主动空气悬架和主动液压悬架的比较 毕业论文.doc

论文题目： 主动空气悬架和主动液压悬架的比较 摘 要悬架是车辆行驶过程中的一个非常重要的组成部分，决定着汽车的舒适性和操控性，所以就有必要对悬架进行深入的研究和探讨。汽车悬架做为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此，汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量轿车质量的指标之一。主动悬架有作为直接力发生器的动作器，可以根据输入与输出进行最优的反馈控制，使悬架有最好的减震特性，以提高汽车的平顺性和操纵稳定性。在当今条件下，由电脑控制的主动空气悬架和主动液压悬架是高级轿车的主导，代表的悬架的最新技术.在以后的时间里，空气悬架和液压悬架将会完全替代传统的悬架。各个汽车公司也在开发这方面的相关技术，这两种悬架的重要性就很容易看出来。为了更好的提高汽车的舒适性和操纵性，我们需要了解这两种悬架的区别，以及他们的优缺点。本文所涉及的内容主要为介绍这两种悬架的原理，并且通过对两款不同车型的参数进行计算，从重要方面进行分析这二者之间的区别，从而达到目的关键词：空气悬架 液压悬架Active air suspension and Active Hydraulic Suspension ComparisonAbstractVehicles during the suspension is a very important part of the vehicle determines the comfort and handling, so the suspension is necessary to study and explore in depth. Vehicle suspension as a frame (or body) and the axle (or wheel) to make the connection between the power transmission parts, is also important to ensure the safety of motor cars and parts. Therefore, as an important vehicle suspension components are often incorporated into the car's technical specifications sheet, as one of the indicators to measure the quality of cars Active suspension with power generators as a direct action device, according to the optimal input and output feedback control, the suspension has the best shock absorbing characteristics to improve ride comfort and handling stability.朗读显示对应的拉丁字符的拼音In today's conditions, computer-controlled active air suspension and Active Hydraulic Suspension is the leading limousine, on behalf of the suspension of the latest technology.At a later time, the air suspension and hydraulic suspension will completely replace the conventional suspension. Auto