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汽车气氛悬架筹议进步零部件与体系

2019-06-15 22:59栏目:橡胶配件
TAG: 橡胶海绵

汽车气氛悬架筹议进步零部件与体系

  回来了汽车氛围悬架繁荣的史乘,对汽车氛围悬架主题零部件和编制的进步手艺和咨议开展实行了综述,席卷氛围弹簧、液压减振器或集成式液压减振支柱、常例氛围悬架、电子操纵氛围悬架(ECAS)、驾驶室和座椅氛围悬架。理解了中邦汽车氛围悬架从要害零部件到编制研发流程中,尚存正在的首要题目和手艺难点,并对后续产物的繁荣对象、手艺研发提出了提倡:进步氛围弹簧的服役疲惫特色,加大带附加气室、内置高度操纵阀等丰富产物的研制和应使劲度;加大电控液压减振器/ 减振支柱的研制力度,尽早酿成自立产物目次和尺度,鞭策进入批量坐褥与运用;僵持氛围悬架编制的自立研制,堆集研发阅历和革新,有用消重时分代价本钱;ECAS 手艺除了要强化要害零部件的研制、车辆动力学操纵手艺机能的晋升除外,还要酿成针对差别车型的速捷计划和成家才能,强化零部件与编制滞碍形式、诊断阅历的堆集,巩固ECAS 正在各式丰富服役条款下的牢靠性与安宁性。

  要害词:汽车组织编制;汽车零部件;氛围悬架;氛围弹簧;液压减振器;集成式减振支柱;电子操纵氛围悬架编制(ECAS)

  当代汽车越来越珍爱乘员的乘坐适意性,而咨议悬架编制及其计划对保障车辆具有优秀的乘坐适意性具有紧急旨趣。汽车悬架服从其弹性元件的材质和特色可分为钢弹簧悬架和以橡胶质料为主的氛围悬架。钢弹簧( 螺旋弹簧、扭杆弹簧和叠板弹簧) 悬架的刚度特色是固定的,所以当负载变革时,汽车簧载质料的偏频相对待其计划点的频率也是变革的,惹起汽车的乘坐适意性变差;别的钢弹簧悬架的质料大、偏硬,惹起的车轮动载较大,所以,车辆特地是重型车辆对道途的毁伤效率较大。

  氛围悬架的弹性特色具有非线性、自符合的特性,可使汽车簧载质料的偏频正在负载变革的情形下维系相对安靖,与古板悬架比拟,具有质料轻、内摩擦小、隔振消声特色好的上风,使具有氛围悬架的汽车正在运转中能得到优秀的平顺性和道途友谊性( 小的车轮动载)。跟着电子操纵氛围悬架(electronically controlled air suspension, ECAS) 手艺的繁荣,氛围悬架的效用、手艺目标、牢靠性日趋完满,使得车辆秤谌操纵、刚度和阻尼的及时调度、底盘起落操纵等机能取得改观,从而大大进步了汽车的归纳动力学机能、利用机能。别的,目前氛围悬架也越来越好地运用于商用汽车的驾驶室和座椅减振,而且有的吊挂编制的刚度和阻尼能够及时调度,进一步进步了商用汽车的适意性、减轻了驾驶员的驾驶疲惫。

  本文正在扼要回来邦外里汽车氛围悬架繁荣史乘的根本上,对汽车氛围悬架零部件和编制手艺实行了梳理,对邦外里正在氛围弹簧、液压减振器或集成式液压减振支柱、常例氛围悬架、电子操纵氛围悬架、驾驶室和座椅减振方面的进步手艺和咨议开展实行了重心综述,结尾总结了汽车氛围悬架从要害零部件研发到编制集成流程中存正在的首要题目和手艺难点,为后续产物繁荣对象、产物手艺研发提出了提倡。

  19 世纪中页,人们就梦思能让当时的车辆浮正在“氛围垫”之上,由于如许的车辆信任会很适意。1844 年,Charles Goodyear 公然了橡胶硫化手艺专利;1847 年,出现家John Lewis 被授权第1 个美邦氛围弹簧专利[1],该氛围弹簧首要用正在铁道车辆、机车、运货车和保障杠上。正在随后的50 众年间,席卷马车型汽车弹簧[2]、自行车坐垫[3] 正在内的良众氛围弹簧专利被接踵授权,但第1 个具有当代运输旨趣的汽车氛围弹簧专利[4],该当是1901 年Warren Annable 出现的。

  20 世纪初,汽车早先奔驰正在美邦和欧洲的公途上,第1 个装有氛围悬架的汽车是美邦1914 年的Owen Magnetic[5] 轿车,正在随后汽车速捷繁荣的几十年间,美邦FIRESTONE 公司和通用汽车公司成为了汽车氛围悬架研发的前驱。1950—1960 年,进入骨子性运用的氛围悬架仍然批量运用于美邦的都邑公交车和大巴上面,与此同时,英邦、意大利、法邦、德邦及日本等邦度也对汽车氛围悬架实行了大宗的产物研发使命。别的正在此功夫,带有呆板式高度操纵阀的主动氛围悬架编制观念以及原型车映现,正在1958 年1 月美邦汽车工程师学会(Society of Automotive Engineers,SAE) 年会上,有众篇手艺论文先容了包括气源、氛围弹簧、呆板式高度操纵阀正在内的主动氛围悬架编制[6-7]。正在这类编制中,由呆板式高度操纵阀操纵氛围弹簧的进、排气,使车身高度正在负载和运转状况变革情形下维系稳定,车身高度是独一操纵参数。

