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空气悬架系统设计

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摘 要

本论文根据有关汽车模型简化的理论，在现有的四分之一模拟悬架机械装置的基础上，用空气弹簧代替普通螺旋弹簧设计空气悬架试验台系统。

本试验台实现的是悬架的刚度可调。设计一个副气室，通过一个步进电机控制主、副气室间通路的大小来实现空气弹簧刚度的调节。本试验台由空气压缩机、滤清器、安全阀、空气弹簧、减振器和其它的相关部件组成机械振动系统，由传感器、ECU和执行元件组成测控系统，利用传感器采集信号，通过计算机处理，控制高度阀和步进电机，从而使簧上质量的高度和振动频率都在一定的范围之内。本论文首先进行了弹簧的选用并计算以及减振器、传感器、气动元件和步进电机的选用，然后是设计台架总体结构，布置信号采集装置以及校核重要零件，最后是画出总成的装配图、重要零件的零件图。

关键词：汽车振动；空气弹簧；可控空气悬架；悬架试验台

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Abstract

The thesis according to the theory which simplifies about the model of vehicle, on

the base of a quarter car simulation suspension mechanism rig, the ordinary helical

spring is replaced by an air spring, and the air suspension testing rig have been

designed.

The test rig put the suspension rigidity adjustment into practice. Designs an

accessory airspace, controls the pipeline size between the main and the accessory

airspace with the stepper motor and realizes the air spring variable stiffness. The

mechanical vibrating system of the test rig is composed of the air compressor、the

filter、the safety valve、the air spring、the shock absorber and other related parts, the

measure and control system is composed of the sensor、ECU and the performance

element. Using the sensor gathers signal, then the ECU analyses and controls the height

valve and the stepper motor to make the height and the vibration frequency of the

objects on the air spring in certain scope. The thesis has first carried on spring selection

and calculates as well as the shock absorber, the sensor, the air operated part and the

stepper motor selection, then designs the test rig structure, arranges signal gathering

equipment and examine the important components, finally draws the assembly drawing

and the detail drawings of the important parts.

Key Words: Automobile vibration, Air spring, Controllable air suspension, The

suspension test rig 杭州电子科技大学本科毕业设计

目 录

前 言 ............................................................................................................................................................ 4

第一章 绪论 ................................................................................................................................................ 5

第二章 汽车振动的简化及分析 .............................................................................................................. 10

第三章 空气悬架系统元件概述 .............................................................................................................. 14

第四章 信号采集、控制元件的选择 ...................................................................................................... 21

第五章 机械元件的设计、校核 .............................................................................................................. 25

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前 言

悬架是现代汽车上的重要总成之一，它把车架(或车身)与车轴(或车轮)弹性地连接起来，主要功能是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并且缓和由不平路面传给车架(或车身)的冲击载荷，削弱由此引起的承载系统的振动，以保证汽车平顺的行驶。悬架对汽车的行驶平顺性、操纵稳定性、通过性等多种使用性能都有很大的影响，悬架系统的优劣直接影响整车的使用性能的高低。一套设计成熟的悬架系统一股都是长时间积累的结果，不会轻易改动，采用平台化开发战略开发的系列车型，其底盘中悬絮系统的变化是非常有限的，所要做工作通常只是重新匹配前后悬架系统刚度和阻尼，所以悬架系统的设计一直是汽车设计人员在产品研发中十分关注的重要问题之一。

空气悬架车辆利用空气弹簧及其工作过程中的变刚度特点，不仅能提高车辆的行驶平顺性和几何通过性等性能，而且能显著降低车身零部件、乘员或货物所受的冲击载荷。所以，有越来越多的车辆装备空气悬架，这种趋势在大型商用车(如高档客车)领域反映更明显。因此，研究客车空气悬架的性能十分有意义。

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第一章 绪论

1.1空气悬架结构与分类

空气悬架系统主要由导向机构、空气弹簧、减振器、高度控制阀、横向稳定器、空气压缩机、油水分离器、调压阀、储气罐、储气筒、空气滤清器、车身高度控制阀、控制连杆、连接管路、缓冲限位块和橡胶衬套等部分组成，如图1-1