companies are also developing various technologies related to this area, the importance of the two suspension is very easy to see. In order to better improve the car's comfort and handling, we need to understand the difference between the two suspension, and their advantages and disadvantages. This involves mainly to introduce the principle of the two suspension, and by two different models to calculate the parameters from the analysis of important aspects of the difference between the two to achieve the goal.Key words：Air suspension Hydraulic Suspension目 录前 言1第1章 电控悬架介绍.2第1.1节 汽车电子控制悬架.2第1.2节 汽车空气和液压的历史回顾2第2章 原理阐述12第2.1节 主动空气悬架的原理12第2.2节 主动空气悬架的原理15第3章 选用相关数据对其二者比较18第3.1节 空气悬架的性能指标18第3.2节 液压悬架的性能指标23第4章 总结33参考文献35致 谢37III 前 言舒适性是轿车最重要的使用性能之一。舒适性与车身的固有振动特性有关，而车身的固有振动特性又与悬架的特性相关。所以，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。同时，汽车悬架做为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此，汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量轿车质量的指标之一。余志生.汽车构造M.机械工程出版社.2003,(123-159)一般悬架由弹性元件、导向机构、减振器和横向稳定杆组成。弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击。弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。减振器用来衰减由于弹性系统引起的振，减振器的类型有筒式减振器，阻力可调式新式减振器，充气式减振器。导向机构用来传递车轮与车身间的力和力矩，同时保持车轮按一定运动轨迹相对车身跳动，通常导向机构由控制摆臂式杆件组成。种类有单杆式或多连杆式的。钢板弹簧作为弹性元件时，可不另设导向机构，它本身兼起导向作用。有些轿车和客车上，为防止车身在转向等情况下发生过大的横向倾斜，在悬架系统中加设横向稳定杆，目的是提高横向刚度，使汽车具有不足转向特性，改善汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。图1.1 悬架基本构造第1章 电控悬架介绍第1.1节 汽车电子控制悬架1.2.1 传统悬架的缺陷 空气传统悬架的刚度和阻尼只能是根据一定的载荷、某种路面情况和车速，兼顾各方面的要求，优化选定一种刚度和阻尼，这种刚度和阻尼一定的悬架称之为被动悬架。由于汽车在行驶过程中，载质量、路面情况及车速是变化不定的，因此刚度和阻尼一定的被动悬架不可能在改善汽车行驶平顺性和操纵稳定性方面再有大的作为，已不能适应现代汽车对乘座舒适性和操纵稳定的更高要求。1.2.2 电子控制悬架介绍（1）电子控制悬架的作用 电子控制悬架系统由传感器、控制器和执行机构组成。