某車油氣彈簧前懸架設計【三維CATIA】【16張CAD圖紙和說明書全套】

購買設計請充值后下載，，資源目錄下的文件所見即所得，都可以點開預覽，，資料完整，充值下載可得到資源目錄里的所有文件。。?！咀ⅰ浚篸wg后綴為CAD圖紙，doc,docx為WORD文檔，原稿無水印，可編輯。。。有不明白之處，可咨詢QQ:1304139763

學 院 專業(yè) 學生姓名 （教）學號 指導教師 職稱 合作導師 職稱 論文題目 某車油氣彈簧前懸架設計 一、課題研究的背景和意義（綜述國內(nèi)外相關研究現(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。車輛懸架除了應保證車輪的精確導向、轉(zhuǎn)向之外，還要能隔離路面噪聲，避免車輪滾動產(chǎn)生的噪聲傳到車身。由于車輪接地點處的力（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、俯仰及傾側(cè)等），其性能的優(yōu)劣直接關聯(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 樣懸架動行程會增加，抗俯仰和傾側(cè)的能力降低，會極大影響操縱穩(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，這又會使車身振動加劇，影響乘坐的舒適感。因此只有綜合考慮這兩個矛盾的因素，才能提高汽車懸架的整體性能。 本文主要進彈簧車用油氣彈簧的設計與分析的研究。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存能量的彈性元件，是在膜式空氣彈簧的基礎上發(fā)展出來的。它采用金屬容器作為氣室，以惰性的氮氣作為彈性元件，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，通過油氣彈簧的設計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)達國家使用主動油氣懸架作為車輛懸架系統(tǒng)已經(jīng)初步得到了實際應用。由于國內(nèi)引進油氣懸架的時間較晚（20 世紀 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計階段還是應用過程，都未形成系統(tǒng)的知識技術鏈，因此對油氣懸架系統(tǒng)的研究以及完善其在應用方面的技術很有必要。 經(jīng)過廣泛的市場調(diào)研，國內(nèi)民用市場對油氣彈簧的需求量很大，需求量遠大于供應量。很多企業(yè)和科研院所都對其產(chǎn)生了濃厚的興趣，但由于國外對核心技術的封鎖，國內(nèi)在自主研發(fā)方面的整體實力還比較薄弱，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，同時昂貴的價格也使大多企業(yè)“望而卻步”，此外，國外企業(yè)不斷進入中國市場，希望在中國市場占有一席之地，使得市場蘊涵著巨大的機遇與挑戰(zhàn)，為了保護國內(nèi)市場不被國外企業(yè)占據(jù)，對油氣彈簧的工作性能進行深入系統(tǒng)地研究，并研制出性能優(yōu)越、價格合理的產(chǎn)品是當前的首要任務，在此基礎上，保護領國內(nèi)市場，創(chuàng)造民族品牌，加快我國汽車行業(yè)的發(fā)展速度，增強自主研發(fā)實力。 國外研究現(xiàn)狀 當前國外專家學者對油氣懸架的研究主要集中在個方面： 1. 建立新型合理的油氣懸架的數(shù)學模型。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)學模型中，使得理論懸架系統(tǒng)符合實際，成為非線性系統(tǒng)。目前建立油氣懸架的數(shù)學模型方法可以分為參數(shù)化和非參數(shù)化，因為參數(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，相對于非參數(shù)化設計具有一定的優(yōu)勢。兩者均有其局限性，國外學者試圖結(jié)合參數(shù)化和非參數(shù)化兩種建模方式實現(xiàn)對油氣懸架數(shù)學模型的建模工作。 2. 新型結(jié)構形式的油氣懸架的開發(fā)和主動控制策略的研究。新型結(jié)構形式的油氣懸架的開發(fā)，主要是對半主動和主動油氣懸架的開發(fā)應用。利用油氣懸架變阻尼相對簡單的優(yōu)勢，調(diào)節(jié)阻尼實現(xiàn)懸架的半主動和主動控制。半主動控制的原理主要是控制單元對各類傳感器采集的信號進行處理，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，實現(xiàn)懸架輸出力半主動控制。主動懸架則需要另加動力元件如液壓油泵等，油液通過伺服閥再進入液壓缸，實時控制懸架輸出力。