摘要摘7 要隨著生活水平的提高，人們對(duì)乘坐舒適性和行駛安全性的要求越來(lái)越高，汽車(chē)平順性和操縱穩(wěn)定性已成為其在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中兩項(xiàng)重要性能指標(biāo)。和鋼板彈簧懸架車(chē)輛相比，空氣懸架車(chē)輛不僅能提高行駛平順性，還能改善輪胎接地性和車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性，減少車(chē)輛對(duì)路面的損壞，加強(qiáng)對(duì)貨物的保護(hù)。本文中的e c a s 客車(chē)，是在保證操縱穩(wěn)定性的前提下，提高行駛平順性。因此，對(duì)e c a s 的充放氣特性、匹配和控制研究成為了一項(xiàng)很有意義的工作。1 闡述了空氣彈簧和空氣懸架的工作原理和特性，基于空氣彈簧有效容積、內(nèi)部氣體壓力、有效面積和承載質(zhì)量等工作參數(shù)，運(yùn)用熱力學(xué)基本理論，進(jìn)行了空氣彈簧內(nèi)部氣體狀態(tài)分析，建立了空氣彈簧非線性彈性模型。2 運(yùn)用牛頓法建立了1 4 車(chē)二自由度和整車(chē)八自由度的空氣懸架客車(chē)的數(shù)學(xué)方程和動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)整車(chē)模型進(jìn)行頻譜分析。針對(duì)整車(chē)模型，以座椅處垂直方向加權(quán)加速度均方根值作為汽車(chē)行駛平順性優(yōu)化目標(biāo)，以前后懸架阻尼系數(shù)為設(shè)計(jì)變量，以懸架阻尼比、動(dòng)行程和車(chē)輪動(dòng)載荷為約束條件，對(duì)空氣懸架的剛度和阻尼的匹配進(jìn)行了尋優(yōu)，優(yōu)化結(jié)果改善了車(chē)輛平順性和輪胎動(dòng)載荷。3 將固定容積容器與變?nèi)莘e容器的充放氣特性應(yīng)用于e c a s 客車(chē)的充放氣研究，并進(jìn)行了空氣彈簧高度位置保持不變+ 變載工況和高度位置切換+ 定載工況的充放氣理論推導(dǎo)。高度位置保持不變+ 變載工況通過(guò)理論推導(dǎo)得到了空氣彈簧剛度一充放氣時(shí)間( 電磁閥開(kāi)關(guān)時(shí)間) 的關(guān)系曲線，并擬合出相應(yīng)的關(guān)系函數(shù)?？諝鈴椈筛叨任恢们袚Q+ 定載工況通過(guò)理論推導(dǎo)得到了空氣彈簧剛度一充放氣時(shí)間、高度一充放氣時(shí)間和高度一剛度的關(guān)系曲線，江蘇大學(xué)博士學(xué)位論丈：e c a s 客車(chē)懸架系統(tǒng)的匹配與充放氣研究然后根據(jù)曲線分別擬合出空氣彈簧剛度一充放氣時(shí)間、高度一充放氣時(shí)間、空氣懸架高度一剛度的關(guān)系函數(shù)。然后進(jìn)行了高度位置切換+ 定載工況的整車(chē)充放氣實(shí)驗(yàn)。本文中e c a s 的充放氣結(jié)果表現(xiàn)為高度位置與減振器阻尼的不同匹配，充放氣過(guò)程為f u z 蚪i d 控制系統(tǒng)的工作提供了依據(jù)。4 根據(jù)得到的空氣彈簧高度、剛度與充放氣時(shí)間的三者關(guān)系函數(shù)、空氣彈簧剛度與最佳匹配可調(diào)阻尼減振器阻尼系數(shù)的關(guān)系，設(shè)計(jì)了基于f u z 蚪i d 控制的電子控制空氣懸架的控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了控制器的1 4臺(tái)架實(shí)驗(yàn)和整車(chē)實(shí)驗(yàn)，取得了較好的控制效果：施加了f u z 蚪i d 控制的空氣懸架的性能指標(biāo)一座椅處垂直方向振動(dòng)加速度值得到了明顯降低。本文研究?jī)?nèi)容是江蘇大學(xué)、浙江省科技廳和浙江穩(wěn)達(dá)減振器有限公司合作的浙江省科技廳重大科技專(zhuān)項(xiàng)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目“電子控制空氣懸架的開(kāi)發(fā)應(yīng)用 ( 項(xiàng)目編號(hào)：2 0 0 6 c 1 1 0 8 9 ) 的一部分。關(guān)鍵詞：電子控制空氣懸架，平順性，匹配，f u z z y p i d 控制，充放氣a b s t r a c tr i d i n gc o m f o r ta n dc o n t r o ls t a b i l i t yh a sb e e nr e q u i r e dm o r ga n dm o r es t r i c t l yw i t ht h ei m p r o v e m e n to fo u rl i f e ，a n dt h e yh a v eb e c o m et w oi m p o r t a n tp e r f o r m a n c ei n d e x e sb yw h i c ht h ev e h i c l es u c c e e d sm o r ee a s i l yi nt h ec o m p e t i t i o n t h ec o m m e r c i a lv e h i c l ew i t he c a s ( e l e c t r o n i c a l l v i o n t r o l l e da i rs u s p e n s i o n ) h a sb e t t e rp e r f o r m a n c ei nf i d ep e r f o r m a n c e ，t i r ee a r t h i n ga b i l i t y ,c o n t r o ls t a b i l i t y , l e s sd a m a g eo fr o a da n dm o r ep r o t e c t i o no fg o o dc o m p a r e dw i t ht h o s eo fl e a fs p r i n gs u s p e n s i o n s o ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt or e s e a r c ho nt h ei n f l a t i o n d e f l a t i o n ，m a s h i n ga n dc o n t r o lo fe c a s f i r s t l y , t h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dr u n n i n gc h a r a c t e r i s t i co fa i rs p r i n ga n da i rs u s p e n s i o nw e r ei n t r o d u c e d b a s e do nt h ep a r a m e t e r s ，s u c ha st h ee f f e c t i v ev o l u m e ，i n t e r n a lg a sp r e s s u r e ，e f f e c t i v ea r e aa n db e a r i n gm a s sa n ds oo n ，t h et h e r m o d y n a m i cb a s i ct h e o r yw a sa d a p t ，t h eg a ss t a t ei nt h ea i rs p r i n gw a sa n a l y z e d ，t h en o n - l i n e a re l a s t i cm o d e lo ft h ea i rs p r i n gw a sb u i l t s e c o n d l y , t h em a t h e m a t i ce q u a t i o n sa n dd y n a m i cm o d e l so f 2d e g r e e s - o f - f r e e d o mo fq u a r t e rv e h i c l em o d e la n d8d e g r e e s - - o f - f r e e d o mo fw h o l ev e h i c l em o d e lw e r ec r e a t e db yn e w t o n ，t h ef r e q u e n c ya n a l y s i sw a sd o n et ot h ew h o l ev e h i d em o d e l a c c o r d i n gt ot h ew h o l ev e h i c l em o d e l ，t h er m so fa c c e l e r a t i o ni nt h es e a tw a sr e g a r d e da st h eo b j e c t i o n ，t h ed a m p i n gc o e f f i c i e n to ff r o n ta n dr e a rs u s p e n s i o nw a st r e a t e da sd e s i g nv a r i a b l e ，t h es u s p e n s i o nd a m p i n gr a t i o ，t h ed y n a m i cf l e x i b i l i t ya n dd y n a m i cl o a dw e r ea c c e p e t e da sc o n s t r a i n tc o n d i t i o n ，i no r d e rt h a tt h em a t c h i n go fs u s p e n s i o ns t i f f n e s sa n dd a m p i n gw a so p t i m i z e d t h eo p t i m i z a t i o nr e s u l t si m p r o v e dt h er i d i n gc o m f o r ta n dd y n a m i cl o a do ft i r eo ft h ev e h i c l e t h i r d l y , i n f l a t i o n d e f l a t i o nc h a r a c t e r i s t i co fi s o v o l u m e t r i cv e s s e la n dv a r i o d e n s e rv e s s e lw e r eu s e di nr e s e a r c ho ni n f l a t i o n d e f l a t i o no fe c a sb u s t h et h e o r e t i c a ld e r i v a t i o no fi n f l a t i o n d e f l a t i o nw o r k i n gc o n d i t i o n so fh e i g h t - p o s i t o n江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文：e c a s 客車(chē)懸架系統(tǒng)的匹配與充放氣研究h o l d i n gt h el i n e + v a r i a b l el o a da n dw o r k i n gc o n d i t i o no fh e i g h t - p o s i t o ns w i t c h i n g + c o n s t a n tl o a dw a sc a r r i e do u t i nt h ep r e v i o u sw o r k i n gc o n d i t i o n ，t h ec a l v eo fa i rs p r i n gs t i f f n e s s - - - p e r i o do fi n t a k e e x h a u s t ( s w i t c h i n gt i m eo fs o l e n o i dv a l v e ) w a sg o t t e nb yt h e o r e t i c a ld e r i v a t i o n ，a n dt h ef u n c t i o nw a sf i t t e do u to ft h ec a l v e i nt h el a t t e rw o r k i n gc o n d i t i o n ，t h ec a l v eo fa i rs p r i n gs t i f f n e s s - - - p e r i o do fi n t a k e e x h a u s t ( s w i t c h i n gt i m e ) ，h e i g h t - _ p e r i o do fi n t a k e e x h a u s ta n dh e i 舀l t _ 川t i f f n e s sw e r eb yt h e o r e t i c a ld e r i v a t i o n ，a n dt h ef u n c t i o n sw e r ef i t t e do u to ft h ec a l v e s t h et e s to ft h el a t t e rw a sd o n el a t eo ni t t h er e s u l t so fi n f l a t i o n j 7 d e f l a t i o ni ne c a sb u sw e r ed i f f e r e n tm a t c h i n g so fh e i g h ta n dd a m p i n g ，a n dt h ep r o c e s s e so ft h e mh a dr e l a t i o n sw i t ht h ep r o c e s s e so fc o n t r o l l i n g l a s t l y , o nt h ef u n c t i o n so fa i rs p r i n gs t i f f n e s s ，h e i g h ta n dp e r i o do fi n t a k e e x h a u s t ，t h er e l a t i o no fa i rs p r i n gs t i f f n e s sa n do p t i m a ld a m p i n gc o e f f i c i e n to fa d j u s t a b l ed a m p e r , f u z z y _ i dc o n t r o ls y s t e mw a sd e s i g n e d ，t h e nc o n t r o l l e re x p e r i m e n tw a sd o n ei nt h eb e n c ht e s ta n dv e h i c l et e s t t h ec o n t r o le f f e c tw a sb e t t e rt h a tp e r f o r m a n c ei n d e x - - - v e r t i c a la c c e l e r a t i o nv a l u ei nt h es e a to fe c a su n d e rf i u z 列- _ - p i dc o n t r o lw a so b v i o u s l yd e c r e a s e d k e yw o r d s ：e c a s ，r i d ec o m f o r t ，m a t c h i n g ，f u z z y p i dc o n t r o l ，i n f l a t i o n d e f l a t i o n i v學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江蘇大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于保密口，在年解密后適用本授權(quán)書(shū)。