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油气 弹簧 悬架 设计 16 CAD 图纸 PDF

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学 院专业学生姓名（教）学号指导教师职称合作导师职称论文题目某车油气弹簧前悬架设计一、课题研究的背景和意义（综述国内外相关研究现状，阐述课题的研究目的、意义）研究背景及意义汽车悬架是指汽车的车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称。车辆悬架除了应保证车轮的精确导向、转向之外，还要能隔离路面噪声，避免车轮滚动产生的噪声传到车身。由于车轮接地点处的力（力矩）都是通过车辆悬架传递到车身的，无论汽车处于何种状态（起步、行驶、上下坡道、转弯、制动等），悬架都起着极为重要的作用（支撑车身、抑制车身的垂直振动、俯仰及倾侧等），其性能的优劣直接关联着汽车的平顺性、稳定性甚至是行车安全。所以在任何车辆中，悬架都是汽车底盘非常重要的部件之一。汽车的行驶平顺性和操纵稳定性对车辆悬架的要求是冲突的、相互矛盾的。要提高行驶平顺性，车辆悬架必须匹配“软”的弹簧和小阻尼的减震器，但是这样悬架动行程会增加，抗俯仰和倾侧的能力降低，会极大影响操纵稳定性；而想要提高操纵稳定性，就得使用“硬”弹簧及与之相匹配的大阻尼减震器来限制车身姿态的变化，这又会使车身振动加剧，影响乘坐的舒适感。因此只有综合考虑这两个矛盾的因素，才能提高汽车悬架的整体性能。本文主要进弹簧车用油气弹簧的设计与分析的研究。油气弹（Hydro-Pneumatic Spring）是油气悬架的核心部件，是利用气体的压缩来储存能量的弹性元件，是在膜式空气弹簧的基础上发展出来的。它采用金属容器作为气室，以惰性的氮气作为弹性元件，并在活塞和气体之间有油液作为中间介质。它拥有车辆所需理想的非线性弹性特性、良好的减振性能和比较完善的调节功能，通过油气弹簧的设计可以满足汽车所需的非线性弹性特性、减振性能，提高乘坐的舒适性。油气悬架不仅能够满足汽车行驶的平顺性和操纵性，而且可以通过调节车身高度提高汽车的道路通过性，另外相较于其他新型悬架，油气悬架的性价比更高。在国内，油气悬架还处于研究阶段，但在欧美一些发达国家使用主动油气悬架作为车辆悬架系统已经初步得到了实际应用。由于国内引进油气悬架的时间较晚（20 世纪 90 年代），自主研发的产品性能与国外同类产品相比，还存在较大差距，不管是油气悬架的设计阶段还是应用过程，都未形成系统的知识技术链，因此对油气悬架系统的研究以及完善其在应用方面的技术很有必要。经过广泛的市场调研，国内民用市场对油气弹簧的需求量很大，需求量远大于供应量。很多企业和科研院所都对其产生了浓厚的兴趣，但由于国外对核心技术的封锁，国内在自主研发方面的整体实力还比较薄弱，使得目前没有真正意义上的高质量成熟产品能够批量供货，同时昂贵的价格也使大多企业“望而却步”，此外，国外企业不断进入中国市场，希望在中国市场占有一席之地，使得市场蕴涵着巨大的机遇与挑战，为了保护国内市场不被国外企业占据，对油气弹簧的工作性能进行深入系统地研究，并研制出性能优越、价格合理的产品是当前的首要任务，在此基础上，保护领国内市场，创造民族品牌，加快我国汽车行业的发展速度，增强自主研发实力。国外研究现状当前国外专家学者对油气悬架的研究主要集中在个方面：1. 建立新型合理的油气悬架的数学模型。主要的研究思路是把具有非线性特性的弹性元件如悬架油缸和对非线性的影响因素如油液、高压空气的压缩膨胀、非线性阻尼、刚度特性纳入到数学模型中，使得理论悬架系统符合实际，成为非线性系统。目前建立油气悬架的数学模型方法可以分为参数化和非参数化，因为参数化模型能比较好的描述系统内部工作状态，而且每个参数又有非常明确的物理意义，有益于油气悬架非线性特性的研究，相对于非参数化设计具有一定的优势。两者均有其局限性，国外学者试图结合参数化和非参数化两种建模方式实现对油气悬架数学模型的建模工作。2. 新型结构形式的油气悬架的开发和主动控制策略的研究。