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 20世紀80年代，油氣彈簧引起了國內(nèi)研宄人員的關注意。進入到年代，國內(nèi)的一些大型國有企業(yè)引進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伍。目前，該技術在國內(nèi)的研究主要包括如下幾個方面： 1. 基本的設計理論研宄?；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、閥片應力、應變特性及阻尼、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軟件開發(fā)的研宄。國內(nèi)研究人員在該方面進行了大量的研宄工作，主要對油氣彈簧的工作特性進行仿真模型建立及定性分析，應用相關軟件進行仿真，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，并且在各大高校的相關科研工作也開展的如火如荼，如：吉林大學、北京理工大學、山東理工大學等。 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)構上它擁有兩個儲氣室，工作時根據(jù)采集的汽車和油氣彈簧的相關信號，控制幵關閥的工作狀態(tài)，實現(xiàn)剛度隨車身狀態(tài)的變化而變化的功能。 5. 利用對油氣彈簧進行實驗所得出的數(shù)據(jù)反求油氣彈黌的參數(shù)。通過試驗的手段得出最能真實、準確反映油氣彈簧特性的數(shù)據(jù)，在此基礎上，對結(jié)構參數(shù)進行參數(shù)反求，目前，國內(nèi)主要對節(jié)流閥參數(shù)進行反求。 圖 1 二、課題研究已有的工作基礎，附證書、報告、文獻翻譯（總結(jié)歸納本人的學習、科研、實習等成果，以及已掌握的前人資料，簡述自己初步的學術見解） 查閱了許多國內(nèi)外文獻，也大致了解了油氣彈簧的結(jié)構，工作原理，特征及分類，對于我自己而言，在設計一個油氣彈簧時，困難點應該在于其數(shù)學模型的建立，這個要求我去掌握有關液壓傳動方面的知識，雖然大三選修課學習過，但也只是點皮毛，要應用到具體的設計上，還是得去借鑒其他文獻中的方法及過程。油氣彈簧相較于其他被動彈簧，最大的特點在于其非線性的剛度及阻尼特性，而其特性又和它的結(jié)構參數(shù)息息相關，因此，本次油氣彈簧的設計，首先應將油氣彈簧的結(jié)構參數(shù)確定好，再進行數(shù)學模型的推導，最后進行特性仿真。 三、研究的內(nèi)容及可行性分析 主要研究內(nèi)容 1. 在查閱關于油氣彈簧的國內(nèi)外研究資料的基礎上，介紹油氣彈簧的工作原理、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其應用領域。 2. 完成油氣彈簧的結(jié)構設計及參數(shù)選定。推導節(jié)流閥片的數(shù)學模型，利用該模型設計合理的節(jié)流閥片厚度，并設計合理的缸體、連接體、閥系的結(jié)構形式，選取合理的密封圈和導向?qū)挾取? 3. 基于所建立的油氣彈簧數(shù)學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行動力學分析。 可行性分析 1. 客觀條件：關于油氣彈簧的設計，國內(nèi)外的學者已經(jīng)做出了大量的研究工作，通過在中國知網(wǎng)上的檢索，收集了大量的有關油氣彈簧的結(jié)構設計與參數(shù)優(yōu)化的論文，對我的課題工作有了極大的借鑒意義。而且本學期的工作主要就是這個畢業(yè)設計，故時間上也十分充裕。并且還有吳海東老師和司振立學長的幫助。另外，學院實驗室里也有許多油氣彈簧的實物，可以讓我更加具體切實的觀察和掌握油氣彈簧的結(jié)構和工作原理。 2. 主觀條件：通過查閱其他學者的工作，我大概掌握了設計油氣彈簧的基本步驟及所需的基本知識，還有所需掌握的軟件技術（CATIA和MATLAB等）。這些在我前幾年的大學學習生活中都有所接觸，并不陌生。關于油氣彈簧的基本認識也已掌握(其結(jié)構，特征，原理，分類，發(fā)展歷史等)。目前對我來說，最大的難點在于對其數(shù)學模型的建立，這項工作需要有關工程熱力學和流體力學的知識，而這兩門學科的知識我雖已學習過，但距今相隔較遠，所以有所遺忘，難免生疏，學習時有些吃力，但好在有其他論文對于這項建模工作的詳細論述，讓我可以借鑒學習，減輕了我的負擔。 四、論文擬解決的關鍵問題及難點 關鍵問題 1. 確定油氣彈簧的基本參數(shù)，完成關鍵元件的結(jié)構設計，如節(jié)流閥系設計、連接體的設計、導向?qū)挾鹊脑O計、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系及油氣彈簧的工作參數(shù)，建立油氣彈簧的數(shù)學模型。 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)每個參數(shù)對工作特性的影響規(guī)律。 