电子控制悬架系统能自动控制车辆悬架的刚度、阻尼系数及车身高度根据汽车载质量、车速和路面情况的变化而改变悬架特性，因而可最大限度地提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性，适应了现代汽车对乘座舒适性、行车安全性更高的要求。通过控制调节悬架的刚度和减振器阻尼，突破传统被动悬架的局限区域，使汽车的悬架特性与行驶的道路状况相适应，保证平顺性和操纵性两个相互排斥的性能要求都能得到满足。 （2）.电子控制悬架的基本功能电子控制汽车悬架系统的基本功能有三个。 车高调整功能无论车辆的负载是多少，本功能都可以保持车高一定。当车辆在很差的道路上行驶时，可以使车高增加；当车辆高速行驶时，又可以使车高降低，以便减少空气阻力，提高操纵稳定性。衰减力控制功能本功能的作用是提高车辆的操纵稳定性，在急转弯、急加速和紧急制动的情况下，可以抑制车辆姿势的变化，防止车辆后坐、侧倾、点头等。弹簧刚度弹性系数的控制功能本功能是利用控制弹簧刚度（弹性系数）的办法，来控制车辆起步不同路况时的姿势。 （3）电子控制悬架的类型 电子控制悬架的优点是能随汽车载质量和工况变化而自动改变悬架刚度和阻尼，以提高汽车的平顺性和稳定性。电子控制悬架则属于主动悬架，但根据是有源控制还是无源控制可分为半主动悬架和全主动悬架两类。由于本文主要讨论主动悬架，半自动悬架就不再阐述。 主动式悬架的基本要求 主动式悬架系统除了具有吸收、缓和悬架的振动冲击外，还能根据汽车载质量、路面情况、行驶车速、起步、制动、转向等不同工况的变化，自动地调整悬架的刚度、阻尼以及车身高度等，使汽车在瞬息变化的运行条件下都能获得最舒适的平顺性和最佳的操纵稳定性。为此，主动式悬架应配有一套提供能量装置，控制系统所采集的信息也较多。 图1.2 电子控制悬架基本要求主动悬架系统优点 汽车载荷变化时，主动悬架系统能自动维持车身高度使其变化较小，保证了汽车即使在凹凸不平路面上行驶时也能车身平稳。 悬架刚度可以设计小些，使车身的固有振动频率在70次分左右，在人感到乘坐非常舒适的范围内，由于刚度可自动调整，能有效的防止和减缓汽车转弯时出现的车身侧倾，起步、加速时引起车身的纵向摆动等。 一般的悬架系统，在汽车制动时，尤其是紧急制动时，车头向下俯冲，使后轴载荷剧减，造成后轮与地面的附着条件严重恶化，制动失灵。主动悬架系统能防止这一不良后果，保证应有的附着条件和制动距离。 主动悬架可使车轮与地面一直保持良好接触，因而使附着力稳定，提高了牵引力、制动力、抗侧滑力，可提高动力性、安全性和经济性。 由于很好地控制和调整悬架的刚度和阻尼，消除了恶性振动冲击，提高了车辆的运行寿命。主动式悬架用到的传感器如表1所示表1.1 相关传感器（4） 主动悬架电子控制系统的基本组成与控制原理 主动悬架电子控制系统基本组成不同类型、不同车型上使用的主动悬架其电子控制系统的组成部件会有一些差别，图1.3所示的是某种空气式主动悬架电子控制系统的组成。 图1.3 电子控制悬架的基本组成主动式悬架系统的控制原理悬架ECU根据各传感器输入的信号，经过运算分析后输出控制信号，控制各执行器动作，及时调整悬架的刚度、阻尼及车身的高度，以确保汽车行驶过程中的操纵稳定性和平顺性。悬架ECU按照司机通过模式选择开关选定的“软”模式或“硬”模式进行控制，有些悬架电子控制系统则是由ECU根据有关传感器的信号自动选定一种模式进行控制。主动悬架电子控制系统按其控制功能，可分为:车速路面感应控制车身姿势控制车身高度控制 车速路面感应控制 这种控制主要是随着车速和路面的变化，改变悬架的刚度和阻尼，使之处于“软”或“硬”状态。在油气弹簧悬架系统中它是由悬架ECU自动控制的，而在空气弹簧悬架系统中它是由司机手动控制的。在“软”、“硬”状态中，按刚度和阻尼的大小，又各分为低、中、高三个程度不同的层次。在“软”状态时，悬架经常处于低刚度、低阻尼层次，在“硬”状态时，悬架经常保持在中间层次。