新型结构形式的油气悬架的开发，主要是对半主动和主动油气悬架的开发应用。利用油气悬架变阻尼相对简单的优势，调节阻尼实现悬架的半主动和主动控制。半主动控制的原理主要是控制单元对各类传感器采集的信号进行处理，再通过调节阻尼阀口大小，改变油缸和蓄能器之间的阻尼力，实现悬架输出力半主动控制。主动悬架则需要另加动力元件如液压油泵等，油液通过伺服阀再进入液压缸，实时控制悬架输出力。国内研究现状20世纪80年代，油气弹簧引起了国内研宄人员的关注意。进入到年代，国内的一些大型国有企业引进了装有油气弹簧的车辆，这一事件翻开了国内油气弹黉研究高潮的第一页，随后，国内的高等院校也加入了科研队伍。目前，该技术在国内的研究主要包括如下几个方面：1. 基本的设计理论研宄。基于车辆的类型、性能、参数及油气弹簧内、外部的工作环境等因素，研究人员完成油气弹簧最佳阻尼匹配特性、油液节流损失性能、阀片应力、应变特性及阻尼、刚度等特性的研究，得出油气弹黃的工作特性的变化规律，为我国自主研发提供重要的科研资料。2. 油气弹簧特性仿真及相关软件开发的研宄。国内研究人员在该方面进行了大量的研宄工作，主要对油气弹簧的工作特性进行仿真模型建立及定性分析，应用相关软件进行仿真，如：中的模块、编程软件，经过科研工作人员的不懈努力，在该方面取得了突出的成绩，并且在各大高校的相关科研工作也开展的如火如荼，如：吉林大学、北京理工大学、山东理工大学等。3. 特定车型才需使用的油气弹賛研究。该方面目前还处于研究阶段，主要是利用软件完成油气弹簧机械模型的建立，并纳入液压系统，完成油气弹簧的特性分析。4. 油气弹簧的新型结构形式的研发。如图1所示为某种刚度可控的油气弹簧模型，在结构上它拥有两个储气室，工作时根据采集的汽车和油气弹簧的相关信号，控制幵关阀的工作状态，实现刚度随车身状态的变化而变化的功能。5. 利用对油气弹簧进行实验所得出的数据反求油气弹黉的参数。通过试验的手段得出最能真实、准确反映油气弹簧特性的数据，在此基础上，对结构参数进行参数反求，目前，国内主要对节流阀参数进行反求。图 1二、课题研究已有的工作基础，附证书、报告、文献翻译（总结归纳本人的学习、科研、实习等成果，以及已掌握的前人资料，简述自己初步的学术见解）查阅了许多国内外文献，也大致了解了油气弹簧的结构，工作原理，特征及分类，对于我自己而言，在设计一个油气弹簧时，困难点应该在于其数学模型的建立，这个要求我去掌握有关液压传动方面的知识，虽然大三选修课学习过，但也只是点皮毛，要应用到具体的设计上，还是得去借鉴其他文献中的方法及过程。油气弹簧相较于其他被动弹簧，最大的特点在于其非线性的刚度及阻尼特性，而其特性又和它的结构参数息息相关，因此，本次油气弹簧的设计，首先应将油气弹簧的结构参数确定好，再进行数学模型的推导，最后进行特性仿真。三、研究的内容及可行性分析 主要研究内容1. 在查阅关于油气弹簧的国内外研究资料的基础上，介绍油气弹簧的工作原理、国内外研究现状及其应用领域。2. 完成油气弹簧的结构设计及参数选定。推导节流阀片的数学模型，利用该模型设计合理的节流阀片厚度，并设计合理的缸体、连接体、阀系的结构形式，选取合理的密封圈和导向宽度。3. 基于所建立的油气弹簧数学模型完成油气弹簧工作特性的仿真分析（刚度特性，阻尼特性，总输出力特性）。4. 建立四分之一车辆模型进行动力学分析。可行性分析1. 客观条件：关于油气弹簧的设计，国内外的学者已经做出了大量的研究工作，通过在中国知网上的检索，收集了大量的有关油气弹簧的结构设计与参数优化的论文，对我的课题工作有了极大的借鉴意义。而且本学期的工作主要就是这个毕业设计，故时间上也十分充裕。并且还有吴海东老师和司振立学长的帮助。另外，学院实验室里也有许多油气弹簧的实物，可以让我更加具体切实的观察和掌握油气弹簧的结构和工作原理。2. 主观条件：通过查阅其他学者的工作，我大概掌握了设计油气弹簧的基本步骤及所需的基本知识，还有所需掌握的软件技术（CATIA和MATLAB等）。这些在我前几年的大学学习生活中都有所接触，并不陌生。关于油气弹簧的基本认识也已掌握(其结构，特征，原理，分类，发展历史等)。