不保密學(xué)位論文作者簽名：楊啟耀砰易月f f 日楊梆指導(dǎo)教師簽名：周孔珈汴易月| | b獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容以外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：楊啟耀日期：塒年易月1 1 日f(shuō)楊捌繯第一章緒論1 1引言第一章緒論汽車(chē)懸架是車(chē)架( 或承載式車(chē)身) 與車(chē)橋( 或車(chē)輪) 傳力聯(lián)接裝置的的總稱(chēng)。包括彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，轎車(chē)和部分客車(chē)還設(shè)有橫向穩(wěn)定器。懸架系統(tǒng)的總體功能是傳力，具體功能是緩和路面不平所引起的振動(dòng)和沖擊；衰減車(chē)身和車(chē)橋( 或車(chē)輪) 的振動(dòng)；傳遞作用在車(chē)輪和車(chē)架( 或車(chē)身) 之間的各種力( 驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力、橫向力) 和力矩( 制動(dòng)力矩和反作用力矩1 。懸架是保證車(chē)輛行駛平順性、操縱穩(wěn)定性等性能的重要裝置【1 】?？諝鈶壹芤钥諝鈴椈蔀閺椥栽?。空氣彈簧內(nèi)部壓縮氣體的氣壓能夠隨載荷和道路條件變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)，不論滿載、空載還是其他簧載質(zhì)量下，整車(chē)高度不會(huì)變化，可提高乘坐舒適性 2 1 。鑒于空氣彈簧作為彈性元件所具有的獨(dú)特力學(xué)性能，使得空氣懸架技術(shù)成為未來(lái)汽車(chē)懸架技術(shù)發(fā)展方向之一。空氣彈簧是在柔性密閉橡膠氣囊中加入壓力空氣，利用空氣的可壓縮性實(shí)現(xiàn)彈性作用的一種非金屬?gòu)椈伞? 】。有關(guān)空氣彈簧的歷史最早可以追溯到1 8 4 7 年，j o h nl e w i s 在美國(guó)申請(qǐng)了第一個(gè)空氣彈簧專(zhuān)利( u s 4 9 6 5 ) 。1 9 0 1 年公布了第一個(gè)用于有軌電車(chē)懸架的空氣彈簧專(zhuān)利( u s 6 7 3 0 1 1 ) ，1 9 0 8 年g e o r g e b a n c r o f t 報(bào)了第一個(gè)汽車(chē)懸架空氣彈簧專(zhuān)利( u s 9 8 0 1 3 8 ) ，且于1 9 1 0 年獲得授權(quán)。由于諸多原因，早期的空氣彈簧專(zhuān)利未得到商業(yè)應(yīng)用。2 0 世紀(jì)3 0 年代纖維疊層橡膠制作技術(shù)的出現(xiàn)，空氣彈簧才走上快速發(fā)展的軌道。1 9 3 4 年“a i r i d e 空氣彈簧誕生于凡士通空氣彈簧和橡膠公司( 刪姍) 。1 9 3 8 年凡士通空氣彈簧和橡膠公司與美國(guó)通用汽車(chē)公司( g m ) 合作開(kāi)發(fā)豪華大客車(chē)空氣懸架系統(tǒng)，且于1 9 4 4 年進(jìn)行了首輪試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明懸架使用空氣彈簧后汽車(chē)性能表現(xiàn)優(yōu)越。1 9 5 3 年這兩家公司開(kāi)始向g r e y h o u n dl i n e s 運(yùn)輸公司提供有空氣懸架系統(tǒng)的豪華大客車(chē)。從此，空氣懸架系統(tǒng)技術(shù)迅速發(fā)展。空氣彈簧彈性特性通過(guò)合理設(shè)計(jì)可具有比較理想的曲線，且可調(diào)控，用于車(chē)輛懸架裝置中可明顯改善車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性，同時(shí)能減輕重載車(chē)輛對(duì)路面的破壞1 4 , 5 1 ，在高等級(jí)客車(chē)和重型載貨汽車(chē)上得到廣泛的應(yīng)用f 1 。此外，由于相比于普通金屬?gòu)椈傻脑S多優(yōu)點(diǎn)，空氣彈簧也應(yīng)用于壓力機(jī)、剪切機(jī)、壓縮機(jī)、離心機(jī)、振動(dòng)輸送機(jī)、振動(dòng)篩、空氣錘、鑄造機(jī)械和紡織機(jī)械等方面作為隔振元件【9 1 ；同時(shí)可用做電子顯微鏡、激】江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文：e c a s 客車(chē)懸架系統(tǒng)的匹配與充放氣研究光儀器、集成電路及其它物理化學(xué)分析精密儀器等的支承元件以隔離振動(dòng)1 0 l 。1 2國(guó)內(nèi)外車(chē)用空氣懸架的發(fā)展及現(xiàn)狀1 2 1 國(guó)內(nèi)外車(chē)用空氣懸架的應(yīng)用現(xiàn)狀空氣彈簧發(fā)明于十九世紀(jì)中期，早期用于機(jī)械設(shè)備的隔振嚕1 ，經(jīng)一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，到二十世紀(jì)五十年代應(yīng)用到大客車(chē)、載貨汽車(chē)、轎車(chē)及軌道車(chē)輛上。1 9 4 7 年，美國(guó)首先在普爾曼車(chē)上使用空氣彈簧。1 9 5 8 年，通用汽車(chē)公司某一牽引車(chē)懸架就裝有空氣彈簧。到1 9 6 4 年，美國(guó)生產(chǎn)的2 5 種公共汽車(chē)懸架中就有2 3 種使用了空氣彈簧。1 9 6 1 年，德國(guó)開(kāi)始在大多數(shù)公共汽車(chē)上使用空氣彈簧，到1 9 6 4 年，德國(guó)生產(chǎn)的5 5 種大中型客車(chē)懸架中有3 8 種使用了空氣彈簧。此后，意大利、英國(guó)、法國(guó)及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼對(duì)空氣彈簧作了大量的研究工作。目前，在國(guó)外豪華汽車(chē)懸架上已經(jīng)廣泛采用空氣彈簧，在高速客車(chē)和豪華城市客車(chē)上的使用率已達(dá)到1 0 0 9 6 ，在中、重型貨車(chē)以及掛車(chē)上也超過(guò)8 0 9 6 ，如美國(guó)的f o r d , 德國(guó)的b e n z 、m a n 、n e o p l a n ，瑞典的v o l v o ，法國(guó)的雷諾，日本的尼桑、日野、五十鈴、三菱等。同時(shí)部分高級(jí)轎車(chē)懸架上也選裝空氣彈簧，如美國(guó)的林肯，德國(guó)的b e n z 3 0 0 s e 和b e n z 6 0 0 , 德國(guó)大眾a u d ia 8 以及日本豐田凌志重彬1 13 等。在一些特種車(chē)輛( 如對(duì)防振性能要求高的儀表車(chē)、救護(hù)車(chē)及要求帶高度調(diào)節(jié)的集裝箱運(yùn)輸車(chē)) 上，空氣懸架幾乎為唯一選擇口刳。目前汽車(chē)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已形成幾大空氣彈簧懸架和空氣彈簧生產(chǎn)廠家，如美國(guó)的n e w a y , r i d e w e l l 、f i r e s t o n e 、g o o d y e a r 和德國(guó)的副只b p w 及c o n t i t e c h 等。與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用相比，我國(guó)空氣懸架的配置率低，僅限于部分豪華大客車(chē)【1 3 】、少量重型載重卡車(chē)【1 4 】、極少高檔合資國(guó)產(chǎn)轎車(chē)【15 1 。1 2 2 國(guó)內(nèi)外車(chē)用空氣懸架的研究現(xiàn)狀隨著空氣彈簧在汽車(chē)懸架上的推廣應(yīng)用，對(duì)空氣彈簧的研究也得到了重視。