ISSN 1674.8484 汽车安全与节能学报,第9卷第1期,2018年 02/14 11—24 丽J Automotive Safety and Energy,Vo1.9 No.1,2018 汽车空气悬架研究进展:零部件与系统 王文林 一,侯之超 ,邹(1.湖南大学军 机械与运载工程学院,长沙410082,中国;2.东莞理工学院机械工程学院,东莞523808,中国; 3.汽车安全与节能国家重点实验室,清华大学,北京100084,中国;4.淮海控股集团,徐州221121,中国) 摘 要:回顾了汽车空气悬架发展的历史,对汽车空气悬架核心零部件和系统的先进技术和研究进展 进行了综述,包括空气弹簧、液压减振器或集成式液压减振支柱、常规空气悬架、电子控制空气悬架 fECAS)、驾驶室和座椅空气悬架。分析了中国汽车空气悬架从关键零部件到系统研发过程中,尚存在 的主要问题和技术难点,并对后续产品的发展方向、技术研发提出了建议:提高空气弹簧的服役疲劳 特性,加大带附加气室、内置高度控制阀等复杂产品的研制和应用力度;加大电控液压减振器/减振 支柱的研制力度,尽早形成自主产品目录和标准,促进进入批量生产与应用;坚持空气悬架系统的自 主研制,积累研发经验和创新,有效降低时间价格成本;ECAS技术除了要加强关键零部件的研制、 车辆动力学控制技术性能的提升之外,还要形成针对不同车型的快速设计和匹配能力,加强零部件与 系统故障模式、诊断经验的积累,增强ECAS在各种复杂服役条件下的可靠性与安全性。 关键词:汽车结构系统;汽车零部件;空气悬架;空气弹簧;液压减振器;集成式减振支柱;电子控制 空气悬架系统(ECAS) 中图分类号:U 463.3 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1674—8484.2018.01.002 Advances in automotive air suspension:Components and systems chao。ZOU WANG Wenlin’一HOU ZhiJun ,,(1.CollegeofMechanicalandVehicleEngineering,Hunan University,Changsha410082,China;2.SchoolofMechanical Engineering,DongguanUniversiyotfTechnology,Dongguan 523808,China;3.StateKeyLaboratoryofAutomotiveSafety andEnergy,Tsinghua University,Beijing 100084,China;4.HuaihaiHoldingGroup,Xuzhou 221121,China) Abstract:This paper reviews lhe developing history and advances in key components and lhe systems of automotive air suspension.Advanced technologies and researches in air spring,hydraulic damper or spring/ damper strut,conventionaI air suspension,electronically controlled air suspension(ECAS)and air suspension f0r cabin and seat are introduced and analyzed in detail.The current core problems.technical obstacles in lhe development of the Chinese automotive air suspension are summarized,and the suggestion is proposed for currenl and future researches and developmeni in lhis ifeld.which includes lhe following aspects:The efforts to develop and use complex air springs with auxiliary chamber or internally-integrated height control valve 收稿日期/Received:2017—07.10。 基金项目,SuppoSed by:国家自然科学基金资助项目(11572123);清华大学汽车安全与节能国家重点实验室开放基金(KF16212)。 第一作者/First author:王文林(1969--),男(汉),湖北,教授。E—mail:pianowwl@163.com。 l2 汽车安全与节能学报 第9卷第1期2018年 need to be strengthened to improve the perorfmance of anti in service ̄tigue;The efforts o tdevelop active hydraulic dampers and active spring/damper modules need to be strengthened so that the independent product categories and standards are established as soon as possible to promote mass production and application;The independent development of air suspension should be persisted to gather experience with innovation and to cut the cost of time and money effectively;For ECAS technology,beside strengthening the efforts o tdevelop key components and to improve vehicle dynamics contolr performance,the ability of fast designing and matching ECAS for different vehicles should be improved,and the accumulation of the fault modes and the diagnose experience also should be strengthen in components and system so that the reliability and safety of ECAS under complex in service situations can be improved. Keywords:automotive structural system;automotive component;air suspension;air spring;hydraulic damper; spring/damper strut;electronically contolrled air suspension(ECAS) 现代汽车越来越重视乘员的乘坐舒适性,而研究 悬架系统及其设计对保证车辆具有良好的乘坐舒适性 具有重要意义。汽车悬架按照其弹性元件的材质和特 产品发展方向、产品技术研发提出了建议。 1空气悬架发展简史 1。1 国外汽车空气悬架的发展简史 l9世纪中页,人们就梦想能让当时的车辆浮在“空 性可分为钢弹簧悬架和以橡胶材料为主的空气悬架。钢 弹簧(螺旋弹簧、扭杆弹簧和叠板弹簧)悬架的刚度特 性是固定的,因此当负载变化时,汽车簧载质量的偏 气垫”之上,因为这样的车辆肯定会很舒适。1844年, Charles Goodyear公开了橡胶硫化技术专利;1847年, 发明家John Lewis被授权第1个美国空气弹簧专利 ], 频相对于其设计点的频率也是变化的,引起汽车的乘 坐舒适『生变差;另外钢弹簧悬架的质量大、偏硬,引起 的车轮动载较大,因此,车辆特别是重型车辆对道路 的损伤作用较大。 