目前对我来说，最大的难点在于对其数学模型的建立，这项工作需要有关工程热力学和流体力学的知识，而这两门学科的知识我虽已学习过，但距今相隔较远，所以有所遗忘，难免生疏，学习时有些吃力，但好在有其他论文对于这项建模工作的详细论述，让我可以借鉴学习，减轻了我的负担。四、论文拟解决的关键问题及难点关键问题1. 确定油气弹簧的基本参数，完成关键元件的结构设计，如节流阀系设计、连接体的设计、导向宽度的设计、密封元件的选取等。2. 根据理想气体的状态方程、节流缝隙两端压差与流量关系及油气弹簧的工作参数，建立油气弹簧的数学模型。3. 基于所建立的模型完成油气弹簧工作特性的仿真分析，根据结果总结每个参数对工作特性的影响规律。4. 建立四分之一车辆模型进行动力学分析。五、研究方法与技术路线(重点论述技术方案)技术路线查阅文献资料了解，工作原理，特征，分类发展历史等确定总体结构设计及各部分参数上、下连接体，外缸体，活塞杆，浮动活塞，活塞，节流阀系，导向盖等建立油气弹簧理论数学模型利用已建的数学模型，对其特性进行仿真弹性力模型阻尼力模型总输出力模型刚度特性阻尼特性总输出力特性利用已得到的弹簧特性，建立四分之一车辆模型，进行动力学分析六、论文的进度安排进度安排1.第七学期：完成文献翻译、文献综述、开题报告的撰写；2.第八学期第1-2周：进行参观实习，参数计算、建模仿真；3.第八学期第3-4周：方案设计、草图绘制；4.第八学期第5-11周：完成机械系统的结构设计，完成CATIA三维模型的建立、CAD图纸的绘制、电算说明书撰写；5.第八学期第12-13周：完成毕业设计说明书撰写；6.第八学期第14周：论文评审、查重和答辩。七、毕业设计研制报告或毕业论文撰写提纲（初步）初步提纲第一章-绪论第二章-油气弹簧总体结构设计第三章-单气室油气弹簧理论模型建立第四章-油气弹簧的特性仿真分析第五章-四分之一车辆模型动力学分析八、主要参考文献1 孙文君汽车油气弹簧特性仿真研究D辽宁：辽宁工程技术大学，2009.2 孙建民油气悬架的应用及关键技术评述J煤矿机械，2007，28(4)：8-ll.3 赵以强，周长城，赵雷雷油气弹簧多片叠加节流阀片与开阀压力研究J农业装备与车辆工程2009，10：006.4 刘志强车辆油气悬挂系统动力学研究D哈尔滨：哈尔滨工程大学，2011.5 王洪艺.车用油气弹簧设计、仿真与分析D.长春：长春理工大学，2014.6 张军伟. 多轴重型车辆互连式油气悬架系统特性研究D.北京：北京理工大学，2015.7 邹游，喻凡，孙涛.非线性油气悬架的平顺性仿真研究J.计算机仿真，2004, 21(10): 157-159.8 张林. 基于平顺性的油气悬架优化设计D.湖南：湖南理工大学，2013.9 赵玉壮. 油气悬架非线性特性及其阻尼控制策略研究D北京：北京理工大学，2011.10 胡久强.大客车空气悬架的设计匹配与仿真研究D.四川：西南交通大学，2012.11 周长城.车辆悬架设计及理论M.北京，北京大学出版社，2011.8.12 Worden K, Tomlinson G R. Parametric and nonparametric identification of automotive shock absorber C. Proc of the 10th Int. Modal Analysis Conf, California, 1992.13 Koenraad R. A nonlinear parametric model of an automotive shock absorber J. SAE940869.14 Geoff R, Ronald J A. Experimental testing and mathematical modeling of interconnected hydragas suspension system J. SAE2003010312.15 Felez J, Vera C. Bond graph assisted models for hydro-pneumatic suspensions