j r e v a n s 等人對(duì)空氣彈簧在火車(chē)上的應(yīng)用作了深入的研究，并在1 9 7 0 年進(jìn)行了空氣彈簧垂直特性試驗(yàn)，建立了空氣彈簧垂直動(dòng)態(tài)特性模型。汽車(chē)懸架空氣彈簧的側(cè)向特性試驗(yàn)于1 9 9 4 年完成，在較寬頻帶內(nèi)和大幅值條件下，測(cè)量了空氣彈簧在不同載荷下的側(cè)向力和變形，并用正弦波和鋸齒波輸入來(lái)觀察速度對(duì)側(cè)向特性的影響n6 i 。k a t s u y ay o y o f u k u 等人研究了帶輔助氣室的空氣彈簧系統(tǒng)振動(dòng)頻率和彈簧響應(yīng)之間的關(guān)系，分析2第一章緒論連接管路和氣室對(duì)彈性特性變化的影響。i o nb u n n e 和r o g e rj a b l e 研究了汽車(chē)懸架采用空氣彈簧后對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)的影響【1 7 】。j o h nw o o d r o o f f e 通過(guò)試驗(yàn)評(píng)價(jià)了懸架分別放置空氣彈簧和鋼板彈簧的重型載貨汽車(chē)路面附著性和行駛平順性【l 引。隨后，a l f l - i o m e y e r等人采用有限元法優(yōu)化了空氣彈簧結(jié)構(gòu)，提出了空氣彈簧設(shè)計(jì)的新思想【l 圳。畦田、利夫等人研究表明1 2 0 1 ，作為空氣彈簧氣囊的老化因素，是以交變應(yīng)力為基礎(chǔ)，再以熱、紫外線等的氧化老化因素相復(fù)合，并指出今后應(yīng)將重點(diǎn)放在耐疲勞性的材料設(shè)計(jì)上。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)對(duì)空氣彈簧的研究仍處于起步階段。最早始于1 9 5 7 年1 2 l j ，長(zhǎng)春汽車(chē)研究所與化工部橡膠工業(yè)研究所合作，開(kāi)始研究并設(shè)計(jì)空氣彈簧，同年年底國(guó)內(nèi)第一輛空氣懸架的貨車(chē)試制成功。次年，長(zhǎng)春汽車(chē)研究所分別在北京、天津、上海等地參與了空氣彈簧與公共汽車(chē)、無(wú)軌電車(chē)以及軌道車(chē)輛等多種車(chē)輛的匹配設(shè)計(jì)。但是有關(guān)空氣彈簧的特性理論、系統(tǒng)密封等問(wèn)題沒(méi)有完全解決，再加上對(duì)空氣彈簧的認(rèn)識(shí)存在問(wèn)題瞄1 。因此，國(guó)內(nèi)一度終止了空氣彈簧的相關(guān)研究。到了八十年代，長(zhǎng)春汽車(chē)研究所再次著手空氣彈簧與汽車(chē)懸架的匹配研究瞻割，先后為武漢客車(chē)制造廠、瓦房店客車(chē)廠、四平客車(chē)廠等幾家企業(yè)設(shè)計(jì)了空氣懸架。取得了相關(guān)的研究成果：車(chē)身自振頻率可降低到1 1 1 2 h z ；平均車(chē)速提高了1 7 9 6 ；采用空氣彈簧與采用鋼板彈簧相比同車(chē)型懸架質(zhì)量可以減輕5 0 6 0 公斤。還為沈陽(yáng)電車(chē)公司修配廠試制了沈陽(yáng)s y 6 6 2 空氣彈簧無(wú)軌電車(chē)，在運(yùn)行了6 萬(wàn)公里后車(chē)身、車(chē)橋及聯(lián)接部件基本沒(méi)有損傷。1 9 8 7 年，該所與沈陽(yáng)飛機(jī)制造公司汽車(chē)廠共同開(kāi)發(fā)了c a l 5 1 d 1 8 空氣懸架客車(chē)底盤(pán)，并應(yīng)用于s f q 6 9 8 1 a 型客車(chē)。但未解決橡膠氣囊的壽命偏低問(wèn)題，國(guó)內(nèi)對(duì)空氣彈簧及其相關(guān)研究再次陷入停止?fàn)顟B(tài)。9 0 年代，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，國(guó)內(nèi)客車(chē)廠( 如北方車(chē)輛制造廠、廈門(mén)金龍聯(lián)合汽車(chē)公司、西安飛機(jī)制造廠、安凱汽車(chē)股份有限公司、亞星客車(chē)集團(tuán)公司和丹東汽車(chē)制造廠等) 紛紛進(jìn)口國(guó)外空氣懸架或空氣懸架客車(chē)底盤(pán)，以提高其產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力搶占國(guó)內(nèi)高檔客車(chē)市場(chǎng)。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)對(duì)空氣彈簧及其相關(guān)研究開(kāi)展于眾多產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)。企業(yè)主要有：東風(fēng)汽車(chē)【冰2 5 1 、中國(guó)重型汽車(chē)集團(tuán)公司、上海匯眾汽車(chē)制造公司重型汽車(chē)廠、淝河汽車(chē)制造廠研究所、江蘇亞星客車(chē)廠【2 6 j 、重慶紅巖汽車(chē)有限責(zé)任公司等整車(chē)廠主要針對(duì)某一車(chē)型進(jìn)行空氣懸架的匹配設(shè)計(jì)；有空氣懸架專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)公司：上海科曼車(chē)輛部件系統(tǒng)有限公司、北京精德精汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)有限公司、北京馳創(chuàng)達(dá)空氣懸架有限公司；株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司【2 7 1 、貴州前進(jìn)橡膠有限公司【2 8 1 、3江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文：e c a s 客車(chē)懸架系統(tǒng)的匹配與充放氣研究山東萊州市橡膠廠、廣州市溢滔橡膠有限公司、浙江高斯特橡膠實(shí)業(yè)有限公司等主要進(jìn)行空氣彈簧生產(chǎn)；研究所：交通部重慶公路科學(xué)研究所乜9 3 1 1 、江蘇省交通科學(xué)研究院口釘、鐵道部四方車(chē)輛研究所洶峭1 等為空氣彈簧的生產(chǎn)或匹配提供技術(shù)支持；大專(zhuān)院校：吉林大學(xué)【3 5 - - 4 6 1 、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)【4 7 5 0 】、武漢理工大掣5 m 3 1 、北京理工大學(xué)刪、北京化工大掣5 5 側(cè)、合肥工業(yè)大學(xué)舊 7 、同濟(jì)大學(xué)m 7 鍆，高校目前主要側(cè)重于1 4 空氣懸架車(chē)輛模型傳遞特性、控制及仿真研究。在1 9 9 1 年，沈陽(yáng)飛機(jī)制造公司和交通部重慶公路科學(xué)研究所起草了g b w 1 3 0 6 1 - 9 1汽車(chē)懸架用空氣彈簧一橡膠彈簧國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為橡膠氣囊國(guó)產(chǎn)化提供了標(biāo)準(zhǔn)n 7 羽。同時(shí)一些國(guó)外空氣彈簧生產(chǎn)商也開(kāi)始在中國(guó)銷(xiāo)售和生產(chǎn)，如美國(guó)的g o o d y e a r 公司、f i r e s t o n e 公司、德國(guó)的c o n t i t e c h 公司等。綜上所述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)空氣彈簧懸架及其相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛的研究，取得了一定的研究成果，主要集中在空氣彈簧與汽車(chē)懸架匹配設(shè)計(jì)、仿真分析、控制方面。