  1960—1980 年是汽车氛围悬架大繁荣、大发展的岁月。氛围弹簧、气动元件从式子上较早期爆发了较大的变革,机能、牢靠性也取得了很大的晋升,包括呆板操纵式主动悬架正在内的古板氛围悬架手艺趋于成熟。一巨额宇宙出名的氛围悬架企业如FIRESTONE、WABCO、GOODYEAR、NEWAY、HENDRICKSON、CONTINENTAL、SAF 等仍然酿成了种类齐、手艺领先的产物体例和雄厚的工业根本。

  1984 年,CONTINENTAL 公司为林肯轿车研发得胜了电控氛围悬架原型编制[8], 其组成如图1 所示。该编制除了包括带有再生干燥器的氛围压缩机、带有电磁阀的氛围弹簧( 后悬架) 或氛围弹簧液压减振支柱( 前悬架) 除外,还包括前后车高传感器、车门开启传感器、动员机燃烧传感器、制动传感器、操纵单位(electronic control unit, ECU) 正在内的测控模块, 汽车后部还具有滞碍诊断接口和编制紧闭开合。1986 年LEXUSLS400GT 车型和1989 年Range Rover 等车型也先后推出了各自的ECAS 编制。此时的ECAS 编制除了具有古板的车辆秤谌操纵除外,还具有氛围弹簧刚度调度、液压减振器阻尼的有级调度和底盘高度的起落操纵等效用。图1所示原型编制界说了当代EACS 的主体框架。

  当代操纵和元器件手艺极大鞭策了ECAS 的繁荣,到2000 年前后,ECAS 研发根本成型。橡胶海绵此时除了各式小型高等轿车如Mercedes Benz、Audi Quattro、BMW广泛装备了机能优异的ECAS 除外,各式大、中型商用车辆上的呆板操纵式主动悬架也早先被机能越发杰出的ECAS 编制所庖代,而且个别商用车辆的驾驶室和座椅也早先利用氛围悬架减振。

  从2000 年到现正在的近20 年间,ECAS 手艺仍处于连接完满的阶段。ECAS 元器件集成度、牢靠性越来越高,操纵效用无间增加、机能无间进步[9-10],譬如氛围弹簧刚度、液压减振器阻尼的无级[11] 成家操纵,通过操纵器局域搜集(controller area network, CAN) 总线与其他编制的新闻交互谐和和操纵,编制反应更速、更节能等。正在ECAS 手艺繁荣经过中,CONTINENTAL公司和WABCO 公司走熟手业的前线,堆集了近30 年的研发和工程成家阅历。

  氛围悬架从进入骨子性运用、繁荣到根本成熟,走过了六七十年的史乘,目前正在欧洲、北美和亚洲发扬邦度,高速客车、阔绰大巴上氛围悬架已成为尺度装备,中、重型卡车和挂车上氛围悬架的利用率也绝顶高,小型高级轿车和运动型众用处车(sport utility vehicle,SUV) 上凡是都可供选配机能优异的ECAS 编制。

  1) 早期索求阶段:20 世纪50 年代,跟着外洋汽车氛围悬架进入骨子性运用,中邦大陆也启动了汽车氛围悬架的咨议。1957 年,长春汽车咨议所( 现中邦第一汽车集团公司手艺核心) 和北京橡胶工业咨议计划院协作研制了中邦第1 辆装有氛围弹簧的载重汽车[12],随后又接踵研制了群众汽车、无轨电车和铁道车辆利用的氛围悬架;1958 年,长春汽车咨议所和北京交通运输局协作研制了中邦第1 只高度操纵阀,1959 年又研制了高级轿车利用的高度操纵阀。这段岁月,中邦共研制出了10 余种氛围弹簧和3 种呆板式高度操纵阀,但因为当时满堂民族工业秤谌的节制,所研制的样机正在密封性、安靖性和牢靠性方面存正在不少题目,加被骗时各式社会道理,这些产物后续都没有取得完满和扩展运用。

  进入80 年代此后,中邦大陆宏观经济、各行各业早先向好,长春汽车咨议所再次启动了氛围悬架研发。正在1980—1987 年,该咨议所先后为武汉客车厂、沈阳电车公司、沈阳飞机缔制公司汽车厂研制了众种客车或电车的氛围悬架。这个岁月邦产氛围悬架存正在的首要题目是橡胶气囊的疲惫寿命偏低、高度操纵阀漏气和动态反应较差。

  2) 引进消化招揽阶段:1990—2000 年,中邦大陆高速公途网从早先开发到连忙繁荣,良众运输公司从外洋进口了带有氛围悬架的阔绰客车参加运营,如尼奥普兰、欧洲之星、沃尔沃系列和福特系列阔绰大巴车型。为了进步正在运输墟市上的据有份额,中邦大陆客车厂早先直接从外洋采办氛围悬架或氛围悬架底盘实行装车,如北方车辆缔制厂、沈阳飞机缔制公司汽车厂、宇通客车、厦门金龙、亚星客车等厂家。

  与此同时,为了满意氛围悬架维修配件墟市的需求,中邦大陆少许零部件企业也早先研制和坐褥氛围弹簧等配件,如四方车辆咨议所、贵州行进橡胶有限公司、交通部重庆公途科研所、株洲时期新材等公司。同时少许外资企业也早先正在中邦坐褥和出卖氛围悬架配件,如NEWWAY、SAF、CONTINENTAL 等公司。

