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學(xué) 院 專業(yè) 學(xué)生姓名 （教）學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱 合作導(dǎo)師 職稱 論文題目 某車油氣彈簧前懸架設(shè)計(jì) 一、課題研究的背景和意義（綜述國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀，闡述課題的研究目的、意義） 研究背景及意義 汽車懸架是指汽車的車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間一切傳力連接裝置的總稱。車輛懸架除了應(yīng)保證車輪的精確導(dǎo)向、轉(zhuǎn)向之外，還要能隔離路面噪聲，避免車輪滾動(dòng)產(chǎn)生的噪聲傳到車身。由于車輪接地點(diǎn)處的力（力矩）都是通過車輛懸架傳遞到車身的，無論汽車處于何種狀態(tài)（起步、行駛、上下坡道、轉(zhuǎn)彎、制動(dòng)等），懸架都起著極為重要的作用（支撐車身、抑制車身的垂直振動(dòng)、俯仰及傾側(cè)等），其性能的優(yōu)劣直接關(guān)聯(lián)著汽車的平順性、穩(wěn)定性甚至是行車安全。所以在任何車輛中，懸架都是汽車底盤非常重要的部件之一。 汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性對(duì)車輛懸架的要求是沖突的、相互矛盾的。要提高行駛平順性，車輛懸架必須匹配“軟”的彈簧和小阻尼的減震器，但是這 樣懸架動(dòng)行程會(huì)增加，抗俯仰和傾側(cè)的能力降低，會(huì)極大影響操縱穩(wěn)定性；而想 要提高操縱穩(wěn)定性，就得使用“硬”彈簧及與之相匹配的大阻尼減震器來限制車 身姿態(tài)的變化，這又會(huì)使車身振動(dòng)加劇，影響乘坐的舒適感。因此只有綜合考慮這兩個(gè)矛盾的因素，才能提高汽車懸架的整體性能。 本文主要進(jìn)彈簧車用油氣彈簧的設(shè)計(jì)與分析的研究。油氣彈（Hydro- Pneumatic Spring）是油氣懸架的核心部件，是利用氣體的壓縮來儲(chǔ)存能量的彈性元件，是在膜式空氣彈簧的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。它采用金屬容器作為氣室，以惰性的氮?dú)庾鳛閺椥栽?，并在活塞和氣體之間有油液作為中間介質(zhì)。它擁有車輛所需理想的非線性彈性特性、良好的減振性能和比較完善的調(diào)節(jié)功能，通過油氣彈簧的設(shè)計(jì)可以滿足汽車所需的非線性彈性特性、減振性能，提高乘坐的舒適性。 油氣懸架不僅能夠滿足汽車行駛的平順性和操縱性，而且可以通過調(diào)節(jié)車身高度提高汽車的道路通過性，另外相較于其他新型懸架，油氣懸架的性價(jià)比更高。在國內(nèi)，油氣懸架還處于研究階段，但在歐美一些發(fā)達(dá)國家使用主動(dòng)油氣懸架作為車輛懸架系統(tǒng)已經(jīng)初步得到了實(shí)際應(yīng)用。由于國內(nèi)引進(jìn)油氣懸架的時(shí)間較晚（20 世紀(jì) 90 年代），自主研發(fā)的產(chǎn)品性能與國外同類產(chǎn)品相比，還存在較大差距，不管是油氣懸架的設(shè)計(jì)階段還是應(yīng)用過程，都未形成系統(tǒng)的知識(shí)技術(shù)鏈，因此對(duì)油氣懸架系統(tǒng)的研究以及完善其在應(yīng)用方面的技術(shù)很有必要。 經(jīng)過廣泛的市場(chǎng)調(diào)研，國內(nèi)民用市場(chǎng)對(duì)油氣彈簧的需求量很大，需求量遠(yuǎn)大于供應(yīng)量。很多企業(yè)和科研院所都對(duì)其產(chǎn)生了濃厚的興趣，但由于國外對(duì)核心技術(shù)的封鎖，國內(nèi)在自主研發(fā)方面的整體實(shí)力還比較薄弱，使得目前沒有真正意義上的高質(zhì)量成熟產(chǎn)品能夠批量供貨，同時(shí)昂貴的價(jià)格也使大多企業(yè)“望而卻步”，此外，國外企業(yè)不斷進(jìn)入中國市場(chǎng)，希望在中國市場(chǎng)占有一席之地，使得市場(chǎng)蘊(yùn)涵著巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，為了保護(hù)國內(nèi)市場(chǎng)不被國外企業(yè)占據(jù)，對(duì)油氣彈簧的工作性能進(jìn)行深入系統(tǒng)地研究，并研制出性能優(yōu)越、價(jià)格合理的產(chǎn)品是當(dāng)前的首要任務(wù)，在此基礎(chǔ)上，保護(hù)領(lǐng)國內(nèi)市場(chǎng)，創(chuàng)造民族品牌，加快我國汽車行業(yè)的發(fā)展速度，增強(qiáng)自主研發(fā)實(shí)力。 國外研究現(xiàn)狀 當(dāng)前國外專家學(xué)者對(duì)油氣懸架的研究主要集中在個(gè)方面： 1. 建立新型合理的油氣懸架的數(shù)學(xué)模型。主要的研究思路是把具有非線性特性的彈性元件如懸架油缸和對(duì)非線性的影響因素如油液、高壓空氣的壓縮膨脹、非線性阻尼、剛度特性納入到數(shù)學(xué)模型中，使得理論懸架系統(tǒng)符合實(shí)際，成為非線性系統(tǒng)。目前建立油氣懸架的數(shù)學(xué)模型方法可以分為參數(shù)化和非參數(shù)化，因?yàn)閰?shù)化模型能比較好的描述系統(tǒng)內(nèi)部工作狀態(tài)，而且每個(gè)參數(shù)又有非常明確的物理意義，有益于油氣懸架非線性特性的研究，相對(duì)于非參數(shù)化設(shè)計(jì)具有一定的優(yōu)勢(shì)。兩者均有其局限性，國外學(xué)者試圖結(jié)合參數(shù)化和非參數(shù)化兩種建模方式實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣懸架數(shù)學(xué)模型的建模工作。 2. 