综合起来，根据汽车不同运行工况，可有六种不同的刚度、阻尼层次可供优选，使汽车平顺性、稳定性达到最佳值。车速感应控制包括: 高速感应控制、前后轮关联控制、坏路面感应控制。高速感应控制当车速大于100 km/h时，悬架ECU根据车速传感器输入的信息，发出改变悬架刚度和阻尼的指令。若原来处于“软”状态时，则刚度和阻尼自动从低层次进入中层次，若原来处于“硬”状态时，则刚度和阻尼仍稳定于中层次，当车速降低后则又回到原来层次。前后车轮关联感应控制: 车速在3080kmh运行，偶尔前轮遇到障碍时，安装在汽车前部的车身高度传感器将会有脉冲信号输入悬架ECU，悬架ECU经过分析计算后，发出改变悬架刚度和阻尼的指令，使前后车轮的悬架不论原来选用“软”或“硬”的哪个层次，都立即选用原状态的低层次，从而提高乘坐的舒适性，当越过障碍后，则恢复原选用的状态层次。但当车速超过80kmh时，若悬架刚度过小，偶尔冲击时仍影响操纵稳定性，所以，无论原选用什么状态，悬架都将自动保持原状态的中层次刚度和阻尼。坏路面感应控制: 当汽车以40100kmh突然驶入坏路面时，为了控制突然产生的车身纵向角振动，悬架ECU在接收到车身高度传感器输入的车身高度变化周期小于0.5s的信号后，发出调整悬架刚度阻尼指令，如果原来处于“软”状态，则悬架立即从低层次转入中层次。如果原来处于“硬”状态，则悬架刚度、阻尼保持中层次不变。如果汽车以大于100 kmh速度驶入坏路面，悬架ECU发出的指令是：如果原处于“软”状态，则直接进入高层次，如果原处于“硬”状态，则也直接进入高层次。车身姿势控制当车速和转向急剧变化时，会引起车身姿势变化，这不但使乘坐不舒适，严重时会因转向使车身侧倾失去稳定性。所以随着设计车速的提高，车身姿势控制是必不可少的。车身姿势控制主要有: 转向车身侧倾控制、制动车身“点头”控制、起步车身后仰控制。转向车身侧倾控制: 在汽车急转弯或转向盘转速过快时，转向盘传感器便把转向盘转角及转速信息输入悬架ECU，悬架ECU计算分析后发出调整悬架刚度和阻尼的指令，根据转角和车速的大小确定不同的调整幅度。最大时，不管原来处于“软”、“硬”状态的哪个层次，都一律调整到那个状态的高层次的刚度和阻尼。制动车身“点头”控制: 在紧急制动时，会引起载荷的转移，尤其是前轴载荷突然增加，使车身产生“点头”，因此为控制制动时车身“点头”，必须适时增加前悬架刚度和阻尼。当车速高于60kmh运行紧急制动时，车速传感器的信号和制动开关发出阶跃信号同时输入悬架ECU，悬架ECU计算分析后发出调整悬架刚度和阻尼指令，不论原来处于“硬”、“软”状态哪个层次，一律调整到原有状态的高层次的阻尼和刚度值。 起步车身后仰控制: 当汽车起步过快或在车速较低加速过猛时，会引起后桥载荷增加，使车身产生后仰现象，此时应增加后悬架的刚度和阻尼，以控制后仰程度保持平顺和舒适。当汽车起步速度过大，或车速在小于20kmh时，猛踩油门加速时，节气门开度传感器和车速传感器的信号输入悬架ECU，悬架ECU分析计算发出调整悬架刚度和阻尼的指令。如果此时悬架处于“软”状态，则应从中层次或低层次直接进入高层次，如果此时悬架处于“硬”状态，则也从中层次进入高层次。 车身高度控制 车身高度直接影响汽车行驶稳定性。尤其在不平路面上高速行驶时，必须对车身高度给予控制。车身高度控制分“常规状态”、“高状态”两种模式。由司机根据运行工况选择。每种状态又从低到高分为“低”、“中”、“高”三个层次，通常在“常规状态”模式中，车身高度处于中层次，在“高状态”模式中车身高度处于高层次，当工况变化时，悬架ECU根据传感器输入的信号，发出指令选择层次。当汽车上乘员人数和载荷变化时，悬架ECU能根据传感器输入的信号发出指令，在已选择的状态内自动选择合理的车身高度层次。车身高度控制主要包括：高速感应控制和连续坏路面。高速感应控制： 当车速超过90l00 kmh时，为减少风阻、提高行驶稳定性，悬架ECU在接收到车速传感器的信号，经计算分析后，发出调整车身高度控制指令，若此时车身高度处于“常规状态”，则从中层次降到低层次，处于“高状态”则从高层次降到中层次。