4. 建立四分之一車輛模型進行動力學分析。 五、研究方法與技術路線(重點論述技術方案) 技術路線 查閱文獻資料 了解，工作原理，特征，分類發(fā)展歷史等 確定總體結(jié)構設計及各部分參數(shù) 上、下連接體，外缸體，活塞桿，浮動活塞，活塞，節(jié)流閥系，導向蓋等 建立油氣彈簧理論數(shù)學模型 利用已建的數(shù)學模型，對其特性進行仿真 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，進行動力學分析 六、論文的進度安排 進度安排 1.第七學期：完成文獻翻譯、文獻綜述、開題報告的撰寫； 2.第八學期第1-2周：進行參觀實習，參數(shù)計算、建模仿真； 3.第八學期第3-4周：方案設計、草圖繪制； 4.第八學期第5-11周：完成機械系統(tǒng)的結(jié)構設計，完成CATIA三維模型的建立、CAD圖紙的繪制、電算說明書撰寫； 5.第八學期第12-13周：完成畢業(yè)設計說明書撰寫； 6.第八學期第14周：論文評審、查重和答辯。 七、畢業(yè)設計研制報告或畢業(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)構設計 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力學分析 八、主要參考文獻 [1] 孫文君．汽車油氣彈簧特性仿真研究[D]．遼寧：遼寧工程技術大學，2009. [2] 孫建民．油氣懸架的應用及關鍵技術評述[J]．煤礦機械，2007，28(4)：8-ll. [3] 趙以強，周長城，趙雷雷．油氣彈簧多片疊加節(jié)流閥片與開閥壓力研究[J]．農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程．2009，10：006. [4] 劉志強．車輛油氣懸掛系統(tǒng)動力學研究[D]．哈爾濱：哈爾濱工程大學，2011. [5] 王洪藝.車用油氣彈簧設計、仿真與分析[D].長春：長春理工大學，2014. [6] 張軍偉. 多軸重型車輛互連式油氣懸架系統(tǒng)特性研究[D].北京：北京理工大學，2015. [7] 鄒游，喻凡，孫濤.非線性油氣懸架的平順性仿真研究[J].計算機仿真，2004, 21(10): 157-159. [8] 張林. 基于平順性的油氣懸架優(yōu)化設計[D].湖南：湖南理工大學，2013. [9] 趙玉壯. 油氣懸架非線性特性及其阻尼控制策略研究[D]．北京：北京理工大學，2011. [10] 胡久強.大客車空氣懸架的設計匹配與仿真研究[D].四川：西南交通大學，2012. [11] 周長城.車輛懸架設計及理論[M].北京，北京大學出版社，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), 313-332 [16] Yousefi A, Boris S. Order reduction of nonlinear hydro-pneumatic vehicle suspension[C]. 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 System[J]. 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 suspension[C]. International Mechanical Engineering Congress and Exposition,2006. [20] Mingming DONG, Hua HUANG, Lian GU. Design of damping valve for vehicle hydro-pneumatic suspension[J].Higher Education Press and Springer-Verlag ,2008. [21] 提艷. 用于工程車輛的油氣彈簧懸架的研究綜述[J].汽車實用技術：2017. 1671-7988 (2017)12-15-03. [22] 周長城,劉瑞軍,趙以強. 油氣彈簧疊加閥片設計方法及對節(jié)流縫隙影響[N].兵工學報，2009，30(4)：461-466. [23] 周桂鳳，王玉剛，張東梅. 汽車懸架系統(tǒng)彈性元件的參數(shù)程序化設計[J].機電工程技術，2012，41（01）：52-56. [24] 周長城，顧亮，王麗. 節(jié)流閥片彎曲變形與變形系數(shù)[N].北京理工大學學報，2006，26（07）：581-584. [25] 戴清橋. 油氣彈簧及其懸架系統(tǒng)的特性研究[D].武漢：華中科技大學，2003. [26] 馮立陽，樂渭清. 油氣彈簧設計中的幾個關鍵問題[J].液壓與氣動.1996 (1) :6-8. 