空气悬架的弹性特性具有非线性、自适应的牛寺J , 该空气弹簧主要用在铁道车辆、机车、运货车和保险 杠上。在随后的50多年间,包括马车型汽车弹簧口]、 自行车坐垫p 在内的很多空气弹簧专利被相继授权, 但第1个具有现代运输意义的汽车空气弹簧专利 , 应该是1901年Warren Annable发明的。 可使汽车簧载质量的偏频在负载变化的情况下保持相 对稳定,与传统悬架相比,具有质量轻、内摩擦小、 隔振消声特性好的优势,使具有空气悬架的汽车在运 行中能获得良好的平顺性和道路友好性(小的车轮动 载)。随着电子控制空气悬架(electronically controlled 20世纪初,汽车开始奔跑在美国和欧洲的公路上, 第1个装有空气悬架的汽车是美国1914年的Owen Magneticl5 轿车,在随后汽车快速发展的几十年间,美 国FIRESTONE公司和通用汽车公司成为了汽车空气悬 架研发的先驱。1950--1960年,进入实质性应用的空 气悬架已经批量应用于美国的城市公交车和大巴上面, 与此同时,英国、意大利、法国、德国及日本等国家也 对汽车空气悬架进行了大量的产品研发工作。另外在 air suspension,ECAS)技术的发展,空气悬架的功能、 技术指标、可靠性日趋完善,使得车辆水平控制、刚 度和阻尼的实时调节、底盘升降控制等性能得到改善, 从而大大提高了汽车的综合动力学性能、使用性能。 此外,目前空气悬架也越来越好地应用于商用汽车的 驾驶室和座椅减振,并且有的悬挂系统的刚度和阻尼 此期间,带有机械式高度控制阀的主动空气悬架系统 概念以及原型车出现,在1958年1月美国汽车工程师 学会(Society of Automotive Engineers,SAE)年会上, 可以实时调节,进一步提高了商用汽车的舒适性、减轻 了驾驶员的驾驶疲劳。 本文在简要回顾国内外汽车空气悬架发展历史的 基础上,对汽车空气悬架零部件和系统技术进行了梳 理,对国内外在空气弹簧、液压减振器或集成式液压 有多篇技术论文介绍了,包含气源、空气弹簧、机械式高 度控制阀在内的主动空气悬架系统[6-7]0在这类系统中, 由机械式高度控制阀控制空气弹簧的进、排气,使车身 减振支柱、常规空气悬架、电子控制空气悬架、驾驶 室和座椅减振方面的先进技术和研究进展进行了重点 综述,最后总结了汽车空气悬架从关键零部件研发到 高度在负载和运行状态变化隋况下保持不变,车身高度 是唯一控制参数。 1960--1980年是汽车空气悬架大发展、大繁荣的 时期。空气弹簧、气动元件从形式上较早期发生了较 系统集成过程中存在的主要问题和技术难点,为后续 王文林,等:汽车空气悬架研究进展:零部件与系统 大的变化,性能、可靠性也得到了很大的提升,包含 气弹簧刚度、液压减振器阻尼的无级_lI1匹配控制,通 过控制器局域网络(controller area network,CAN)总线 与其他系统的信息交互和协调控制,系统响应更陕、更 节能等。在ECAS技术发展历程中,CONTINENTAL 公司和WABCO公司走在行业的前列,积累了近30年 的研发和工程匹配经验。 机械控制式主动悬架在内的传统空气悬架技术趋于成 熟。一大批世界著名的空气悬架企业如FIRESTONE、 弭 BCO GOODYEAR NEWAY HENDRICKSON、 CONTINENTAL、SAF等已经形成了品种齐、技术领 先的产品体系和雄厚的工业基础。 1984年,CONTINENTAL公司为林肯轿车研发成 功了电控空气悬架原型系统 】,其构成如图1所示。该 系统除了,包含带有再生干燥器的空气压缩机、带有电磁 空气悬架从进入实质性应用、发展到基本成熟, 走过了六七十年的历史,目前在欧洲、北美和亚洲发达 国家,高速客车、豪华大巴上空气悬架已成为标准配 置,中、重型卡车和挂车上空气悬架的使用率也非常高, 小型高级轿车和运动型多用途车(sport utility vehicle, 阀的空气弹簧(后悬架)或空气弹簧液压减振支柱(前 悬架)之外,还包含前后车高传感器、车门开启传感器、 发动机点火传感器、制动传感器、控制单元(electronic control unit,ECU)在内的测控模块,汽车后部还具 SUV)上一般都可供选配性能优异的ECAS系统。 1.2 中国大陆汽车空气悬架发展历程 中国大陆汽车空气悬架的发展历程宏观上可分为 以下3个阶段。 有故障诊断接口和系统关闭开关。1986年LEXUS LS400GT车型和1989年Range Rover等车型也先后 推出了各自的ECAS系统。此时的ECAS系统除了具有 传统的车辆水平控制之外,还具有空气弹簧刚度调节、 1)早期探索阶段:20世纪50年代,随着国外汽 液压减振器阻尼的有级调节和底盘高度的升降控制等 功能。图1所示原型系统定义了现代EACS的主体框架。 现代控制和元器件技术极大促进了ECAS的发展, 到2000年前后,ECAS研发基本成型。此时除了各种 小型高档轿车如Mercedes Benz、Audi Quattro、BMW 普遍配备了性能优异的ECAS之外,各种大、中型商用 车辆上的机械控制式主动悬架也开始被性能更加优良 车空气悬架进入实质性应用,中国大陆也启动了汽车 空气悬架的研究。1957年,长春汽车研究所(现中国 第一汽车集团公司技术中心)和北京橡胶工业研究设计 院合作研制了中国第1辆装有空气弹簧的载重汽车 , 随后又相继研制了公共汽车、无轨电车和铁道车辆使 用的空气悬架;1958年,长春汽车研究所和北京交通 运输局合作研制了中国第1只高度控制阀,1959年又研 的ECAS系统所取代,并且部分商用车辆的驾驶室和 座椅也开始使用空气悬架减振。 制了高级轿车使用的高度控制阀。这段时期,中国共研 制出了10余种空气弹簧和3种机械式高度控制阀,但 从2000年到现在的近20年间,ECAS技术仍处 于不断完善的阶段。ECAS元器件集成度、可靠性越来 由于当时整体民族工业水平的限制,所研制的样机在 密封性、稳定性和可靠性方面存在不少问题,加上当 越高,控制功能继续增多、性能继续提高 。o],譬如空 时各种社会原因,这些产品后续都没有得到完善和推 前高 图1 1984年林肯轿车电控空气悬架原型系统吲 14 汽车安全与节能学报 第9卷第1期2018年 广应用。 进入80年代以后,中国大陆宏观经济、各行各业 开始向好,长春汽车研究所再次启动了空气悬架研发。 在1980--1987年,该研究所先后为武汉客车 沈阳 电车公司、沈阳飞机制造公司汽车厂研制了多种客车或 电车的空气悬架。这个时期国产空气悬架存在的主要 问题是橡胶气囊的疲劳寿命偏低、高度控制阀漏气和 动态响应较差。 2)引进消化吸收阶段:1990--2000年,中国大陆 高速公路网从开始建设到迅速发展,很多运输公司从 国外进口了带有空气悬架的豪华客车投入运营,如尼奥 普兰、欧洲之星、沃尔沃系列和福特系列豪华大巴车型。 为了提高在运输市场上的占有份额,中国大陆客车厂开 始直接从国外购置空气悬架或空气悬架底盘进行装车, 如北方车辆制造 沈阳飞机制造公司汽车 宇通客车、 厦门金龙、亚星客车等厂家。 与此同时,为了满足空气悬架维修配件市场的需求, 中国大陆一些零部件企业也开始研制和生产空气弹簧 等配件,如四方车辆研究所、贵州前进橡胶有限公司、 交通部重庆公路科研所、株洲时代新材等公司。同时 一些外资企业也开始在中国生产和销售空气悬架配件, 如NEWWAY、SAF、CONTINENTAL等公司。 在此期间,中国大陆制造企业对进口汽车空气悬 架技术,从零部件到系统,都有_J 定程度的学习、消 化和探索。 3)创业发展阶段到2000年左右,中国大陆随着 社会的大发展,汽车及零部件市场需求急剧扩大,中 国重汽集团、东风汽车悬架弹簧有限公司、上海科曼 车辆部件系统有限公司等厂家,在前期消化吸收的基 础上开始匹配、研制空气悬架,并且不断有新的厂家加 入研制行列。到2010年,中国大陆已经研制了近100 多个品种的传统空气悬架产品投入应用 ,拥有了包 括重汽HOWO.A7、东风EQ6850KR、一汽解放J6、 苏州金龙KLQ6128Q等车型在内的大批空气悬架汽车, 并远销东南亚、中东、澳大利亚等国外市场。 