新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的開發(fā)和主動(dòng)控制策略的研究。新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的開發(fā)，主要是對(duì)半主動(dòng)和主動(dòng)油氣懸架的開發(fā)應(yīng)用。利用油氣懸架變阻尼相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，調(diào)節(jié)阻尼實(shí)現(xiàn)懸架的半主動(dòng)和主動(dòng)控制。半主動(dòng)控制的原理主要是控制單元對(duì)各類傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行處理，再通過調(diào)節(jié)阻尼閥口大小，改變油缸和蓄能器之間的阻尼力，實(shí)現(xiàn)懸架輸出力半主動(dòng)控制。主動(dòng)懸架則需要另加動(dòng)力元件如液壓油泵等，油液通過伺服閥再進(jìn)入液壓缸，實(shí)時(shí)控制懸架輸出力。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 20世紀(jì)80年代，油氣彈簧引起了國內(nèi)研宄人員的關(guān)注意。進(jìn)入到年代，國內(nèi)的一些大型國有企業(yè)引進(jìn)了裝有油氣彈簧的車輛，這一事件翻開了國內(nèi)油氣彈黌研究高潮的第一頁，隨后，國內(nèi)的高等院校也加入了科研隊(duì)伍。目前，該技術(shù)在國內(nèi)的研究主要包括如下幾個(gè)方面： 1. 基本的設(shè)計(jì)理論研宄?；谲囕v的類型、性能、參數(shù)及油氣彈簧內(nèi)、外部的工作環(huán)境等因素，研究人員完成油氣彈簧最佳阻尼匹配特性、油液節(jié)流損失性能、閥片應(yīng)力、應(yīng)變特性及阻尼、剛度等特性的研究，得出油氣彈黃的工作特性的變化規(guī)律，為我國自主研發(fā)提供重要的科研資料。 2. 油氣彈簧特性仿真及相關(guān)軟件開發(fā)的研宄。國內(nèi)研究人員在該方面進(jìn)行了大量的研宄工作，主要對(duì)油氣彈簧的工作特性進(jìn)行仿真模型建立及定性分析，應(yīng)用相關(guān)軟件進(jìn)行仿真，如：中的模塊、編程軟件，經(jīng)過科研工作人員的不懈努力，在該方面取得了突出的成績(jī)，并且在各大高校的相關(guān)科研工作也開展的如火如荼，如：吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、山東理工大學(xué)等。 3. 特定車型才需使用的油氣彈賛研究。該方面目前還處于研究階段，主要是利用軟件完成油氣彈簧機(jī)械模型的建立，并納入液壓系統(tǒng)，完成油氣彈簧的特性分析。 4. 油氣彈簧的新型結(jié)構(gòu)形式的研發(fā)。如圖1所示為某種剛度可控的油氣彈簧模型，在結(jié)構(gòu)上它擁有兩個(gè)儲(chǔ)氣室，工作時(shí)根據(jù)采集的汽車和油氣彈簧的相關(guān)信號(hào)，控制幵關(guān)閥的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)剛度隨車身狀態(tài)的變化而變化的功能。 5. 利用對(duì)油氣彈簧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)反求油氣彈黌的參數(shù)。通過試驗(yàn)的手段得出最能真實(shí)、準(zhǔn)確反映油氣彈簧特性的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)反求，目前，國內(nèi)主要對(duì)節(jié)流閥參數(shù)進(jìn)行反求。 圖 1 二、課題研究已有的工作基礎(chǔ)，附證書、報(bào)告、文獻(xiàn)翻譯（總結(jié)歸納本人的學(xué)習(xí)、科研、實(shí)習(xí)等成果，以及已掌握的前人資料，簡(jiǎn)述自己初步的學(xué)術(shù)見解） 查閱了許多國內(nèi)外文獻(xiàn)，也大致了解了油氣彈簧的結(jié)構(gòu)，工作原理，特征及分類，對(duì)于我自己而言，在設(shè)計(jì)一個(gè)油氣彈簧時(shí)，困難點(diǎn)應(yīng)該在于其數(shù)學(xué)模型的建立，這個(gè)要求我去掌握有關(guān)液壓傳動(dòng)方面的知識(shí)，雖然大三選修課學(xué)習(xí)過，但也只是點(diǎn)皮毛，要應(yīng)用到具體的設(shè)計(jì)上，還是得去借鑒其他文獻(xiàn)中的方法及過程。油氣彈簧相較于其他被動(dòng)彈簧，最大的特點(diǎn)在于其非線性的剛度及阻尼特性，而其特性又和它的結(jié)構(gòu)參數(shù)息息相關(guān)，因此，本次油氣彈簧的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)將油氣彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定好，再進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)，最后進(jìn)行特性仿真。 三、研究的內(nèi)容及可行性分析 主要研究?jī)?nèi)容 1. 在查閱關(guān)于油氣彈簧的國內(nèi)外研究資料的基礎(chǔ)上，介紹油氣彈簧的工作原理、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用領(lǐng)域。 2. 完成油氣彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選定。推導(dǎo)節(jié)流閥片的數(shù)學(xué)模型，利用該模型設(shè)計(jì)合理的節(jié)流閥片厚度，并設(shè)計(jì)合理的缸體、連接體、閥系的結(jié)構(gòu)形式，選取合理的密封圈和導(dǎo)向?qū)挾取? 3. 基于所建立的油氣彈簧數(shù)學(xué)模型完成油氣彈簧工作特性的仿真分析（剛度特性，阻尼特性，總輸出力特性）。 