九、指導教師意見 簽名： 20 年 月 日 十、開題審查小組意見 （要求具體意見，對前7項進行評價，結(jié)論：通過，不通過） 開題審查小組組長簽名： 20 年 月 日 文獻一 油氣摩擦阻尼懸架系統(tǒng)的設計與評價 摘要 感官舒適度和乘坐穩(wěn)定性是評價懸架性能的兩個最重要因素。在機動車輛中的系統(tǒng)中，利用傳統(tǒng)的被動懸架系統(tǒng)難以同時滿足車輛高標準的行駛，操縱和車身控制性能。然而，主動懸架比被動懸架有更好的舒適性。 本文主要展示氣動摩擦阻尼器和油氣摩擦阻尼器的設計和分析，建立了一個非線性四分之一車輛模型，其中包括調(diào)節(jié)壓力的氣動驅(qū)動器。從減振水平的角度對模型進行了評估。在樣機模型上進行仿真而得到的結(jié)果，說明了該系統(tǒng)具有良好的性能和魯棒性。 關鍵詞：主動懸架，摩擦阻尼器，液壓減振器，調(diào)壓，振動隔離 簡介 汽車懸架系統(tǒng)的主要功能是將車身與路面不平度干擾隔離開來并保持車輪和地面的接觸。因此，懸掛系統(tǒng)負責乘坐質(zhì)量和行駛穩(wěn)定性。被動懸架系統(tǒng)的設計是對這種相互矛盾的需求的一種折衷方案。然而，通過開發(fā)主動懸架系統(tǒng)來改進車輛垂向動力學是有可能的。近年來，發(fā)展氣動控制懸架阻尼器和驅(qū)動器加強了對車輛乘坐安全性與舒適性權衡性的研究。為了保持乘客和駕駛?cè)说氖孢m度，同時也要保持車輛的高安全性，懸架設計人員被迫去研發(fā)不同于傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)。 Crosby和Karnopp（1974）最初提出了半主動阻尼的基本概念，之后半主動阻尼器在車輛中的應用已被廣泛研究。作者們對過去在半主動懸架系統(tǒng)設計領域的許多努力作出了極好的回顧，而且也提供了對理解半主動懸架系統(tǒng)所需要的背景知識。 Hedrick和wormely（1975）和Goodall（1983）和Kortum(1983)對受控懸架系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了回顧。在這些調(diào)查中，半主動控制和具有全狀態(tài)反饋的線性最優(yōu)控制和簡單的開關控制策略已被用于減少重型卡車輪胎力和車身的加速度上。然而，這里值得一提的是，乘用車的空氣彈簧在市場上是可以買到的，但是對于這些空氣彈簧性能上的研究工作并不充分。Quaglia和Sorly（1996）在他們的研究工作中討論了車載空氣懸架的設計方面的內(nèi)容，但不是基于控制的觀點?？紤]到客運車輛的市場需求，關于它的調(diào)平、變阻尼控制技術和剛度控制的研究是非常有益的。新型主動摩擦阻尼器為這個問題提供了可能的解決方案。 懸架有兩種基本類型，即汽車底盤和車軸總成之間使用的主要懸架系統(tǒng)和安裝在車身和座椅之間的次要懸架系統(tǒng)。關于兩種懸架系統(tǒng)的很多研究工作都有報道（Reynolds，1993；Rayliegh，1945）。Williams（1997）把主動懸架歸類為高帶寬（快主動）和低帶寬（慢主動）兩類。高帶寬懸架系統(tǒng)主動液壓驅(qū)動機構控制車身運動與車輪運動。另一方面,低帶寬懸架系統(tǒng)采用氣動驅(qū)動器來控制車身的運動，而車輪運動由常規(guī)被動彈簧和阻尼器所控制。過去三十年中，人們對主動懸架的控制方法進行了很多研究。Clarr和Vogel（1989）和Sharp和Corolla（1987）回顧總結(jié)了各種常用的控制技術。 最近，基于不同方式的控制方法在主動懸架系統(tǒng)中已經(jīng)有了應用。這些包括基于線性和非線性控制的方法（Gao等人，2006，Hong等人，2002；Elimadany和Abdlizabbar，1999），優(yōu)化控制（Elbheiry和Karnoop，1996）和現(xiàn)代魯棒控制技術如H∞等（Palmeri等人，1995；Stribrsky 等人，2002；Wang等人，2001）。 在過去，基于模糊邏輯的主動和半主動懸架系統(tǒng)（Kashani &Strelow，1999） 也被用于控制的目的。其中，天棚阻尼控制（Hong等人，2002）是考慮主動懸架時最重要的概念。 本文的主要目的是討論氣動摩擦阻尼器和油氣摩擦阻尼器的研究。在這個方法中，上述摩擦阻尼器的實驗室原型模型已經(jīng)被開發(fā)。 本文的主要目的是討論對氣動摩擦和液壓氣動摩擦阻尼器進行的研究。 在這種方法中，上述摩擦阻尼器的實驗室原型模型已經(jīng)被開發(fā)出來。為了研究完整的系統(tǒng)行為，開發(fā)的原型模型已經(jīng)與激光位移傳感器的Lab VIEW軟件模塊接口。 關鍵設計特點和測試結(jié)果的細節(jié)也已介紹了。 壓力控制調(diào)節(jié)器控制進入阻尼器的摩擦載荷在本模型中也已得到考慮。摩擦墊的非線性行為以及活塞軸向孔處產(chǎn)生的不同載荷下的壓力也已被研究。 干摩擦阻尼 在兩個干燥表面之間滑動接觸時會產(chǎn)生庫侖或干摩擦阻尼。 阻尼力等于法向力與干摩擦系數(shù)的乘積。 