摘 要

汽车悬架系统对汽车行驶的安全性和乘坐舒适性有着非常重要的影响。电控空气悬架在其电控装置的控制下，能根据接受到的外界信息或者车辆本身状态的变化，进行动态的自适应性调节，即电控空气悬架没有固定的悬架刚度和阻尼系数。所以，设计并制造能够在短时间内感知路面及驾驶状况并作出反应，以改善汽车行驶的平稳性及操纵性的电子控制悬架系统，对于现代汽车工业的发展来说有着重大的意义。

空气悬架系统（AIRMATIC）作为当今科技社会中一种新型的车辆悬架技术，普遍流行于欧美发达国家汽车行业的先进汽车底盘零部件产品。空气悬架系统融合了空气动力学及悬架技术的新型悬架系统，是发展大型特种车辆、高档轿车以及日后应用在传统家庭轿车上的关键技术，具有很大的市场前景和广阔的发展空间。

本文借助三维建模软件CATIA对汽车电控空气悬架系统的设计进行了三维数值模拟，从提高汽车乘坐舒适性和行驶稳定性的角度出发，参考了国内外目前在此课题上已经取得的成果及进展，尽自己所能设计更实用的电子控制悬架系统，并分析其控制原理。

关键词：电控空气悬架系统；空气悬架；空气弹簧；减震器；

Abstract

Automobile suspension system of the car with safety and comfort has a very important influence. Electronically controlled suspension under the control of the electrical control device, according to the state change itself received outside information or vehicle, dynamically adaptive regulation, electronically controlled suspension that is no fixed suspension stiffness and damping. Therefore, the design and manufacture of road capable of sensing and driving situation and react in a short time, in order to improve the stability and maneuverability of cars with electronic control suspension system for the development of the modern automobile industry is of great significance.

The air suspension system as in today's technological society in a new type of vehicle suspension technology, widely popular in American and European countries in the automotive industry advanced automotive chassis parts products. Air suspension system combines a new suspension and aerodynamic suspension technology is the development of large-scale special vehicles, luxury cars as well as future applications in the traditional family car key technology has great market potential and broad space for development .

With the help of three-dimensional modeling software CATIA to design automotive electronic control suspension system are three-dimensional numerical simulation, from the perspective of improving automobile ride comfort and driving stability point of view, with reference to the results of the current domestic and international on this subject has been made and progress, do their best to design more practical electronically controlled suspension system, and analyzes the control principle.

Key Words：Electronically controlled suspension system；Air suspension；Air spring；Shock Absorber；

目 录

第1章 绪论 1

1.1 空气悬架的结构及分类 1

1.1.1 空气悬架的结构 1

1.1.2 空气悬架的分类及特点比较 2

1.2 空气悬架的优缺点 2

1.2.1 空气悬架的优点 2

1.2.2 空气悬架的缺点 3

1.3 空气悬架的应用及发展前景 3

1.4 空气悬架的研究现状及发展趋势 3

1.5 课题任务 4

第2章 悬架控制原理分析 7

2.1 电控空气悬架系统结构与工作原理 7

2.1.1 电控空气悬架系统组成 7

2.1.2 电控空气悬架系统的基本工作原理 7

2.1.3 汽车电控空气悬架的形式和控制种类 8

2.2 悬架ECU的结构和工作原理 8

2.3 电控空气悬架系统执行器的结构、工作原理 9

第3章 空气弹簧的特性及计算匹配 10

3.1 空气悬架系统的主要机械机构 11

3.2 空气弹簧的结构和特点 11

3.2.1 空气弹簧简介 12

3.2.2 空气弹簧的结构 12

3.2.3 空气弹簧的特点 12

3.2.4 空气弹簧的分类 12

3.2.5 空气弹簧特性的研究 13

3.3 关于空气弹簧的计算 17

3.3.1 空气弹簧的刚度及频率计算 17

3.4 空气悬架系统的数学模型 17

3.4.1 悬架的动力学模型 19

3.4.2 路面输入模型 20

第4章 减震器设计流程及计算 23

4.1 正向设计： 24

4.1.1 减振器阻尼力特性的确定 24

4.1.2 振器相对阻尼系数的确定 24

4.1.3 减振器主要尺寸的确定 25

4.1.4 减振器行程的选择 26

4.2 可调阻尼减振器的设计要求 26

4.3 电控气动式可调阻尼减振器的结构 28

4.3.1 阻尼调节机构 29

4.3.2 驱动机构 31

4.4 电控气动式可调阻尼减振器的工作原理 31

4.4.1 “软”阻尼状态 32

4.4.2 “硬”阻尼状态 33

第5章 悬架系统控制模型的建立 34

5.1 悬架系统控制模型 34

5.1.1 系统模型 34

5.1.2 空气悬架系统运动微分方程 34

5.2 空气悬架的阻尼控制与刚度控制 34

5.2.1 阻尼控制方式 34

5.2.2 刚度控制方式 34

5.3 悬架性能评价指标 36

第6章 减震器CATIA建模与装配 37

6.1 CATIA软件概述 37

6.2 减震器零部件的CATIA建模 37

6.2.1 减震器筒体的建模过程 37

6.3 减震器的CATIA装配 44

6.3.1 CATIA装配功能概述 44

6.3.2 各部件及总成的CATIA装配 45

第7章 结语 50

参考文献 51

致谢 52

第1章 绪论

电子技术与汽车的结合形成了一门新的技术--汽车电子技术，随着汽车电子技术的日趋完善，时至今日，汽车电子化已经达到了一个相当高的程度。要评价一个国家汽车工业的发展，汽车电子技术是其中一个重要的指标。在汽车中用来将车身与车轮连接起来的部分叫做悬架，它可以以适当的刚性支撑车轮，并在同时吸收路面的冲击，改善车辆的乘坐舒适性和行驶的平顺性；除此之外还可以稳定汽车行驶，改善汽车的操纵性。本文试图通过理论分析、对比研究的方法来探讨电控空气悬架系统的设计极其控制原理，使其可以随着道路条件的变化及行驶过程中产生的不同需求而进行自动调节，这样就能更好地解决在车辆行驶过程中介于行驶平顺性和操纵稳定性之间的矛盾，使汽车的使用价值得到一个不小的提高。

1.1 空气悬架的结构及分类

1.1.1 空气悬架的结构

本文所涉及的电控空气悬架，就是将悬架中传统的钢板弹簧用空气弹簧代替，利用气体可以压缩的性能，通过改变其体积来实现弹性作用。因为气体的可压缩性非常强，电控空气悬架可以实现根据道路状况和驾驶需求自动调节气压，实现弹性变化，所以只要在汽车能承受的载荷范围内，无论大小，电控悬架都可以保证车身高度不会有太大幅度的变化，这一点在很大程度上保证了乘坐舒适性。其主要部件包括空气弹簧、空气控制系统、减振器、导向机构与横向稳定装置等。