  正在此功夫,中邦大陆缔制企业对进口汽车氛围悬架手艺,从零部件到编制,都有了必定水准的研习、消化和索求。

  3) 创业繁荣阶段:到2000 年掌握,中邦大陆跟着社会的大繁荣,汽车及零部件墟市需求快速增加,中邦重汽集团、春风汽车悬架弹簧有限公司、上海科曼车辆部件编制有限公司等厂家,三元乙丙橡胶产品正在前期消化招揽的根本上早先成家、研制氛围悬架,而且连接有新的厂家参预研制队伍。到2010 年,中邦大陆仍然研制了近100众个种类的古板氛围悬架产物参加运用[13],具有了席卷重汽HOWO-A7、春风EQ6850KR、一汽解放J6、姑苏金龙KLQ6128Q 等车型正在内的巨额氛围悬架汽车,并远销东南亚、中东、澳大利亚等外洋墟市。

  到目前为止,中邦大陆汽车氛围悬架财产总体处于欧美20 世纪90 年代初的秤谌,主体即是古板氛围悬架,具有了从零部件到编制的集成配套才能。但从产物的本质运用成效上看,邦产氛围悬架机能更加是安靖性、疲惫耐久性不足进口氛围悬架,要害零部件与外洋比拟尚存正在必定差异,这种差异也是现时不少企业选用从外洋进口氛围弹簧、电磁阀、传感器等要害零部件,本人以研制组织件、实行编制集成为主的首要道理。从运用层面来看,中邦大陆客车氛围悬架装车率还正在稳步晋升,但中、重型卡车氛围悬架装车率,因为不适合于超载运输等墟市道理而平素偏低。

  近些年跟着大宗装备ECAS 的外洋车辆进入中邦,以及外洋公司如WABCO 公司早先将ECAS 引入中邦坐褥,鼓动了中邦大陆EACS 手艺的咨议斥地。目前,仍然有少许公司正在为主机厂(如长城汽车、广汽、奇瑞等)实行配套试装和试验,也有少数零部件企业早先试制ECAS 零部件,进入进口车维修配件墟市,但从宏观上,中邦产ECAS 手艺尚处于起步阶段。

  氛围弹簧产物是由外里层橡胶、帘线层和钢丝圈,经硫化工艺坚固粘合正在一道的橡胶金属复合物,其组织型式首要席卷囊式和膜式。

  针对氛围弹簧的外面咨议首要有3 类模子:众物理参数化模子、等效参数化( 或力元) 模子和有限元理解模子,第4 类黑箱模子咨议相对较少。测验咨议首要测试氛围弹簧的垂向或横向静刚度特色、垂向动刚度和阻尼系数的频变特色等,测试结果往往用来验证外面模子的无误性以及实行氛围弹簧模子或参数的辨识。外面与测验咨议结果用来昭彰各式质料、组织参数对氛围弹簧手艺机能的影响,并指挥氛围弹簧的计划与缔制。

  1) 众物理参数化模子:众物理参数化模子基于压缩氛围的热力学定律和流体力学定律,涉及包括气体压力、体积、密度、众变指数、弹簧效率面积、减省孔尺寸和流量系数,以及各式传热参数正在内的一切气动编制的物理参数,涉及氛围弹簧本体、附加气室、减省孔、管途等各部件的修模,一切模子具有较强的非线性,早期Quaglia 等[14] 和Docquier 等[15-16] 的使命具有代外性。

  氛围弹簧带附加气室的目标是进一步消重弹簧刚度,相当于两个氛围弹簧通过减省孔串联,外面上对减省孔实行调度,能够得到更为宽的刚度变革鸿沟。Liu[17] 等扶植了带附加气室、减省孔的氛围弹簧众物理参数化模子,咨议了激振频率、减省孔面积和附加气室容积对动刚度的影响,台架试验验证了模子的无误性。

  正在带附加气室的氛围弹簧中,减省孔有必定水准的耗能效率,但这不行是它的首要功用,而且减省孔不行被高频调度,不然动刚度特色将会变差。所以,当代ECAS 正在工程运用上,往往对液压减振器实行阻尼相联调度,对氛围弹簧选用有级简便调度。毕竟上,因为氛围弹簧自身就具有刚度自符合性,再加上2 到3 级的基点刚度变革,仍然足够得到广博的刚度变革鸿沟了。

  正在氛围弹簧众物理参数化修模、测验验证和参数影响咨议规模,同类咨议还席卷Lee[18]、Zargar[19] 等对汽车氛围弹簧和Li 等[20-21]、Gao 等[22] 对列车氛围弹簧展开的咨议。