摩擦力總是與運動方向相反。 摩擦力由下式給出： 在式中μ是摩擦系數(shù)，F(xiàn)是摩擦力，N是法向力。摩擦力除以活塞的速度得到摩擦阻尼。 摩擦模型如圖1所示。 圖 1 摩擦的模型通常由與速度和法向力相關的代數(shù)方程建立。眾所周知，摩擦是具有與速度變化相關的動力學特征。一個相當完整的關于摩擦建模及其對控制的影響的描述被很好的記錄在了文獻中（Armstrong等人，1994）。 然而，人們認識到，與法向力變化相關的動力學在系統(tǒng)響應中起著重要的作用。與速度波動相比，與法向力變化相關的摩擦動力學變化速度較快（Dupont，1993；Guglielmino&Eage,1980）。純干摩擦特性沒有實際用途,因為它們是非線性的，但是一個受控的摩擦阻尼器可以在不同的方式下表現(xiàn)的像一個仿真彈簧一樣，具有粘性特征。 主動摩擦阻尼器所要求的外力（Fext）通常被定義為 式中M是質(zhì)量（Kg），C是阻尼系數(shù)，k是彈簧剛度，Ni是第i個摩擦阻尼器的法向力，μ是摩擦系數(shù)。當C＝0時，系統(tǒng)作為純摩擦阻尼器工作。 在這項工作中，受控阻尼元件被建模為一個摩擦阻尼器。這種裝置在概念上由固定在移動物體上的板和與其相對的墊組成。外法向力通過墊施加于質(zhì)量上，通過墊和板之間存在相對運動而產(chǎn)生摩擦阻尼力。 在圖2中描述了氣動摩擦模型。 圖 2 該模型主要由常規(guī)彈簧與活塞缸總成系統(tǒng)組成。在活塞上構造了一個摩擦阻尼器，這樣它就可以用作純摩擦阻尼器和常規(guī)粘滯摩擦阻尼器用于車輛?；钊嫌袃蓚€滑靴，由壓縮空氣激活。當壓力作用在鞋筒上時，滑靴就會壓向氣缸表面。其上所受力的大小等于鞋筒面積乘以氣體壓力。作用在汽缸表面上的摩擦力是滑靴上的作用力的μ倍。壓縮空氣通過活塞中心孔供應，其壓力由壓力調(diào)節(jié)器控制?；钊S向上的兩個2毫米的孔用于提供液壓阻尼的目的。當缸內(nèi)沒有液壓油時，阻尼器可以用作純摩擦阻尼器；當缸內(nèi)充滿油液時阻尼器可以用做液壓摩擦阻尼器。外部能源由空氣壓縮機通過調(diào)節(jié)壓力供應；根據(jù)系統(tǒng)的不同動靜態(tài)載荷而驅(qū)動摩擦墊。摩擦墊承受干摩擦阻尼。在目前的調(diào)查中，考慮了庫侖阻尼。 當車輛處于靜止狀態(tài)時，即具有自重的車輛，其徑向壓力施加在摩擦墊上，當摩擦墊承受突然的沖擊時,這會引起摩擦墊緩慢地擴張和退縮。另一方面,當車輛處于運動狀態(tài)時，懸架系統(tǒng)是主動類型，即線性和徑向壓力均作用于它。 圖3顯示了具有彈簧總成的裝配式減振器。在平臺的頂部添加5kg的重量，并且其移動到5mm的階梯輸入并獲得響應曲線。 圖3.制造的油氣阻尼器的照片 圖 3 振動水平的測量采用激光采集器和Lab VIEW軟件并通過Origin軟件進行分析。激光采集器安裝在阻尼器的頂部用來測量位移。 圖4顯示了摩擦力阻尼器模型的2D圖。 圖 4 圖5顯示了摩擦阻尼器的實驗裝置。 圖 5 結(jié)果與討論 執(zhí)行機構中的摩擦由庫侖摩擦和由以前的研究中獲得的（Gao等人，2006）與速度相關的術語表示。實驗給摩擦墊施加了不同的壓力，以獲得階躍輸入，其結(jié)果由Lab VIEW軟件獲得。阻尼器在氣缸內(nèi)沒有潤滑油時驅(qū)動。根據(jù)時間的推移所得到的位移變化的動態(tài)響應，如圖6所示。X軸的時間以毫秒為單位，Y軸是以毫米為單位。 圖6.氣動摩擦阻尼器的動態(tài)響應 圖 6 從圖6可以看出，系統(tǒng)的行為是高度非線性的。此外，當施加的壓力低（2.22KN /平方米），由于摩擦墊的粗糙，系統(tǒng)能發(fā)揮阻尼作用。因此，可以觀察到隨著時間的推移，位移急劇減小(圖6a）。另一方面，對于逐漸增加的壓力，摩擦墊最初產(chǎn)生很大的摩擦力，因此系統(tǒng)隨著時間的推移顯示出更大的位移。然而，隨著時間的推移，減振效果的提高將降低位移如圖6（bd）所示。 分析的油氣摩擦模型與氣動摩擦模型相似。然而，在油氣摩擦模型中，由于活塞上的兩個軸向孔，在缸內(nèi)有油液存在。由于活塞上有兩個軸向孔，這個系統(tǒng)具有兩種阻尼器，一種是氣動摩擦阻尼器，由摩擦墊形成；另一個是液壓阻尼器，油液通過活塞上的兩個軸向孔流入缸內(nèi)。當活塞處于壓縮狀態(tài)時，缸底油通過節(jié)流孔流向缸的上腔室。 為了液壓阻尼器分析模型的建立，考慮活塞面積Ap和軸向孔開啟面積A0，，當活塞由于動力作用而位動移時，油液的流通量: 式中y是活塞的位移和Vp是活塞的瞬時速度。 流體通過軸向孔的流量Q0，可利用連續(xù)性方程和動量方程可以得到： 其中P1和P2分別是上游和下游壓力，ρ是流體的比重，g是萬有引力常數(shù)。 活塞所受的力等于活塞面積乘以壓差，固定液壓阻尼系數(shù) 等于作用在活塞上的力除以活塞速度。通過方程（3）和（4） 阻尼系數(shù)C: 可得到： 式中Fp是粘性力，它可以由作用在活塞上的力獲得, Vp=Fp/Ap。使用等式（1）和（5），摩擦引起的理論阻尼系數(shù)和液壓阻尼可以由此確定。