图1-1 空气悬架在整车上的布置简图

1. 空气压缩机 2. 油水分离器 3. 调压阀 4. 储气筒 5、10 空气滤清器

6. 车身高度控制阀 7. 控制连杆 8. 空气弹簧 9. 储气罐

图1-2,1-3分别为客车空气悬架的前悬和后悬。

图1-2 前悬 杭州电子科技大学本科毕业设计

图1-3 后悬

空气悬架按具体结构可分为以下三种：全长钢板弹簧并用式空气悬架、钢板弹簧后端式空气悬架、平行杆式空气悬架，分别如图1-4,1-5,1-6所示。

图1-4全长钢板弹簧并用式 图1-5钢板弹簧后端式 图1-6平行杆式

空气悬架还可按进气的控制方式分为机械控制式和电子控制式两种。

空气悬架因为空气弹簧具有非线性刚度特性，因此可以得到较低的固有振动频率，保证了汽车良好的行驶平顺性；而且空气悬架质量轻、弹簧刚度低，可以提高轮胎的附着能力，缩短制动距离，提高了整车的操纵稳定性；相对板簧结构而言，空气悬架车体平稳，从空载到满载的整个范围内都能有效隔断路面传递的振动，具有防震、防噪声等功能；但空气弹簧结构复杂，制造成本高；空气弹簧尺寸大，布置困难；密封环节多，密封困难。

1.2空气弹簧悬架国内外发展历史和现状

空气悬架系统(AIRMATIC)是流行于当今发达国家汽车行业的先进产品。在发达国家，100%的中型以上客车都用了空气悬架系统，40%以上的卡车、挂车和牵引车用了空气悬架系统。其最大的优点是：不仅可以提高乘员的乘坐舒适性，而且可以对道路起到保护作用。在平坦路面上，可降低车身高度，使空气阻力系数为最佳值，从而减小油耗或在功率不变的情况下获得最大车速；在崎岖不平的路面上，可提高车身高度以通过障碍物[1][2][3]。

空气弹簧诞生于十九世纪中期，在Gharies Goodyear发明了橡胶硫化技术3年以后，1847年，John Lewis发明了空气弹簧。就在Lewis发明空气弹簧的同一年，《美国科学》创刊号上就提出了“ride on air”的概念。此后I．W．HoagIand，

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浅析汽车空气悬架技术特征

浅析汽车空气悬架技术特征

浅析汽车空气悬架技术特征

摘要：伴随公路建设工程的发展，越来越多的人选择汽车用作交通工具。设计汽车结构时，出于保障其优良的抗震性及提高行驶的平稳性，一般会在车轮与车身之间装置悬架结构，以此起到对车身和车轮之间力的缓冲作用。而本文通过介绍空气悬架结构，简要分析其概念、作用等要素，以此希望能够为车辆工程有关技术从业人员予以技术参考，提供指导建议。

关键词：空气悬架；汽车；技术特征

引言：汽车悬架在不断的发展过程中，由传统的金属螺旋弹簧变为空气弹簧。空气弹簧的有效应用，是悬架结构的真实体现，并且在空气悬架的实际应用过程中能够保证车身与车轮之间不会产生较大的摩擦，由此提供一定的缓冲效果。空气悬架在应用过程中也可以根据实际情况合理的调节悬架的高度，加之控制系统当中的空气泵设备，能够直观调控空气量以及出现的相应压力，在弹性系数上空气弹簧相比金属弹簧的优势更加明显，而且因为能够调节空气悬架的结构高度，所以能够升降汽车底盘，让其更好地满足驾驶人员的实际需求。

一、空气悬架概述

（一）基本概念

汽车悬架，指的是车辆车身与车轮两者之间传力连接装置。因为在车辆实际行驶期间，会由于车辆自身的重力，向前行驶的动力以及摩擦力等各个方向力的产生，由此使得路面与车轮和车体之间产生支撑力以及侧向力等。而这些力，在汽车的实际运行过程中，更多的会集中在车轮上。为了保证汽车的平稳形式，车轮上方的力会通过传动装置作用于车身，由此车身可以借助彼此之间的作用力不断的前进。保障乘坐人员在车辆行驶过程中的舒适度，从道路路面传导的作用同时连贯性、稳定性的，至于汽车悬架则为两者之间进行传导的一种结构[1]。不仅能将作用力稳定传导，还能在一定程度上缓冲路面力量，被视作评价结构性能优良与否的标准。 现阶段，该系统主要被应用在客用汽车与小汽车。其作为振动弹簧系统，有效的应用空气弹簧这一装置，其中的大部分都具备调整高度的功能，利用空气泵实现对空气弹簧的压力、空气量的调节，同时转变其刚度与硬度。