4. 建立四分之一車輛模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。 可行性分析 1. 客觀條件：關(guān)于油氣彈簧的設(shè)計(jì)，國內(nèi)外的學(xué)者已經(jīng)做出了大量的研究工作，通過在中國知網(wǎng)上的檢索，收集了大量的有關(guān)油氣彈簧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化的論文，對(duì)我的課題工作有了極大的借鑒意義。而且本學(xué)期的工作主要就是這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，故時(shí)間上也十分充裕。并且還有吳海東老師和司振立學(xué)長(zhǎng)的幫助。另外，學(xué)院實(shí)驗(yàn)室里也有許多油氣彈簧的實(shí)物，可以讓我更加具體切實(shí)的觀察和掌握油氣彈簧的結(jié)構(gòu)和工作原理。 2. 主觀條件：通過查閱其他學(xué)者的工作，我大概掌握了設(shè)計(jì)油氣彈簧的基本步驟及所需的基本知識(shí)，還有所需掌握的軟件技術(shù)（CATIA和MATLAB等）。這些在我前幾年的大學(xué)學(xué)習(xí)生活中都有所接觸，并不陌生。關(guān)于油氣彈簧的基本認(rèn)識(shí)也已掌握(其結(jié)構(gòu)，特征，原理，分類，發(fā)展歷史等)。目前對(duì)我來說，最大的難點(diǎn)在于對(duì)其數(shù)學(xué)模型的建立，這項(xiàng)工作需要有關(guān)工程熱力學(xué)和流體力學(xué)的知識(shí)，而這兩門學(xué)科的知識(shí)我雖已學(xué)習(xí)過，但距今相隔較遠(yuǎn)，所以有所遺忘，難免生疏，學(xué)習(xí)時(shí)有些吃力，但好在有其他論文對(duì)于這項(xiàng)建模工作的詳細(xì)論述，讓我可以借鑒學(xué)習(xí)，減輕了我的負(fù)擔(dān)。 四、論文擬解決的關(guān)鍵問題及難點(diǎn) 關(guān)鍵問題 1. 確定油氣彈簧的基本參數(shù)，完成關(guān)鍵元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如節(jié)流閥系設(shè)計(jì)、連接體的設(shè)計(jì)、導(dǎo)向?qū)挾鹊脑O(shè)計(jì)、密封元件的選取等。 2. 根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程、節(jié)流縫隙兩端壓差與流量關(guān)系及油氣彈簧的工作參數(shù)，建立油氣彈簧的數(shù)學(xué)模型。 3. 基于所建立的模型完成油氣彈簧工作特性的仿真分析，根據(jù)結(jié)果總結(jié)每個(gè)參數(shù)對(duì)工作特性的影響規(guī)律。 4. 建立四分之一車輛模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。 五、研究方法與技術(shù)路線(重點(diǎn)論述技術(shù)方案) 技術(shù)路線 查閱文獻(xiàn)資料 了解，工作原理，特征，分類發(fā)展歷史等 確定總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及各部分參數(shù) 上、下連接體，外缸體，活塞桿，浮動(dòng)活塞，活塞，節(jié)流閥系，導(dǎo)向蓋等 建立油氣彈簧理論數(shù)學(xué)模型 利用已建的數(shù)學(xué)模型，對(duì)其特性進(jìn)行仿真 彈性力模型 阻尼力模型 總輸出力模型 剛度特性 阻尼特性 總輸出力特性 利用已得到的彈簧特性，建立四分之一車輛模型，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析 六、論文的進(jìn)度安排 進(jìn)度安排 1.第七學(xué)期：完成文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告的撰寫； 2.第八學(xué)期第1-2周：進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)，參數(shù)計(jì)算、建模仿真； 3.第八學(xué)期第3-4周：方案設(shè)計(jì)、草圖繪制； 4.第八學(xué)期第5-11周：完成機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成CATIA三維模型的建立、CAD圖紙的繪制、電算說明書撰寫； 5.第八學(xué)期第12-13周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書撰寫； 6.第八學(xué)期第14周：論文評(píng)審、查重和答辯。 七、畢業(yè)設(shè)計(jì)研制報(bào)告或畢業(yè)論文撰寫提綱（初步） 初步提綱 第一章--緒論 第二章--油氣彈簧總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第三章--單氣室油氣彈簧理論模型建立 第四章--油氣彈簧的特性仿真分析 第五章--四分之一車輛模型動(dòng)力學(xué)分析 八、主要參考文獻(xiàn) [1] 孫文君．汽車油氣彈簧特性仿真研究[D]．遼寧：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2009. 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[26] 馮立陽，樂渭清. 油氣彈簧設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題[J].液壓與氣動(dòng).1996 (1) :6-8. 