節(jié)流孔的阻尼系數(shù)由下式確定： 其中，C是實際阻尼系數(shù)和Cc是臨界阻尼系數(shù)。 表1給出活塞在不同軸向孔徑和在不同壓力作用下的阻尼系數(shù)。 表 1 理論阻尼因子值是根據(jù)不同孔口直徑的施加壓力確定的，由圖7描述得到。 圖7.不同直徑的壓力Vs阻尼比曲線 圖 7 由上圖可得出，在節(jié)流孔孔徑為2mm時，對于不同的壓力，系統(tǒng)表現(xiàn)出線性響應。因此，在原型設計中考慮了2毫米孔直徑。 結(jié)合原型系統(tǒng)的上述設計特點，系統(tǒng)的動態(tài)響應已經(jīng)獲得并在圖6和圖8表示 圖8.液壓氣動系統(tǒng)對不同負載的動態(tài)響應 圖8 兩個重要的觀察結(jié)果可以從圖6和圖8顯示的動態(tài)響應中提取出來。據(jù)觀察，系統(tǒng)對于不同的壓力表現(xiàn)出相似響應。還有，油氣動摩擦模型與氣動摩擦相比，需要更多的時間來減小位移。因此，油氣摩擦模型與氣動摩擦模型相比提供了更大的阻尼效果，減少振動和更好的乘坐舒適性。 從上面的討論可以看出氣動摩擦阻尼系統(tǒng)在低壓力下表現(xiàn)的差強人意，動態(tài)性能極差。第一個假設是在低氣壓下空氣囊可能被困在閥門里：在低氣壓下，少量的空氣極大地降低了體積彈性模量，這將對系統(tǒng)的動態(tài)響應產(chǎn)生不利影響。因此，純氣動摩擦阻尼器不適于提高乘坐舒適性。 結(jié)論 本文提供了對氣動驅(qū)動摩擦阻尼器和油氣摩擦阻尼器模型的詳細調(diào)查結(jié)果。實驗室原型模型已經(jīng)被開發(fā)，并且動態(tài)測試性能也由Lab VIEW軟件模塊進行了激光采集。關鍵設計點的詳細信息也已提供。這個動態(tài)測試結(jié)果表明油氣摩擦阻尼器模型相比氣動摩擦阻尼器。表現(xiàn)出更好的阻尼性能 參考文獻 [1] Armstrong-Hélouvry, B., Dupont, P., & Canudas de Wit, C. (1994). A survey of models, analysis tools and compensation methods for the control of machines with friction. Automatica, 30, 1083–1138. doi:10.1016/0005-1098(94)90209-7 [2] Clarr, P. W., & Vogel, J. M. (1989). Review of active suspension control for on and off highway vehicles.Retrieved from http://papers.sae.org/892482/ [3] Dupont, P. (1993). The effect of friction on the forward dynamics problem. The International Journal of Robotics Research, 12, 164–179. doi:10.1177/027836499301200205 [4] Eimadany, M. M., & Abdlizabbar, Z. S. (1999). Linear quadratic Gausssian control of a quarter-car suspension. Vehicle System Dynamics, 32, 479–497. doi:10.1076/vesd.32.6.479.4224 [5] Elbheiry, E. M., & Karnoop, D. C. (1996). Optimal control of vehicle random vibration with constrained suspension deflection. Journal of Sound and Vibration, 189, 547–564. doi:10.1006/jsvi.1996.0036 [6] Gao, B., Darling, J., Tilley, D. G., Williams, D. G., & Donahue, J. (2006). Control of a hydropneaumatic active suspension based on a non-linear quarter car model. Journal of Systems and Control Engineering, 220(1), 15–31. [7] Goodall, R. M., & Kortum, W. (1983). Active control in ground transportation-a review of the state-of-art and future potential. Vehicle System Dynamics, 12, 225–257. doi:10.1080/00423118308968755 [8] Guglielmino, E., & Edge, K. A. (1980). A controlledfriction damper for vehicle applications. Bath, UK: University of Bath. [9] Hedrick, J. K., & Wormely, D. N. (1975). Active suspension for ground support vehicles - a state-ofthe-art review. ASME Applied Mechanics Division Journal, 15, 21–40. [10] Hong, K. S., Sohn, H. C., & Hedrick, J. K. (2002). Modified skyhook control of semi-active suspensions-A new model, gain scheduling and hardware-inthe loop tuning. Journal of Dynamics. Measurements and Control, 124, 158–167. doi:10.1115/1.1434265 [11] Karnoop, R. M., Crosby, R. A., & Harwood, R. A. (1974). Vibration control using semi–active force generators. ASME Journal of Engineering for Industry,96,619–626. doi:10.1115/1.3438373 [12] Kashani, R., & Strelow, J. E. (1999). Fuzzy logic active and semi active control of road-vehicle suspensions. Vehicle System Dynamics, 32, 409–420. doi:10.1076/vesd.32.4.409.2075 [13] Lord Rayliegh. (1945). Controlled suspensions. Theory of sound(Vol. 1-2). New York, NY: Dover Publications. [14] Palmeri, P. S., Moschetti, A., & Gortan, L. H. (1995). Infinity control for、active suspension system. Retrieved from http://www.papers.sae.org/950583 [15] Quaglia, G., & Sorli, M. (1996). Analysis of vehicular air suspensions. In Proceedings of the Fourth JHPSInternational Symposium on Fluid Power, Tokyo, Japan (pp. 389-384). [16] Reynolds, H. M. (1993). Automotive ergonomics(pp. 99–116). London, UK: Taylor and Francis. [17] Sharp, R. S., & Corolla, D. A. (1987). Road vehicle suspension design–A review. VehicleSystem Dynamics, 16, 169–192. doi:10.1080/00423118708968877 [18] Stribrsky, A., Honcu, J., Hyniova, K., & Kruczek, A. (2002). H-infinity control of active suspension systems. In Proceedings of the Conference on Process Control, Pardubice, Czech Republic (Vol. 35). [19] Wang, J., Wilson, D. A., & Halikias, G. D. H. (2001). Robust-performance control of decoupled active suspension system based on LMI method. In Proceedings of the American Control Conference, 4, 2658–2663. [20] Williams, R. A. (1997). Automotive active suspensions. Automobile Engineering,211, 415–426. doi:10.1243/0954407971526551. 作者介紹 1. SV Gorabal是印度Laxmeshawar SKSVMA工程與技術學院的助理教授。 