商用汽车空气悬架系统设计规范

商用汽车空气悬架系统设计规范

1《商用汽车空气悬架系统设计规范》 编制说明 1. 制订依据 随着国内空气悬架在商用汽车中所占比例地不断加大，空气悬架作为一个新兴行业，急需一系列的标准以规范该行业。故2007年8月正式启动了国家863项目—“汽车空气悬架系列标准”的编制工作。而《商用汽车空气悬架系统设计规范》亦作为“汽车空气悬架系列标准”中的其中一项标准予以制定。 本标准由东风汽车公司主导、上海科曼车辆部件系统有限公司作为主要起草单位，并吸收部分汽车生产企业、研究机构及一些有技术实力的整车生产厂参与标准的起草工作。 2. 修订目的和意义 由于商用汽车空气悬架在我国是一个新兴的行业。在此之前并无相关的国家标准，国内汽车行业设计人员对此概念较为模糊。为使设计人员了解空气悬架的基本概念、空气悬架在整车设计中的地位、与整车及其它系统的相关性，并提供实用的设计方法，特制定本规范。 3. 国内外相关标准和法规情况 对于商用汽车空气悬架的设计规范，目前在国内和国外都没有正式的规范标准，仅有一些各大公司或协会的内部规范标准。如：美国工程师协会发布的“SAE HS1576-1994 空气悬架在汽车悬架设计中的应用手册”。 4. 标准研究主要工作过程 国家标准委批准立项后，全国汽车标准化技术委员会组织了由部分汽车生产企业、橡胶厂家、研究机构等参与的标准起草组共同制定本标准。 为协调《商用车空气悬架术语》、《汽车空气悬架用橡胶铰接头》、《汽车悬架用空气弹簧》、《商用汽车空气悬架系统设计规范》四个标准的关系，保证将来这四个标准在汽车产品设计和认证检验工作中的顺利实施,

22008年5月26日、2008年10月17日、2009年3月19日以及2009年9月11日由东风汽车公司组织共举行了四次《汽车空气悬架系列标准》的工作会议。在会上对各项标准作了深入的研究与讨论。 在前期准备会上东风汽车公司安排上海科曼车辆部件系统有限公司负责《商用汽车空气悬架系统设计规范》标准起草。在接到标准起草任务后，参照科曼公司原有企业标准《空气悬架系统设计规范》，在此基础上进行了全面修订。 2009年10月18日，在东风汽车公司的统一组织下，在上海召开了《商用汽车空气悬架系统设计规范》草案的研讨会。科曼公司标准起草人就标准的制定背景及标准内容向与会代表作了简要介绍，到会专家对标准进行了逐行逐条的研究与探讨，会议要求标准起草人按照审查会上的意见对标准进行最后的修改和完善。会后经过行业专家陈耀明先生的三次审阅修订，最后该标准的基本内容通过了相关专家的审查，现已形成征求意见稿，向社会公开征求意见。 5. 关于标准与其它相关标准的协调 ——各标准共用的术语汇总到《商用车空气悬架术语》中，各标准中单独出现的专用术语要单独定义； ——《商用车空气悬架术语》在草案的基础上经过两次修改，已形成征求意见稿，可以向社会公开征求意见； ——各标准结构完整，逻辑清晰，用词准确。所用符号，名词术语要前后统一，编号要连续。

汽车空气悬架建模与仿真分析

汽车空气悬架建模与仿真分析

1

汽车空气悬架建模与仿真分析

摘要：

悬架是汽车的重要总成之一，它对汽车的平顺性和操纵稳定性有很大的影响。在汽车悬架系统的设计和开发过程中，其运动学、动力学和采用控制策略的计算分析占有十分重要的地位。空气弹簧具有优良的弹性特性，用在车辆悬挂装置中不仅能大大改善车辆的动力性能，显著提高车辆的运行舒适度；还能降低汽车振动频率和车轮动载荷，使其获得良好的行驶平顺性、操纵稳定性和行驶安全性，减小高速行驶车辆对路面的破坏。本文就汽车空气弹簧悬架及空气悬架系统的特点，对整车的影响通过简单计算，再把计算的结果输入计算机，由计算机模拟出图形，我们将得到研究结果。