九、指導(dǎo)教師意見 簽名： 20 年 月 日 十、開題審查小組意見 （要求具體意見，對(duì)前7項(xiàng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)論：通過，不通過） 開題審查小組組長(zhǎng)簽名： 20 年 月 日 學(xué) 院 專業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱 合作導(dǎo)師 職稱 論文題目 某車油氣彈簧前懸架設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)綜述（主要包括國內(nèi)外現(xiàn)狀、研究方向、進(jìn)展情況、存在問題、參考文獻(xiàn)等）（5000字以上） （說明：文獻(xiàn)綜述是通過系統(tǒng)地查閱與所選課題相關(guān)的國內(nèi)外文獻(xiàn)，進(jìn)行搜集、整理、加工，從而撰寫的綜合性敘述和評(píng)價(jià)的文章。要體現(xiàn)“綜合性”、“描述性”、“評(píng)價(jià)性”的特征。主體部分的結(jié)構(gòu)包括該課題的“研究歷史”的回顧，“研究現(xiàn)狀”的對(duì)比，以及研究的“發(fā)展趨勢(shì)”） 前言 懸架系統(tǒng)對(duì)汽車的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性等性能都有非常重要的影響，是現(xiàn)代汽車的關(guān)鍵總成之一，因此合理選擇懸架設(shè)計(jì)方案、基于整車性能對(duì)懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配具有十分重要的意義。車輛懸架從結(jié)構(gòu)功能而言主要由彈性元件、減振裝置及相關(guān)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成。傳統(tǒng)的懸架形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，但是其空滿載車身高度變化幅度大，偏頻隨載荷而變【】，無法實(shí)現(xiàn)懸架參數(shù)與整車性能在不同承載狀態(tài)下的良好匹配，無法解決整車各個(gè)性能要求之間的矛盾。隨著車輛研究技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)車輛性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)形式懸架將逐漸被各種新型的懸架系統(tǒng)所取代【2】。 本文主要進(jìn)彈簧車用油氣彈簧的設(shè)計(jì)與分析的研究。油氣彈（Hydro- Pneumatic Spring）是油氣懸架的核心部件，是利用氣體的壓縮來儲(chǔ)存能量的彈性元件，是在膜式空氣彈簧的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。它采用金屬容器作為氣室，以惰性的氮?dú)庾鳛閺椥栽?，并在活塞和氣體之間有油液作為中間介質(zhì)。它擁有車輛所需理想的非線性彈性特性、良好的減振性能和比較完善的調(diào)節(jié)功能，通過油氣彈簧的設(shè)計(jì)可以滿足汽車所需的非線性彈性特性、減振性能，提高乘坐的舒適性。 油氣懸架將液壓和氣壓傳動(dòng)、控制技術(shù)與懸架技術(shù)融合在一起，是一種技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)良的車輛懸架，它克服了傳統(tǒng)懸架的上述缺點(diǎn)：其非線性特性可以實(shí)現(xiàn)車輛在不同承載狀況下的偏頻基本保持不變，從而使懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)與整車性能在不同承載狀態(tài)下都能達(dá)到良好的匹配，提高了整車的平順性；油氣懸架可以通過充油放油的方式實(shí)現(xiàn)車身的舉升與下降，改變車身離地間隙，從而提高整車的通過性；以車身傾角和懸架高度為控制信號(hào)，通過一定的解算方法求出各個(gè)油氣懸架充放油量，可以實(shí)現(xiàn)車載平臺(tái)的調(diào)平功能；將各輪油氣懸架通過油液管路進(jìn)行耦連可以改變整車的側(cè)傾及縱傾剛度，對(duì)車身姿態(tài)進(jìn)行控制，提高了車身姿態(tài)的穩(wěn)定性及行駛安全性。由于油氣懸架具有普通懸架所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展很快，在整車上的使用率也逐步提高【3】【4】。 油氣彈簧國內(nèi)外研究應(yīng)用狀況 國外應(yīng)用現(xiàn)狀 油氣彈簧自20世紀(jì)50年代美國WABCO公司首次提出，國外車輛領(lǐng)域?qū)W者對(duì)此作了大量的研究工作，對(duì)油氣彈簧的密封和阻尼調(diào)節(jié)等技術(shù)作了詳細(xì)的研究，提出了改善油氣彈簧減振特性、提高其密封性能和使用壽命的方法，另外在油氣彈簧的結(jié)構(gòu)研究方面，也取得了一定的成果。而油氣懸架開始于60年代后期，并首先應(yīng)用在賽車和轎車領(lǐng)域【5】。 20世紀(jì)70年代，油氣懸架以優(yōu)越的性能滿足了多數(shù)車輛的要求使它們的平順性和操穩(wěn)性得到了較大的提升。在技術(shù)方面，國外定性定量的研究工作比較全面，對(duì)于如何進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化如何影響油氣懸架的性能，都有較好的研究成果，但因?yàn)檫@是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，屬于企業(yè)的商業(yè)機(jī)密，因此很難得到這方面的相關(guān)資料，充其量不過是油氣懸架的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型、仿真及其仿真結(jié)果的試驗(yàn)驗(yàn)證等。