  2) 等效参数化模子:该模子采用刚度、阻尼、惯性、摩擦等尺度力学单位构修,含有参数较少,物理旨趣昭彰,所以更适适用于车辆动力学的仿线 所示是几种常睹的氛围弹簧等效参数化模子,固然它们首要用于列车氛围弹簧修模,但正在很大水准上值得鉴戒。图2a 是一种弹簧-阻尼等效模子,将氛围弹簧简化为一个线性刚度K 和一个线b 称为Nishimura 模子[23],模子中K1、K2、K3分袂为因为气体压缩发生的刚度、附加气室刚度和有用效率面积变革发生的刚度,λ 是气囊与附加气室的容积比,C 为气体流经减省孔时发生的阻尼系数,C 能够是线性阻尼或者是与速率成二次方[24] 顺序的非线c 是众体动力学软件Vampire 中氛围弹簧的首要模子,K1、K2、K3、C 的旨趣与图2b 中的相似,K4 是串联橡胶堆的刚度;M 是排气管内的可变氛围质料,其受氛围弹簧有用效率面积与排气管截面积之比n 的放大效率。图2d 是Berg 三维模子[25] 中的垂向模子,该模子将氛围弹簧描写为弹性力元、摩擦力元和阻尼力元的叠加,还席卷管途氛围活动发生的非线性惯性要素。模子中包括7 个参数:弹性力元的等效刚度Kez,摩擦力元的最大值Ffz-max 和地方参数Z2,阻尼力元的等效刚度Kvz、等效阻尼系数Czβ 和速率指数β,管途氛围质料M。

  Facchinetti 等[26] 对以上差别氛围弹簧模子实行了对照,并咨议了采用差别模子实行计划时对车辆动力学的影响,结果评释采用简化的氛围弹簧模子,如图2a 所示的弹簧-阻尼等效模子会酿成较大偏差。

  Mazzola 等[23] 和Alonso 等[24] 则采用了测验举措对照,评估了以上模子的切确性,结果评释弹簧-阻尼等效模子和线性Nishimura 模子不适合于咨议3 Hz 以上的振动,Vampire 模子和Berg 模子具有较高的预测切确度。

  氛围弹簧有限元(finiteelement analysis, FEA) 理解模子首要基于有限元修模外面、质料力学外面和接触力学外面得到。因为氛围弹簧刚度特色跟其组织、质料特色息息相干,所以通过FEA 修模和理解能够得到更为直接的影响参数和智慧度结果。Lee 等[27] 对某汽车膜式氛围弹簧实行了FEA数学修模,修模中探究了尼龙纤维巩固橡胶的正交各向异性、大变形几何非线性以及气囊与钢丝圈的接触特色,基于所修FEA 模子重心咨议了帘线层角度对氛围弹簧变形和静刚度特色的影响。近些年,很众邦内学者也直接利用有限元贸易软件展开了少许运用咨议[28-29],实质席卷理解气压、帘线层角度和层数、附加气室容积等参数对氛围弹簧静刚度特色的影响。从氛围弹簧产物角度来看,因为邦内橡胶手艺起步早且具有较好的工业根本,加上改动绽放后广大的墟市促使,到现正在中邦大陆车用( 汽车、列车) 氛围弹簧产物的研发、原质料、缔制工艺、试验验证手艺仍然根本成熟,酿成了较完善的产物系列。但从产物的本质运用成效上看,邦产氛围弹簧照旧正在耐久性、牢靠性方面与外洋产物存正在差异,邦内公司也平素正在竭力于这些方面的咨议、斥地和试验使命。

  液压减振器是汽车氛围悬架编制的阻尼部件,对连忙耗散振动能量起着要害效率。针对液压减振器模子的咨议举措与针对氛围弹簧的咨议举措有似乎之处,也可大致分为众物理参数化修模、简化参数化( 力元)修模、非参数化( 黑箱) 修模和混杂修模举措。

  集成式液压减振支柱( 简称减振支柱,下同) 凡是是指螺旋钢弹簧或氛围弹簧与液压减振器的集成式产物,如图3 所示为某型钢弹簧液压减振支柱和氛围弹簧液压减振支柱。因为采用了集成式计划举措,悬架零件数目节减,重量减轻,有用节俭了安设空间,还便于完毕电子操纵。从外面上讲,集成式减振支柱的输着力和采用疏散计划时的输着力巨细相似,力效率点稍有变革,但因为阻尼力和弹簧力是耦合正在一道的,给悬架理解、标定带来必定繁难。马莉等[31] 通过特色方程推导,解耦出了减振支柱氛围弹簧个别的静刚度特色,并通过台架试验、数据理解,验证了静刚度特色方程的无误性。目前,减振支柱特地是氛围弹簧液压减振支柱正在邦内尚没有产物目次、手艺尺度和专用试验举措。

  可变阻尼液压减振器、可变刚度和阻尼的氛围弹簧液压减振支柱平素是汽车智能悬架的主题部件,下面就这个别实质实行扼要分类和先容。

  :这是一类通过组织变革或者负载合系办法得到可变(自符合) 阻尼的液压减振器/ 减振支柱,本色上属于被动式液压减振器/ 减振支柱的规模,无需传感器和电子操纵。图4 是一种行程敏锐(stroke-dependent) 液压减振器及其阻尼力-速率特色[11,30]。当车辆秉承额定负载正在优秀途面上匀速行驶时,减振器活塞振动均衡地方处于中部区域,因为缸筒内壁正在此区域内开有旁通槽,所以减振器阻尼力较小,特色较软,车辆能得到较好的适意性;当车辆处于侧倾、纵倾或振动较大工况,或处于重载或空载工况时,减振器活塞振动均衡地方处于两头区域,因为缸筒内壁正在此区域内没有旁通槽,所以减振器阻尼力较大,特色变硬,车辆此时又能得到优秀的运用安靖性;凡是因为旁通槽的加工工艺保证,减振器正在软、硬阻尼切换区域能得到优秀的过渡特色。行程敏锐液压减振器/ 减振支柱适合装备于承载变革鸿沟大又具有优秀适意性和安宁性的商用车辆悬架中。