到目前为止,中国大陆汽车空气悬架产业总体处于 欧美20世纪90年代初的水平,主体就是传统空气悬架, 具有了从零部件到系统的集成配套能力。但从产品的 实际应用效果上看,国产空气悬架性能尤其是稳定性、 疲劳耐久f生不及进口空气悬架,关键零部件与国外相比 尚存在一定差距,这种差距也是当前不少企业采取从 国外进口空气弹簧、电磁阀、传感器等关键零部件,自 己以研制结构件、进行系统集成为主的主要原因。从 应用层面来看,中国大陆客车空气悬架装车率还在稳 步提升,但中、重型卡车空气悬架装车率,由于不适合 于超载运输等市场原因而—直偏低。 近些年随着大量配置ECAS的国外车辆进入中国, 以及国外公司如WABCO公司开始将ECAS引人中国 生产,带动了中国大陆EACS技术的研究开发。目前, 已经有一些公司在为主机厂(如长城汽车、广汽、奇瑞等) 进行配套试装和试验,也有少数零部件企业开始试制 ECAS零部件,进入进口车维修配件市场,但从宏观上, 中国产ECAS技术尚处于起步阶段。 2空气悬架研究进展 2-1 空气弹簧 空气弹簧产品是由内外层橡胶、帘线层和钢丝圈, 经硫化工艺牢固粘合在一起的橡胶金属复合物,其结 构型式主要包括囊式和膜式。 针对空气弹簧的理论研究主要有3类模型:多物 理参数化模型、等效参数化(或力元)模型和有限元分 析模型,第4类黑箱模型研究相对较少。实验研究主 要测试空气弹簧的垂向或横向静刚度特性、垂向动刚 度和阻尼系数的频变特性等,测试结果往往用来验证 理论模型的正确性以及进行空气弹簧模型或参数的辨 识。理论与实验研究结果用来明确各种材料、结构参 数对空气弹簧技术性能的影响,并指导空气弹簧的设 计与制造。 1)多物理参数化模型:多物理参数化模型基于压 缩空气的热力学定律和流体力学定律,涉及包含气体压 力、体积、密度、多变指数、弹簧作用面积、节流孔尺 寸和流量系数,以及各种传热参数在内的整个气动系 统的物理参数,涉及空气弹簧本体、附加气室、节流 孔、管路等各部件的建模,整个模型具有较强的非线性, 早期Quaglia等 H 和Docquier等 的工作具有代 表性。 空气弹簧带附加气室的目的是进一步降低弹簧刚 度,相当于两个空气弹簧通过节流孔串联,理论上对 节流孔进行调节,可以获得更为宽的刚度变化范围。 Liu[” 等建立了带附加气室、节流孔的空气弹簧多物理 参数化模型,研究了激振频率、节流孔面积和附加 气室容积对动刚度的影响,台架试验验证了模型的 正确性。 在带附加气室的空气弹簧中,节流孔有一定程度 的耗能作用,但这不能是它的主要功用,并目节流孑L不 能被高频调节,否则动刚度特性将会变差。因此,现 代ECAS在工程应用上,往往对液压减振器进行阻尼 连续调节,对空气弹簧采取有级简单调节。事实上,由 王文林,等:汽车空气悬架研究进展:零部件与系统 15 于空气弹簧本身就具有刚度自适应性,再加上2到3级 Mazzola等 和Alonso等 则采用了实验方法对比, 的基点刚度变化,已经足够获得宽广的刚度变化范围 评估了以上模型的精确性,结果表明弹簧一阻尼等效 在空气弹簧多物理参数化建模、实验验证和参数 模型和线性Nishimura模型不适合于研究3 Hz以上的 影响研究领域,同类研究还包括Lee[18】、Zargar[1 等 振动,Vampire模型和Berg模型具有较高的预测精 对汽车空气弹簧和Li等[20-21]Gao等口 对列车空气弹 确度。 簧开展的研究。 3)有限元分析模型:空气弹簧有限元(ifnite 2)等效参数化模型:该模型采用刚度、阻尼、惯性、 element analysis,FEA)分析模型主要基于有限元建模 摩擦等标准力学单元构建,含有参数较少,物理意义明 理论、材料力学理论和接触力学理论获得。由于空气弹 确,因此更适合用于车辆动力学的仿真研究。 簧刚度特性跟其结构、材料特性息息相关,因此通过 图2所示是几种常见的空气弹簧等效参数化模型, FEA建模和分析可以获得更为直接的影响参数和灵敏 虽然它们主要用于列车空气弹簧建模,但在很大程度 度结果。Lee等 ’ 对某汽车膜式空气弹簧进行了FEA 上值得借鉴。图2a是一种弹簧一阻尼等效模型,将空 数学建模,建模中考虑了尼龙纤维增强橡胶的正交各向 气弹簧简化为一个线性刚度 和一个线性阻尼c的并 异性、大变形几何非线性以及气囊与钢丝圈的接触特 联。图2b称为Nishimura模型口 ,模型中 、 、 性,基于所建FEA模型重点研究了帘线层角度对空气 分别为由于气体压缩产生的刚度、附加气室刚度和有 弹簧变形和静刚度特性的影响。近些年,许多国内 效作用面积变化产生的刚度, 是气囊与附加气室的容 学者也直接运用有限元商业软件开展了一些应用研 积比,c为气体流经节流孔时产生的阻尼系数,c可以 究[28-291,内容包括分析气压、帘线层角度和层数、附 是线性阻尼或者是与速度成二次方[2 规律的非线性阻 加气室容积等参数对空气弹簧静刚度特性的影响。 尼。图2c是多体动力学软件Vampire中空气弹簧的主 从空气弹簧产品角度来看,由于国内橡胶技术起 要模型, 、 、 、C的意义与图2b中的一样, 是 步早且具有较好的工业基础,加上改革开放后巨大的 串联橡胶堆的刚度; 是排气管内的可变空气质量,其 市场推动,到现在中国大陆车用(汽车、列车1空气弹 受空气弹簧有效作用面积与排气管截面积之比n的放 簧产品的研发、原材料、制造工艺、试验验证技术已 大作用。图2d是Berg三维模型[2 中的垂向模型,该 经基本成熟,形成了较完整的产品系列。但从产品的实 模型将空气弹簧描述为弹性力元、摩擦力元和阻尼力 际应用效果上看,国产空气弹簧还是在耐久 、可靠性 元的叠加,还包括管路空气流动产生的非线性惯性因 方面与国外产品存在差距,国内公司也—直在致力于这 素。模型中包含7个参数:弹性力元的等效刚度 :, 些方面的研究、开发和试验工作。 摩擦力元的最大值 … 和位置参数z ,阻尼力元的 等效刚度K 、等效阻尼系数Cz。和速度指数 ,管路 2.2液压减振器/减振支柱 空气质量 液压减振器是汽车空气悬架系统的阻尼部件,对 Facchinetti等口叼对以上不同空气弹簧模型进行 迅速耗散振动能量起着关键作用。针对液压减振器模 了对比,并研究了采用不同模型进行计算时对车辆动 型的研究方法与针对空气弹簧的研究方法有类似之处, 力学的影响,结果表明采用简化的空气弹簧模型,如 也可大致分为多物理参数化建模、简化参数化(力元) 图2a所示的弹簧一阻尼等效模型会造成较大误差。 建模、非参数化(黑箱)建模和混合建模方法。 (a)弹簧一阻尼等效模型 (b)Nishimura模型 (c)Vampire模型 (d)Berg模型(垂向) 图2几种常见的空气弹簧等效参数化模型 16 汽车安全与节能学报 第9卷第1期2018年 集成式液压减振支柱(简称减振支柱,下同)一 般是指螺旋钢弹簧或空气弹簧与液压减振器的集成式 产品,如图3所示为某型钢弹簧液压减振支柱和空气 弹簧液压减振支柱。由于采用了集成式设计方法,悬 架零件数量减少,重繁减轻,有效节省了安装空间,还 便于实现电子控制。从理论上讲,集成式减振支柱的 输出力和采用分散设计时的输出力大小一样,力作用 点稍有变化,但由于阻尼力和弹簧力是耦合在一起的, 给悬架分析、标定带来一定困难。马莉等 通过特性 方程推导,解耦出了减振支柱空气弹簧部分的静刚度 特性,并通过台架试验、数据分析,验证了静刚度特 性方程的正确性。日前,减振支柱特别足空气弹簧液 压减振支柱在周内尚没有产品目录、技术标准和专用试 验方法 、 卡象胶_卜 豫胶止 惮赞 刑弹簧 液 减振器 (a)钢弹簧液压减振支}}= (b)窄气弹簧液 减振支柱 图3集成式液压减振支柱 町变阻尼液压减振器、可变刚度和阻尼的空气弹 簧液压减振支柱一直是汽_乍智能悬架的核心部件,下 面就这部分内容进行简要分类和介绍。 1)行程敏感、负载敏感液压减振器/减振支柱: 这是一类通过结构变化或者负载关联方式获得可变(自 适应)阻尼的液压减振器/减振支柱,本质上属于被动 式液压减振器/减振支柱的范畴,尢需传感器和电子 控制。图4是一种行程敏感(stroke—dependent)液压减 振器及其阻尼力一速度特性[H,30]0当车辆承受额定负 载在良好路面卜匀速行驶时,减振器活塞振动平衡位 置处于中部 域,由于缸筒内壁在此区域内开有旁通 槽,因此减振器阻几三力较小,特性较软,车辆能获得 较好的舒适 ;当年辆处于侧倾、纵倾或振动较大] 况, 或处于重载或空载工况时,减振器活塞振动平衡位置 处于两端区域,由于缸筒内壁在此区域内没有旁通槽, 图4一种行程敏感液压减振器及其阻尼力一速度特性” 。。 