70年代末，Moulton Development Ltd的A.E.Moultin和A.Best發(fā)明了集減振器與支撐彈簧于一體的油氣懸架系統(tǒng)，并于1979年進(jìn)行了油氣懸架的工程應(yīng)用和分析、注冊(cè)了“Hydragas”（油氣）商標(biāo)，并對(duì)油氣液體內(nèi)聯(lián)式懸架進(jìn)行了性能、質(zhì)量、成本和安裝方面的詳細(xì)研究分析，為油氣懸架研究的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[6]。1980年后，油氣懸架在德國和日本的重型車輛上得到了應(yīng)用并迅速發(fā)展[7].在軍用車輛方面有美國的AA7VA1兩棲裝甲戰(zhàn)車、法國的AMX-10RC輪式運(yùn)兵車、瑞士Piranha輪式坦克等；在工程及礦業(yè)車輛上有德國Liebberr公司的CXP系列和美國Grove公司的全路面起重機(jī)、日本Hitachi公司的輪式挖掘機(jī)、美國Cateroillar公司的TS-24B自行鏟運(yùn)車和瑞典Volvo公司的VME R190型礦用自卸車等；在賽車及轎車方面有法國雪鐵龍公司的Xantia系列轎車以及DS19和ID-19型賽車，并在一些特種車輛如導(dǎo)彈運(yùn)輸車、火箭發(fā)射車、衛(wèi)星運(yùn)輸車上也有應(yīng)用[8]。 國外研究現(xiàn)狀 1. 建立新型合理的油氣懸架的數(shù)學(xué)模型。 主要的研究思路是把具有非線性特性的彈性元件如懸架油缸和對(duì)非線性的影響因素如油液、高壓空氣的壓縮膨脹、非線性阻尼、剛度特性納入到數(shù)學(xué)模型中，使得理論懸架系統(tǒng)符合實(shí)際，成為非線性系統(tǒng)。目前建立油氣懸架的數(shù)學(xué)模型方法可以分為參數(shù)化和非參數(shù)化，比較早的有 Worden全面介紹了單筒式油氣懸架的參數(shù)化和非參數(shù)化建模方法，他指出應(yīng)用參數(shù)化方法建立的模型能夠比較精確地描述油氣懸架內(nèi)在狀態(tài)變化，適用于油氣懸架系統(tǒng)特性的研究，但這種方法的缺點(diǎn)是校驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、計(jì)算速度慢[9]；應(yīng)用非參數(shù)化方法建立模型時(shí)，對(duì)所研究的系統(tǒng)可以一無所知，只需要在函數(shù)空間中尋找一簇函數(shù)來逼近系統(tǒng)的特性，然后在某種最佳的準(zhǔn)則意義下計(jì)算出每個(gè)函數(shù)的系數(shù)即可，但非參數(shù)化模型一般建立在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)之上。兩者均有其局限性，國外學(xué)者試圖結(jié)合參數(shù)化和非參數(shù)化兩種建模方式實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣懸架數(shù)學(xué)模型的建模工作。由于各種建模和分析方法都有其自身的特點(diǎn)和局限性，因此，必須針對(duì)具體問題采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)系統(tǒng)進(jìn)行理論分析和參數(shù)識(shí)別。下面通過查閱文獻(xiàn)整理出一些比較有代表性的研究。Koenraad 根據(jù)油氣獨(dú)立懸架油缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提出利用有關(guān)物理定律建立油氣懸架油缸初始模型，然后通過試驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，建立油氣懸架的參數(shù)化數(shù)學(xué)模型[10]。Kwangjin Lee 建立了單缸單氣室油氣懸架的參數(shù)化模型，指出高速激勵(lì)時(shí)，油氣懸架內(nèi)氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是，孔口壓差過大引起液壓腔壓強(qiáng)低于液壓油的氣化壓強(qiáng)，并通過臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)比了不同溫度下的輸出力-位移曲線[11]。Frank 在綜合考慮氣體多變過程、孔口紊流出流方程、庫侖摩擦力、油液的可壓縮性和緩沖限位塊等非線性因素后，建立了油氣懸架的非線性數(shù)學(xué)模型，采用等效線性化方法對(duì)建立的油氣懸架數(shù)學(xué)模型進(jìn)行線性化，并找出影響油氣懸架系統(tǒng)性能的主要因素[12]。Rideout 對(duì)互連式油氣懸架系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)測(cè)試研究，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了互連式油氣懸架的線性模型、雙線性模型和慣性模型[13,14]。 Felez 提出了一種建立多軸汽車起重機(jī)的互連式油氣懸架模型的方法——功率鍵合圖法，指出在多軸起重機(jī)上油氣懸架相比傳統(tǒng)懸架具有諸多優(yōu)勢(shì)，并且互連式結(jié)構(gòu)優(yōu)于獨(dú)立結(jié)構(gòu)的油氣懸架系統(tǒng)[15]。Yousefi 提出一種通過低階近似的方法對(duì)油氣懸架非線性模型進(jìn)行線性化處理的方法，通過設(shè)計(jì)一個(gè)包括模型特征參數(shù)的狀態(tài)空間，使得狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)的近似值均達(dá)到最小[16]。 2. 新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的開發(fā)和主動(dòng)控制策略的研究。 新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的開發(fā)，主要是對(duì)半主動(dòng)和主動(dòng)油氣懸架的開發(fā)應(yīng)用。利用油氣懸架變阻尼相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，調(diào)節(jié)阻尼實(shí)現(xiàn)懸架的半主動(dòng)和主動(dòng)控制。