某車油氣彈簧前懸架設(shè)計(jì)【16張CAD圖紙和說(shuō)明書全套】

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Spring）是油氣懸架的核心部件，是利用氣體的壓縮來(lái)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(lái)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(guò)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(guò)調(diào)節(jié)車身高度提高汽車的道路通過(guò)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(guó)內(nèi)，油氣懸架還處于研究階段，但在歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)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(guó)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(guò)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(guò)廣泛的市場(chǎng)調(diào)研，國(guó)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(guó)外對(duì)核心技術(shù)的封鎖，國(guó)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(méi)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(guó)外企業(yè)不斷進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，希望在中國(guó)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)不被國(guó)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)，創(chuàng)造民族品牌，加快我國(guó)汽車行業(yè)的發(fā)展速度，增強(qiáng)自主研發(fā)實(shí)力。國(guó)外研究現(xiàn)狀當(dāng)前國(guó)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(guó)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(kāi)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(kāi)發(fā)，主要是對(duì)半主動(dòng)和主動(dòng)油氣懸架的開(kāi)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(guò)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(guò)伺服閥再進(jìn)入液壓缸，實(shí)時(shí)控制懸架輸出力。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代，油氣彈簧引起了國(guó)內(nèi)研宄人員的關(guān)注意。進(jìn)入到年代，國(guó)內(nèi)的一些大型國(guó)有企業(yè)引進(jìn)了裝有油氣彈簧的車輛，這一事件翻開(kāi)了國(guó)內(nèi)油氣彈黌研究高潮的第一頁(yè)，隨后，國(guó)內(nèi)的高等院校也加入了科研隊(duì)伍。目前，該技術(shù)在國(guó)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(guó)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(kāi)發(fā)的研宄。國(guó)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(guò)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(kāi)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(guò)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(guó)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(jiàn)解）查閱了許多國(guó)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(guò)，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(guò)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(guó)內(nèi)外研究資料的基礎(chǔ)上，介紹油氣彈簧的工作原理、國(guó)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?. 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?？尚行苑治?. 客觀條件：關(guān)于油氣彈簧的設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者已經(jīng)做出了大量的研究工作，通過(guò)在中國(guó)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(guò)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(lái)說(shuō)，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(guò)，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(wèn)題及難點(diǎn)關(guān)鍵問(wèn)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(kāi)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(shuō)明書撰寫；5.第八學(xué)期第12-13周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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)，2009.2 孫建民油氣懸架的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)評(píng)述J煤礦機(jī)械，2007，28(4)：8-ll.3 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Design of damping valve for vehicle hydro-pneumatic suspensionJ.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(shí)用技術(shù)：2017. 1671-7988 (2017)12-15-03.22 周長(zhǎng)城,劉瑞軍,趙以強(qiáng). 油氣彈簧疊加閥片設(shè)計(jì)方法及對(duì)節(jié)流縫隙影響N.兵工學(xué)報(bào)，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(shè)計(jì)J.機(jī)電工程技術(shù)，2012，41（01）：52-56.24 周長(zhǎng)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(xué)學(xué)報(bào)，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(xué)，2003.26 馮立陽(yáng)，樂(lè)渭清. 油氣彈簧設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題J.液壓與氣動(dòng).1996 (1) :6-8. 九、指導(dǎo)教師意見(jiàn)簽名： 20 年 月 日十、開(kāi)題審查小組意見(jiàn)（要求具體意見(jiàn)，對(duì)前7項(xiàng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)論：通過(guò)，不通過(guò)） 開(kāi)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(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、研究方向、進(jìn)展情況、存在問(wèn)題、參考文獻(xiàn)等）（5000字以上）（說(shuō)明：文獻(xiàn)綜述是通過(guò)系統(tǒng)地查閱與所選課題相關(guān)的國(guó)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(wú)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(wú)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)性；以車身傾角和懸架高度為控制信號(hào)，通過(guò)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(guò)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(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)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(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用狀況國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀油氣彈簧自20世紀(jì)50年代美國(guó)WABCO公司首次提出，國(guó)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(kāi)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(guó)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(guò)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(guó)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(guó)的AA7VA1兩棲裝甲戰(zhàn)車、法國(guó)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(guó)Liebberr公司的CXP系列和美國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(wú)所知，只需要在函數(shù)空間中尋找一簇函數(shù)來(lái)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(guó)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)大引起液壓腔壓強(qiáng)低于液壓油的氣化壓強(qiáng)，并通過(guò)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(guò)程、孔口紊流出流方程、庫(kù)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(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)發(fā)，主要是對(duì)半主動(dòng)和主動(dòng)油氣懸架的開(kāi)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(guò)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(guò)伺服閥再進(jìn)入液壓缸，實(shí)時(shí)控制懸架輸出力。國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀國(guó)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(guó)內(nèi)研究人員才開(kāi)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(wèn)題，沒(méi)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(guó)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(guó)國(guó)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(guó)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(lái)，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?？傮w來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)油氣懸架方面的研究多集中在計(jì)算機(jī)仿真、國(guó)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(méi)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(guó)外的油氣懸架技術(shù)還有一定的差距。 國(guó)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(guó)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(shù)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(lái)建立油氣懸架彈性力模型，通過(guò)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(guò)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)一些高校都在不斷完善自己的油氣懸架模型，并通過(guò)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guò)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(lái)說(shuō)，開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)和VC+編程工具軟件，開(kāi)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(guò)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(guó)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(guó)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(guó)利勃海爾公司生產(chǎn)的LTM系列起重機(jī)、美國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)亟待解決的問(wèn)題從油氣懸架的發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，國(guó)外已經(jīng)到達(dá)應(yīng)用階段，而國(guó)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(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)，引進(jìn)和設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)備。高校可以借助企業(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(kāi)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(shuō)明，懸架減振效果的定性定量說(shuō)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(kāi)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(kāi)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(guó)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(ài)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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