连续坏路面行驶控制： 汽车在坏路面上连续运行时，为避免悬架弹簧被压变形过大，造成车身直接受到冲击，所以车身应适当提高，同时也可提高汽车的通过性。 当悬架ECU接收到车速在4090kmh，车身高度连续2.5s以上都大幅度变化的二个信号时，悬架ECU发出无论处于“常规状态”或“高状态”都调整到中层次高度，以保持汽车在坏路面上高速运行的稳定性。 当车速小于40kmh时，车身高度只能由司机选择。若是“常规状态”时，则为中层次，若选“高状态”时为高层次。 在停驶使用驻车制动时，当切断点火开关后，悬架ECU接收到这二个信号，则发出指令自动使车身高度处于“常规状态”的低层次，以保证车身外观平衡的良好驻车姿势。第1.2节 汽车空气和液压的历史回顾1.2.1 主动空气悬架的历史空气弹簧诞生于19世纪中期,早期用于机械设备隔振。1947年，美国首先在普尔曼车上使用空气弹簧，到目前为止，美国在重型载货车上空气悬架的占有率是85%，比1988年增长了54；大约82%的拖挂车使用空气悬架，比10年前增长了15%，欧洲大约与之保持相同的增长速度。空气悬架在轻型货车上的应用目前虽然只占市场份额的5%，但已呈现出快速增长的趋势，火石公司(Firestone)预测到2003年，空气悬架在轻型车市场占有率将达到10%，2008年将达到40%。空气悬架在旅游车、长途客车及高速客车市场也占有极大的份额，到1994年，联邦德国生产的55种大、中型公共汽车中，已有38种使用了空气悬架，国外高级大客车几乎全部使用空气悬架；部分轿车也逐渐安装空气弹簧悬架，如Benz300SE和Benz600。我国虽然从50年代就开始了对空气悬架的研究工作，但由于设计及制造等复杂因素的影响，一直未能得到推广应用。近年来，随着汽车技术的发展及国外空气悬架的引进，小部分国产高级旅游车开始采用国外购置的空气悬架，如沈阳飞机汽车制造厂、北方汽车制造厂、厦门金龙联合汽车公司、亚星客车集团公司、丹东汽车制造厂等生产的客车。随着空气悬架应用的推广，对空气弹簧、导向机构及控制机构的研究也得到了重视。J. R. EVANS等人在1970年做了空气弹簧垂直特性实验，建立空气弹簧垂直动态特性模型；1994年做了空气弹簧的侧向特性实验，在大频率和大幅值情况下，测量了空气弹簧在不同载荷下的侧向力和变形。Katsuya Yoyofuku等通过研究振动频率和弹簧反应之间的关系，分析管道和气室对弹簧特性变化的影响。交通部重庆公路科学研究所的丁良旭对空气悬架的一些性能进行了探讨，拟合了空气弹簧的特性曲线。 Jon Bunne和Roger Jable研究了空气悬架对传动系统振动的影响。John Woodrooffe通过试验分别评价了重型货车空气弹簧悬架和钢板弹簧悬架的路面附着性和行驶平顺性。在汽车上采用空气弹簧悬架在我国还是一件比较新的事物，但却不是一种新概念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。1938年，通用汽车公司对在其客车上安装空气弹簧悬架系统发生兴趣。他们与法尔斯通公司合作，于1944年进行了首轮试验。试验报告结果清楚地揭示了空气悬架系统的内在优越性。经过几年产品研制开发的大量工作之后，终于在1953年开始生产装有空气悬架的客车，这是商用汽车采用空气弹簧的开始。            50年代中叶，固特异轮胎和橡胶公司研制出了一种滚动凸轮式空气弹簧，凸轮在活塞的型面上滚动，从而控制空气弹簧的负载变形关系曲线。 由于有这些研究成果和技术发展，今天北美洲公路上行驶的几乎所有客车、绝大多数8级载货车和架车都采用了空气悬架系统。当然，空气悬架控制系统的巨大进步也为空气悬架弹簧的应用起了不小推动作用。随后不久，空气悬架很快在欧洲发展并盛行起来。但欧洲发展商用汽车空气悬架所走的道路与北美有些不一样。北美所走的路是福特-法尔斯通-爱迪生公司发展的延续。