半主動(dòng)控制的原理主要是控制單元對(duì)各類傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行處理，再通過調(diào)節(jié)阻尼閥口大小，改變油缸和蓄能器之間的阻尼力，實(shí)現(xiàn)懸架輸出力半主動(dòng)控制。主動(dòng)懸架則需要另加動(dòng)力元件如液壓油泵等，油液通過伺服閥再進(jìn)入液壓缸，實(shí)時(shí)控制懸架輸出力。 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀 國內(nèi)研究人員對(duì)油氣懸架的研究起步比較晚，從20世紀(jì)80年代，國內(nèi)研究人員才開始關(guān)注油氣懸架。1984年上海重型汽車制造廠率先將油氣懸架應(yīng)用到該廠的兩種型號(hào)的礦用自卸車上【17】 但由于其可靠性和密封性方面的問題，沒能得到廣泛應(yīng)用。此后，湘潭電機(jī)有限公司對(duì)不同噸位礦用自卸車引進(jìn)國外油氣懸架，進(jìn)行了一定程度的技術(shù)消化，促進(jìn)了我國國內(nèi)油氣懸架技術(shù)的推廣應(yīng)用。徐州工程機(jī)械集團(tuán)有限公司于 1992 年、湖南浦沅工程機(jī)械廠于 1994 年，先后從德國利勃海爾公司引進(jìn)了 LTM1025、LTM1032 和 LTM1050 型全地面起重機(jī)，促進(jìn)了油氣懸架技術(shù)的推廣和應(yīng)用；近年來，油氣懸架技術(shù)在軍用車輛領(lǐng)域的研究投入不斷加大，促使了油氣懸架技術(shù)的迅速發(fā)展，已有許多裝有油氣懸架的軍用車輛試制、試驗(yàn)，但由于可靠性、經(jīng)濟(jì)性方面的原因，離量產(chǎn)還有一段距離。 總體來說，國內(nèi)油氣懸架方面的研究多集中在計(jì)算機(jī)仿真、國外產(chǎn)品分析、原理介紹、臺(tái)架試驗(yàn)和原理樣機(jī)的研制上，目前還沒有形成一套切實(shí)有效的方法和理論去指導(dǎo)油氣懸架的設(shè)計(jì)和研發(fā)，離國外的油氣懸架技術(shù)還有一定的差距。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 最早進(jìn)行油氣彈簧研究的是武漢水運(yùn)工程學(xué)院陶又同教授，他用示功圖法辨識(shí)了油氣彈簧模型[18]； 1994年孫求理單獨(dú)對(duì)單氣室油氣懸架進(jìn)行理論研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)【19】。同年，高凌風(fēng)探討了互聯(lián)式油氣懸架剛度對(duì)車輛振動(dòng)響應(yīng)的影響【20】。1998年趙春明以某起重機(jī)為研究對(duì)象，使用功率鍵合圖法對(duì)油氣懸架系統(tǒng)在路面不平度激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng)特性進(jìn)行分析與研究【21】。2000年吳仁智建立了包含油液可壓縮性等非線性因素的油氣懸架數(shù)學(xué)模型【22】。2001年，河北工業(yè)大學(xué)馬國清碩士用Matlab/Simulink搭建了油氣懸架系統(tǒng)1/4車輛模型，分析了油氣懸掛系統(tǒng)的阻尼特性和剛度特性，預(yù)測(cè)了懸架參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)阻尼特性和剛度特性的影響[23]。2002年曹樹平建立了考慮摩擦的油氣懸架模型，并對(duì)其油氣懸架剛度和阻尼非線性進(jìn)行了分析與研究【24】。2004年上海交通大學(xué)汽車研究所的鄒游等人對(duì)單氣室油氣懸架的非線性剛度進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，并使用兩自由度的車輛振動(dòng)模型對(duì)油氣懸架的平順性進(jìn)行仿真分析[25]；另外上海交通大學(xué)的莊德軍博士對(duì)油氣懸架從數(shù)學(xué)建模到驗(yàn)證，使用魯棒性控制建立了主動(dòng)油氣懸架的模型，并對(duì)車輛的側(cè)向及垂向性能進(jìn)行了研究[26]；2005年，周德成采用了實(shí)際氣體狀態(tài)方程來建立油氣懸架彈性力模型，通過臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，并研究了油氣懸架缸摩擦力對(duì)輸出特性的影響[27]。同年，，王智明基于分形理論，對(duì) SGA3550 型礦用汽車油氣懸架的輸出力特性進(jìn)行了研究[28]。2008年郭孔輝院士結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和虛擬仿真結(jié)果，驗(yàn)證了油氣消扭懸架的可靠性【29】。2009年燕山大學(xué)甄龍信考慮油氣懸架的密封性以及摩擦等非線性因素，完善了油氣懸架的非線性數(shù)學(xué)模型，并通過軟件仿真分析修正了所建立的油氣懸架振動(dòng)模型，驗(yàn)證了油氣懸架振動(dòng)模型的準(zhǔn)確性【30】。北京理工大學(xué)楊杰等人對(duì)油氣懸架的具體閥件進(jìn)行了分析，從仿真結(jié)果詳細(xì)闡述了閥件參數(shù)對(duì)懸架阻尼的影響[31]；吉林大學(xué)借助于國家汽車重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)郭孔輝院士發(fā)明的油氣懸架進(jìn)行了詳細(xì)分析，從理論到試驗(yàn)，比較全面的研究了新油氣懸架的特性[32-35]；北京理工大學(xué)趙玉壯博士在其博士論文中非常詳細(xì)的對(duì)油氣懸架非線性部件進(jìn)行了具體的數(shù)學(xué)建模和分析，并對(duì)阻尼控制技術(shù)在油氣懸架上的應(yīng)用進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)[36]。