性，并將車輛的車架與道路誘導(dǎo)產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊隔離開來(lái)。后者涉及到乘坐舒適和操縱穩(wěn)定性。 基于可控性這個(gè)主要問(wèn)題，懸架系統(tǒng)分為三大類：被動(dòng)的、主動(dòng)的和半主動(dòng)的。除了這些懸架系統(tǒng)的固有優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，這些系統(tǒng)還由常規(guī)組件組成，包括彈簧和阻尼器。 被動(dòng)懸架是最常見的系統(tǒng)，目前可用于軍用和商用車輛。這些系統(tǒng)由彈簧和阻尼器（通常被稱為減振器）組成，具有固定特性。通過(guò)預(yù)調(diào)彈簧剛度和阻尼系數(shù)以達(dá)到最佳性能。然而，由于所謂的最優(yōu)值不可調(diào)，懸架系統(tǒng)在不同操作及條件下的性能會(huì)有所不同。主動(dòng)懸架系統(tǒng)采用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器(在大多數(shù)情況下為液壓驅(qū)動(dòng)器)以產(chǎn)生所需的力。這些系統(tǒng)是通過(guò)外部的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)的。雖然主動(dòng)部分改變了懸架系統(tǒng)對(duì)垂直力的響應(yīng)，但它們不會(huì)改變其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。這些系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是體積大、重量大、能量消耗大以及故障時(shí)的安全問(wèn)題。 半主動(dòng)懸架也包含彈簧和阻尼元件。然而，這些元素的特性可以通過(guò)提供信號(hào)或其他類型的外部能量來(lái)進(jìn)行外部控制。此外，這些特點(diǎn)可以改變，使不同水平的阻力可以根據(jù)低功率控制信號(hào)產(chǎn)生。半主動(dòng)懸架系統(tǒng)不僅具備主動(dòng)懸架系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也像被動(dòng)懸架那樣可靠。如果控制系統(tǒng)失靈，半主動(dòng)系統(tǒng)仍能在被動(dòng)模式下工作。這些特性使得半主動(dòng)懸架系統(tǒng)在可靠性是主要問(wèn)題的軍事應(yīng)用領(lǐng)域有極大的吸引力。由于這些獨(dú)特的特性和優(yōu)點(diǎn)，不同國(guó)家和科研人員采用了許多不同的方法來(lái)進(jìn)行半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制。 然而，懸架控制的主要問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)更好的平順性及道路操縱穩(wěn)定性，因?yàn)檫@些目標(biāo)在車輛控制領(lǐng)域是相互矛盾的。 在本文中，如前面提到的，采用數(shù)值和分析研究方法，來(lái)展示非線性元件（氣彈簧）在軍用車輛懸架中的的應(yīng)用效果。另外，為了獲得更好的懸架性能，一種新型半主動(dòng)氣彈簧及其簡(jiǎn)易控制方法被采用。