盡管從公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)來(lái)看，對(duì)于空氣彈簧的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法研究還鮮有報(bào)道。但無(wú)容置疑，國(guó)外著名空氣彈簧生產(chǎn)商( 如g o o d y e a r 公司、f i r e s t o n 公司和c o n t i t e c h 公司等)均有自己的空氣彈簧設(shè)計(jì)理念和完善的設(shè)計(jì)方法，并一直處于商業(yè)機(jī)密狀態(tài)。1 3e c a s 簡(jiǎn)介1 3 1e c a s 優(yōu)點(diǎn)空氣懸架按控制方式分為機(jī)械控制式和電子控制式。前者被稱(chēng)為被動(dòng)( 常規(guī)) 空氣懸架，只能設(shè)定一個(gè)平衡高度；路況較差時(shí)放氣頻繁影響性能；后者被稱(chēng)為e c a s ( 電子控制空氣懸架，e l e c t r o n i c a l l y - - c o n t r o l l e da i rs u s p e n s i o n )相對(duì)于前者，e c a s l 7 5 7 7 】具有以下優(yōu)點(diǎn)：減少了空氣消耗一在車(chē)輛行駛過(guò)程中無(wú)空氣消耗。以低地板城市客車(chē)為例，與被動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)相比，e c a s 可節(jié)省大約2 5 的空氣消耗。由于使用了大截面的進(jìn)( 出) 氣口而使所有控制過(guò)程變得非常迅速。安裝容易。對(duì)于電磁閥組件，每一氣囊只需一根氣管，再加上一根到儲(chǔ)氣筒的氣管。升降功能和k n e e l i n g 功能滿足法規(guī)要求。系統(tǒng)的高度的靈活性可以滿足不同類(lèi)型的k n e e l i n g 功能。綜合安全概念，故障記憶和診斷功能。4第一章緒論a )b )圖1 1電控空氣懸架系統(tǒng)示意圖1 控制器2 電磁閥3 車(chē)身高度傳感器4 空氣彈簧5 控制終端6 減振器7 空氣壓縮機(jī)8 速度傳感器9 后軸10 前軸f i g 1 1as c h e m a t i cd i a g r a mo fe c a ss y s t e m1e c u2s o l e n o i dv a l v e3h e i g h ts e n s o r4a i rs p r i n g5r e m o t ec o n t r o lu n i t6s h o c ka b s o r b e r7a i rc o m p r e s s o r8s p e e ds e n s o r9r e a ra x l e1 0f r o n ta x l e1 3 2 電控空氣懸架主要元件電控空氣懸架由兩部分組成7 8 1 ，第一部分主要為機(jī)械元件，包括空氣彈簧、減振器、緩沖限位塊、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、橫向穩(wěn)定器( 桿) 、車(chē)身高度控制機(jī)構(gòu)及各種安裝支架等；第二部分為氣動(dòng)回路和控制系統(tǒng)，包括控制器( e c u ) 、位移( 高度) 傳感器、壓力傳感器、空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣筒、電磁閥、管路以及密封件等，如圖1 1 所示。笫一部分機(jī)械部分如下：1 空氣彈簧空氣彈簧部分在下文中詳細(xì)敘述，此處從略。2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)空氣彈簧只承受垂直載荷，必須有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)承受縱向力、側(cè)向力及其力矩。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)常用的有板簧式、雙橫臂式、縱臂式、四連桿式和a 形等。不同的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，要參考具體車(chē)型的整車(chē)的總體布置來(lái)合理應(yīng)用【79 | 。3 減振器空氣懸架中的減振器是一種高性能減振器；其性能隨著載荷的增加而改變，拉伸強(qiáng)度高。主要限制向下行程和防止空氣彈簧與底座分離。一般多用雙向筒式液壓減振器，其內(nèi)部裝有行程限位裝置。4 橫向穩(wěn)定器橫向穩(wěn)定器可防止車(chē)身發(fā)生過(guò)大的橫向傾斜和橫向角振動(dòng)，提高汽車(chē)抗側(cè)傾能力，s雨江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文：e c a s 客車(chē)懸架系統(tǒng)的匹配與充放氣研究增大懸架的橫向角剛度，調(diào)整了前后懸架側(cè)傾角剛度比值，可使汽車(chē)具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。但部分空氣懸架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)具備足夠的側(cè)傾角剛度，不需安裝橫向穩(wěn)定器。5 緩沖限位塊緩沖塊的安裝形式有兩種：一種安裝在空氣彈簧的蓋板或底座上；另一種安裝在空氣彈簧外的車(chē)架或車(chē)橋上。其作用是避免車(chē)架和車(chē)橋或?qū)驐U件之間的剛性沖擊?？諝鈶壹芟到y(tǒng)的緩沖塊通常是中空的柱形或雙曲形，受壓變形時(shí)，膠體內(nèi)外側(cè)都有有足夠的橫向變形空間，內(nèi)應(yīng)力分布較均勻。本課題中使用的前簧懸架n 6 4 4 的緩沖塊置于其底座上，在氣囊內(nèi)部。當(dāng)空氣彈簧漏氣或損壞時(shí)，緩沖塊直接承載；此時(shí)車(chē)輛的運(yùn)行品質(zhì)雖有下降，但不影響安全性。6 車(chē)身高度控制機(jī)構(gòu)車(chē)身高度控制機(jī)構(gòu)分為機(jī)械式和電子式兩種形式。被動(dòng)空氣懸架使用機(jī)械式高度控制機(jī)構(gòu)，即采用機(jī)械式高度閥【8 0 1 調(diào)節(jié)，根據(jù)車(chē)橋相對(duì)車(chē)架的高度變化( 即懸架的動(dòng)行程) 來(lái)控制空氣彈簧的充放氣，改變空氣彈簧的剛度，保持：正常車(chē)身高度不變；載荷變化時(shí)，懸架有較低的固有頻率，且頻率基本不變。電子控制空氣懸架的高度控制機(jī)構(gòu)是：將機(jī)械式高度閥的測(cè)量車(chē)身高度和對(duì)空氣彈簧充、放氣的功能分解，分別用高度傳感器和電磁閥代替。以客車(chē)電控空氣懸架為例，其功能除機(jī)械式高度閥的功能外，還有：指標(biāo)高度控制；多個(gè)行車(chē)高度；限高；k n e e l i n g 功能。第二部分控制系統(tǒng)和氣路如下：7 電氣元件電控空氣懸架比被動(dòng)空氣懸架多配置了了電氣元件，主要是e c u 、電磁閥、高度傳感器、壓力傳感器與壓力開(kāi)關(guān)和遙控器等。如圖1 2 所示。e c u ：具有監(jiān)視、運(yùn)算、控制和故障檢測(cè)。電磁閥：通常是電磁閥組件；控制氣囊的充放氣。高度傳感器：測(cè)量車(chē)身與車(chē)橋的相對(duì)位移，即懸架動(dòng)行程，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送至e c u 。壓力傳感器及壓力開(kāi)關(guān)：測(cè)量?jī)?chǔ)氣筒和氣囊壓力，以及車(chē)輛軸荷。紅外線遙控器：實(shí)施遠(yuǎn)距離控制。6第一章緒論8 氣路系統(tǒng)在下文巾詳細(xì)敘述，此處從略。