北京理工大學(xué)張軍偉針對(duì)多支路油氣懸架進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，利用分?jǐn)?shù)階理論建立了油氣懸架數(shù)學(xué)模型，并對(duì)多支路油氣懸架存在的剛度阻尼耦合性和非一致性進(jìn)行了深入的研究[37]。同年，劉剛在其博士論文中提出一套互聯(lián)式油氣懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，仿真分析了該系統(tǒng)剛度、阻尼特性，并在此基礎(chǔ)上對(duì)四軸車輛進(jìn)行了操穩(wěn)性和平順性仿真和實(shí)車試驗(yàn)，驗(yàn)證了該套系統(tǒng)方案的可行性[38]。 國內(nèi)學(xué)者對(duì)油氣懸架的研究主要集中在以下五個(gè)方面： 1. 油氣懸架設(shè)計(jì)基本理論的研究: 國內(nèi)研究人員對(duì)這方面研究比較多，主要集中在對(duì)油氣懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼非線性化定性研究以及整車行駛的平順性評(píng)價(jià)方法研究，其中包括：利用油氣彈簧運(yùn)動(dòng)速度、油液流量、阻尼孔大小之間的關(guān)系，建立油氣懸架阻尼特性分段函數(shù)數(shù)學(xué)模型等 2. 特定車輛的油氣懸架系統(tǒng)仿真以及應(yīng)用: 國內(nèi)一些高校都在不斷完善自己的油氣懸架模型，并通過仿真分析和試驗(yàn)分析的方式對(duì)其進(jìn)行修正，以達(dá)到更理想的效果。但相比較國外同類產(chǎn)品的性能，包括平順性、可靠性等都還有較大的差距，而且采用半主動(dòng)、主動(dòng)控制的產(chǎn)品很少。 3. 新型結(jié)構(gòu)形式的油氣懸架的研究: 目前國內(nèi)還尚未形成一套簡(jiǎn)單易行、切實(shí)可靠的方法和理論去指導(dǎo)油氣懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，仍還處于國外樣機(jī)類比、參考設(shè)計(jì)，試驗(yàn)修改階段。由于油氣懸架試驗(yàn)研究的投資巨大，而且目前國內(nèi)在油氣彈簧試驗(yàn)方面的投入較少，資金也比較分散。因此，當(dāng)前要形成一套完整的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是比較困難的。而優(yōu)化設(shè)計(jì)只需要正確的油氣懸架系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以車輛的性能力目標(biāo)，通過適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化算法便可求得油氣彈簧的參數(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法來說，開展油氣懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。 4. 油氣彈簧閥系參數(shù)解析優(yōu)化設(shè)計(jì)及CAD軟件開發(fā)研究 油氣懸架的特性主要是由油氣彈簧的節(jié)流閥參數(shù)所決定的，即油氣彈簧的節(jié)流閥參數(shù)決定和影響油氣懸架的非線性阻尼特性，影響車輛的減振效果。目前，山東理工大學(xué)利用所建立的油氣懸架設(shè)計(jì)基本理論，根據(jù)油氣懸架所要求的最佳阻尼特性，利用油氣懸架開閥速度點(diǎn)以及油氣彈簧速度、液壓油液流量、節(jié)流壓力和閥片變形之間的關(guān)系，建立了油氣彈簧節(jié)流閥參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型和黃金分割優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了油氣彈簧節(jié)流閥參數(shù)解析設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)所建立油氣彈簧節(jié)流閥參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型和黃金分割優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，利用AutoCAD開發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)和VC++編程工具軟件，開發(fā)了油氣彈簧節(jié)流閥參數(shù)CAD軟件，實(shí)現(xiàn)了油氣懸架現(xiàn)代化CAD設(shè)計(jì)。 5. 利用對(duì)油氣彈簧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)反求油氣彈黌的參數(shù)。 通過試驗(yàn)的手段得出最能真實(shí)、準(zhǔn)確反映油氣彈簧特性的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)反求，目前，國內(nèi)主要對(duì)節(jié)流閥參數(shù)進(jìn)行反求。 油氣彈簧的應(yīng)用領(lǐng)域 油氣彈簧目前主要用于一些軍事車輛、高級(jí)轎車、豪華客車、重型載貨汽車及工程車輛中。 1. 軍事車輛。油氣懸架具有良好特性，因此廣泛應(yīng)用于軍事車輛中，例如，意大利生產(chǎn)的“半人馬座”輪式裝甲車、法國生產(chǎn)的AMX-10RC輪式輸送車、瑞士生產(chǎn)的“鋸脂鋰”輪式坦克等。 2. 全路面汽車起重機(jī)。如德國利勃海爾公司生產(chǎn)的LTM系列起重機(jī)、美國格魯夫公司生產(chǎn)的AT系列起重機(jī)、日本鋼鐵株式會(huì)社生產(chǎn)的RK系列起重機(jī)、徐州重型機(jī)械廠生產(chǎn)的QAY25起重機(jī)。 3. 鏟運(yùn)機(jī)械。