in crane vehicles J. Vehicle System Dynamics, 1987, 16(5-6), 313-33216 Yousefi A, Boris S. Order reduction of nonlinear hydro-pneumatic vehicle suspensionC. Proceedings of the 2006 IEEE International Conference on Control Applications, Munich, 2006, 1404-1408.17 K Yabuta, K Hidaka, N Fukushima. Effects of suspension on vehicle riding comfort J.Vehicle System Dynamics, 1981, (10): 85-88.18 S.V.Gorabal,S.N.Kurbet,K.K.Appukuttan. Design and Evaluation of Hydro-Pneumatic Friction Damper Suspension SystemJ. International Journal of Manufacturing, Materials, and Mechanical Engineering,2011,65-74.19 N. Eslaminasab,M.F. Golnaraghi. Vibration control schemes of semi-active hydro-pneumatic dampers for military vehicle suspensionC. International Mechanical Engineering Congress and Exposition,2006.20 Mingming DONG, Hua HUANG, Lian GU. Design of damping valve for vehicle hydro-pneumatic suspensionJ.Higher Education Press and Springer-Verlag ,2008.21 提艳. 用于工程车辆的油气弹簧悬架的研究综述J.汽车实用技术：2017. 1671-7988 (2017)12-15-03.22 周长城,刘瑞军,赵以强. 油气弹簧叠加阀片设计方法及对节流缝隙影响N.兵工学报，2009，30(4)：461-466.23 周桂凤，王玉刚，张东梅. 汽车悬架系统弹性元件的参数程序化设计J.机电工程技术，2012，41（01）：52-56.24 周长城，顾亮，王丽. 节流阀片弯曲变形与变形系数N.北京理工大学学报，2006，26（07）：581-584.25 戴清桥. 油气弹簧及其悬架系统的特性研究D.武汉：华中科技大学，2003.26 冯立阳，乐渭清. 油气弹簧设计中的几个关键问题J.液压与气动.1996 (1) :6-8. 九、指导教师意见签名： 20 年 月 日十、开题审查小组意见（要求具体意见，对前7项进行评价，结论：通过，不通过） 开题审查小组组长签名： 20 年 月 日学 院专业学生姓名学号指导教师职称合作导师职称论文题目某车油气弹簧前悬架设计文献综述（主要包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考文献等）（5000字以上）（说明：文献综述是通过系统地查阅与所选课题相关的国内外文献，进行搜集、整理、加工，从而撰写的综合性叙述和评价的文章。要体现“综合性”、“描述性”、“评价性”的特征。主体部分的结构包括该课题的“研究历史”的回顾，“研究现状”的对比，以及研究的“发展趋势”）前言悬架系统对汽车的行驶平顺性、操纵稳定性等性能都有非常重要的影响，是现代汽车的关键总成之一，因此合理选择悬架设计方案、基于整车性能对悬架结构参数进行优化匹配具有十分重要的意义。车辆悬架从结构功能而言主要由弹性元件、减振装置及相关的导向机构组成。