这些钢板弹簧悬架和空气悬架的专业厂家是作为汽车厂家的配套供货商。而在欧洲却是汽车厂家自己发展满足其特殊需要的悬架系统。只由一些零件厂家供应配套零件如空气弹簧和气动阀等。直到今天，欧洲一些汽车生产厂家都有他们自己的空气悬架设计，而只向一些零部件供应商外购零件。这种不同的发展道路使欧洲的空气悬架设计只适用于某些具体车型，并采用了一些复杂技术，因而使其成本较高。而北美发展的空气悬架系统通用性较强、应用较简单、成本较低。事实上，在过去的10年中，欧洲的不少汽车制造厂家如雷诺、依维柯、福莱纳、梅赛德斯等都发现美国设计的空气悬架系统较为简单，更适合用于他们在北美生产和使用的汽车。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。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。1.2.2 主动液压悬架的历史雪铁龙公司在20世纪50年代开始研发和应用电控主动液压悬架，经过一段时间的磨合之后，首次应用于雪铁龙15型车上。现在雪特龙的最新产品Hydractive主动悬挂已经发展到第三代，这套主动悬挂系统是采用传统的液压控制，虽然没有奔驰、奥迪的空气悬挂性能好，但却拥有很高的性价比！至于国内的这方面技术空气悬架在我国的应用已经落后国外几十年，处于缓慢发展阶段。图1.4 主动空气悬架结构 图1.5 主动液压悬架结构第2章 原理阐述第2.1节 主动空气悬架的原理（1） 主动式空气悬架系统的组成主动式空气悬架系统主要由空气压缩机、干燥器、空气电磁阀、车身高度传感器、带有减振器的空气弹簧、悬架控制执行器、悬架控制选择开关、悬架ECU等组成。主动式空气悬架的组成部件及在车上的布置如图2.1所示。图2.1 主动空气悬架系统的基本组成与布置 空气弹簧的类型和特性空气弹簧是橡胶、帘布结构的气囊，以空气为介质，利用空气具有压缩弹性的性质制成的弹簧，其刚度呈非线性变化，通常是当载荷加大时刚度也增大。由于空气弹簧的空气介质内摩擦极小，工作时几乎没有噪声，对于高频振动的吸收和隔音性能极好。根据橡胶气囊工作时的变形方式，空气弹簧分为囊式空气弹簧和膜式空气弹簧两种。导向机构由于空气弹簧只能承受垂直载荷，所以在汽车空气悬架中必须设计导向机构来传递纵向力和侧向力，导向机构的设计在空气弹簧悬架设计中一个非常重要的方面，如果设计得不合理，会增加空气弹簧的负担，甚至会发生扭曲、摩擦等现象，恶化减振效果，缩短弹簧的寿命。导向机构的形式很多，各有利弊，在设计时要分局整车的布置和性能要求进行。高度控制机构车架高度控制机构包括一个高度传感器、控制机构和执行机构，其功能为：随车载变化保持合理的悬架行程；高速时降低车身，保持汽车稳定性，减少空气阻力；在起伏不平的路面情况下，提高车身高度以提高汽车通过性。在空气弹簧悬架中，高度阀是用来控制空气弹簧内压的执行机构，高度阀固定在车架上，其进、排气口分别与储气筒和空气弹簧相接。当空气弹簧上的载荷增加时，弹簧被压缩，储气筒内的气体通过高度阀的进气口向气囊注入，气囊内气压增加，空气弹簧升高直至恢复到原来的位置，进气口关闭为止；当空气弹簧上的载荷减少，弹簧伸张，气体通过高度阀的排气口排出，直至空气弹簧下降到原来的位置，排气口关闭为止。所以在高度阀的作用下，空气弹簧的高度可以保持在平衡位置附近波动，从而保证车身不随载荷变化而变化。 图2.2 高速控制阀减振器空气作为空气弹簧的工作介质，内摩擦极小。与板簧相比，空气弹簧本身只有少量阻尼，所以空气悬架要安装减振器，以达到迅速衰减振动的目的 横向稳定器安装横向稳定器的目的是为了提高汽车抗侧倾能力和保证汽车具有良好的转向特性。如果空气悬架导向机构有足够的侧倾角刚度时可以没有横向稳定器。 缓冲限位块空气悬架系统中缓冲限位块的安装形式有两种，一种为安装在空气弹簧的盖板或底座上，另一种为安装在空气弹簧以外的车架或车桥上。缓冲块的作用是避免车架和车桥或导向杆件之间的刚性冲击。