1 4 平順性圖1 2電控空氣懸架電氣元件f i g 1 2e l e c t r i c a le l e m e n to fe c a ss y s t e m1 4 1 平順性概述汽車(chē)平順性是汽車(chē)在行駛過(guò)程中保持駕駛員、乘員所處的振動(dòng)環(huán)境具有一定舒適度的性能，對(duì)于載貨汽車(chē)還包括保持貨物完好的性能。由于平順性豐要根據(jù)乘坐者的舒適程度來(lái)評(píng)價(jià)，故也稱(chēng)為乘坐舒適性。廣義的舒適性是指車(chē)內(nèi)寬廣度、視野、座椅舒適性、車(chē)內(nèi)安靜程度和各部位的振動(dòng)大小等。通常所說(shuō)的舒適性僅指乘客對(duì)振動(dòng)的適應(yīng)程度。要求汽車(chē)對(duì)路面不平度有良好的隔振特性，汽車(chē)的這一性能稱(chēng)為汽車(chē)平順性。汽車(chē)的平順性的研究對(duì)象是“路面一汽車(chē)一人”構(gòu)成的系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行符合實(shí)際的評(píng)價(jià)。如圖1 3 汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)框圖。簡(jiǎn)占之，就是把路面不平度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律作為汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的輸入，然后用一定的算法求出與事實(shí)1 致的響應(yīng)，并進(jìn)行符合實(shí)際的評(píng)價(jià)1 8 1 , 8 2 i 。圖1 3汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)圖f i g 1 3ab l o c kd i a g r a mo fv e h i c l ev i b r a t i o ns y s t e m7江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文：e c a s 客車(chē)懸架系統(tǒng)的匹配與充放氣研究1 4 2 平順性的研究方法總言之，平順性研究方法分為理論研究法刪和實(shí)驗(yàn)研究法l 6 1 。1 理論研究方法階8 8 1傳統(tǒng)的理論研究方法就是力求建立盡可能完全反映客觀實(shí)際的動(dòng)力學(xué)模型，然后通過(guò)一定的算法得到振動(dòng)基本規(guī)律，求出平順性分析所需的振動(dòng)響應(yīng)量，與相應(yīng)的平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)相比較，從而預(yù)測(cè)與分析汽車(chē)平順性。較之實(shí)驗(yàn)方法其優(yōu)點(diǎn)在于：不受實(shí)驗(yàn)條件的限制，避免實(shí)驗(yàn)中的一些隨機(jī)因素的影響，便于歸納、比較和分析；從建模、計(jì)算到分析均可在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，縮短研究周期，節(jié)約費(fèi)用；改變輸入便可得到不同的輸出，而用實(shí)驗(yàn)方法不同的輸入需作不同的實(shí)驗(yàn)。通常理論研究方法分為：傳統(tǒng)研究法( 對(duì)應(yīng)于簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型的微分方程有線性和非線性之分，其解法也分別有時(shí)域和頻域之分。在工程應(yīng)用中使用頻域解法的居多，時(shí)域解法很難直接得到人們所需要的有價(jià)值的信息，通常把時(shí)域解通過(guò)傅立葉變換轉(zhuǎn)換至頻域。) ；多體( 系統(tǒng)) 動(dòng)力學(xué)研究法；主動(dòng)、半主動(dòng)控制法。2 試驗(yàn)研究方法1 8 7 - 8 8 】通過(guò)汽車(chē)平順性試驗(yàn)，可發(fā)現(xiàn)并探索平順性方面存在的問(wèn)題，同時(shí)找出結(jié)構(gòu)參數(shù)f 輪胎、懸架、座墊的剛度和阻尼) 對(duì)平順性的影響。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展為汽車(chē)實(shí)驗(yàn)提供了先進(jìn)的測(cè)試工具和測(cè)試手段。汽車(chē)平順性試驗(yàn)研究按試驗(yàn)方法分為室外道路試驗(yàn)、試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)模擬試驗(yàn)。室外道路試驗(yàn)：在實(shí)際道路上進(jìn)行試驗(yàn)，可全面考核、評(píng)價(jià)車(chē)輛的技術(shù)性能，主要用于實(shí)車(chē)評(píng)價(jià)試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)，目前采用較多。但由于道路條件難于控制，行車(chē)受到交通情況和其它條件的限制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性、可比性差。試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)：由各種試驗(yàn)道路、試驗(yàn)場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)室以及各種輔助設(shè)施組成，用來(lái)測(cè)定汽車(chē)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及基本性能參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)的各種性能，例如：動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及行駛平順性等。按照預(yù)先確定的試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)規(guī)范在規(guī)定的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的試驗(yàn)路段模擬汽車(chē)實(shí)際使用工況，與實(shí)際使用情況基本相同，因而可在短的試驗(yàn)里程內(nèi)獲得試驗(yàn)結(jié)果，縮短試驗(yàn)時(shí)間，提高試驗(yàn)效率且不受外界交通條件等因素的影響，能保證試驗(yàn)條件的一致性。室內(nèi)模擬試驗(yàn)：室內(nèi)模擬試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用專(zhuān)用試驗(yàn)設(shè)備( 如r r s ) 模擬路面情況對(duì)汽車(chē)進(jìn)行激勵(lì)，因此可以控制試驗(yàn)條件，試驗(yàn)重復(fù)性好，但試驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴。8第一章緒論這種試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴于道路模擬實(shí)際路面的準(zhǔn)確性，因此，對(duì)路面不平度的研究一直是平順性研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。1 4 3 平順性的研究的主要內(nèi)容1 激勵(lì)來(lái)源的研究【8 7 , 8 8 激勵(lì)源一般分為車(chē)輛激勵(lì)和路面激勵(lì)。車(chē)輛激勵(lì)來(lái)自于輪胎車(chē)輪，傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)部件；路面激勵(lì)出自于路面不平度，是汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的主要輸入振源。