  图5 所示是正在奥迪A6[9] 氛围悬架中装备的一种气动阻尼操纵(pneumatic damping control, PDC) 负载敏锐(load-dependent) 氛围弹簧液压减振支柱的组织道理图。减振器的使命道理是:主压力缸筒通过孔道与副压力缸筒相通,油液正在副压力缸筒与储油缸之间的活动则由一个PDC 阀来操纵;PDC 阀本质上是一个由气囊气压操纵的减省阀,气压增大,减省口合小,直至紧闭;气压减小,减省口增大,直至最大。当车辆因承载减小或者底盘操纵高度消重而惹起气囊气压减小时,PDC 阀减省口增大,惹起减振器阻尼力减小,特色变软;反之则惹起减振器阻尼力增大,特色变硬。也即是说,不管车辆负载奈何变革,悬架阻尼总能与氛围弹簧刚度自符合酿成成家,使得车辆具有优秀的适意性和运用安靖性。

  因为行程敏锐、负载敏锐型液压减振器/ 减振支柱无需传感器和电子操纵,本钱低、牢靠性高,还能得到自符合阻尼特色,近年来,外洋通过组织革新[30]连接有新型被动式可变阻尼减振器产物推出,其研发烧度有增高的趋向。

  近年来,跟着外洋产物进入中邦墟市,邦内学者展开了少许蓄志义的消化和科研使命,譬如针对行程敏锐液压减振器[32-33] 和PDC 氛围弹簧液压减振支柱[34]的咨议,其焦点席卷众物理参数化修模、阻尼特色仿真、台架测验与验证理解。

  早期的电控减振器[35] 产物采用渺小电机操纵与活塞杆同轴的阀杆转动,从而变革活塞上转阀减省孔的巨细,完毕对阻尼的调度,这种组织的减振器/ 减振支柱产物目前尚有运用。江浩斌等[36-37] 咨议了这种组织减振支柱的众物理参数化修模、特色仿真、台架测验验证以及采用这种减振支柱的半主动悬架汽车的动力学仿真理解。跟着加工缔制工艺和电磁阀手艺的繁荣,近十几年又映现了以副压力缸筒举动分流操纵源、以电磁阀操纵减省的组织式子,如图6a 所示是一种相联阻尼操纵(continuous damping control, CDC) 液压减振器[30]。该减振器由一个反比例电磁阀相联操纵处于副压力缸筒和储油缸之间减省口的巨细,从而完毕对阻尼力的相联调度。当反比例电磁阀无操纵电流或失效时,其减省口紧闭,减振器相当于常例被动式减振器,此时阻尼特色最硬;当反比例电磁阀有操纵,电流渐渐增大时,其减省口开启并渐渐增大,此时阻尼特色变软,直至最软。图6b 所示为该减振器的阻尼特色变革鸿沟[30],正在深色区域内,减振器特色较硬,车辆以得到优秀运用安靖性为主;正在淡色区域内,减振器特色较软,车辆以得到优秀适意性为主。图6c 所示则是正在CDC 减振器根本上计划的一种CDC 氛围弹簧液压减振支柱[30],氛围弹簧带有附加气室,所以该减振支柱刚度、阻尼都能够变革,是现时汽车主动操纵悬架中最进步的减振支柱产物之一。

  Witters 等[38] 基于神经搜集举措对某CDC 液压减振器实行了黑箱修模,通过最优测验计划、回归向量抉择和参数揣测实行了模子辨识。王洪成[39] 咨议了CDC 液压减振器的参数化修模、仿真与台架测验理解,童长征橡胶即。并针对某车型研制了半主动悬架操纵编制硬件和软件,实行了实车道途试验。李明[40] 也咨议了CDC液压减振器的道理、组织,实行了阻尼特色台架试验和实车道途试验。任欣[41] 则基于计划流体动力学(computational fluid dynamic, CFD) 举措,理解了某半主动叶片式减振器上装备的比例阀的流量、开度与驱动电流的动态合联,测验验证了理解结果的无误性,为减振器的计划和操纵供给了根本。

  奔跑系列车型上利用了一品种似以上CDC 减振器组织的半主动电控减振器,其差别点是采用了两只开合型电磁阀,对两套外置式活塞及阀门实行组合操纵,一共能得到四档阻尼特色。近年来,个别邦内学者针对这种减振器实行了研习、咨议。别的,近5 年针对电、磁流变半主动减振器/ 减振支柱产物的研发开展很速。能够料思他日该类产物和油压式减振器/ 减振支柱产物相似,能批量运用于汽车悬架编制。因为这个别咨议涉及别的一个焦点,本文不再叙述。

  综上所述,古板固定阻尼特色的液压减振器向可变阻尼特色液压减振器对象繁荣,向集成式减振支柱对象繁荣。氛围弹簧液压减振支柱现时的繁荣趋向是:氛围弹簧带小型附加气室,基点静刚度2~3 级可调;液压减振用具有有级或相联可调阻尼,通过行程敏锐、负载敏锐或电子操纵办法与刚度酿成及时最佳成家;减振支柱总体具有秤谌操纵、底盘起落和刚度阻尼自符合操纵等效用。

