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建模与设计的一般方法和步骤

数学模型的建立
★油气悬挂的刚度K
2 rP0V0r A2 rP0V0r A12 dF K r 1 r 1 （18） dx P0V0 A1 A2 P0V0 A1 A2 A2 x A1 x Mg Mg

数学模型的建立
（16）
★右蓄能器瞬时气体压力
VR VRS A1 x V1 V1R
★实际气体状态方程（也称之为BWR方程）：
r V 2 c1 2 e C0 2 bRT a a V （17） RT P B0 RT A0 2 V V T V3 V6 V 3T 2 公式（1）~（17）建立了双气室油气悬挂性能的复杂非线性数学模型。 整合数学模型，即可得出输出力和位移、输出力和速度的关系。并且可以推导出 悬挂系统刚度、阻尼力系数等影响悬挂性能的参数。
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半刚性 弹性
非独立
独立
被动 主动 半主动
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油气悬挂的工作原理、分类及应用领域

工作原理： 以油液传替压力， 用惰性气体（通常 为氮气N2）作为弹 性介质 ，由蓄能器 （相当于气体弹簧） 和具有减振器功能 的悬挂缸组成 。
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油气悬挂的工作原理、分类及应用领域
V20 P2 V30 P3 V3 L P3 L Q2 A2 x El dt El dt Ecl dt

（8）
★左蓄能器气体状态方程：
PLV r L PLS V r LS
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（9）
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建模与设计的一般方法和步骤

数学模型的建立
★右蓄能器等效阻尼孔流量方程
1
M=12t
0.5 M=10t M=8t 0 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 x (m) 0.05 0.1 0.15 0.2
改变悬挂质量M的大小对刚度的影响
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建模与设计的一般方法和步骤

10 9 8 7 6 x 10
5
计算机仿真和实验比较
结论： 在其他条件不变情况 下，蓄能器初始压力 越小，刚度越大，且 压缩行程比复原行程 刚度值变化大。
针对系统的静态和动态响 应特性的不足改善系统的 响应特性，达到适合生产 和工作所需的要求。
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建模与设计的一般方法和步骤

提取悬挂系统设计的敏感参数进行优化
阻尼系数 Ceq
油缸各腔截面积
单向阀通流截面积 A01
阻尼孔通流截面积 A02
要求车身能在三个 振动周期中结束振动
3 Vl 1 A2 Ceq 2 2 2Cd
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K (N/m)
5 4 3 2 P0=15MPa 1 0 -0.2 P0=10MPa P0=12MPa
-0.15
-0.1
-0.05
0 x (m)
0.05
0.1
0.15
0.2
改变初始充气压力P0对刚度的影响
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建模与设计的一般方法和步骤

提取悬挂系统设计的敏感参数进行优化
★优化主要目的：
V30 P3 E1 V P3 V 3 L 3 L EcL V 3
建模与设计的一般方法和步骤

数学模型的建立
★流经左蓄能器等效阻尼孔流量方程 ：
PL P3 sign x 2 A 2C d al
Q2
2
（7）
★流过阻尼孔和单向阀的流量公式：
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悬挂系统概述
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悬挂系统概述
悬挂的主要功能： ★支撑车体，传递车轮和车架之间的一切力和力矩； ★缓和车辆行驶所产生的冲击； ★衰减承载系统的振动； ★导向作用等。

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悬挂系统概述
刚性
悬挂 方式 分 类 输入 能量
建模与设计的一般方法和步骤



物理模型的确定 数学模型的建立 计算机仿真和实验比较 提取悬挂系统设计的敏感参数进行优化 再进行仿真和实验的重复研究 进行机械实体的工艺设计等
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建模与设计的一般方法和步骤

物理模型的确定（悬挂缸液压部分）
简化的内容： ★阻尼孔的简化 ★体积膨胀变化分开考虑 ★忽略部分摩擦的影响 ★沿程局部压力损失简化等

计算机仿真和实验比较
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建模与设计的一般方法和步骤
10 9 8 7 6
K (N/m)
x 10
5

计算机仿真和实验比较 结论： 在其他条件不变情况下， 蓄能器容积越小，刚度越 大，且压缩行程比复原行 程刚度值变化大。
V0=10L 0.1 0.15 0.2
5 4 3 2 V0=8L 1 0 -0.2 V0=4L