如美國卡特彼勒公司生產(chǎn)的TS-24B自行鏟運(yùn)機(jī)。 4. 輪式挖掘機(jī)。如日本日立建筑機(jī)械有限公司生產(chǎn)的10噸輪式挖掘機(jī)。 5. 礦用自卸車。如美國卡特彼勒公司生產(chǎn)的CAT789自卸車、沃爾沃公司生產(chǎn)的VMER90自卸車、上海重型汽車制造廠生產(chǎn)的SH380、SH382自卸車。 油氣彈簧的特征 油氣彈簧懸架與其他種類懸架比較，具有的優(yōu)點(diǎn)： 1） 非線性剛度；2）非線性阻尼；3）車身高度自由調(diào)節(jié)；4）剛性閉鎖；5）改善車輛運(yùn)動(dòng)性能；6）單位儲(chǔ)能比大。 油氣彈簧懸架具有以上優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在許多不足之處： (1)剛度的非線性和阻尼的非線性，決定了油氣懸架是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，大大增加了其建模及 動(dòng)態(tài)特性研究的難度；(2)需要額外的一套供油裝置,如油泵、控制閥等；(3)系統(tǒng)復(fù)雜，維修維護(hù)難度大，且需要專門的配套設(shè)備；(4)密封要求較高，易出現(xiàn)泄漏；(5)成本高，經(jīng)濟(jì)性不好。 國內(nèi)亟待解決的問題 從油氣懸架的發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，國外已經(jīng)到達(dá)應(yīng)用階段，而國內(nèi)還處于理論研究，試驗(yàn)修正階段，差距很大，需要做如下幾方面的努力 (1) 系統(tǒng)性、基礎(chǔ)性研究。這需要增加研究、開發(fā)經(jīng)費(fèi)，引進(jìn)和設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)備。高?？梢越柚髽I(yè)試驗(yàn)平臺(tái)，既進(jìn)行了油氣懸架理論研究、仿真分析，同時(shí)又研究了油氣懸架具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)出獨(dú)立自主的油氣懸架產(chǎn)品。? (2) 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究。研究油氣懸架的剛度特性、阻尼特性、頻率特性定性定量說明，懸架減振效果的定性定量說明等。? (3) 規(guī)范研究設(shè)計(jì)規(guī)則。由于油氣懸架系統(tǒng)性、基礎(chǔ)性研究已經(jīng)逐步加強(qiáng)，理論研究、實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合模式也在不斷的深入，所以需要建立一套通用的油氣懸架設(shè)計(jì)規(guī)則，使對(duì)油氣懸架的研究設(shè)計(jì)更加規(guī)范化、系列化。? (4) 研制、開發(fā)整車和多橋油氣懸架系統(tǒng)虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)懸架系統(tǒng)的參數(shù)化、可視化設(shè)計(jì)，并針對(duì)油氣懸架系統(tǒng)開發(fā)專門的計(jì)算機(jī)仿真軟件。 (5) 從被動(dòng)懸架技術(shù)向半主動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架技術(shù)發(fā)展，選擇微處理器系統(tǒng)，采用電子自動(dòng)化控制，最終實(shí)現(xiàn)油氣懸架的主動(dòng)化自適應(yīng)智能控制系統(tǒng)。油氣懸架系統(tǒng)是一種新型的油氣懸架系統(tǒng)以現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)為依據(jù)，結(jié)構(gòu)和性能在逐漸地改進(jìn)和完善。油氣懸架系統(tǒng)在國內(nèi)車輛底盤技術(shù)上的需求也在不斷地增大，應(yīng)用前景非常廣闊。 (6) 油氣懸架的優(yōu)化設(shè)計(jì)。不單純是油氣懸架參數(shù)的優(yōu)化，還應(yīng)該包括不同的油氣懸架結(jié)構(gòu)性能差異的對(duì)比以及對(duì)車輛各種性能的影響，并在設(shè)計(jì)油氣懸架是將優(yōu)化結(jié)果納入其中，從而大幅度提高車輛性能。 因此，油氣懸架進(jìn)一步發(fā)展的方向是，建立準(zhǔn)確的模型，在對(duì)懸架系統(tǒng)性能、懸架剛度特性和阻尼特性定性定量分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合微處理器技術(shù)，提出有效的控制算法，進(jìn)一步提升懸架性能和改善整車性能。 參考文獻(xiàn) 1) 郭孔輝.懸架設(shè)計(jì)[C].郭孔輝院士論文集.長(zhǎng)春:吉林大學(xué)出版社,2005.6:33-100. 2) 王望予.汽車設(shè)計(jì)(第4版)[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2004: 209-212. 3) 吳仁智.油氣懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模仿真和試驗(yàn)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2000. 4) 陳禹行.油氣耦連懸架系統(tǒng)的建模與仿真分析[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2009.. 5) 仝軍令、李威、管連俊、王愛兵.礦用車輛懸架系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].煤礦機(jī)械,2000,(12). 6) Emura J, Karlzaki S, et al. 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