獲取準(zhǔn)確的路面激勵(lì)是進(jìn)行汽車(chē)平順性研究正確分析和評(píng)價(jià)汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的性能的重要環(huán)節(jié)。路面激勵(lì)的研究方法有實(shí)驗(yàn)法和理論法。實(shí)驗(yàn)法，其一是使用路面計(jì)測(cè)試實(shí)際路面獲得路面激勵(lì)；其二是使用傳感器和磁帶記錄儀記錄汽車(chē)所測(cè)部位在實(shí)際路面上行駛時(shí)的振動(dòng)加速度信號(hào)，然后在道路模擬機(jī)上換算得到路面激勵(lì)。實(shí)驗(yàn)法直觀、有效，但費(fèi)力、耗時(shí)、不經(jīng)濟(jì)。理論法，即使用計(jì)算機(jī)及數(shù)字技術(shù)進(jìn)行路面激勵(lì)的模擬。室內(nèi)模擬試驗(yàn)采用隨機(jī)加載、數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄和采集處理系統(tǒng)來(lái)模擬車(chē)輛使用工況，提高試驗(yàn)精度：比如a r m a 仇歷j 模擬法、m o n t e - c a r l o 法等，此類(lèi)理論方法節(jié)省了實(shí)際測(cè)試的工作量、且較好地反映了真實(shí)路面不平度統(tǒng)計(jì)特性的要求。理論上解決路面激勵(lì)的輸入問(wèn)題，是用計(jì)算機(jī)模擬整個(gè)汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)頻響應(yīng)特性的基礎(chǔ)。目前，研究人員已提出了多種路面激勵(lì)時(shí)域和頻域模型，但仍有待完善。2 汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)模型的研列8 7 , 8 8 】汽車(chē)是一個(gè)復(fù)雜的非線性多自由度系統(tǒng)，加之模型的數(shù)學(xué)描述和計(jì)算方法的局限，建立完全符合實(shí)際工況的汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型是極其困難的。實(shí)際工程確定力學(xué)模型的自由度時(shí)，應(yīng)在比較后，找到既能滿足工程精度又不至于太復(fù)雜的模型。針對(duì)具體的問(wèn)題，如何建立既簡(jiǎn)單又能反映研究問(wèn)題實(shí)質(zhì)的適當(dāng)?shù)钠?chē)振動(dòng)模型是研究汽車(chē)行駛平順性的關(guān)鍵問(wèn)題之一。目前汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的建模研究方法大體分為兩種：傳統(tǒng)研究法和多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究法。傳統(tǒng)研究法是根據(jù)一些理想假設(shè)將汽車(chē)簡(jiǎn)化成由一系列慣性元件、彈性元件和阻尼元件組成的振動(dòng)系統(tǒng)模型，并求解出振動(dòng)的振型、固有頻率、輸出響應(yīng)等以進(jìn)行比較分析。多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是自2 0 世紀(jì)6 0 年代初發(fā)展起來(lái)，研究由多個(gè)柔性體和( 或) 剛性體所構(gòu)成的系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，主要目標(biāo)是解決多維、時(shí)變、高度非線性的復(fù)雜9江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文：e c a s 客車(chē)懸架系統(tǒng)的匹配與充放氣研究動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的建模、分析、求解和控制等問(wèn)題。近二十年來(lái)，該學(xué)科在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增多，現(xiàn)在已有許多大型通用多體動(dòng)力學(xué)軟件，如美國(guó)的a d a m s 軟件。3 汽車(chē)行駛平順性評(píng)價(jià)方法的研列s 7 , 8 8 1汽車(chē)平順性的研究需要評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)。汽車(chē)平順性的評(píng)價(jià)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，它包括人、車(chē)、路三個(gè)環(huán)節(jié)，其中人是最活躍的因素。當(dāng)前對(duì)汽車(chē)振動(dòng)評(píng)價(jià)主要分兩類(lèi)，即主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。由于人的自身復(fù)雜的心理、生理特征，即使是相同的的振動(dòng)，也需要專(zhuān)門(mén)人員進(jìn)行評(píng)價(jià)。客觀評(píng)價(jià)主要考慮車(chē)輛的隔振性能，以機(jī)械振動(dòng)的各物理量( 如振幅、頻率、加速度等) 作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并適當(dāng)?shù)目紤]人體對(duì)振動(dòng)反應(yīng)的敏感程度來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)的平順性，是一種較為精確的評(píng)價(jià)方法【8 9 1 。4 汽車(chē)行駛平順性的改進(jìn)研究有關(guān)平順性改進(jìn)的研究工作，國(guó)內(nèi)外己取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。自2 0 世紀(jì)6 0 年代以來(lái)，隨著測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益提高，研究人員能夠大量采集和有效地處理汽車(chē)振動(dòng)的隨機(jī)數(shù)據(jù)，并能對(duì)符合實(shí)際情況的多自由度車(chē)輛模型進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)分析。實(shí)際研究工作中一般都是針對(duì)具體研究問(wèn)題，將汽車(chē)簡(jiǎn)化成若干自由度的線性系統(tǒng)，然后編制相應(yīng)的程序，在計(jì)算機(jī)上對(duì)設(shè)計(jì)中的車(chē)型和己有車(chē)型的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，并分析結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，為設(shè)計(jì)和改進(jìn)車(chē)型提供依據(jù)【8 1 】。1 5pid 控制和f u z z y 控制的發(fā)展及應(yīng)用p i d 控制是比例、積分和微分控制的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種負(fù)反饋控制。在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的發(fā)展歷程中，p i d 是歷史最久、應(yīng)用最廣的基本控制方式。p i d 控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，使用方便。適應(yīng)性強(qiáng)，可應(yīng)用于諸多過(guò)程控制和運(yùn)動(dòng)控制中。