因此减振器阻尼力较大,特性变硬,车辆此时义能获 得良好的操纵稳定 ; ·般由于旁通槽的』J【J :L艺保 障,减振器在软、硬阻尼切换区域能获得良好的过渡 特性。行程敏感液压减振器/减振支柱适合配置于承 载变化范围大又具有良好舒适性和安伞性的商用车辆 悬架中。 图5所示是在奥迪A6 空气恳架-II配置的一种气 动阻尼控制(pneumatic damping control,PDC)负载敏 感(1oad—dependen0夺气弹簧液压减振支柱的结构原理 图。减振器的工作原理是:主压力缸筒通过孔道与副 压力缸简相通,油液在副压力缸筒与储油缸之间的流 动则由一个PDC阀来控制;PDC阀实际上是一个由气 囊气压控制的节流阀,气压增大,节流口关小,直至 关闭;气压减小,节流口增大,直至最大。当车辆因承 载减小或者底盘控制高度降低而引起气囊气压减小时, PDC阀节流口增大,引起减振器阻尼力减小,特性变软; 反之则引起减振器阻尼力增大,特性变硬。也就足说, 不管车辆负载怎么变化,悬架阻尼总能与 气弹簧刚度 自适应形成匹配,使得车辆具有良好的舒适性和操纵 稳定性。 由于行程敏感、负载敏感型液压减振器/减振支 柱尢需传感器和电子控制,成小低、可靠性高,还能 获得白适应阻尼特性,近年来,L下J外通过结构创新_3。 不断有新型被动式可变阻尼减振器产品推出,其研发 热度有增高的趋势。 近年来,随着国外产品进入中阁市场,国内学者开 展r一些有意义的消化和科研工作,譬如针对行程敏 感液压减振器[32-33]和PDC空气弹簧液压减振支柱[341 的研究,其主题包括多物理参数化建模、阻尼挣 仿真、 台架实验与验证分析。 王文林,等:汽车空气悬架研究进展:零部件与系统 17 支柱的半主动悬架汽车的动力学仿真分析。 随着加工制造工艺和电磁阀技术的发展,近十几 年又出现了以副压力缸筒作为分流控制源、以电磁阀控 制节流的结构形式,如图6a所示是一种连续阻尼控制 (continuous damping control,CDC)液压减振器[3ol0该 减振器由一个反比例电磁阀连续控制处于副压力缸筒 和储油缸之间节流口的大小,从而实现对阻尼力的连 续调节。当反比例电磁阀无控制电流或失效时,其节流 口关闭,减振器相当于常规被动式减振器,此时阻尼 空气弹簧 特性最硬;当反比例电磁阀有控制,电流逐渐增大时, 其节流口开启并逐渐增大,此时阻尼特性变软,直至 最软。图6b所示为该减振器的阻尼特性变化范围【] , 止挡 在深色区域内,减振器特性较硬,车辆以获得良好操 纵稳定性为主;在浅色区域内,减振器特性较软,车辆 以获得良好舒适性为主。图6c所示则是在CDC减振 器基础上设计的一种CDC空气弹簧液压减振支柱[301, 空气弹簧带有附加气室,因此该减振支柱刚度、阻尼 都可以变化,是当前汽车主动控制悬架中最先进的减 振支柱产品之·。 工作腔l 气嘴 PDC阀 图5一种气动阻尼控制(PDC)负载敏感空气弹簧液压减振支柱 Witters等f3引基于神经网络方法对某CDC液压 减振器进行了黑箱建模,通过最优实验设计、回归向 量选择和参数估计进行了模型辨识。王洪成[3刎研究 2)电控液压减振器/减振支柱:早期的电控减振 器 产品采用微小电机控制与活塞杆同轴的阀杆转动, 从而改变活塞上转阀节流孔的大小,实现对阻尼的调 了CDC液压减振器的参数化建模、仿真与台架实验 分析,并针对某车型研制了半主动悬架控制系统硬件 和软件,进行了实车道路试验。李明[40]也研究了CDC 液压减振器的原理、结构,进行了阻尼特性台架试 节,这种结构的减振器/减振支柱产品目前还有应用。 江浩斌等[36-37]研究了这种结构减振支柱的多物理参数 化建模、特性仿真、台架实验验证以及采用这种减振 验和实车道路试验。任欣【41 则基于计算流体动力学 岛 磁阀 0 活塞速度 t阻尼力调节范围 (a)CDC液压减振器 (b)CDC液压减振器的阻尼特性变化范围 (c)CDC空气弹簧液压减振支柱 图6连续阻尼控制(CDC)液压减振器、空气弹簧液压减振支柱 18 汽车安全与节能学报 第9卷第1期2018年 (computational lfuid dynamic,CFD)方法,分析了某半 主动叶片式减振器上配置的比例阀的流量、开度与驱动 电流的动态关系,实验验证了分析结果的正确性,为 减振器的设计和控制提供了基础。 奔驰系列车型上使用_『_一种类似以上CDC减振器 结构的半主动电控减振器,其不同点是采用了两只开 关型电磁阀,对两套外置式活塞及阀门进行组合控制, 一共能获得四档阻尼特性。近年来,部分国内学者针 对这种减振器进行了学习、研究。此外,近5年针对电、 磁流变半主动减振器/减振支柱产品的研发进展很快。 可以预见将来该类产品和油压式减振器/减振支柱产 品一样,能批量应用于汽车悬架系统。由于这部分研 究涉及另外一个主题,本文不再论述。 综上所述,传统固定阻尼特性的液压减振器向可 变阻尼特性液压减振器方向发展,向集成式减振支柱 方向发展。空气弹簧液压减振支柱当前的发展趋势是: 空气弹簧带/J、型附加气室,基点静刚度2 ̄3级可调;液 压减振器具有有级或连续可调阻尼,通过行程敏感、 负载敏感或电子控制方式与刚度形成实时最佳匹配;减 振支柱总体具有水平控制、底盘升降和刚度阻尼自适 应控制等功能。 以上技术都来源于国外,国内在常规液压减振器 技术方面已有规模和基础,但在减振支柱尤其是可变 刚度和阻尼的支柱方面,目前处于起步阶段,只有部 分企业在进行研究、试制。其难点在于电磁阀、空气 弹簧和液压减振器的集成工艺以及上批量后产品质量 的控制问题。虽然减振支柱目前在国内还没有产生有 效的市场驱动,也没有批量产品和产品标准,但其发 展和普及已是大势所趋,在未来具有很好的应用前景。 2.3常规空气悬架 空气悬挂动力学是空气悬架设计的基础,空气悬 架部件建模、车辆系统建模、车辆动力学仿真分析, 是空气悬挂动力学研究的基本课题。Darris_42 建立了具 有转臂式空气悬架重卡的侧向动力学模型,研究了空气 悬架水平控制系统参数,如高度控制阀流量、死区、响 应时间对车辆侧向稳定性的影响。Chang等 研究了 汽车空气弹簧建模,进行了仿真与台架实验验证,并将 空气弹簧Matlab仿真模型与整车机械系统动力学自动 分析(automatic dynamic analysis of mechanical systems, ADAMS)、多体系统动力学(multibody system,MBS) 模型进行联合仿真,研究了车辆空气悬挂动力学特 性。Ranjit_44 设计开发了_一种由阻尼孔联接气缸上、下 气室的空气悬架(即气体弹簧、气体阻尼),对该空气 悬架进行了建模和集成到1/4汽车模型的动力学研究。 Bollishetty等[45】也研究了某商用汽车空气弹簧的参数 化建模、实验验证、整车MBS建模和车辆动力学仿真。 常规空气悬架研发与优化基于空气悬挂动力学理 论,借助系列计算机辅助工具、台架与道路试验验证 平台。Ashley等 卅介绍了翰德森(Hendrickson)公司 基于并行工程、先进制造和试验技术,以轻量化、提 高舒适性和操纵稳定性为目标,成功研制的一种商用 车前空气悬架和转向桥模块。Leandro等 和Deant 分别介绍了其空气悬架的设计、调试过程,体现了如 何在车辆舒适性、操纵稳定性指标之间获得平衡的难 点和解决方案。Zhang等[49 介绍了采用有限元对某具 有空气悬架厢式货车进行模态和功率谱分析的计算机 辅助方法,以期用于商用车辆的减振优化设计和疲劳 设计。Nikolai等[5 借助AMEsim商业软件,通过对 整个空气悬架系统包括空气压缩机、管路、阀、空气 弹簧等部件的建模和施加控制,探索了汽车空气悬架 的优化设计。而Eskandary等 ”则通过对一种能独立 调节高度和刚度的汽车空气悬架的数学建模进行目标 优化,实验结果验证了该悬架的优点和优化设计的效果。 互联悬架 的设计初衷是通过机械、液压或气压 方式将车辆各悬架的负载、运动关联起来,促进载荷 在各车轴上的分配,增加车辆的侧倾或纵倾刚度,提 高车辆的稳定性。