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1、 空气弹簧具有非线性弹性特性，可将其特性曲线设计成理想形状。安装有空气悬架的汽车振动频率低，可以获得良好的行驶平顺性、操纵稳定性和行驶安全性等，空气悬架可以保持汽车车身高度不变，并可根据需要进行车身高度调节。本文就汽车空气悬架发展过程，结构形式及优点和在客车上的应用进行分析设计，通过提高空气弹簧刚度与减震器阻尼力软、中、硬的配合，来提高乘车舒适性。关键词：空气悬架；设计；刚度；舒适性； 摘要-1 绪论-2 2 空气悬架的结构-2 2.1 空气弹簧的类型和特性-32.2 导向机构-32.3 高度控制机构-32.4 减振器-42.5 横向稳定器-43 空气悬架的优点-43.1 车桥安装特点-43.

2、2 系统简单性-53.3 没有大的冲击载荷-54 空气悬架在客车上的应用-54.1 客车的电子控制主动悬架-54.2 客车电控悬架今后须要解决的技术-6结论-8致谢-9参考文献-101 绪论空气弹簧诞生于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

3、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

4、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

5、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。2 空气悬架的结构空气悬架系统主要由空气悬架系统主要由空气弹簧、导向机构、高度控制阀、减振器、横向稳定器和缓冲限位块等机械元件和电气元件，以及储气筒和空气压缩机等辅助系统组成，其中空气弹簧由气囊、底座、上盖板等部件组成。21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。图2

6、中左边为囊式空气弹簧，右边为膜式空气弹簧。囊式空气弹簧主要靠橡胶气囊的卷曲获得弹性变形，膜式空气弹簧主要靠橡胶气囊的卷曲获得弹性变形。囊式空气弹簧寿命较长、制造方便、刚度较大，常用于载货汽车上，膜式空气弹簧尺寸较小，弹性特性曲线更理想，刚度较小，常用于轿车上。图2 两种不同形式的空气弹簧22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

7、要求进行。23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：（1）随车载变化保持合理的悬架行程；（2）高速时降低车身，保持汽车稳定性，减少空气阻力；（3）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

8、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。24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。25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。3 空气悬架的优点驱动轴空气悬架才使用独特的高强度刚度设计。不用板簧和U形螺栓，消除了金属弹簧的振动和断裂问题。此刚性导向臂与空气悬架其它零件一起提供 了最佳性能组合：乘坐舒适、安装容易和维修工作量少。

9、空气悬架按独特的平行四边形设计原则。其扭矩杆，总是与导向臂连线相平行，使小齿轮角变化最小，从而减少花键和万向节的磨损、减少传动轴摆动，使车辆行驶平稳安静。此外，悬架系统在车辆加速和刹车时，还能保持载荷均衡。31车桥安装特点空气弹簧的刚性导向臂与车架支架用橡胶衬套相连接，在加速和刹车时，允许车桥有控制的运动，以减少桥壳应力，防止损坏。对于高扭矩/低转速发电机车辆而言，这是一个重要考虑因素。刹车时，车桥略向前和向下运动，保持轮胎贴近地面，缩短刹车距离刹车不跑偏，从而更安全。轮胎和刹车片寿命增加。32系统简单性车桥上下运动行程越大，则乘坐舒适性就越好，悬架系统吸收路面振动的能力就越大。空气悬架的最大

10、行程超过其它任何形式悬架，由于独特的设计使车桥在垂直方向的行程更大，所以在车桥达到其行程极限之前，空气弹簧可以吸收更大的振动负荷。其它空气悬架的垂直行程较短，经常达到其行程极限，从而造成硬冲击。33没有大的冲击载荷空气悬架缓冲垫急转弯和在装卸地区过洼坑时，任何悬架系统的车桥都可能会运动到其上极限行程。空气悬架气囊中有橡胶缓冲垫来承受这种情况下的冲击载荷。缓冲还有一个作用就是在万一气囊损坏时，此缓冲垫可起到橡胶悬架的作用，使车辆可继续以较低的速度行驶。4 空气悬架在客车上的应用在国外，目前空气悬架系统在重型货车上的使用率是18%，在高速客车和豪华城市客车上已100%采用，部分轿车也安装了这个系统

11、，空气悬架在全球旅游车、长途客车及高速客车市场占有极大的份额。41客车的电子控制主动悬架对主动悬架的研究目前主要集中两个方面:一个是控制策略;另一个是执行器。最早的主动悬架控制策略是天棚原理，假设车身上方有一固定的惯性参考，在车身和惯性参考之间有一阻尼器，执行器模拟此阻尼器的作用力来衰减车身的振动。这种控制算法简单，在国外某些车型上已经得到了应用。随着现代控制理论的发展，提出了主动悬架的最优控制方法，它比天棚原理考虑了更多的变量，控制效果更好，目前最优控制规律有三种:线性最优控制、HQ最优控制和最优预见控制。由于实际悬架系统中有许多非线性的、时变的、高阶动力系统，使最优控制方法变得不稳定，为此