  以上手艺都泉源于外洋,邦内正在常例液压减振器手艺方面已有范围和根本,但正在减振支柱更加是可变刚度和阻尼的支柱方面,目前处于起步阶段,只要个别企业正在实行咨议、试制。其难点正在于电磁阀、氛围弹簧和液压减振器的集成工艺以及上批量后产物格料的操纵题目。固然减振支柱目前正在邦内还没有发生有用的墟市驱动,也没有批量产物和产物尺度,但其繁荣和普及已是大局所趋,正在改日具有很好的运用前景。

  氛围吊挂动力学是氛围悬架计划的根本,氛围悬架部件修模、车辆编制修模、车辆动力学仿真理解,是氛围吊挂动力学咨议的根本课题。Darris[42] 扶植了具有转臂式氛围悬架重卡的侧向动力学模子,咨议了氛围。悬架秤谌操纵编制参数,如高度操纵阀流量、死区、响合时间对车辆侧向安靖性的影响。Chang 等[43] 咨议了汽车氛围弹簧修模,实行了仿真与台架测验验证,并将氛围弹簧Matlab 仿真模子与整车呆板编制动力学主动理解(automatic dynamic analysis of mechanical systems, ADAMS)、众体编制动力学(multibody system, MBS)模子实行结合仿真,咨议了车辆氛围吊挂动力学特色。Ranjit[44] 计划斥地了一种由阻尼孔联接气缸上、下气室的氛围悬架( 即气体弹簧、气体阻尼),对该氛围悬架实行了修模和集成到1/4 汽车模子的动力学咨议。Bollishetty 等[45] 也咨议了某商用汽车氛围弹簧的参数化修模、测验验证、整车MBS 修模和车辆动力学仿真。

  常例氛围悬架研发与优化基于氛围吊挂动力学外面,借助系列计划机辅助东西、台架与道途试验验证平台。Ashley 等[46] 先容了翰德森(Hendrickson) 公司基于并行工程、进步缔制和试验手艺,以轻量化、进步适意性和运用安靖性为倾向,得胜研制的一种商用车前氛围悬架和转向桥模块。Leandro 等[47] 和Dean[48]分袂先容了其氛围悬架的计划、调试流程,显露了奈何正在车辆适意性、运用安靖性目标之间得到均衡的难点和治理计划。Zhang 等[49] 先容了采用有限元对某具有氛围悬架厢式货车实行模态和功率谱理解的计划机辅助举措,以期用于商用车辆的减振优化计划和疲惫计划。Nikolai 等[50] 借助AMEsim 贸易软件,通过对一切氛围悬架编制席卷氛围压缩机、管途、阀、氛围弹簧等部件的修模和施加操纵,索求了汽车氛围悬架的优化计划。而Eskandary 等[51] 则通过对一种能独立调度高度和刚度的汽车氛围悬架的数学修模实行倾向优化,测验结果验证了该悬架的甜头和优化计划的成效。

  互联悬架[52] 的计划初志是通过呆板、液压或气压办法将车辆各悬架的负载、运动合系起来,鞭策载荷正在各车轴上的分派,增众车辆的侧倾或纵倾刚度,进步车辆的安靖性。Chen 等[53] 扶植了某三轴半挂车纵向互联氛围悬架的数学模子,并通过测验实行了模子验证,咨议了驾驶工况、吊挂参数对车辆动态载荷分派、道途友谊性的影响。Hua 等[54] 对一种氛围弹簧加液压互联横向安靖编制的悬架实行了实车试验咨议,结果评释该悬架正在进步车辆横向安靖性的同时也具有优秀的适意性。Li[55] 采用测验和仿真举措咨议了具有氛围互联悬架车辆的隔振和消扭特色,结果评释管途是非、壁厚对互联成效影响较大,横向互联氛围悬架能有用袪除车辆的盘旋负载, 减小侧倾角,但对车辆纵倾角影响有限。

  常例氛围悬架产物的研发,外洋从计划成家举措、计划东西、原型样机缔制到试验,早已酿成了成熟的外率,其零部件和编制酿成了产物系列,并源委了众年的实车运转和连接优化。邦内常例氛围悬架产物的研发,已进入自立研发的阶段,但正在计划阅历、试验验证条款、时分代价本钱、零部件根本、编制机能及牢靠性方面,与外洋比拟照旧有差异。

  电子操纵氛围悬架编制(ECAS)是一个完善的气动操纵编制,首要席卷气源装配、操纵元件、推行元件、传感器和操纵单位(ECU)。气源装配凡是席卷由电机驱动的空压机、干燥器、排气阀和储气罐,操纵元件席卷各操纵电磁阀及其他阀门,推行元件即是气囊和液压减振器,传感器凡是席卷用来检测气源状况的压力和温度传感器、检测车身秤谌的车高传感器,而车辆其他状况与操纵新闻如动员机燃烧、车辆加快、制动或转向等新闻,凡是通过CAN 总线交互得到。ECU摄取来自各传感器、CAN 和驾驶员输入新闻( 如运动形式、车高抉择),通过新闻治理后,操纵气囊的充放气和液压减振器的阻尼。正在工程践诺上,ECU 凡是采用简便、牢靠的算法,如天棚阻尼操纵算法等。跟着元器件质料的进步,目前ECAS 编制电磁阀的响合时间正在5 ms 掌握,电控减振器变阻尼时分小于10 ms,气囊变刚度时分小于100 ms。