关键词：汽车空气悬架、空气弹簧、建模、计算机仿真

1 引言

30年代初，美国法尔斯通轮胎和橡胶公司第一次真正把空气弹簧用于汽车工业。哈维•法尔斯通在其好友亨利•福特一世和托马斯阿瓦•爱迪生的技术支持下，研制出了空气柱形式的空气弹簧悬架系统。于是在1934年就诞生了AIREDE空气弹簧。

51年前，美国纽威•安柯洛克国际公司（Neway Anchorlok lnternational）成立时即作为一家架车悬架系统的生产厂家，为公路和非公路行驶的重型机车设计和制造钢板弹簧悬架系统。由于纽威在重型车辆市场上取得了成功，后来就向高速公路车辆悬架系统方向发展。35年前，纽威向市场上投放了世界上第一种实际应用的空气悬架系统。从此以后，纽威开发出一系列空气悬架产品，应用于世界各地的客车、载货车和架车。纽威提供的空气悬架产品约占北美和欧洲用于客车、载货车和架车市场的70％。

2 发展趋势

2 随着高档客车制造技术的引进以及人们对舒适性要求的提高，加上国家对客车等级划分的标准要求，空气悬架才开始在我国逐步应用起来。目前空气悬架主要集中应用在高等级客车上，但是受多方面因素的制约，空气悬架的配置率仍然很低，基本上还属于“导入”阶段。中国是最新的前沿阵地，正在把钢板弹簧更换为空气悬架弹簧。空气悬架发展的历史经验告诉我们，引入空气悬架的国家一般是首先将其用于客车，随后就向载货车和架车方向发展，中国也会有这样的发展过程。

一种新型的空气悬架一油气悬架的应用优势

一种新型的空气悬架一油气悬架的应用优势

一种新型的空气悬架一油气悬架的应用优势

作者：张筱梅

来源：《专用汽车》 2018年第11期

新产品研发背景

按照新GB 7258《机动车运行安全技术条件》中规定：“总质量大于等于12000kg的危险货物运输货车的后轴，所有危险货物运输半挂车，以及三轴栏板式、仓栅式半挂车应装备空气悬架。”这一规定将从2019年1月1日开始正式实施，危险品货物运输半挂车新车将率先配备盘式制动器（盘式刹车）和空气悬架系统，从2020年1月1日起，新生产栏板式、仓栅式半挂车将强制配备盘式制动器（盘式刹车）和空气悬架。

众所周知，国家强制出台这项技术要求的目的很简单也很明了，既遏制超载超限现象的出现，又通过这一要求来提高国内运输车辆的整体技术水平。当然，与传统钢板弹簧相比，空气悬架优劣势对比也是十分明显的。空气悬架优势在于平稳性较好，但是承载能力不如钢板弹簧，必须标载。

上海优软常务副总傅成松告诉记者，实际上在6年前上海优软就开始着手研发挂车用的油气悬架，因为从目前国内底盘的技术现状来看悬架系统相对较弱，因此上海优软用6年的时间将其改进成适应性更强的民品。其目的主要有两个：一是提高国内的装备水平，力求使一直滞后于汽车整体技术的悬架技术得到颠覆性的发展；二是提升运输企业的利益最大化；三是意在借新产品发展企业。新标的实施无疑助推了上海优软的发展。

实际上，油气悬架并非新鲜事物，该产品早已广泛应用于飞机起落架、矿山载重车以及装甲车、坦克等对安全性、可靠性、平稳性、载重能力等多方面要求比较高的车辆以及装备上，由此可见，油气悬架是一种性能更优的产品。这样的一款好产品为何不将其改进，并推广到我国更加广泛的道路运输行业中去昵？因此，上海优软于2012年开始油气悬架在挂车应用方面的研究。

据悉，到2018年为止，上海优软的油气悬架已经在市场上推出了两年，并且已经升级到第四代产品，开始在危化品运输车以及快递快运运输车辆上使用，且已经得到用户的认可。