Chen等『5 建立了某三轴半挂车纵 向互联空气悬架的数学模型,并通过实验进行了模型 验证,研究了驾驶工况、悬挂参数对车辆动态载荷分配、 道路友好性的影响。Hua等_5 对一种空气弹簧加液压 互联横向稳定系统的悬架进行了实车试验研究,结果 表明该悬架在提高车辆横向稳定性的同时也具有良好 的舒适性。Li[55 采用实验和仿真方法研究了具有空气 互联悬架车辆的隔振和消扭特性,结果表明管路长短、 壁厚对互联效果影响较大,横向互联空气悬架能有效 消除车辆的扭转负载,减小侧倾角,但对车辆纵倾角影 响有限。 常规空气悬架产品的研发,国外从设计匹配方法、 计算工具、原型样机制造到试验,早已形成了成熟的规 范,其零部件和系统形成了产品系列,并经过了多年的 实车运行和不断优化。国内常规空气悬架产品的研发, 已进入自主研发的阶段,但在设计经验、试验验证条件、 时间价格成本、零部件基础、系统性能及可靠性方面, 与国外相比还是有差距。 2.4 电子控制空气悬架(ECAS) 电子控制空气悬架系统(EcAs)是一个完整的气动 千义林,等:汽 气悬架研究进展:零部件Lj系统 l9 控制系统,主要包括气源装置、控制元件、执行元件、 传感器和控制单元(ECU o气源装置一般包括由电机 驱动的空压机、干燥器、排气阀和储气罐,控制元件 包括各控制电磁阀及其他阀门,执行元件就是气囊和 液压减振器,传感器一般包括用来检测气源状态的压 力和温度传感器、检测车身水平的车高传感器,而车 辆其他状态与控制信息如发动机点火、车辆加速、制 动或转向等信息,一般通过CAN总线交互获得。ECU 系统一般采用集成度非常高或者一体化的方法进行设 计,整个系统在有限的空间内予以布置。从某种程度上 讲,ECAS系统的水平和可靠性取决于各元器件的设计 制造水平和可靠性。 ECAS针对乘用车的应用一直多于针对商用车辆的 应用,仉随着技术进步和市场推动,近斗 L年来ECAS 在商用车辆上的应用已越来越多。商用车辆ECAS除 了替代过去由机械式高度控制阀操作的水平控制之外, 还能进行底盘升降等控制,便于装卸货物、提高燃油 经济性和舒适性。图8所示是WABCO公司【5州用于商 接收来自各传感器、CAN和驾驶员输入信息(如运动 模式、车高选择),通过信息处理后,控制气囊的充放 气和液压减振器的阻尼。在工程实施上,ECU一般采 用车辆ECAS系统的部分零部件产品。 针对ECAS的研究一般偏重信号处理和控制算法。 用简单、可靠的算法,如天棚阻尼控制算法等。随着 元器件质量的提高,目前ECAS系统电磁阀的响应时 间在5 ms左右,电控减振器变阻尼时间小于10 ms, 气艇变刚度时间小于l 00 ms。 图7所示为奥迪A6车型_】” ECAS的气动控制系统 原理 和主要元器件的布黄 。由图7a可见:该车型 ToshiO等 针对配置主动空气悬架的l/4汽车动力学 模型,进行1广模糊控制算法和干扰观测器的设计,实 验结果验证达到了较好控制效果。Porumamilla 等 】 则针对配置主动空气悬架1/4汽车动力学模型中的 不确定性,设计了鲁棒LQG和 控制器,并进行了 两个后减振支柱具有PDC阻尼自适应功能;气动控制 系统设置了5个电磁阀,用来分别控制1个储气罐和4 个减振支柱的进排气;由1个电磁排气阀和1个气控排 气阀配合控制排气过程,并Ⅱ气控排气阀还具有限制 仿真分析。Kim等对某ECAS气动控制系统分别设计 J,闭环容错[59-60]控制算法和滑模 ”控制算法,其中滑 模控制算法主要针对汽车进行高度和水平控制,所提 出的控制算法及效果均得到了仿真和实车道路试验的 验证。Zhao等 则在对某车辆空气悬架系统进行详 细建模的基础上,没计了Fuzzy PID控制算法,通过 将Matlab控制模型与ADAMS动力学模型进行联合仿 空压机最高压力的功能;当车速大于36 km/h时系统主 要巾窄压机供 ,储气罐『叫时被允满,当车速小于36 km/h时,储气罐则充当辅助气源。由图7b可见ECAS 压饥延[J、I控制估号输入 榨 信号输入 电徽排 H 连接 气滤 清器tif声器 次 《 排气阀日一 淌器 电 空 L单向…阀 橇 …\/ 一 一 宅压 输 —] lfII 压力传癌 睁益^I _6j l^J 川 价 输 入 T电阀磁1 审禺 电1|阀磁3 T 电阀4磁 I ’、 ,. -●....一 三二) 肯 (a) 气动控制系统原理 (b)主要元器件布置图 图7 奥迪A6车型ECAS的气动控制系统原理图和主要元器件布置图 20 汽车安全与节能学报 第9卷第1期20l8年 乜磁 制阀 ◆● ” 高艘传感器 图8商用车辆ECAS系统主要元器件 】 真。表明达到了较好的控制效果 Nieto等 研究了一种能利用电控阀切换气动回 路的自适应空气悬架,车辆通过全球定位系统(global positioning system,GPS)接收器预测道路状况,然后 切换“软”或‘颀”气动回路以提高车辆的舒适性或操纵 稳定性。Sun等 ’建立了车辆高度调节系统的非线性 数学模型.提出了一种混合逻辑动态控制方法用于对 ECAS电磁阀的控制,仿真与实验方法验证了所提出控 制算法对车辆高度和水平控制的效果。Xu等 1则基 于1/4汽车动力学建模,分别采用扩展卡尔曼滤波、强 跟踪滤波和容积卡尔曼滤波3种方法,研究了ECAS 了被动式空气悬架在舒适性和稳定性之间的没计矛盾。 McKenzie等 介绍了荷兰NEWAY公司研发的 传统空气悬挂系统,用作卡车驾驶室悬架。该系统由 倾斜配置的空气弹簧和可变力臂的液压减振器组成, 这种设计使得该悬架固有频率被控制在1 Hz左右的水 平,避开了人体的敏感频率,提高了乘坐舒适性和驾 驶员的抗疲劳特性。Gross等 介绍了所开发的配置 4只空气弹簧液压减振支柱和l根横向稳定杆的某重卡 驾驶室空气悬挂系统,该减振支柱配置了行程敏感式 液压减振器,还可选配内置式高度控制阀。Andou等【6剐 研究了一种由硅油阻尼器和空气弹簧组成的用于某液压 传感器的故障识别和隔离,实验结果对比表明采用容 积卡尔曼滤波方法效果最好。 、■■_■, 目前,乘用车ECAS技术在国外已经成熟,但是 ■--, 挖掘机驾驶室减振的复合悬挂,建立了该复合悬挂系 统的动态数学模型,并通过实验予以验证..Yan等 9】 基于遗传算法研究r某驾驶室半主动空气悬挂系统的 模糊控制。Tang等L7。 则使用AMEsim软件针对某商 元器件技术还在不断完善,系统技术还在不断融入到 整牟电子控制当叶I;商用车ECAS技术和市场也在不断 提升和扩展。中国大陆汽车ECAS技术,从零部件到 系统集成,目前都处于起步阶段,虽然技术进步和积 累有个过程,但可以预见未来的市场前景是广阔的。 一● 用汽车空气弹簧进行建模,并与整车ADAMS动力学 模型进行联合仿真,研究了在随机激励下空气弹簧参 数对商用车驾驶室乘坐舒适性的影响。 2.5驾驶室与座椅减振 空气恳架已广泛应用于商用车辆驾驶室的减振, 进一步提高了驾驶室的舒适性和稳定性。图9所示是 一种卡车驾驶室的窄气悬挂系统130]7该悬挂系统使用4 只带内置式… 高度控制阀和行程敏感式液压减振器的 空气弹簧液压减振支柱,来保持驾驶室的水平和动力 学控制;悬挂系统后部取消了传统的被动式横向稳定 杆,采用由一个液压作动器驱动侧向稳定机构的主动防 侧倾稳定系统,由此可以获得极好的稳定性。部分高 端商用车辆驾驶室还采用了带CDC控制的ECAS系统, 即悬挂阻尼能根据车辆状态进行智能调节,从而消除 图9一种卡车驾驶室空气悬架系统 。 {i文林,等:汽车空气悬架研究进腱:零部件 系统 2l 空气悬架目前也广泛应用于商用车辆驾驶员座椅 的减振,如图10所示 。采用夺气悬架的庵椅具有较 好的负载适应性和很低的[古]有频率,凶此乘坐舒适性 和驾驶员的抗疲劳特性得到了极大的提高。Ahmadian 综上所述,为了追求更好的舒适性和稳定性,与 车辆窄气悬架一样,用于商用车驾驶室和座椅减振的 气悬架系统也朝着主动控制的方向发展。目前,国 外有关公司 ”仍是这些技术的领跑者。国内在驾驶室 等 采用实验方法对比研究J,常规泡沫坐垫和允气坐 挚在硬化、压力分布和阻尼方面的特性,结果表明充 和 椅窄 悬架研发方面投入很大,产品还是集中在常 规空气悬架零部件和系统,有不少单位如中国北方车 辆研究所等已绎形成了批量生产和配套能力,但主动 控制 气悬架小管是在研发还是应用层面,目前还是处 于起步阶段 、 气坐垫无硬化,负载压力分布均匀,因此舒适性和抗 疲劳特性更好。