  图7 所示为奥迪A6 车型[10]ECAS 的气动操纵编制道理图和首要元器件的计划图。由图7a 可睹:该车型两个后减振支柱具有PDC 阻尼自符合效用;气动操纵编制修设了5 个电磁阀,用来分袂操纵1 个储气罐和4个减振支柱的进排气;由1 个电磁排气阀和1 个气控排气阀配合操纵排气流程,而且气控排气阀还具有节制空压机最高压力的效用;当车速大于36 km/h 时编制首要由空压机供气,储气罐同时被充满,当车速小于36km/h 时,储气罐则充任辅助气源。由图7b 可睹ECAS编制凡是采用集成度绝顶高或者一体化的举措实行计划,一切编制正在有限的空间内予以计划。从某种水准上讲,ECAS 编制的秤谌和牢靠性取决于各元器件的计划缔制秤谌和牢靠性。

  ECAS 针对乘用车的运用平素众于针对商用车辆的运用,但跟着手艺发展和墟市促使,近十几年来ECAS正在商用车辆上的运用已越来越众。商用车辆ECAS 除了取代过去由呆板式高度操纵阀操作的秤谌操纵除外,还能实行底盘起落等操纵,便于装卸货色、进步燃油经济性和适意性。图8 所示是WABCO 公司[56] 用于商用车辆ECAS 编制的个别零部件产物。

  针对ECAS 的咨议凡是侧重信号治理和操纵算法。Toshio 等[57] 针对装备主动氛围悬架的1/4 汽车动力学模子,实行了隐隐操纵算法和扰乱观测器的计划,测验结果验证到达了较好操纵成效。Porumamilla[ 等58]则针对装备主动氛围悬架1/4 汽车动力学模子中的不确定性,计划了鲁棒LQG 和H∞ 操纵器,并实行了仿真理解。Kim 等对某ECAS 气动操纵编制分袂计划了闭环容错[59-60] 操纵算法和滑模[61] 操纵算法,个中滑模操纵算法首要针对汽车实行高度和秤谌操纵,所提出的操纵算法及成效均取得了仿真和实车道途试验的验证。Zhao 等[62] 则正在对某车辆氛围悬架编制实行周到修模的根本上,计划了Fuzzy PID 操纵算法,通过将Matlab 操纵模子与ADAMS 动力学模子实行结合仿真,评释到达了较好的操纵成效。

  Nieto 等[63] 咨议了一种能诈欺电控阀切换气动回途的自符合氛围悬架,车辆通过环球定位编制(global positioning system, GPS)摄取器预测道途状态,然后切换“软”或“硬”气动回途以进步车辆的适意性或运用安靖性。Sun 等[64] 扶植了车辆高度调度编制的非线性数学模子,提出了一种混杂逻辑动态操纵举措用于对ECAS 电磁阀的操纵,仿真与测验举措验证了所提出操纵算法对车辆高度和秤谌操纵的成效。Xu 等[65] 则基于1/4 汽车动力学修模,分袂采用扩展卡尔曼滤波、强跟踪滤波和容积卡尔曼滤波3 种举措,咨议了ECAS传感器的滞碍识别和断绝,测验结果对照评释采用容积卡尔曼滤波举措成效最好。

  目前,乘用车ECAS 手艺正在外洋仍然成熟,不过元器件手艺还正在连接完满,编制手艺还正在连接融入到整车电子操纵当中;商用车ECAS 手艺和墟市也正在连接晋升和扩展。中邦大陆汽车ECAS 手艺,从零部件到编制集成,目前都处于起步阶段,固然手艺发展和堆集有个流程,但能够料思改日的墟市前景是宽阔的。

  氛围悬架已通俗运用于商用车辆驾驶室的减振,进一步进步了驾驶室的适意性和安靖性。图9 所示是一种卡车驾驶室的氛围吊挂编制[30], 该吊挂编制利用4只带内置式[11] 高度操纵阀和行程敏锐式液压减振器的氛围弹簧液压减振支柱,来维系驾驶室的秤谌和动力学操纵;吊挂编制后部撤销了古板的被动式横向安靖杆,采用由一个液压作动器驱动侧向安靖机构的主动防侧倾安靖编制,由此能够得到极好的安靖性。个别高端商用车辆驾驶室还采用了带CDC操纵的ECAS编制,即吊挂阻尼能按照车辆状况实行智能调度,从而袪除了被动式氛围悬架正在适意性和安靖性之间的计划冲突。

  McKenzie 等[66] 先容了荷兰NEWAY公司研发的古板氛围吊挂编制,用作卡车驾驶室悬架。该编制由倾斜装备的氛围弹簧和可变力臂的液压减振器构成,这种计划使得该悬架固有频率被操纵正在1 Hz 掌握的秤谌,避开了人体的敏锐频率,进步了乘坐适意性和驾驶员的抗疲惫特色。Gross 等[67] 先容了所斥地的装备4 只氛围弹簧液压减振支柱和1 根横向安靖杆的某重卡驾驶室氛围吊挂编制,该减振支柱装备了行程敏锐式液压减振器,还可选配内置式高度操纵阀。Andou 等[68]咨议了一种由硅油阻尼器和氛围弹簧构成的用于某液压开采机驾驶室减振的复合吊挂,扶植了该复合吊挂编制的动态数学模子,并通过测验予以验证。Yan 等[69]基于遗传算法咨议了某驾驶室半主动氛围吊挂编制的隐隐操纵。Tang 等[70] 则利用AMEsim 软件针对某商用汽车氛围弹簧实行修模,并与整车ADAMS 动力学模子实行结合仿真,咨议了正在随机饱舞下氛围弹簧参数对商用车驾驶室乘坐适意性的影响。