魯棒性好。魯棒性( r o b u s t n e s s ) ，也稱(chēng)為穩(wěn)健性、穩(wěn)定性或健壯性，是指控制系統(tǒng)在一定( 結(jié)構(gòu)，大小) 的參數(shù)攝動(dòng)下，維持某些性能的特性。根據(jù)對(duì)性能的不同定義，可分為穩(wěn)定魯棒性和性能魯棒性。魯棒性好，即其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不大敏感?？煽啃愿摺？煽啃缘膰?guó)標(biāo)定義，即產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力；可靠性越高，產(chǎn)品無(wú)故障工作的時(shí)間就越長(zhǎng)。目l j 的工業(yè)控制中，p i d 控制包括改進(jìn)型的所占比例達(dá)到了9 0 以上。例外的情況有兩種：其一，被控對(duì)象易于控制，而控制要求不高時(shí)，采用開(kāi)關(guān)控制；其二，被控對(duì)象特別難以控制，而控制要求又特別高，p i d 控制不能達(dá)到工業(yè)要求時(shí)，代之以其它先1 0第一章緒論進(jìn)控制方法。常規(guī)( 純) p i d 控制尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)。而實(shí)際工業(yè)控制過(guò)程多具有非線性、耦合、時(shí)變性和不確定性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用常規(guī)p i d控制器不能達(dá)到理想的控制效果；工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，由于參數(shù)整定方法的局限，常規(guī)p i d控制器通常整定不良，性能欠佳，對(duì)運(yùn)行工況的適應(yīng)性差咖- 9 1 1 。計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論及智能控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了新型p i d和p i d 參數(shù)智能整定，更好的控制復(fù)雜動(dòng)態(tài)的不確定系統(tǒng)。模糊控制是基于模糊集合理論、模糊邏輯，并同傳統(tǒng)的控制理論相結(jié)合，模擬人的思維方式，對(duì)難以建立數(shù)學(xué)模型的對(duì)象實(shí)施的一種控制理論。它是智能控制領(lǐng)域最重要的分支之一?；舅枷胧窃诒豢貙?duì)象的模糊模型的基礎(chǔ)上，用機(jī)器去模擬人對(duì)系統(tǒng)控制的一種方法。模糊控制理論的特點(diǎn)為：無(wú)須知道被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型。它是以人對(duì)被控系統(tǒng)的控制經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)的控制器；對(duì)被控對(duì)象特性參數(shù)的變化具有較強(qiáng)的魯棒性；適合于對(duì)難以建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行控制，如非線性、時(shí)變和滯后系統(tǒng)；為“語(yǔ)言型控制，基于工業(yè)過(guò)程的定性認(rèn)識(shí)，易建立語(yǔ)言變量控制規(guī)則，易于形成知識(shí)庫(kù)；基于不同的觀點(diǎn)，對(duì)于一個(gè)給定系統(tǒng)，可設(shè)計(jì)多個(gè)不同的指標(biāo)函數(shù)；其語(yǔ)言規(guī)則是分別獨(dú)立的，且通過(guò)各部分協(xié)調(diào)可取得總體的控制；控制效果好，設(shè)備簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益顯著；( 7 ) 模糊控制的缺點(diǎn)為：不能夠消除靜態(tài)誤差，因而需要和其他的方法結(jié)合在一起對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。模糊控制理論是由美國(guó)扎德( l a z a d e h ) 于1 9 6 5 年提出，其應(yīng)用始于1 9 7 3 年。國(guó)外以日本為例，在8 0 年代進(jìn)入模糊控制實(shí)用化時(shí)期，成功運(yùn)用于地鐵、家電產(chǎn)品。同時(shí)，日本、美國(guó)、德國(guó)開(kāi)發(fā)出了模糊( 控制) 推理芯片，包括通用芯片和專(zhuān)用芯片，分別完成通用和專(zhuān)用的控制任務(wù)。推理芯片的優(yōu)點(diǎn)為：模糊推理機(jī)算法標(biāo)準(zhǔn)，便于v l s i化；模糊控制器設(shè)計(jì)的重心可轉(zhuǎn)移到知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)；有利于自適應(yīng)控制的實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)v l s i 化是高技術(shù)發(fā)展的方向。國(guó)內(nèi)的研究與應(yīng)用始于1 9 7 9 年，成果應(yīng)用主要集中于工業(yè)爐窯、石化、煤礦、食品加工、機(jī)電、飛行控制和城市交通等方面。同時(shí)，開(kāi)發(fā)了模糊控制芯片、電路板和模糊控制軟件【9 2 1 。從上世紀(jì)末，國(guó)內(nèi)開(kāi)始把f u z z y p i d 技術(shù)應(yīng)用于半主動(dòng)懸架的控制中，并取得了較好的控制效果。如2 0 0 0 年，權(quán)龍等人把f u z z ) 卜一- p i d 自調(diào)整技術(shù)應(yīng)用于車(chē)輛液壓半主1 1江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文：e c a s 客車(chē)懸架系統(tǒng)的匹配與充放氣研究動(dòng)懸架，有效地改善車(chē)輛的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性【9 3 1 。2 0 0 1 年郭大蕾等人運(yùn)用可調(diào)增益的f u z z y - p i d 技術(shù)于電液半主動(dòng)懸架控制，取得了較好的減振效果l 叫。2 0 0 4 年孫濤等人進(jìn)行了電流變智能半主動(dòng)懸架模糊p i d 控制，使車(chē)身的振動(dòng)降為最小【9 5 1 。邵瑛將自適應(yīng)模糊p i d 控制應(yīng)用于半主動(dòng)懸架，仿真結(jié)果驗(yàn)證了其有效性和可行性 0 6 1 。2 0 0 5年支龍等人建立了基于p i d f u z z y 混合控制的汽車(chē)主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型，仿真結(jié)果表明可有效減輕車(chē)身振動(dòng)【9 7 1 。2 0 0 6 年劉韶慶等人得出f u z z y p i d 控制的基于磁流變減振器的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)在減小簧載質(zhì)量加速度和懸架動(dòng)行程方面具有更好的效果，有魯棒性強(qiáng)f 9 8 】。1 6 空氣懸架存在的問(wèn)題雖然國(guó)內(nèi)的空氣懸架研究取得了一些成果。但沒(méi)有掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：匹配技術(shù)、空氣彈簧的設(shè)計(jì)制造與試驗(yàn)技術(shù)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)