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1、本科毕业设计(论文)开题报告学生姓名学 号专 业机械设计制造及其自动化（汽车技术）指导教师职 称讲 师所在院系车辆工程课题来源自拟课题课题性质工程设计课题名称大型客车悬架系统的设计毕业设计的内容和意义毕业设计的具体内容： 了解汽车悬架的一般设计方法； 根据某大型客车参数，设计符合要求的悬架； 绘制大型客车悬架结构总图，部分零件图； 撰写毕业设计说明书。本课题研究的意义：1. 空气悬架刚度低，呈非线性且可调节。装备空气悬架的车辆可以获得较低的固有频率，行驶平顺性好，乘坐舒适，延长车辆使用寿命，减轻车辆对路面的破坏。2. 空气悬架高度可调，不论是否载重，装载是否均匀，车身均可在一定高度保持水平，还
2、可根据需要抬高或降低车身高度，以提高车辆的通过或方便乘客上下车。3. 车身振动减少，车身运载易碎，易损物品，如电子仪器，玻璃制品等损坏率降至最低。文献综述1.空气悬架的发展史1.1 国外空气悬架的发展在Charles Goodyear发明了橡胶硫化技术3年以后，1847年John Lewis发明了空气弹簧1。就在Lewis发明空气弹簧的同一年，美国科学创刊号上就提出了“ride on air”的概念，此后IWHoagland，William RFee和Gorge M .Alsop等人为了解决空气弹簧的密封性问题，分别对空气弹簧进行了研究和改进设计。空气弹簧最早用作车辆的悬架元件的专利出现在19
3、01年，是用作有轨电车悬架的减振元件。1908年George Bancroft首次申报了将空气弹簧用在汽车悬架上的专利（1910年获得授权）。第一个装备空气悬架的汽车产品出现在1914年（该空气弹簧实质上是一个油气弹簧），是由发明家、企业家George Westinghouse设计制造的。但是早期这些空气悬架原型机多数只是堆放在美国的专利局里，没有文献表明它们得到商业应用，直到20世纪50年代，随着高分子合成物的发展，特别是合成人造橡胶的出现，空气悬架在公共汽车和客车上才得到实际应用，1953年，Firestone公司发布了一个商业广告，宣称其与通用汽车公司合作为Greyhound Lines
4、（灰狗运输公司）的豪华大客车提供空气悬架产品，这才为空气悬架的发展插上了腾飞的翅膀。空气悬架理论研究方面的先行者是Benjamin Bell，他第一次提出了空气弹簧有效面积的概念，设计了一种挠曲膜式空气弹簧，在挠曲膜外设计了一个金属导向板，在空气弹夤的伸张和压缩过程当中，以此来控制空气弹簧有效面积的变化，针对空气弹簧的有效面积特性作了一系列的试验研究2。当空气悬架得到商业上的推广以后，空气悬架的控制理论与方法成为研究的重点。G.JStein利用前馈与反馈相结合的“天棚”控制理论，采用比例压力控制阀对空气弹簧进行控制，并用计算机模拟和假人实验相结合的办法对座椅上假人的垂直振动响应进行研究。福特汽
5、车公司在Continental Mark VII型上、车田汽车公司在Lexus车型上都成功地推出了电子控制空气悬架系统（electronically-controlled suspension）。该系统可以根据乘客数量或载重量、车速、路面状况等对空气弹簧的刚度实现有级控制（一般是硬中软三级刚度控制）3。进入20世纪90年代以来，随着电子计算机技术和相关商业应用软件的不断成熟，空气悬架的模拟仿真研究凸显。Giuseppe Quaglia建立了空气悬架的仿真模型，对带附加气室的空气悬架振动特性进行了计算机模拟研究，分析了空气悬架的主要参数对悬架振动特性的影响。Takuya Yuasa采用有限元方法