传统的悬架形式结构简单、可靠性高，但是其空满载车身高度变化幅度大，偏频随载荷而变【】，无法实现悬架参数与整车性能在不同承载状态下的良好匹配，无法解决整车各个性能要求之间的矛盾。随着车辆研究技术的不断发展和人们对车辆性能要求的不断提高，传统形式悬架将逐渐被各种新型的悬架系统所取代【2】。本文主要进弹簧车用油气弹簧的设计与分析的研究。油气弹（Hydro-Pneumatic Spring）是油气悬架的核心部件，是利用气体的压缩来储存能量的弹性元件，是在膜式空气弹簧的基础上发展出来的。它采用金属容器作为气室，以惰性的氮气作为弹性元件，并在活塞和气体之间有油液作为中间介质。它拥有车辆所需理想的非线性弹性特性、良好的减振性能和比较完善的调节功能，通过油气弹簧的设计可以满足汽车所需的非线性弹性特性、减振性能，提高乘坐的舒适性。油气悬架将液压和气压传动、控制技术与悬架技术融合在一起，是一种技术先进、性能优良的车辆悬架，它克服了传统悬架的上述缺点：其非线性特性可以实现车辆在不同承载状况下的偏频基本保持不变，从而使悬架结构参数与整车性能在不同承载状态下都能达到良好的匹配，提高了整车的平顺性；油气悬架可以通过充油放油的方式实现车身的举升与下降，改变车身离地间隙，从而提高整车的通过性；以车身倾角和悬架高度为控制信号，通过一定的解算方法求出各个油气悬架充放油量，可以实现车载平台的调平功能；将各轮油气悬架通过油液管路进行耦连可以改变整车的侧倾及纵倾刚度，对车身姿态进行控制，提高了车身姿态的稳定性及行驶安全性。由于油气悬架具有普通悬架所无法比拟的优点，近年来发展很快，在整车上的使用率也逐步提高【3】【4】。油气弹簧国内外研究应用状况国外应用现状油气弹簧自20世纪50年代美国WABCO公司首次提出，国外车辆领域学者对此作了大量的研究工作，对油气弹簧的密封和阻尼调节等技术作了详细的研究，提出了改善油气弹簧减振特性、提高其密封性能和使用寿命的方法，另外在油气弹簧的结构研究方面，也取得了一定的成果。而油气悬架开始于60年代后期，并首先应用在赛车和轿车领域【5】。20世纪70年代，油气悬架以优越的性能满足了多数车辆的要求使它们的平顺性和操稳性得到了较大的提升。在技术方面，国外定性定量的研究工作比较全面，对于如何进行产品结构参数的优化设计以及结构参数的变化如何影响油气悬架的性能，都有较好的研究成果，但因为这是结构设计的关键，属于企业的商业机密，因此很难得到这方面的相关资料，充其量不过是油气悬架的简化数学模型、仿真及其仿真结果的试验验证等。70年代末，Moulton Development Ltd的A.E.Moultin和A.Best发明了集减振器与支撑弹簧于一体的油气悬架系统，并于1979年进行了油气悬架的工程应用和分析、注册了“Hydragas”（油气）商标，并对油气液体内联式悬架进行了性能、质量、成本和安装方面的详细研究分析，为油气悬架研究的发展奠定了基础6。1980年后，油气悬架在德国和日本的重型车辆上得到了应用并迅速发展7.在军用车辆方面有美国的AA7VA1两栖装甲战车、法国的AMX-10RC轮式运兵车、瑞士Piranha轮式坦克等；在工程及矿业车辆上有德国Liebberr公司的CXP系列和美国Grove公司的全路面起重机、日本Hitachi公司的轮式挖掘机、美国Cateroillar公司的TS-24B自行铲运车和瑞典Volvo公司的VME R190型矿用自卸车等；在赛车及轿车方面有法国雪铁龙公司的Xantia系列轿车以及DS19和ID-19型赛车，并在一些特种车辆如导弹运输车、火箭发射车、卫星运输车上也有应用8。国外研究现状1. 建立新型合理的油气悬架的数学模型。主要的研究思路是把具有非线性特性的弹性元件如悬架油缸和对非线性的影响因素如油液、高压空气的压缩膨胀、非线性阻尼、刚度特性纳入到数学模型中，使得理论悬架系统符合实际，成为非线性系统。