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原文传递乘用车新型气液力耦合的电控悬架减振支柱研究

论文题名：	乘用车新型气液力耦合的电控悬架减振支柱研究
关键词：	乘用车;半主动悬架;气液力耦合;减振支柱;刚度特性;阻尼动力学
摘要：	悬架是汽车底盘系统的重要组成部分之一，其性能对车辆的行驶平顺性、操纵稳定性、安全性和通过性都有着重要影响。乘用车悬架中由螺旋弹簧与减振器通过内外嵌套的方式组成的结构单元一般称为减振支柱，最常见的此类结构为麦弗逊式前独立悬架。随着半主动以及主动悬架技术的快速发展，在国外越来越多的高档乘用车使用了由一体式空气弹簧和减振器构成减振支柱的电控悬架系统。这类悬架一般用两套独立的电控装置分别控制空气弹簧的刚度与减振器的阻尼，对于悬架动力学模型的精确性要求较高。本文从提高乘用车电控悬架的动态自适应性角度，研究一种空气弹簧气压力与减振器液压力具有耦合作用的新型减振支柱，从工作原理、结构设计、动力学特性模型、性能仿真、样件研制及台架试验等方面展开研究，主要研究工作如下: 　　综合分析了国内外乘用车悬架技术的发展及典型的新型乘用车悬架系统，对乘用车电控悬架系统的关键技术问题进行了剖析，在此基础上，提出了本文所研究的新型减振支柱结构设计方案。　　介绍了所设计的新型减振支柱各个部分的结构组成与工作原理，建立了减振支柱双气室空气弹簧物理模型，分析了气液介质作用力学的耦合关系。研究表明，减振支柱在工作行程中下腔油压始终与浮动气室气压保持动平衡，并且浮动气室气压又能影响主气室气压，进而影响空气弹簧的刚度与弹性力。同理，主气室气压也会影响减振器油腔压力，从而影响减振器的阻尼力。因此，减振支柱的弹性力与阻尼力具有较强的耦合关系。　　基于某乘用车前后悬架系统的性能要求和结构参数，确定了减振支柱的刚度特性要求，建立了减振支柱刚度特性数学模型，确定前、后悬架减振支柱所需的工作行程。在此基础上，根据整车悬架阻尼匹配要求，从理论上确定了前、后悬架减振支柱高、低两档阻尼状态的折线型速度特性曲线，建立了减振支柱阻尼特性数学模型以及动力学特性模型，经计算推导得到了减振支柱复原与压缩行程的阻尼力关系式，通过仿真确定了前、后悬架减振支柱的阀系结构参数。　　研制了前、后悬架减振支柱样件，进行了台架性能试验。以前悬架减振支柱为例，对减振支柱的工作特性仿真结果和台架试验结果进行对比分析。结果表明:在同一初始压力下，减振支柱的弹性力随着压缩与拉伸而不断增大和减小，且呈现出非线性的变化;减振支柱的垂向刚度随工作行程的变化而变化，当减振支柱的压缩行程超过0.02m时，总成刚度的变化率会急剧增大，这对于不良路面条件下车轮跳动可以起到良好的抑制作用，并能够防止“悬架击穿”。此外，减振支柱的可调阻尼档位对减振支柱动力学特性有较显著的影响，阻尼系数增大则曲线所包围的面积增大。减振支柱的示功特性曲线与普通减振器相比有明显的倾斜，这是由于减振支柱的作用力是由空气弹簧力和减振器阻力叠加而成的，曲线的倾斜程度与空气弹簧的刚度特性有关，刚度越大则倾斜程度越大。
作者：	叶燊辰
专业：	车辆工程
导师：	江浩斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文