在车辆行驶过程中，缓冲块经常受到间断性的冲击压缩，因此，缓冲块应具有足够的强度且内部应力分布要均匀。当空气弹簧漏气或气囊损坏时，缓冲块起到橡胶弹簧的作用。（2）主动式空气悬架系统的工作原理主动式空气悬架ECU根据各个传感器采集的输入信号，经过分析运算后，向各执行器发出指令，改变悬架刚度、阻尼系数和车身高度，使车辆在行驶过程中保持良好的操纵稳定性，并且可将车身振动频率控制在允许范围内，如图2.3所示 。图2.2主动空气悬架系统的工作原理空气压缩机8由直流电动机驱动，产生压缩空气作为主动式空气悬架系统的动力源。压缩空气经干燥器干燥后，由空气管道经空气控制电磁阀送至空气弹簧的主气室。当汽车载荷减少，需减少悬架刚度、阻尼和降低车身高度时，悬架ECU控制排气电磁阀9打开，使空气弹簧主气室中部分压缩空气排到大气中去，以使空气弹簧压缩变形适当，保持车身高度及振动频率在优选值范围内。当汽车载荷加大，需要增加悬架刚度、阻尼和车身高度时，悬架ECU控制空气控制电磁阀1打开，使压缩空气进入空气弹簧主气室，以减少空气弹簧的压缩变形量，并保持车身高度及振动频率在优选值范围内。另外在空气弹簧的主辅气室之间还有一连通阀，由空气弹簧上部的控制执行器控制。悬架ECU根据各传感器输入的信号计算分析后，输出控制信号，控制执行器动作，使空气弹簧主辅气室之间的连通阀发生变化，以改变主辅气室的压力和刚度，同时也改变了减振阻尼力。第2.2节 主动液压悬架的原理电子控制的主动式液压悬架能根据悬架的质量和加速度等，利用液压部件主动地控制汽车的振动。主动式液压悬架在轿车上的布置如图所示，在汽车重心附近安装有纵向、横向加速度和横摆陀螺仪传感器，用来采集车身振动、车轮跳动、车身高度和倾斜状态等信号，这些信号被输入到控制单元ECU，ECU根据输入信号和预先设定的程序发出控制指令，控制伺服电机并操纵前后四个执行油缸工作。 图2.3 主动液压悬架基本原理(1) 液压式主动悬架的组成 液压源：可以提供最大压力油流量蓄能器：安装于液压源单元，吸收液压源产生的脉冲压力多阀模块：包括决定液压源输出压力的主溢流阀，保持车身高度的主单元阀和先导控制单元阀，控制车身高度的流量控制阀，以及失效安全阀。当控制系统发生异常时，失效安全阀可以改变液压油路，防止车身高度突然变化。 主蓄能器：安装于前轴和后轴，贮油并根据需要向执行器供油，当发动机熄火时，可保持车身高度不变 压力控制阀：结构原理如图5所示，具有三个油口的主阀和一个先导比例电磁控制阀。压力控制阀根据控制单元的输入驱动电磁铁调节先导阀，使阀芯移动，调节压力执行器的压力；为使阀芯响应由路面激励引起的执行器的压力波动，采用了反馈控制，通过阀芯移动使执行器压力保持稳定。 压力执行器：是一带有阻尼阀和蓄能器的单作用液压动力缸，其结构原理 控制器：接收来自加速度、车身高度和车速等传感器的信号，发出控制信号驱动压力控制阀，并向指示灯和安全阀发出信号 图2.4 液压式主动悬架压力控制组成图2.5 压力控制阀结构第3章 选用相关数据对其二者的比较第3.1节 空气悬架的性能参数（1） 计算参数轴距：L6150mm轮距：前B12046mm，后：B21826mm（轮胎规格11R22.5）车轮静力半径：Rc474mm满载时重心高度：hg1550mm轴荷：（Kg）满载时，G1=6000Kg，G2=11500Kg，总重Ga=17500Kg悬架非簧载质量前：Gu1730Kg；后Gu21260Kg单边簧上负荷：P（GGu）×9.8/2可计算得，后悬架单边簧上负荷为50176N，每个弹簧所承受负荷为25088N（2）空气弹簧参数的选择及计算根据总布置方案，车架结构尺寸，车桥结构尺寸确定空气悬架的布置方案。如果空间允许，空气弹簧的左右及前后中心距应尽量放大，提高横向稳定性。我们在这里设计的是后悬架，后悬架保证主减速器倾角与总布置要求一致，要确保在整个空气弹簧行程中无锐边接触弹性原件，空气弹簧周围空间的直径必须保证比空气探航悬架本身的最大外部直径多2英寸，也就是5.08cm，以允许由于错位而产生的直径正常变大或变形。 