目前建立油气悬架的数学模型方法可以分为参数化和非参数化，比较早的有 Worden全面介绍了单筒式油气悬架的参数化和非参数化建模方法，他指出应用参数化方法建立的模型能够比较精确地描述油气悬架内在状态变化，适用于油气悬架系统特性的研究，但这种方法的缺点是校验时间长、计算速度慢9；应用非参数化方法建立模型时，对所研究的系统可以一无所知，只需要在函数空间中寻找一簇函数来逼近系统的特性，然后在某种最佳的准则意义下计算出每个函数的系数即可，但非参数化模型一般建立在对系统进行大量试验研究的基础之上。两者均有其局限性，国外学者试图结合参数化和非参数化两种建模方式实现对油气悬架数学模型的建模工作。由于各种建模和分析方法都有其自身的特点和局限性，因此，必须针对具体问题采用适当的方法对系统进行理论分析和参数识别。下面通过查阅文献整理出一些比较有代表性的研究。Koenraad 根据油气独立悬架油缸的内部结构，提出利用有关物理定律建立油气悬架油缸初始模型，然后通过试验对模型进行参数识别，建立油气悬架的参数化数学模型10。Kwangjin Lee 建立了单缸单气室油气悬架的参数化模型，指出高速激励时，油气悬架内气穴现象产生的主要原因是，孔口压差过大引起液压腔压强低于液压油的气化压强，并通过台架试验对比了不同温度下的输出力-位移曲线11。Frank 在综合考虑气体多变过程、孔口紊流出流方程、库仑摩擦力、油液的可压缩性和缓冲限位块等非线性因素后，建立了油气悬架的非线性数学模型，采用等效线性化方法对建立的油气悬架数学模型进行线性化，并找出影响油气悬架系统性能的主要因素12。Rideout 对互连式油气悬架系统进行了动态测试研究，利用试验数据建立了互连式油气悬架的线性模型、双线性模型和惯性模型13,14。Felez 提出了一种建立多轴汽车起重机的互连式油气悬架模型的方法功率键合图法，指出在多轴起重机上油气悬架相比传统悬架具有诸多优势，并且互连式结构优于独立结构的油气悬架系统15。Yousefi 提出一种通过低阶近似的方法对油气悬架非线性模型进行线性化处理的方法，通过设计一个包括模型特征参数的状态空间，使得状态变量及其导数的近似值均达到最小16。2. 新型结构形式的油气悬架的开发和主动控制策略的研究。新型结构形式的油气悬架的开发，主要是对半主动和主动油气悬架的开发应用。利用油气悬架变阻尼相对简单的优势，调节阻尼实现悬架的半主动和主动控制。半主动控制的原理主要是控制单元对各类传感器采集的信号进行处理，再通过调节阻尼阀口大小，改变油缸和蓄能器之间的阻尼力，实现悬架输出力半主动控制。主动悬架则需要另加动力元件如液压油泵等，油液通过伺服阀再进入液压缸，实时控制悬架输出力。国内应用现状国内研究人员对油气悬架的研究起步比较晚，从20世纪80年代，国内研究人员才开始关注油气悬架。1984年上海重型汽车制造厂率先将油气悬架应用到该厂的两种型号的矿用自卸车上【17】 但由于其可靠性和密封性方面的问题，没能得到广泛应用。此后，湘潭电机有限公司对不同吨位矿用自卸车引进国外油气悬架，进行了一定程度的技术消化，促进了我国国内油气悬架技术的推广应用。徐州工程机械集团有限公司于 1992 年、湖南浦沅工程机械厂于 1994 年，先后从德国利勃海尔公司引进了 LTM1025、LTM1032 和 LTM1050 型全地面起重机，促进了油气悬架技术的推广和应用；近年来，油气悬架技术在军用车辆领域的研究投入不断加大，促使了油气悬架技术的迅速发展，已有许多装有油气悬架的军用车辆试制、试验，但由于可靠性、经济性方面的原因，离量产还有一段距离。总体来说，国内油气悬架方面的研究多集中在计算机仿真、国外产品分析、原理介绍、台架试验和原理样机的研制上，目前还没有形成一套切实有效的方法和理论去指导油气悬架的设计和研发，离国外的油气悬架技术还有一定的差距。 国内研究现状最早进行油气弹簧研究的是武汉水运工程学院陶又同教授，他用示功图法辨识了油气弹簧模型18； 1994年孙求理单独对单气室油气悬架进行理论研究，并在此基础上进行了优化设计【19】。同年，高凌风探讨了互联式油气悬架刚度对车辆振动响应的影响【20】。1998年赵春明以某起重机为研究对象，使用功率键合图法对油气悬架系统在路面不平度激励下的振动响应特性进行分析与研究【21】。2000年吴仁智建立了包含油液可压缩性等非线性因素的油气悬架数学模型【22】。