6、对空气悬架进行了轻量化设计。Theo Meller针对空气悬架的能量消耗等问题进行研究，提出了自激励空气悬架高度控制系统（self-energizing leveling system） Jon Bunne研究了空气悬架振动对动力传动系统扭转振动的影响。1.2空气悬架技术在我国的发展我国空气悬架的研究工作始于1957年，和当时的国际研究几乎同步在郭孔辉院士的领导下，当时的长春汽车研究所作了大量的试验工作，积累了一些经验，但由于各种原因没有得到推广和实际应用。交通部重庆公路科学研究所的丁良旭对空气悬架的性能进行了计算机模拟，拟合了空气弹簧的特性曲线铁道部四方车辆研究所的张广世用有限元的方法研究了
7、空气弹簧的帘线角、帘线层数、帘线的弹性模量筹参数对空气弹簧弹性特性的影响。进入20世纪90年代后期，国内的客车厂纷纷从国外选配空气悬架或带有空气悬架的客车底盘，推动了空气悬架在我国的普及，选用的空气弹簧主要集中于Firestone和ContiTECH两家公司的产品，空气悬架系统的供货商主要有Holly-Neway，SAF，BPW等，但对于空气悬架与整车的匹配主要依赖于国外厂商4。2.空气悬架的结构和工作原理汽车空气悬架由两部分组成：第一部分主要为结构件，包括空气弹簧、减振器、导向机构、横向稳定杆及各种安装支架等；第二部分为气路和控制系统，包括空气压缩机、储气筒、空气滤清器、干燥器、限压阀、安全
8、阀、高度控制阀组件、管路、密封件等5。2.1空气弹簧空气弹簧由气囊（薄壁橡胶件）、盖板、活塞座、橡肢限位块组成，其内部充满压缩空气，以压缩空气作为工作介质，满载工作压力通常为0.5 MPa左右。当空气弹簧压缩时，气囊沿活塞座轮廓面向下挠曲变形。囊式空气弹簧是由夹有帘线的橡胶气囊和密闭在其中压缩空气所组成。气囊内层用气密性好的橡胶制成，而外层则用耐油橡胶制成。气囊一般做成两节，节与节之间围有钢质的腰环，使中间部分不致有径向扩张，并防止两节之间相互摩擦。气囊的上下盖板将气囊密封。膜式空气弹簧的密闭气囊则由橡胶膜片和金属压制件组成。油气弹簧是在密闭的容器中充入压缩气体和油液，利用气体的可压缩性实现弹
9、簧的作用。油气弹簧以惰性气体（氮气）作为弹性介质，用油液作为传力介质，一般是由气体弹簧和相当于液力减振器的液压缸所组成的。由于氮气贮存在密闭的球形气室内，其压力随外载荷的大小而变化，故油气弹簧具有变刚度的特性，同时，又起液力减振器的作用。根据结构的不同，油气弹簧分为单气室、双气室以及两级压力式。单气室油气弹簧又分为油气分隔式和油气非分隔式两种。油气弹簧固定在前桥上的支架和纵梁上的支架上。上、下两个纵向椎力杆构成平行四边形，既可传递纵向力和力矩，又可保证车轮上下跳动时主销后倾角不变，有利于汽车操纵的稳定性6。2.2导向机构由于空气弹簧只能承受垂直载荷，在汽车空气悬架中必须设计导向机构来传递纵向力
10、和侧向力，导向机构的形式很多，前悬架常采用弹簧钢材料的柔性纵向推力杆，加横向推力杆，后悬架多采用刚性纵向推力杆，加横向推力杆，但纵向推力杆和车桥之间采用柔性连接，也可以将上置横向推力杆改成V形推力杆结构。同时，还必须设有减振器。气体弹簧可以通过专门的高度控制阀自动调节气室中的原始充气压力面的高度7。2.3高度控制阀组件高度控制阀组件是用来控制空气弹簧内气体压力的执行机构，装配在车架和车桥之间，当载荷增加，空气弹簧被压缩，车桥和车架之间的相对距离减小，控制臂向上转动，打开储气筒和空气弹簧之间的气路通道，压缩空气流人空气弹簧，空气弹簧伸张，直到控制臂恢复到平衡位置带动高度阀关闭为止。当载荷减少时这