设计给出以1R12092型空气弹簧为本悬架选择的空气弹簧，根据此空气弹簧的动态特性表我们可以求出这个空气弹簧的设计高度，压力，弹簧比率，要求的空气弹簧压缩和伸长量，以及最大高度和最小高度限制。空气弹簧安装高度：260mm空气弹簧负荷：PAP2/2空气弹簧相对内压：PrPA/A02，式中：A02为有效面积，取相对内压为0.4Mpa，可以算得有效面积的值为627cm2（3）空气弹簧刚度的计算空气弹簧的刚度为载荷对起垂直位移的导数，在充满气体的空气弹簧上作用外力P后，会引起弹簧的微小变形df，相应气体容积变化量dv，由于囊壁变形所做的功与外力所做的功相比可以忽略，因而外力做功Pdf等于气体受压力作的功（ppa）dV Pdf=(ppa)dV (3.1)弹簧内密封的空气满足气体状态方程 p/p0=(V/V0)的k次方 (3.2)定义弹簧的有效面积为A02dvdf (3.3)把3式与2式一并代入1式中，可以得到这样的式子 P(p-pa)A02=(p0Vk/Vi-pa)A02将上式对位移求导可得空气弹簧的刚度为C(dp/df)A02+(p-pa)dA02/df=(kp0V0k/Vk+1)A022+(p0Vk/Vk-pa)dA02/df（3.4）这表明空气弹簧的刚度由两部分组成，分别由气体体积的变化和有效面积的变化而引起。在设计时，都要考虑到这两方面的因素。在静平衡位置时，有p=p0,V=V0,我们知道，绝对压力等于相对内压加上标准压强的值，则有p0=p2r+pa,则有空气弹簧在静平衡时的刚度为Ck(p2r+pa)A022/V02+p2rdA/dx （3.5）式中，k为多变指数，当汽车载荷缓慢变化时，弹簧内空气状态的变化接近等温过程，可取k1，当汽车在行驶过程振动时，弹簧内空气状态的变化接近于绝热过程，可取k1.4，实际计算时，通常取k1.21.4，在此，我取k1.33A02627cm2为有效面积，直径为282mmdA/df为有效面积变化率，由于采用的是直筒的活塞，dA/df0n0= （3.6）可以求出V的值为16.4L，pa 为标准大气压。由此代入公式（5），可得出空气弹簧的刚度为1594N/cm。（4）减振器的尺寸计算1.减振器阻尼系数a的确定在性能参数选择一节里我们已经知道相对阻尼系数的概念，并选择相对阻尼系数b为0.3，若簧载质量为m，则有 a2b（Cm）1/2=24240 （3.7）2.最大卸荷力F0的确定为了减少传给车身的冲击力，当减振器活塞振动速度达到一定值时，减振器应打开卸荷阀，此时活塞速度成为卸荷速度，vx一般为0.150.3m/s，取为0.25若伸张行程时的阻尼系数为a0 F0a0vx=24240*0.25=6060N （3.8）3.主要尺寸参数筒式减振器工作缸直径D可由最大卸荷力和缸内允许压力p来近似求得D4F0/p(1-h2)1/2 （3.9）式中，p为缸内最大允许压力，取3到4N/mm2H为缸筒直径与连杆直径之比，取为0.4到0.5储油缸直径Dc=(1.35-1.5)D,工作缸筒常由低碳无缝钢管制成，壁厚一般取1.5到2mm，这里取为2mm，储油筒壁厚也取2mm。代入数据，计算求得，D=47.93，圆整得，D=50mmD的尺寸确定后，参考国标QC/T491-1999选择CG型减振器，基长为120mm，储液筒最大外径D1为80mm，防尘罩最大外径D2为90mm，活塞行程选择160mm（5）导向机构尺寸及跨距的选择长度的确定确定推力杆的长度时，除了要考虑它对主销后倾角或传动轴夹角的影响外，另一个要考虑的因素是推力杆两端街头内橡胶衬套的扭转角 。由于客车会受到地面的影响会有颠簸，这样由于导向机构对车辆的约束作用使得导向机构会使得空气弹簧上升或者下降，为了避免空气弹簧过度拉升或者频繁撞击限位块，这样就要求对推力杆有一个长度限制，一般用经验公式或者在推力杆的安装位置画圆弧来算出推力杆长度，在这里我使用经验公式来计算长度。它与杆长的关系： L =l/ sina（横向推力杆初始布置的倾斜角为零）（