2001年，河北工业大学马国清硕士用Matlab/Simulink搭建了油气悬架系统1/4车辆模型，分析了油气悬挂系统的阻尼特性和刚度特性，预测了悬架参数变化对系统阻尼特性和刚度特性的影响23。2002年曹树平建立了考虑摩擦的油气悬架模型，并对其油气悬架刚度和阻尼非线性进行了分析与研究【24】。2004年上海交通大学汽车研究所的邹游等人对单气室油气悬架的非线性刚度进行了数学分析，并使用两自由度的车辆振动模型对油气悬架的平顺性进行仿真分析25；另外上海交通大学的庄德军博士对油气悬架从数学建模到验证，使用鲁棒性控制建立了主动油气悬架的模型，并对车辆的侧向及垂向性能进行了研究26；2005年，周德成采用了实际气体状态方程来建立油气悬架弹性力模型，通过台架试验对其数学模型进行了验证，并研究了油气悬架缸摩擦力对输出特性的影响27。同年，王智明基于分形理论，对 SGA3550 型矿用汽车油气悬架的输出力特性进行了研究28。2008年郭孔辉院士结合试验数据和虚拟仿真结果，验证了油气消扭悬架的可靠性【29】。2009年燕山大学甄龙信考虑油气悬架的密封性以及摩擦等非线性因素，完善了油气悬架的非线性数学模型，并通过软件仿真分析修正了所建立的油气悬架振动模型，验证了油气悬架振动模型的准确性【30】。北京理工大学杨杰等人对油气悬架的具体阀件进行了分析，从仿真结果详细阐述了阀件参数对悬架阻尼的影响31；吉林大学借助于国家汽车重点实验室，对郭孔辉院士发明的油气悬架进行了详细分析，从理论到试验，比较全面的研究了新油气悬架的特性32-35；北京理工大学赵玉壮博士在其博士论文中非常详细的对油气悬架非线性部件进行了具体的数学建模和分析，并对阻尼控制技术在油气悬架上的应用进行了硬件设计36。北京理工大学张军伟针对多支路油气悬架进行了理论和实验研究，利用分数阶理论建立了油气悬架数学模型，并对多支路油气悬架存在的刚度阻尼耦合性和非一致性进行了深入的研究37。同年，刘刚在其博士论文中提出一套互联式油气悬挂系统设计方案，仿真分析了该系统刚度、阻尼特性，并在此基础上对四轴车辆进行了操稳性和平顺性仿真和实车试验，验证了该套系统方案的可行性38。国内学者对油气悬架的研究主要集中在以下五个方面：1. 油气悬架设计基本理论的研究: 国内研究人员对这方面研究比较多，主要集中在对油气悬架系统的刚度和阻尼非线性化定性研究以及整车行驶的平顺性评价方法研究，其中包括：利用油气弹簧运动速度、油液流量、阻尼孔大小之间的关系，建立油气悬架阻尼特性分段函数数学模型等 2. 特定车辆的油气悬架系统仿真以及应用:国内一些高校都在不断完善自己的油气悬架模型，并通过仿真分析和试验分析的方式对其进行修正，以达到更理想的效果。但相比较国外同类产品的性能，包括平顺性、可靠性等都还有较大的差距，而且采用半主动、主动控制的产品很少。 3. 新型结构形式的油气悬架的研究:目前国内还尚未形成一套简单易行、切实可靠的方法和理论去指导油气悬架系统的设计，仍还处于国外样机类比、参考设计，试验修改阶段。由于油气悬架试验研究的投资巨大，而且目前国内在油气弹簧试验方面的投入较少，资金也比较分散。因此，当前要形成一套完整的传统设计方法是比较困难的。而优化设计只需要正确的油气悬架系统的数学模型，以车辆的性能力目标，通过适当的最优化算法便可求得油气弹簧的参数。相对于传统的设计方法来说，开展油气悬架的优化设计研究更具有现实意义。4. 油气弹簧阀系参数解析优化设计及CAD软件开发研究油气悬架的特性主要是由油气弹簧的节流阀参数所决定的，即油气弹簧的节流阀参数决定和影响油气悬架的非线性阻尼特性，影响车辆的减振效果。目前，山东理工大学利用所建立的油气悬架设计基本理论，根据油气悬架所要求的最佳阻尼特性，利用油气悬架开阀速度点以及油气弹簧速度、液压油液流量、节流压力和阀片变形之间的关系，建立了油气弹簧节流阀参数设计数学模型和黄金分割优化设计方法，实现了油气弹簧节流阀参数解析设计。在此基础上，根据所建立油气弹簧节流阀参数设计数学模型和黄金分割优化设计方法，利用AutoCAD开发系统平台和VC+编程工具软件，开发了油气弹簧节流阀参数CAD软件，实现了油气悬架现代化CAD设计。5. 