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汽车空气悬架试验系统方案设计摘要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AbstractThe 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目录前言 (1)第一章绪论 (2)1.1空气悬架结构与分类 (2)1.2空气弹簧悬架国内外发展历史和现状 (3)1.3本论文研究的目的、内容和意义 (4)第二章汽车振动的简化及分析 (5)2.1振动的简化 (5)2.2车身与车轮双质量系统的振动分析 (6)第三章空气悬架系统元件概述 (9)3.1空气弹簧 (9)3.1.1空气弹簧特性 (10)3.1.2空气弹簧特性试验 (12)3.2减振器 (14)3.3高度控制阀 (15)第四章控制方式 (18)4.1最优控制方法 (18)4.2自适应控制方法 (18)4.3模糊控制和神经网络控制方法 (19)第五章信号采集、控制元件的选择 (20)5.1试验台信号采集、控制方案设计 (20)5.2元件选择 (20)5.3信号采集装置的布置及刚度、高度调节 (22)第六章机械元件的设计、校核 (23)6.1空气弹簧设计计算 (23)6.1.1空气弹簧刚度计算 (23)6.1.2附加空气室设计 (24)6.2减振器选择与计算 (24)6.3轮胎当量螺旋弹簧的设计、校核 (25)6.4减振器螺栓的校核 (26)6.5立柱的设计 (26)6.6簧上、簧下质量的确定 (27)6.6.1簧上质量的确定 (27)6.6.2簧下质量的确定 (28)结论 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录前言汽车空气悬架近几年开始发展迅猛，在空气悬架中，空气弹簧是主要的弹性元件，它代替了传统悬架中的螺旋弹簧，是一种新型的弹性元件，它的刚度可根据具体情况灵活改变，使乘坐舒适性大大提高。
乘用车底盘的悬挂系统的减震特性的非线性分析与优化策略悬挂系统是乘用车底盘的重要组成部分，其主要功能是减少车辆在行驶过程中因地面不平而引起的震动和冲击，提高乘坐舒适性和操控稳定性。
随着汽车工业的发展，对悬挂系统减震特性的研究和优化越来越重要。
悬挂系统的减震特性主要涉及到悬挂系统的非线性行为，即在不同工况下悬挂系统的刚度和阻尼特性随着输入负荷的变化而变化。
这种非线性行为对于悬挂系统的设计和优化具有重要意义。
要对悬挂系统的非线性行为进行分析，首先需要建立准确的悬挂系统模型。
模型可以采用多种方法，如基于质点法、基于弹簧和阻尼元件的模型、基于连续杆件模型等。
根据不同的研究目的和要求，选择合适的模型进行建模。
建立完悬挂系统模型后，对其进行非线性特性分析。
这一步骤可以借助计算机仿真软件进行，通过输入不同的工况参数和初始条件，模拟悬挂系统在不同条件下的响应。
通过观察和分析悬挂系统的响应曲线，可以获得悬挂系统的非线性特性。
分析悬挂系统的非线性特性后，接下来就是优化策略的确定。
优化策略旨在提高悬挂系统的减震效果和乘坐舒适性。
常见的优化策略包括调整悬挂系统的刚度和阻尼特性、改变悬挂系统的减幅器类型和参数、优化悬挂系统的结构等。
调整悬挂系统的刚度和阻尼特性是一种常见的优化策略。
通过增加或减小悬挂系统的刚度和阻尼特性，可以改变悬挂系统的频率响应和振动幅度，进而提高乘坐舒适性和操控稳定性。
但是需要注意的是，调整刚度和阻尼特性不是一种简单的线性关系，需要综合考虑不同工况下悬挂系统的动态特性。
改变悬挂系统的减振器类型和参数也是一种常见的优化策略。
不同类型的减振器，如液压减振器、气压减振器等，具有不同的减震特性。
通过选择合适的减振器类型和调整其参数，可以优化悬挂系统的减震效果。
在选取减振器类型和调整参数时，需要综合考虑减振器的性能、经济性以及与整车系统的协调性。
优化悬挂系统的结构也是一种常见的优化策略。
通过改变悬挂系统的结构，例如采用多连杆结构、磁流变阻尼器等，可以提高悬挂系统的刚度和精度。
153第2期2021年2月机械设计与制造Machinery Design & Manufacture半主动空气悬架的非线性特性及控制算法研究元艳玲,樊祺超，范 英,秦维新（太原科技大学交通与物流学院，山西太原030024）摘要:在分析空气弹簧刚度特性的基础上，建立了阻尼可调半主动空气悬架1/4车模型。
针对系统的非线性特性强的特点，同时兼顾平顺性和操纵稳定性,选取理想的混合天地棚控制器作为参考跟踪模型,设计滑模变结构控制器，以弥补传 统控制理论处理非线性问题时的不足。
运用广义误差方程控制滑动模态，确定切换面参数，选择趋近律削减抖振现象并推导出实时等效控制力有效跟踪混合天地棚参考模型。
最后通过仿真验证滑模控制算法，并与传统的Fuzzy-PID 算法和混合天地棚算法进行对比分析。
结果表明，该控制器能有效跟踪参考模型，同时改善悬架的操纵稳定性和舒适性,并表现 出良好的鲁棒性。