  氛围悬架目前也通俗运用于商用车辆驾驶员座椅的减振,如图10 所示[71]。采用氛围悬架的座椅具有较好的负载符合性和很低的固有频率,所以乘坐适意性和驾驶员的抗疲惫特色取得了极大的进步。Ahmadian等[72] 采用测验举措对照咨议了常例泡沫坐垫和充气坐垫正在硬化、压力分散和阻尼方面的特色,结果评释充气坐垫无硬化,负载压力分散平均,所以适意性和抗疲惫特色更好。作家还提出了两种[73] 用于对坐垫实行永久动力学特色实行测试的举措。Inendino 等[74] 扶植了某高速卡车氛围吊挂座椅编制的数学模子,基于道途试验数据实行了模子验证和优化。Jin 等[75] 也扶植了某重卡带附加气室氛围吊挂座椅编制的数学模子,并通过测验数据实行了模子验证。

  商用车辆氛围吊挂座椅编制的( 半) 主动操纵也是一个咨议热门。Zikrija 等[76] 扶植了某重型车辆氛围吊挂座椅编制的数学模子,采用人工神经搜集操纵算法对半主动液压减振器实行操纵,并实行了仿真与台架测验咨议。Salihbegovic 等[77] 咨议了由主动氛围弹簧和被动式液压减振器构成的越野车辆司机座椅氛围悬架编制,计划了隐隐操纵器,仿真和台架测验结果评释到达了好的操纵成效。Gu 等[78] 咨议了汽车座椅主动吊挂编制的鲁棒操纵。Zheng 等[79] 则扶植了某轮式迁延机由带附加气室氛围弹簧和磁流变减振器构成的座椅编制的非线性数学模子,测验结果阐明该非线性模子较常例等效线性化模子具有较高的发挥精度,结尾咨议了车速、氛围弹簧与附加气室容积比、阻尼孔截面积对迁延机底盘、驾驶室和座椅振动特色的影响,为后续半主动操纵器的斥地奠定了根本。

  综上所述,为了寻觅更好的适意性和安靖性,与车辆氛围悬架相似,用于商用车驾驶室和座椅减振的氛围悬架编制也朝着主动操纵的对象繁荣。目前,邦皮毛合公司[31] 仍是这些手艺的领跑者。邦内正在驾驶室和座椅氛围悬架研发方面参加很大,产物照旧召集正在常例氛围悬架零部件和编制,有不少单元如中邦北方车辆咨议所等仍然酿成了批量坐褥和配套才能,但主动操纵氛围悬架不管是正在研发照旧运用层面,目前照旧处于起步阶段。

  为了同时得到适意性、运用安靖性和运转方便性,非论是车辆底盘的减振,照旧驾驶室、座椅的减振,古板氛围悬架朝着ECAS 对象繁荣,而ECAS 手艺则朝着越发智能、节能以及与整车电子操纵、搜集操纵交融的对象繁荣;元器件和编制产物格料、牢靠性进一步进步,并朝着集成度更高或一体化计划的对象繁荣。估计改日10 年,外洋少许具有史乘重淀、手艺堆集和进步手艺研发能力的公司,还将正在环球汽车氛围悬架规模起引颈效率。

  目前,中邦大陆汽车氛围悬架,从要害零部件到编制集成,尚存正在以下首要题目和手艺难点:

  应强化针对该类产物正在模仿本质服役工况下的耐久性试验和数据收集理解咨议,重心从质料、计划的角度进一步晋升产物格料,同时要加大对带附加气室、内置高度操纵阀等丰富产物的研发和试验力度。

  电控氛围弹簧液压减振支柱,除了存正在上述要害题目外,还存正在氛围弹簧与减振器集成的密封、联动操纵题目;电控液压减振器/ 减振支柱均存正在牢靠性、耐久性的题目。针对电控液压减振器/ 减振支柱的咨议固然不少,但这类产物正在邦内事实还没有酿成正式的产物目次和进入批量坐褥及运用,所以合于这类产物的手艺尺度、试验举措以及机能方面的外面咨议尚待无间深远。

  目前已进入自立研发的阶段,存正在的首要题目显露正在研发阅历、试验验证条款、时分代价本钱、零部件根本、编制机能及牢靠性等方面。

  存正在的首要题目和手艺难点:一是要害零部件的研制,譬如高牢靠电控氛围弹簧液压减振支柱、高度传感器、气动电磁阀集成件的研制;二是操纵与车辆动力学机能的晋升,这方面还需求做大宗的外面理解咨议、道途试验评判和算法版本升级使命;三是酿成针对差别车型的速捷计划和成家才能;四是强化零部件与编制滞碍形式、诊断阅历的堆集,巩固ECAS 正在各式丰富服役条款下的牢靠性与安宁性。氛围悬架是中邦改日汽车悬架繁荣的一定对象,具有宽阔的墟市和运用前景。中邦汽车氛围悬架行业要昌隆地繁荣,务必僵持自立革新,从根本零部件到编制实行延续的手艺堆集、阅历堆集和产物升级。橡胶配件采购商