利用对油气弹簧进行实验所得出的数据反求油气弹黉的参数。通过试验的手段得出最能真实、准确反映油气弹簧特性的数据，在此基础上，对结构参数进行参数反求，目前，国内主要对节流阀参数进行反求。油气弹簧的应用领域油气弹簧目前主要用于一些军事车辆、高级轿车、豪华客车、重型载货汽车及工程车辆中。1. 军事车辆。油气悬架具有良好特性，因此广泛应用于军事车辆中，例如，意大利生产的“半人马座”轮式装甲车、法国生产的AMX-10RC轮式输送车、瑞士生产的“锯脂锂”轮式坦克等。2. 全路面汽车起重机。如德国利勃海尔公司生产的LTM系列起重机、美国格鲁夫公司生产的AT系列起重机、日本钢铁株式会社生产的RK系列起重机、徐州重型机械厂生产的QAY25起重机。3. 铲运机械。如美国卡特彼勒公司生产的TS-24B自行铲运机。4. 轮式挖掘机。如日本日立建筑机械有限公司生产的10吨轮式挖掘机。5. 矿用自卸车。如美国卡特彼勒公司生产的CAT789自卸车、沃尔沃公司生产的VMER90自卸车、上海重型汽车制造厂生产的SH380、SH382自卸车。油气弹簧的特征油气弹簧悬架与其他种类悬架比较，具有的优点： 1） 非线性刚度；2）非线性阻尼；3）车身高度自由调节；4）刚性闭锁；5）改善车辆运动性能；6）单位储能比大。油气弹簧悬架具有以上优点的同时，也存在许多不足之处： (1)刚度的非线性和阻尼的非线性，决定了油气悬架是一个非常复杂的系统，大大增加了其建模及动态特性研究的难度；(2)需要额外的一套供油装置,如油泵、控制阀等；(3)系统复杂，维修维护难度大，且需要专门的配套设备；(4)密封要求较高，易出现泄漏；(5)成本高，经济性不好。国内亟待解决的问题从油气悬架的发展现状可以看出，国外已经到达应用阶段，而国内还处于理论研究，试验修正阶段，差距很大，需要做如下几方面的努力(1) 系统性、基础性研究。这需要增加研究、开发经费，引进和设计试验设备。高校可以借助企业试验平台，既进行了油气悬架理论研究、仿真分析，同时又研究了油气悬架具体结构设计，开发出独立自主的油气悬架产品。 (2) 加强结构设计和优化设计方面的研究。研究油气悬架的刚度特性、阻尼特性、频率特性定性定量说明，悬架减振效果的定性定量说明等。 (3) 规范研究设计规则。由于油气悬架系统性、基础性研究已经逐步加强，理论研究、实际设计相结合模式也在不断的深入，所以需要建立一套通用的油气悬架设计规则，使对油气悬架的研究设计更加规范化、系列化。 (4) 研制、开发整车和多桥油气悬架系统虚拟样机，实现悬架系统的参数化、可视化设计，并针对油气悬架系统开发专门的计算机仿真软件。(5) 从被动悬架技术向半主动悬架、主动悬架技术发展，选择微处理器系统，采用电子自动化控制，最终实现油气悬架的主动化自适应智能控制系统。油气悬架系统是一种新型的油气悬架系统以现代机械制造技术为依据，结构和性能在逐渐地改进和完善。油气悬架系统在国内车辆底盘技术上的需求也在不断地增大，应用前景非常广阔。(6) 油气悬架的优化设计。不单纯是油气悬架参数的优化，还应该包括不同的油气悬架结构性能差异的对比以及对车辆各种性能的影响，并在设计油气悬架是将优化结果纳入其中，从而大幅度提高车辆性能。因此，油气悬架进一步发展的方向是，建立准确的模型，在对悬架系统性能、悬架刚度特性和阻尼特性定性定量分析的基础上，结合微处理器技术，提出有效的控制算法，进一步提升悬架性能和改善整车性能。参考文献1) 郭孔辉.悬架设计C.郭孔辉院士论文集.长春:吉林大学出版社,2005.6:33-100.2) 王望予.汽车设计(第4版)M.北京，机械工业出版社，2004: 209-212. 3) 吴仁智.油气悬架系统动力学建模仿真和试验研究D.杭州：浙江大学，2000. 4) 陈禹行.油气耦连悬架系统的建模与仿真分析D.长春：吉林大学，2009.5) 仝军令、李威、管连俊、王爱兵.矿用车辆悬架系统的现状与发展J.煤矿机械,2000,(12).6) Emura J, Karlzaki S, et al. 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