作者还提出了两种 用于对坐垫进行 长期动力学特性进行测试的方法。Inendino等 建 立了某高速卡车空气悬挂座倚系统的数学模型,基于 道路试验数据进行了模型验汪和优化。Jin等。。 也建 立了某重卡带附加气审宅气悬挂座椅系统的数学模型, 并通过实验数据进行了模型验证。 空气 弹簧 液压 减振 图10一种商用车辆驾驶员座椅空气悬架 商,【_}j车辆窄气悬挂座椅系统的(半)主动控制也是 一个研究热点。Zikr ̄a等‘ 建 了某重 车辆空气悬 挂座椅系统的数学模型,采用人工神经网络控制算法 对半主动液压减振器进行控制,并进行J,仿真 台架文 验研究。Salihbegovic等_7 研究了由主动空气弹簧和 被动式液压减振器组成的越野车辆司机座椅 气悬架 系统,设计了模糊控制器,仿真和台架实验结果表明 达到了好的控制效果。Gu等【7剐研究了汽车座椅主动 悬挂系统的鲁棒控制 Zheng等 则建 r某轮式拖 拉机由带附加气室空气弹簧和磁流变减振器组成的座 椅系统的非线性数学模型,实验结果证明该非线性模 型较常规等效线性化模型具有较高的表现精度,最后 研究了车速、空气弹簧与附加气室容积比、阻尼孔截面 积对拖拉机底盘、驾驶室和座椅振动特性的影响,为 后续半主动控制器的开发奠定_r基础。 3结论 为_r 时获得舒适性、操纵稳定性和运行便利性, 不沦是 辆底盘的减振,还是驾驶室、座椅的减振, 传统 气悬架朝着ECAS方向发展,而ECAS技术则 朝着更JJ【J钳能、 能以及与整车电子控制、网络控制 融合的方向发展;元器件和系统产品质 、可靠性进一 步提高,并朝着集成度更高或一体化设计的方向发展。 颁汁未米l0年,罔外一些具有历史沉淀、技术积累和 先进技术研发实力的公司,还将在全球汽车空气悬架 领域起引领作J}J。 H前,中闻大陆汽车空气悬架,从关键零部件到 系统集成,尚存在以下主要问题和技术难点: 1)空气弹簧在服役疲劳、耐久J陛、可靠性方面与 外产 n1存在·定差距。应加强针对该类产品在模拟 实际服役工况下的耐久性试验和数据采集分析研究, 最点从材料、没计的角度进一步提升产品质量,同时 要JJU大对带附加气室、内置高度控制阀等复杂产品的研 发和试验力度。 2)电控液压减振器的关键问题在电磁阀以及电磁 阀与减振器油路的集成,技术难点在加T、装配工艺 对产品  ̄-:iI的保证。电控空气弹簧液压减振支柱,除 J,存在上述关键问题外,还存在空气弹簧与减振器集 成的密封、联动控制问题;电控液压减振器/减振支柱 均存在 叮靠性、耐久.陛的问题。 针对电控液压减振器/减振支柱的研究虽然不少, fn这类产品在圈内毕竟还没有形成正式的产品目录和 进入批 乍产及应用,冈此关于这类产品的技术标准、 试验方法以及. 能方面的理沦研究尚待继续深入。 3)常规空气悬架的研发,以前过多依赖和参考基 于国外道路、运输和试验条件研制的进口产品,造成了 一些被动局面。目前已进入自主研发的阶段,存在的主 要问题体现在研发经验、试验验证条件、时间价格成本、 零部件基础、系统性能及可靠性等方面。 4)ECAS技术(包括驾驶室和座椅减振),从零 汽车安全与节能学报 第9卷第1期2018年 部件到系统集成,目前均处于初级阶段。存在的主要 问题和技术难点:一是关键零部件的研制,譬如高可 靠电控空气弹簧液压减振支柱、高度传感器、气动电 磁阀集成件的研制;二是控制与车辆动力学性能的提 升,这方面还需要做大量的理论分析研究、道路试验 评价和算法版本升级工作;三是形成针对不同车型的快 速设计和匹配能力;四是加强零部件与系统故障模式、 诊断经验的积累,增强ECAS在各种复杂服役条件下 的可靠性与安全性。 空气悬架是中国未来汽车悬架发展的必然方向, 具有广阔的市场和应用前景。中国汽车空气悬架行业 要蓬勃地发展,必须坚持自主创新,从基础零部件到 系统进行持续的技术积累、经验积累和产品升级。 参考文献(References) [1]John L.Car spring:USA,No.4965【P],1847—02—10. [2】Hoagland I W Carriage Spring:USA,No.32848[P], 1861—07—16. 【3】Benjamin W D.Pneumatic Bicycle Saddle:USA,No. 611377[P],1898—09—27. [4】Warren W A.Pneumatic spring for vehicles:USA,No. 673011【P1,1901—04—30. [5】Jack G.Riding on Air:A History of Air Suspension[M]. USA:Society ofAutomotive Engineers.Inc.1999:19—20. 『61 Hansen K,Bertsch J F and Denzer R E.1958 Chevrolet level air suspension[R].SAE Paper,No.9D,1958. [7】Perkins R w.Oldsmobile New—Matic Ride[R].SAE Paper,No.9E,1958. [8]Chance B K.1984 continental mark VII/Lincoln continental electronically—controlled air suspension(EAS) system[R].SAE Paper,No.840342,1984. 【9]AUDI Group.AUDI AG Self-study Programme 242: Pneumatic suspension system(Part 11:Self levelling suspension in the Audi A6 design and function[Z].2010. 【10]AUDI Group.AUDI AG Self-study Programme 243: Pneumatic suspension system(Part 2、:4-level air suspension in the Audi all road quattro design and function[Z],2011. 【1 1]ZF Sachs AG.SACHS Documents:Suspension components and systems ofr commercial vehicles[Z]. 2013. [12】中国第一汽车集团公司技术中心.中心概况:历史回顾 [EB/OL].[2018-02—14].http://www.rdc.1aw.eom.cn/zxgk/ lshgjsp. China First Automobile Group Corporation Technology Center.General profile:Historical review[EB/OL].[2018— 02—14].http://www.rdc.faw.com.cn/zxgk/lshg.jsp.(in Chinese) [13]中国汽车供应商网.产品及企业综合信息[EB/OL]. [2018—02—141.http://www.chinaautosupplier.com. China automotive supplier.The product and the enterprise integrated information[EB/OL].[2018—02—141.http:Hwww. chinaautosupplier.com.(in Chinese) 【14]Quaglia G,Sorli M.Air suspension dimensionless analysis and design procedure[J].VehiSystDyna,2001,35(6): 443—475. [15】Docquier N,Fisette P’Jeanmart H.Multi—physic modelling ofrailway vehicle equipped with pneumatic suspensions [J】.Vehi@stDyna,2007,45(6):505-524. [16】Docquier N,Fisette P'Jeanmart H.Mode1.based evaluation ofrailway pneumatic suspensions[J].Vehi@st Dyna,2008,46(Supp1):481—493. 