第３ ９卷 第 ３期 ２ ０ １ ２ 年 ３ 月
湖 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） （ ） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｕ ｎ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ９， Ｎ ｏ ． ３ Ｍ ａ ｒ ． ２ ０ １ ２
１ 可举升复合油气悬架结构原理
可举升承载式减 震 器 悬 架 系 统 为 作 者 专 利 （ 专 ） ， ， 利号 ２ ０ ０ ８ １ ０ １ ６ ７ ５ ７ ２． ３ 其结构 如 图 １ 所 示 该 悬 架 系统由油气弹簧 、 螺 旋 弹 簧、 液 压 油 路 ３ 部 分 组 成， 螺旋弹簧与油气弹簧并联安装 ， 共同承担车身载荷 ． 通过充油或放油的方式 ， 可以改变油气弹簧内压 ， 调 ， 整油气弹簧承载比例 进而实现车身的举升或下降 ． 油气弹簧活塞杆内 有 一 个 橡 胶 气 囊 ， 气囊内充有一 定量的氮气 ． 在悬架加载或举升过程中 ， 气囊的压力 从而使悬架刚度具有非线性 ， 保证 与体积发生变化 ，
（ ） 文章编号 ： １ ６ ７ ４ ２ ９ ７ ４ ２ ０ １ ２ ０ ３ ０ ０ ２ ８ ０ ５ － － －
面向多约束的可举升复合油气悬架偏频优化 ＊
， 郭孔辉１， 杨业海１， 王 冕２， 庄 晔１ 徐淑芳１， 付民政２
（ 吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室 ， 吉林 长春 １ １． ３ ０ ０ ２ ２； ） 长春孔辉汽车科技有限公司 ， 吉林 长春 １ ２． ３ ０ ０ １ ２
它对汽车的 悬架是现代汽 车 的 关 键 总 成 之 一 ， 各大性能都有着非 常 重 要 的 影 响 ， 因此应当合理选
择悬架设计方案 ． 传统形式的悬架主要由弹性元件 与普通减振器构成 ， 这种悬架形式因其结构简单 、 可
＊
收稿日期 ： ２ ０ １ １ ０ ７ ２ ９ － － ） 基金项目 ： 国家 ９ ７ ３ 重点基础研究发展计划资助项目 （ ２ ０ １ １ Ｃ Ｂ ７ １ １ ２ ０ １ ， 作者简介 ： 郭孔辉 （ 男， 福建福州人 ， 中国工程院院士 ， 吉林大学教授 １ ９ ３ ５－ ） ： ＿ 通讯联系人 ， Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｚ ｈ ｕ ａ ｎ ｃ ｎ＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ ｙ ｇ
绝热过程其值取 １． 程其值取 １， ４． 螺旋 弹 簧 与 油 气 弹 簧 并 联 安 装 ， 故弹簧安装处 总刚度为 ：
但是油气悬架 结 构 复 杂 ， 可 靠 性 较 差， 在过载或 高． 强烈冲击等极限工 况 下 一 旦 气 囊 破 裂 ， 悬架将失去 弹性作用 ． 可举升复合油气悬架将螺旋弹簧与油气弹簧结 合起来 ， 取长补短 ， 既 提 高 了 整 车 的 行 驶 性 能， 又具 有较高的可靠性 ． 本文对某军车上安装的可举升复 合油气悬架的性能 进 行 了 分 析 ， 对其结构参数进行 了优化匹配 ， 最后得出了合理的悬架设计方案 ．
（ ， ， ， ； １． Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋ ｅ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ Ｃ ｈ ａ ｎ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ ３ ０ ０ ２ ２， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ １ ｙ ｙ ｇ ， ， ， ） ２．ＫＨ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｉ ｅ ｓ Ｃ ｈ ａ ｎ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｃ ｏ Ｌ ｔ ｄ Ｃ ｈ ａ ｎ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ ３ ０ ０ １ ２， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ １ ｇ ｇ ｇ
Ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ Ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｌ ｉ ｆ ｔ ｉ ｎ Ｃ ｏ ｍ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ Ｈ ｄ ｒ ｏ ｎ ｅ ｕ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ －ｐ ｑ ｙ ｐ ｇ ｐ ｙ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ｓ Ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ － ｐ
第３期
郭孔辉等 ： 面向多约束的可举升复合油气悬架偏频优化
２ ９
靠性高 ， 在整车上广泛使用 ． 但是它同时也具有空满 １］ 偏频随载荷而变的缺点 ［ 载车身高度变化幅度大 ， ． 油气悬架克服了这些缺点 ， 其刚度具有非线性 ， 可以 还 实现车辆在不同承 载 状 况 下 偏 频 基 本 保 持 不 变 ， 可以通过充油放油 的 方 式 实 现 车 身 的 举 升 与 下 降 ， 改变车身离地间隙 ， 从而提高了整车的平顺性与通
： ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｆ ｔ ｉ ｎ ｃ ｏ ｍ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｈ ｄ ｒ ｏ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｎ ｅ ｕ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ Ａ －ｐ － ｇ ｐ ｙ ｐ ｐ ， ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｗ ａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｄ ｂ ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｉ ｅ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｌ ｏ ａ ｄ ｍ ａ ｘ ｉ ｍ ｕ ｍ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｙ ｙ ｇ ｐ ｑ ｐ ｌ ｏ ａ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｅ ｓ ． Ａ ｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ － ｇ ｐ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｈ ｄ ｒ ｏ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｗ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｎ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｏ ｔ ｉ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｎ ｅ ｕ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ －ｐ － ｐ ｙ ｐ ｇ ｐ ｐ ， ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ａ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｂ ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｒ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｙ ｇ ｐ ｇ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｉ ｅ ｓ ａ ｔ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｌ ｏ ａ ｄ ａ ｎ ｄ ｍ ａ ｘ ｉ ｍ ｕ ｍ ｌ ｏ ａ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｕ ａ ｄ ｒ ａ ｔ ｉ ｃ － ｐ ｐ ｑ ｑ ， ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｗ ｏ ｆ ｒ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｉ ｅ ｓ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｏ ｂ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｆ ｔ ｉ ｎ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｑ ｊ ｇ ｐ ， ｃ ｏ ｍ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｈ ｄ ｒ ｏ ｎ ｅ ｕ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ． Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ａ ｎ ａ ｒ ｏ ｒ ｉ ａ ｔ ｅ ｓ ｅ ｔ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｍ ｅ －ｐ － ｐ ｐ ｙ ｐ ｇ ｙ ｐ ｐ ｐ ，ｗ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｆ ｔ ｉ ｎ ｃ ｏ ｍ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｈ ｄ ｒ ｏ ｎ ｅ ｕ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｗ ａ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｈ ｉ ｃ ｈ ｗ ｉ ｌ ｌ ｍ ｅ ｅ ｔ ｂ ｏ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ －ｐ ｇ ｐ ｙ ｐ ｇ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｒ ｉ ｄ ｅ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ． ｐ ｑ ： ； ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｌ ｉ ｆ ｔ ｉ ｎ ｈ ｄ ｒ ｏ ｎ ｅ ｕ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｇ ｙ －ｐ ｐｒ ｇ ｐ ｙ
Ｋａ ＝ Ｋｈ ＋ Ｋｓ． 式中 ： 悬架固有频率为 ： Ｋｓ为螺旋弹簧刚度 ．
１ Ｋａ ． ２ π Ｍ 式中 ： Ｍ 为弹簧安装处所承受的载荷 ．
（ ） ２
ｆ＝
槡
（ ） ３

２． ２ 空载平衡位置悬架偏频 空 载 平 衡 位 置 车 身 高 度 为 Ｈｂ， 车身最高为 车身最低为 Ｈｍ 则车轮上 、 下跳行程为 ： Ｈｍａ ｘ， ｉ ｎ， Ｌｕ ＝ Ｈｂ － Ｈｍ ｉ ｎ， 烄 （ ） ４ 烅 Ｌｄ ＝ Ｈｍａ ｘ － Ｈｂ． 烆 ， 悬架 杠 杆 比 为ｉ 则 弹 簧 安 装 处 上、 下跳行 程为 ： ／ ， ｘ ｉ ｕ ＝Ｌ ｕ 烄 烅 ／ ｘ ｉ ． ｄ ＝Ｌ ｄ 烆 旋弹簧受力 ： （ ） Ｆｓ ｘ ６ ０ ＝Ｋ ｓ ｄ ＋Ｆ ｓ ｉ． ， ， 空载轴荷为 Ｍｂ 簧下质量为 Ｍｕ 则弹簧安装处 的总载荷为 ： （ ） ５
１ １ ２ １ １ ２ ， ， ， ， Ｇ Ｕ Ｏ Ｋ ｏ ｎ ｈ ｕ ｉ Ｙ Ａ Ｎ Ｇ Ｙ ｅ ｈ ａ ｉ Ｗ Ａ Ｎ Ｇ Ｍ ｉ ａ ｎ Ｚ ＨＵ Ａ Ｎ Ｇ Ｙ ｅ Ｘ Ｕ Ｓ ｈ ｕ ｆ ａ ｎ Ｆ Ｕ Ｍ ｉ ｎ ｚ ｈ ｅ ｎ － － － － ｇ ｇ， ｇ