他于1998年獲得了BEC Bagalkot的生產(chǎn)管理ME。目前，他正在BEC Bagalkot的Visveswaraya科技大學研究中心修讀博士學位。 他的研究興趣包括Hydro氣動摩擦阻尼器的數(shù)學和實驗建模。 SV Gorabal是印度ISTE的終身會員。 迄今為止，他已在國家/國際會議記錄中發(fā)表了7篇論文。 2. SN Kurbet是Basaveshwar工程學院Bagalkot的機械工程教授。 他從印度馬德拉斯技術學院獲得博士學位。 他在國際和國家期刊以及會議論文中發(fā)表了超過35篇論文。 他在機械工程領域擁有超過23年的教學和研究經(jīng)驗。 他曾在ME Research，M.Tech和PhD指導過許多學生。 他的研究活動涉及機器人技術，熱學，振動和控制。 3. KK Appukuttan在卡拉納卡卡國家技術研究所（NITK）Surathkal擔任機械工程系資深教授。 他在國際和國家期刊和會議論文中發(fā)表了200多篇論文。 他在機械工程方面擁有超過25年的教學和研究經(jīng)驗。 到目前為止，他監(jiān)督了十六名學生獲得博士學位。 他的興趣領域是機器人，控制工程，振動和噪音控制。 文獻二 軍用車輛懸架中半主動油氣阻尼器的振動控制方法 摘要 油氣阻尼器廣泛應用于軍事或重型車輛懸掛系統(tǒng)，這些懸掛系統(tǒng)預計會產(chǎn)生較大的變形量（20英寸以上）。由于這些元素非線性的特性，懸掛系統(tǒng)性能，特別是乘坐舒適性和道路操縱穩(wěn)定性的能力也發(fā)生了變化。雖然這些非線性特性幾乎是所有車輛懸架系統(tǒng)的固有特性，但它們的作用在某些機動車輛中占主導地位，尤其是在越野車的懸架系統(tǒng)中，因其懸架會經(jīng)歷相當大的變形位移。 本文研究了液壓阻尼懸架系統(tǒng)的控制，一個高度非線性的系統(tǒng)，由氣動彈簧（氣彈簧）和液壓阻尼器組成。首先，在軍用車輛上使用的油氣彈簧阻尼器模型已經(jīng)建立了。該模型已經(jīng)用測力計試驗機進行的試驗進行了驗證?；隍炞C模型，一個四分之一、二自由度車輛模型被開發(fā)、模擬和分析。 其次，兩種知名的半主動控制方法-天棚和Rakheja Sankar（R-S）方法被應用于二自由度車輛模型懸架控制。為了研究分析這些控制方法在非線性懸架系統(tǒng)中的表現(xiàn)，平均統(tǒng)計方法也被引進。 最后，一種新的控制策略(基于天棚和R-S)---利用可變剛度的氣彈簧與半主動阻尼器，提出了可解決行駛平順性和道路操縱穩(wěn)定性的方法。然后，這個新控制器的控制結(jié)果將與幾種眾所周知的懸架控制方法相比較(如天棚)，以證明其有效性。 簡介 傳統(tǒng)的懸掛系統(tǒng)已經(jīng)被設計好了來執(zhí)行多個任務，例如保持車輛輪胎和道路的接觸，解決車輛的穩(wěn)定性，并將車輛的車架與道路誘導產(chǎn)生的振動和沖擊隔離開來。后者涉及到乘坐舒適和操縱穩(wěn)定性。 基于可控性這個主要問題，懸架系統(tǒng)分為三大類：被動的、主動的和半主動的。除了這些懸架系統(tǒng)的固有優(yōu)勢和缺點，這些系統(tǒng)還由常規(guī)組件組成，包括彈簧和阻尼器。 被動懸架是最常見的系統(tǒng)，目前可用于軍用和商用車輛。這些系統(tǒng)由彈簧和阻尼器（通常被稱為減振器）組成，具有固定特性。通過預調(diào)彈簧剛度和阻尼系數(shù)以達到最佳性能。然而，由于所謂的最優(yōu)值不可調(diào)，懸架系統(tǒng)在不同操作及條件下的性能會有所不同。主動懸架系統(tǒng)采用動力驅(qū)動器(在大多數(shù)情況下為液壓驅(qū)動器)以產(chǎn)生所需的力。這些系統(tǒng)是通過外部的能量來驅(qū)動的。雖然主動部分改變了懸架系統(tǒng)對垂直力的響應，但它們不會改變其運動學特性。這些系統(tǒng)的主要缺點是體積大、重量大、能量消耗大以及故障時的安全問題。 半主動懸架也包含彈簧和阻尼元件。然而，這些元素的特性可以通過提供信號或其他類型的外部能量來進行外部控制。此外，這些特點可以改變，使不同水平的阻力可以根據(jù)低功率控制信號產(chǎn)生。半主動懸架系統(tǒng)不僅具備主動懸架系統(tǒng)的優(yōu)點，同時也像被動懸架那樣可靠。如果控制系統(tǒng)失靈，半主動系統(tǒng)仍能在被動模式下工作。這些特性使得半主動懸架系統(tǒng)在可靠性是主要問題的軍事應用領域有極大的吸引力。由于這些獨特的特性和優(yōu)點，不同國家和科研人員采用了許多不同的方法來進行半主動懸架系統(tǒng)的設計與控制。 然而，懸架控制的主要問題是實現(xiàn)更好的平順性及道路操縱穩(wěn)定性，因為這些目標在車輛控制領域是相互矛盾的。 在本文中，如前面提到的，采用數(shù)值和分析研究方法，來展示非線性元件（氣彈簧）在軍用車輛懸架中的的應用效果。另外，為了獲得更好的懸架性能，一種新型半主動氣彈簧及其簡易控制方法被采用。