结构和分类： 单缸蓄能器数目
★单气室
★双气室 ★两极气压式等

悬挂缸油液是否相连
★独立式 ★连通式
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油气悬挂的工作原理、分类及应用领域

运动过程：
★压缩行程：
C 左蓄能器 右蓄能器 B A
★复原行程：
左蓄能器 C A B 右蓄能器
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油气悬挂的工作原理、分类及应用领域

分类特点：
机构形式 优点 缺点
单气室
结构、油路简单，便于工 容易造成活塞和油缸 程实现 端部相撞击
双气室
独立式
迅速衰减振动，避免活塞 结构、油路复杂，制 与油缸端部相撞击 造方面必然增加困难
结构、油路简单 倾侧刚度相对小，车 辆转弯时车架的倾侧 角大 倾侧刚度相对大，稳 定性好
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连通式
1 1 2 2 A 01 A01 A02
确定出复原时阻尼孔面积和压缩时阻尼孔与单向阀的面积之和的关系
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建模与设计的一般方法和步骤

提取悬挂系统设计的敏感参数进行优化
平均阻尼系数 Ceq 油气悬挂的刚度K 悬挂质量M
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车身振动频率f0
尽量接近1~1.6Hz
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建模与设计的一般方法和步骤

再进行仿真和实验的重复研究 重新 设计 不满足要求 研究 调整 满足要求 参数
进行机械实体的工艺设计等
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油气悬挂与普通悬挂的性能比较
油气悬挂系统
承压能力 平衡轴荷性能 行驶平顺性 能够承受很高大压力，通常 可达20MPa
Q3 A1 x

V10 P V P 1 1 1R El dt EcR dt
（14）
★液压软管容积变化计算
★右蓄能器气体状态方程：
r r PRVR PRSVRS
V P 1 V 1R 1R EcR
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（12）
（15）
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建模与设计的一般方法和步骤
索引
悬挂系统概述
油气悬挂的工作原理、分类及应用领域 建模与设计的一般方法和步骤 油气悬挂与普通悬挂的性能比较 油气悬挂的发展趋势
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悬挂系统概述

悬挂（悬架）系统定义：保证车轮或车桥与汽车承载系统之 间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调 节车辆行驶中的车身位置等有关装置的总称。
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油气悬挂的现状和发展趋势

国内油气悬挂技术的发展和产品的应用
★武汉水运工程学院陶又同教授最早提出利用示
功图法辨识油气悬挂系统模型； ★ 1984年上海重型汽车厂测绘了国外的单气室 油气悬挂 ； ★徐工集团（1992）、湖南浦沅工程机械厂 （1994）先后从利勃海尔公司引进了LTM1025、 1032、1050全地面汽车起重机，形成了一个对 油气悬挂技术研究的热点。
PR P1 x （13） 2 sign A 2C d aR
★左蓄能器瞬时气体体积
VL VLS A2 x V2 V3 V3L （10）
★ I腔油液压缩性
Q3
2
V P 1 V 1 10 E1
★流经等效阻尼孔的流量 （11）
价格
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贵
相对便宜
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油气悬挂与普通悬挂的性能比较

油气悬挂系统的可调性分析
★悬挂高度可调 ★上车水平度可调 ★悬挂方式选择：
刚性、弹性、半弹性半刚性源自大连理工大学天道酬勤 自强不息
油气悬挂的现状和发展趋势
国外油气悬挂技术的发展和产品的应用 ★始于六十年代后期，D.C.Karnopp发明的油气 减振器在赛车和轿车上得到应用。 ★七十年代出现了集减振器和支承弹簧于一体的 油气悬挂系统。 ★廿世纪八十年代油气悬挂系统的设计开始朝着 半主动悬挂和主动悬挂方向发展。在赛车、 客车和非公路车辆上得到成功应用。 ★目前油气悬挂系统已在工程车辆、越野车辆、 特种车辆、高级轿车、军事车辆、飞机和航 大连理工大学 天器，甚至高档自行车。 天道酬勤 自强不息
★平均阻尼系数
3 Vl 1 A2 Ceq 2 2 2 C d
1 1 2 2 A 01 A01 A02