带附加气室空气悬架的综合性能优化

第１０期

２０１３年１０月

机械设计与制造

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ

Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ

２１７

带附加气室空气悬架的综合性能优化

黄定师１，江洪１，琚龙玉２，陈锦程１

（１．江苏大学机械工程学院，江苏镇江２１２０１３；２．江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江２１２０１３）

摘要：以带附加气室的空气悬架为研究对象，基于流体力学与工程热力学，建立空气弹簧一连接管路一附加气室数学模型；考虑到空气弹簧刚度的非线性，将其以空气弹簧非线性力的形式引入到１１４车辆动力学模型中；以寻求车辆乘坐舒适性、轮胎接地性与操纵稳定性的综合性能最优为目标，对典型工况下的附加气室容积与减振器阻尼进行寻优。优化结果表明，悬架的综合性能、乘坐舒适性得到改善，轮胎接地性与操纵稳定性略有降低。台架试验与仿真结果基本吻合。

关键词：空气悬架；附加气室；阻尼；优化中图分类号：ＴＨｌ６

文献标识码：Ａ

文章编号：１００１—３９９７（２０１３）１０—０２１７—０４

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（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉａｎｇｓｕＺｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ；

２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅａｎｄＴｒａｆｆｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉａｎｇｓｕＺｈｅｎｊｉａｎｇ

２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）

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Ｗｏｒｄｓ：ＡｉｒＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；ＡｕｘｉｌｉａｒｙＣｈａｍｂｅｒ；Ｄａｍｐｉｎｇ；Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

１引言

空气悬架因其独特的优点在车辆上得到越来越广泛的应用，其性能主要取决于悬架参数，而传统被动悬架的刚度与阻尼设计时一旦选定便无法更改。汽车在使用过程中，载荷、车速以及路况等行驶状态会有较大变化，被动悬架难以适应复杂多变的行驶工况Ⅲ，因而半主动悬架的研究日益受到汽车工程界的普遍重视。因主动改变悬架刚度不易实现，目前主流的半主动悬架不考虑改变悬架的刚度，而只考虑改变悬架的阻尼，如文献闭以阻尼有级可调的ＥＣＡＳ系统为研究对象，提出一种减振器阻尼与车辆不同运行工况的匹配方法，并分析路面状况、车速以及车辆载荷等因素对阻尼优化值的影响，进而设计阻尼的优化策略；但该匹配方法对悬架性能的改善是极其有限的１２。”。

带附加气室的空气弹簧因其能大幅改变悬架刚度而引起众多研究者的关注，文献１３｜对带附加气室的空气弹簧进行系统的研究，研究结果表明，附加气室容积对空气弹簧系统的刚度特性与阻尼特性影响颇为显著［３１。

有鉴于此，以带附加气室的空气悬架为研究对象，试图同时优化附加气室容积与减振器阻尼，实现悬架的刚度与阻尼的主动

来稿日期：２０１２—１２—１５

调节，进一步提高悬架性能，使悬架能更大范围地适应车辆行驶工况的变化。考虑到车辆乘坐舒适性、轮胎接地性以及操纵稳定性之间的矛盾，以车辆的综合性能最优（即以车身加速度、悬架动行程与轮胎动载荷均方根值的线性加权和最小）为优化目标，采用遗传算法在典型工况下对附加气室容积与减振器阻尼进行寻优。

２

１／４车辆动力学模型的建立

２．１空气弹簧一连接管路一附加气室模型的建立

图１带附加气室空气弹簧物理模型

Ｆｉｇ．１

Ｐｈｙｓｉｃａｌ

ＭｏｄｅｌｏｆＡｉｒＳｐｒｉｎｇｗｉｔｈＡｕｘｉｌｉａｒｙＣｈａｍｂｅｒ

带附加气室的空气弹簧物理模型，如图１所示。主要由空气弹簧（主气室）、附加气室（辅气室）以及连接两气室的管路三部分

基金项目：国家自然科学基金（５１０７５１９０）；青年科学基金项目（５１１０５１７７）；教育部博士点基金（２０１０３２２７１１００１０）作者简介：黄定师，（１９８８一），男，在读硕士研究生，主要研究方向：汽车工程、机械设计；

江洪，（１９６３一），女，教授，硕士，主要研究方向：汽车工程、三维ＣＡＤ＼ＣＡＥ＼ＣＡＭ

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黄定师等：带附加气室空气悬架的综合性能优化

第１０期

组成。空气弹簧是产生弹性力的悬架支撑隔振部件；附加气室是由金属加工而成的刚性容器，经由管路与空气弹簧相连，增大空气流通的总容积；连接管路主要是限制主、辅气室之间空气的流通速度。

在一般振动状态下，空气弹簧内气体的压力、温度以及质量

等状态参数均发生动态变化，且变化过程近乎绝热１４１，因而空气弹簧内气体可视为一变质量开口绝热系统。根据开口绝热系统热力

学第一定律唷：

Ｈ寸ＩＵｌｓｊ

ｆ

Ｉ，

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尸ｌ１）＿ｃｏｎｓｔ

（１）

图３正弦激励时附加气室气压对比

＼，ｎＪ／

Ｆｉｇ．３

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ

ｏｆｔｈｅＰｒｅｓｓｕｒｅｏｆ

ＡｕｘｉｌｉａｒｙＣｈａｍｂｅｒ

式中：七一绝热指数；只、ｙ。、ｍ－空气弹簧内气体的压力、体积及质

由图２、图３可知，空气弹簧一连接管路一附加气室模型的仿

量。

真数据与其台架试验数据基本吻合。考虑到在数学建模过程中对

同样地，根据热力学定律建立附加气室模型为：

空气弹簧系统适当简化，所建的模型未能完全反映带附加气室空

ｆ

Ｖ＼‘

兄【≠）＝ｃｏｎｓ …… 此处隐藏：6681字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……