11、个过程正好相反，这时不需要的压缩空气被释放到大气中，在空气弹簧快速振动的情况下，例如在汽车行驶时动载荷的变化引起的空气弹簧的压缩或伸张，不产生控制动作，这可以通过高度阎组件中柔性连杆的延时作用来实现。3.虚拟样机技术在空气悬架系统开发中的应用3.1前悬架运动学分析悬架的前轮定位参数是保证汽车稳定行驶的重要参数，悬架的导向结构须保证前轮定位参数的变化规律有利于改善车辆的操纵稳定性。单纵臂式非独立空气悬架定位参数变化主要受钢板弹簧和横向导向机构的影响，其中变化较大的为主销后倾角，见图1。从图中可以看出：当空气弹簧处于平衡位置时，主销后倾角为3。 当前轮发生较大跳动时，主销后倾角会有较大范围的变化。
12、主销后倾角的变化直接影响到车辆回正性能的变化，当车辆加速时载荷后移，前桥载荷变小，主销后倾变大，回正力矩变大；但在制动工况下则相反， 回正力矩的减小会降低制动稳定性8。3.2 悬架系统动刚度特性研究悬架系统的动刚度由其导向机构与空气弹簧的刚度特性共同决定，它一直是悬架设计中的难点，通常采用经典公式计算。但是在计算中采取了许多简化工作，例如设空气弹簧刚度为固定值，忽略了橡胶衬套的作用，钢板弹簧看作线性刚度等，影响了计算的可靠性。 而利用虚拟样机则可以考虑悬架的非线性模型， 特别是对于钢板弹簧和空气弹簧都承受载荷的混合式悬架系统刚度计算有工程价值。图2中的刚度曲线是利用虚拟样机计算得到的动刚度曲线
13、。 可以看出： 当悬架系统处于压缩阶段时，橡胶衬套及弹性部件起到一定的缓冲作用，可以适当的降低整个悬架系统的刚度；当压缩到一定的高度后，刚度会突然增加以适应载荷的变化，从而保持整体的偏频几乎不变； 而在拉伸一定的程度时刚度快速下降，符合空气悬架的实际工作状况9。3.3 悬架定位参数敏感度分析在原车设计的基础上对板簧安装长度进行了敏感度分析，分析板簧长度对非独立悬架定位参数的影响。板簧的长度越长，前悬架主销后倾角随车轮跳动的变化会越小， 同时也向着有利于操纵稳定的方向发展。因为钢板弹簧越长，前桥运动轨迹的曲率半径较大，干涉就小，所以前悬架的定位参数变化较小，因此在结构允许的情况下应该尽量的加长钢
14、板弹簧的长度10。参考文献：1 John Lewis. Car spring. US Patent: No. 4965.1847 02.2 Bell Benjamin. Pneumatic spring. US Patent: No. 971583.1910 10.3 Jie Xiao. Active air-Suspension design for transit bus. Heavy Vehicle Systems, 2007(4) : 21-404 方瑞华,解跃青,雷雨成. 空气悬架理论及其关键技术. 同济大学学报, 2003 (9):1072-10765 周二忠. 汽车的空气悬架系统
15、结构原理剖析. 工程管理, 2010 (5):896 杨忠敏. 现代汽车的脊梁-橡胶空气弹簧悬架. 世界橡胶工业, 2010 (9) :31-357 A lf Hom eyer（德）. 采用现代方法设计空气弹簧系统. 国外铁道车辆, 2008 (9):35-388 严彦从. 空气悬架结构特点及设计中的若干问题. 汽车开发与研究, 2004 (7) :18-229 王平,葛跃峰. 虚拟样机技术在空气悬架系统设计中的应用. 汽车技术, 2006 (8):10-1310 高渐宝,严天一. 某型载货汽车空气悬架系统设计分析. 中国制造业信息化, 2008 (7): 55-61 研究内容 了解大型客车悬架的一般设计方法； 根据客车参数，设计符合要求的悬架；型号 XW6120B车宽高 1200025503770mm额定载客人数2551整备质量 12000kg总质量 16000kg最高车速 125km/h最大爬坡度 28% 绘制型客车悬架结构总图，部分零件图；研究计划2.21 3.11 查阅文献资料、熟悉毕业设计内容，写出开题报告3.14 3.26 拟定大型客车悬架总体方案设计3.28 4.8