『17]Liu H,Lee J C.Model development and experimental research on an air spring with auxiliary reservoir[J].Int7 JAutom Tech,201 1,12(6):839—847. [18]Lee S J.Development and analysis ofan air spring model 『J1. f .,Autom Tech,2010,11(41:471—479. [19]Zargar B,Fahim A,Jnifene A.Development,validation, and parameter sensitivity analyses of a nonlinear mathematical model of air springs【J].J Vibr Cont,2012, 18(121:1777-1787. [20]Li X B,Li T.Research on vertical stiffness of belted air springs[J]_Vehi Syst Dyna,2013,51(11):1655—1673. 『21]LiXB,He LiuWQ,et a1.Research onvertical stiffness ofa rolling lobe air spring[J].Proc InstMech Engi, lrf JRailandRapid Transit,2016,230(4):1172—1183. [22]Gao H X,Chi M R,Zhang W H,et a1.Study on modelling and control methods of air spring in railway vehicles[c]// The 24 SyrupInt’lAssoc VehiSystDyna(IAVSD2015), Graz,Austria,2015:995-1004. [23]Mazzola L,Berg M.Secondary suspension ofrailway vehicles—air spring modelling:Performance and critical issues[J].ProcInstMechEngi,Alrf,:JRailandRapid Transit,2014,228(3):225-241. [24]Alonso A,Gim6nez J G,Nieto J,et a1.Air suspension characterisation and effectiveness of a variable area orifice [J].Vehi Syst Dyna,2010,48(Supp1):27l-286. [25】Berg M.A three—dimensional air spring model with friction and oriifce damping【J】.Vehi Syst Dyna,2000,33: 528—539. [26]Facchinetti A,Mazzola L,Alif S,et a1.Mathematical modelling of the secondary airspring suspension in railway vehicles and its effect on safety and ride comfort [J】.Vehi Syst Dyna,2010,48(Supp1):429-449. [27]LeeHW,KimSH,HuhH,et alFinite element analysis of diaphragm—type air springs with ifber-reinforced rubber composites[J].J Comp Mates,2003,37(14):1261—1274. [28】LiHG,GuoKH,Chen SQ,et a1.Designofstiffnessfor air spring based on ABAQUS[J].Math Prob Engi,2013, 2013:1—5. [29]Shi W K,Jiang w,Huang Y,et a1.Finite element analysis of an air spring concerning initial pressure and parameters ofcord fabric layer[c]//2009IEEESecondAsia—Paciifc Conference on Computational Intelligence and Industrial Applications,Wuhan,China,2009:496-499. [30】Aflermarket.Spare parts and products[EB/OL].[2018-02— 14].http://www.zf.com. 【31]马莉,何乐,金达锋.减振器一体式空气悬架的试验及静 刚度特性研究[J].汽车技术,2009(9):52—55. MA Li.HE Le.JIN Dafeng.Bench test and static stiffness 王文林,等:汽车空气悬架研究进展:零部件与系统 research of an air spring/damper module[J].Chin J Autom Tech,2009(9):52-55.(in Chinese) [32]徐中明,李仕生,张玉峰,等.行程敏感减振器阻尼特性 仿真与试验[J].兵工学报,2011,32(9):1077—1082. XU Zhongming,LI Shisheng,ZHANG Yufeng,et a1. Simulation and test of the damping characteristics of a stroke-dependent shock absorber[J].Chin JACTA Armamentarii,2011,32(9):1077—1082.(in Chinese) [33】黎剑锋,宋光伟,王凯平,等.行程相关变阻尼油压减振 器的阻尼特性分析[J].机床与液压,2016,44(5):38.41, 97. LI Jianfeng,SONG Guangwei,WANG Kaiping,et a1. Damping characteristics analysis of a stroke—dependent shock absorber[J].Chin JMach tool hydrauHcs,2016, 44(5):38-41,97.(in Chinese) [34]陆文昌,杨帆,汪少华,等.气动可调阻尼同轴一体式减 振支柱阻尼特性研究[J].振动与冲击,2015,34(20):115— 119,128. LU Wenchang,YANG Fan,WANG Shaohua,et a1. Damping characteristics of a pneumatic damping control airspring/damper strut[J].Chin JMachi tool hydraulics, 2015,34(20):115-119,128.(in Chinese) [35】John C D.The Shock Absorber Handbook[M].UK:John Wiley&Sons,Ltd,2007:251—253. [36]江浩斌,李龙晨,叶粲辰.气液力耦合的新型悬架减振 支柱设计与动力学性能研究[J】_汽车技术,2013(9):1-5, 34. JIANG Haobin,LI Longchen。