关键词:半主动空气悬架;混合天地棚控制;滑膜控制算法;Fuzzy-PID 算法中图分类号:TH16；U463.33+4.2 文献标识码:A 文章编号:1001-3997(2021 )02-0153-04Research on Characteristics and Control Algorithms of the Semi-ActiveAir Suspension Based on Nonlinear Vibration ModelYUAN Yan-ling, FAN Qi-chao, FAN Ying, QIN Wei-xin(School of Transportation and Logistics, Taiyuan University of Science and Technology, Shanxi Taiyuan 030024, China)Abstract ： On the basis of the analysis of the stiffness characteristics of the car suspension,the 1/4 vehicle of semi —active airsuspension mathematical model with damping adjustable was established.In view of the strong nonlinear characteristics of the system, the basic idea was to take a control algorithm of mixed sky-hook, damping model as a reference model balancing ridecomfort and handling stability ,this system was designed with the sliding mode variable structure control method to improve the shortcomings of t raditional control theory used, in the previous treatment of nonlinear problems.Simulation experiments verifiedthe effect of algorithm about sliding mode and Fuzzy-PID on vehicle ride comfort ,the results of the simulation showed that thesynovium controller acted on nonlinear air suspension with good robustness stability and tracking,it improved not only the smoothness of the damping adjustable semi-active air suspension, but also improved the control stability and driving sc^ety ofthe suspension.Key Words : Semi-Active Air Suspension ； Mixed SkyUook Damping Control; Sliding Mode Control; Fuzzy-TID Control1引言半主动空气悬架相比传统悬架，其固有频率低濒域变化范 围小，车辆行驶过程中车身高度保持不变，其刚度变化呈“S ”型，非线性特性表现明显，可以有效的降低车轮动载荷冋。
车辆悬挂系统的非线性特性分析与控制车辆悬挂系统是车辆运动学和动力学性能的重要组成部分。
传统的线性控制方法针对车辆悬挂系统往往难以满足实际的控制需求，因为悬挂系统具有显著的非线性特性。
因此，本文将对车辆悬挂系统的非线性特性进行分析，并提出相应的控制方法。
一、非线性特性的表现形式车辆悬挂系统的非线性特性主要表现在以下几个方面：1. 阻尼特性的非线性：车辆悬挂系统的阻尼特性随着行程变化呈非线性变化。
在小行程范围内，阻尼力随位移的增加呈线性变化；但在大位移范围内，阻尼力的增加速度减缓，呈非线性变化。
2. 弹簧刚度的非线性：车辆悬挂系统的弹簧刚度也随行程的变化而变化。
在小行程范围内，弹簧刚度随位移的增加基本保持不变；但在大行程范围内，弹簧刚度随位移的增加逐渐减小，呈非线性变化。
3. 悬挂系统的干摩擦力：车辆悬挂系统中存在着干摩擦力，其大小与悬挂行程的方向变化有关。
干摩擦力会导致悬挂系统的非对称性和非线性特性，进而影响车辆的稳定性和悬挂系统的控制效果。
二、非线性特性的影响车辆悬挂系统的非线性特性对车辆的运动稳定性和乘坐舒适性都具有重要影响。
1. 运动稳定性：非线性特性可能引起悬挂系统在行驶过程中出现跳动、抖动等现象，进而影响车辆的稳定性和行驶安全性。
2. 乘坐舒适性：非线性特性使得悬挂系统难以在不同行程范围内提供恰当的减震效果，从而影响乘坐的舒适性和悬挂系统的振动控制效果。
三、非线性特性的控制方法针对车辆悬挂系统的非线性特性，可以采用以下几种控制方法：1. 非线性控制器设计：基于非线性特性的具体表现形式，设计适应于车辆悬挂系统的非线性控制器。
可以采用神经网络、滑模控制等方法来提高悬挂系统的控制性能。
2. 自适应控制：通过在线辨识悬挂系统的非线性特性参数，并实时调整控制策略，使得控制器具有较强的适应性和鲁棒性。
3. 模糊控制：利用模糊逻辑来处理悬挂系统中存在的不确定性，设计模糊控制器来实现对非线性特性的控制。