12、又发展了自适应控制方法。自适应控制方法具有参数识别功能，能适应悬架载荷和元件特性的变化，自动调整控制参数，保持性能最优。自适应控制方法也有增益调度控制、模型参考自适应控制和自校正控制三类。在德国大众汽车公司的底盘上应用了自适应控制规律。目前发展最迅速的控制策略是智能控制（模糊控制和神经网络控制）。模糊控制方法具有制动调节输入变量的组合、隶属函数的参数和模糊规则数目等学习功能，计算机仿真结果表明该方法更有效。神经网络是一个由大量处理单元组成的高度并行的非线性动力系统，它能进行数据融合、学习适应性和并行处理，研究表明它比传统控制有更好的性能。执行器是实现控制目标的重要环节，因此作对动器的研究也是主

13、动悬架研究的重要内容。为保证主动悬架的良好性能，执行器必须具有灵敏、隐定、可靠、能耗低、成本和总量低等特点。目前主动悬架上应用的执行器主要是液力式结构。日产公司则开发了蓄能式减振器，它将压力控制阀同小型蓄能器及液压缸结合起来，使路面不平整引起的振动被蓄能器吸收，车身隔振由主动阻尼和被动阻尼共同完成，因而能耗有所降低。不过液压动力系统尚有许多不足之处，比如对工作环境有一定要求;元件制造精度要求高、成本难以下降;处理小信号的数字运算，误差的检测与放大、测试与补偿、自动化与实现远距离等功能不如电气系统灵活准确等。因此现在执行器的研究主要集中在直线伺服电机、电磁蓄能器的方向。42客车电控悬架今后须要解

14、决的技术被动悬架在一定的时间内仍将是应用最广泛的悬架系统，通过进一步优化悬架结构和参数可以继续提升悬架性能。主动悬架性能优越，出于成本原因还只能成为高级轿车和赛车的装备。它的研究重点在于高性能的执行器和基于神经网络的控制策略方面。半主动悬架性能优于被动悬架，成本比主动悬架低得多，应该是今后悬架系统的主要发展方向。研究性能可靠，调节方便的可调阻尼减振器和算法简单有效的控制策略将是半主动悬架走向大众的必经之路。客车悬架今后须要解决的技术有：油气悬架技术：由油气部件和弹簧系统共同支撑车体，根据汽车变化的承载量，由油气部件调节悬架的水平位置，使弹簧保持正常的使用位置；阻尼可调节减振器：由传感器感知汽车

15、行驶时的状况，包括载荷的大小、路面的不平、是否转向、是否加速或制动等，经电控单元分析判断，通过电磁阀液压系统，调节减振器的阻尼。此项技术又成为半主动悬架技术；全主动悬架技术：通过电液系统不仅调节阻尼而且调节弹力、水平位置等。随着人民生活水平的提高，城市客车的设计越来越考虑以人为本的思想。采用电子控制空气悬架系统不仅可提高乘坐舒适性，而且其高度调节功能的实现使乘客上下车更方便，同时因为空气弹簧的动态运动影响控制过程，与传统空气悬架相比，其耗气量较少。城市客车安装ECAS系统必将成为未来的发展趋势。结 论文章从空气悬架的结构入手，研究了空气悬挂的结构形式、优点、在客车上的应用和不同控制方法对空气悬

16、架的不同效果的研究和分析。在随后的研究中，文章主要探讨了汽车悬架在客车上的应用问题。查阅了许多相关资料，了解了悬架系统对汽车的性能的影响。可知采用了空气悬架的汽车，有效降低车身震动加速度，减小了轮胎动变形和轮胎动载荷，明显改善了汽车的行驶平顺性和操作稳定性。以上是本文对汽车空气悬架在汽车上的应用问题所作的部分工作，主要研究成果得出汽车空气悬架在客车上的应用及优缺点，用以说明研究结果的可行性和有效性。致 谢本文是在我的导师嵇艳玲教授的悉心指导和关怀下顺利完成的。嵇老师严谨的治学态度、高昂的工作热情深深地感染我；嵇老师高尚的情操像一株兰花，毫不张扬，却无声地陶冶我。在学习期间的每一点进步都凝聚着导

17、师的智慧和心血。一年半的大学阶段，导师无论从生活、学习还是精神上都给予了我极大的帮助和支持，导师的教诲使我终身受益，导师的培育之恩毕生难忘。感谢佳木斯大学以及关心和支持我的老师们，感谢他们的悉心教导和关心爱护。感谢我的家人对我的支持。即将结束的大学生活，预示着新的工作和生活的开始，我将通过自己不断的努力，进一步充实、提高和完善自己，用更多更好的成绩来回报所有关心和帮助我的人们。参考文献1 喻凡，黄宏成，管西强汽车空气悬架的现状及发展趋势汽车技术，20092 孙玉国，韩尚宗，尚勇，等汽车主动悬架最优控制器设计与性能仿真山东工业大学学报，20103 祁建城，李若新，刘志国，等汽车主动悬架最优控制阴汽车工程，20084 刘宏伟，雷海容，陈燕虹，等空气悬架系统模糊控制仿真分析汽车技术，2003， 5 雷海蓉电控空气悬架模糊控制系统的开发吉林大学硕士学位论文，2004