YE Shenchen.Design and dynamic performance research of an airspring hydraulic damper strut[J]_Chin JAutom Tech,2013(9):1-5,34.(in Chinese) [37]江浩斌,盛立志,张云,等.基于新型减振支柱的半主 动悬架特性研究[J].广西大学学报:自然科学版,2016, 4l(2):371·378. JIANG Haobin,SHENG Lizhi,ZHANG Yun,et a1. Performance study of a semi-active suspension using airspring hydraulic damper strut[J].Chin J Guangxi Univ:Nat Sei Ed,2016,41(2):371—378.(in Chinese1 f381 Witters M,Swever J.Black-box model identification for a continuously variable,electro-hydraulic semi-active damper[J].Mech Syst Sign Proc,2010,24(1):4-18. 【39]王洪成.电磁阀式连续可变阻尼减振控制系统设计与开 发[D].合肥:合肥工业大学,2011. WANG Hongcheng.The design and development of a continuous variable damping control system with solenoid valve[D].Heifei:Hefei University ofTechnolog ̄2011.(in Chinese) [40]李明.汽车半主动悬架可变阻尼减振器的结构及阻尼性 能研究[D】.西安:长安大学,2015. LI Ming.Structural design and damping performance study ofvariable damping hydraulic dampers used in automotive semi—active suspensions[D】.Xi’an:Chang’an University,2015.(in Chinese) [41]任欣,王文瑞,顾亮.叶片减振器比例控制阀动态特性仿 真与实验[J].液压与气动,2015(9):73—76. REN Xin,WANG Wenrui,GU Liang.Simulation and experimental study ofa proportional valve used in vane 23 damps[J].Chin JHydra Pneu,2015(9):73—76.(in Chinese1 4[2]Darris L w Parametric study of leveling system characteristics on roll stability oftrailing arm air suspension for heavy trucks[R].SAE Tech Paper,2000— 01—3480. [43】Chang F’Lu Z F Dynamic model of an air spring and integration into a vehicle dynamics model is].Proc Inst Mech Engi,Part D:JAutom Engi,2008,222(10):1813— 1825. [44]Ra ̄it G T.Design,development and testing of an air damper to control the resonant response of a SDOF quarter-car suspension system[J]_Mode Mech Engi, 201 1(1):84-92. [45]Bollishetty S,Chandrakant D.A simpliifed model of air suspension for multibody simulation of the commercial passenger vehicle[C]//Symp lnt’,Autom Tech,India, 2013:1-6. [46]Ashley T D,Wilson W Development of a new rfont air suspension and steer axle system for on highway commercial vehicles[R].SAE Tech Paper,2000—01—3449. [47]Leandro P D S,Felipe N,Cesar C R,et a1.Tractor air suspension design and tuning【R].SAE Tech Paper,2002· 01.3041. [48]Dean R T.Overcoming the ride/handling compromise· A cockpit adjustable suspension system[R].SAE Tech Paper,2004—01—1078. [49]ZhangM J,WangH Y,LiangL,etc.FEM studyforvan trailer dynamic performance with air suspension[R].SAE Tech Paper,2006-01-3521. [50]Nikolai M,Li Y J and Steve O.Air suspension system model and optimization[R].SAE Tech Paper,2011—01— 0067. [51]Eskandary P K,Khajepour A,Wong,A and Ansari M. Analysis and optimization of air suspension system with independent height and stiffness tuning[J]./nt7 JAutom Tech,2016,17f51:807.816. [52]Smith M C,Walker G w.Interconnected vehicle suspension[J].Proc Inst Mech Engi,Part D:JAutom Engi,2005,219(3):295—307. [53]Chen Y K,He J,King M,et a1.Effect of driving conditions and suspension parameters on dynamic load—sharing of longitudinal—connected air suspensions.Sci Chin口:Tech Sci,2013,56(31:666—676. [54]Hua H,Wang L Fj Qi H M,et a1.Implementation and experimental study of a novel air spring combined with hydraulically interconnected suspension to enhance roll stiffness on buses[R].SAE Tech Paper,2015—01—0652. [55】Li Z X,Ju L Y’Jiang H,et a1.Experimental and simulation study on the vibration isolation and torsion elimination performances ofinterconnected air suspensions ].Proc Inst Mech Engi,Part D:JAutom Engi,2016,230(5): 679.691. [56]WABCO.WABCO products and systems【EB/OL].[2018- 02—14】.http://www.wabco-auto.tom/products/product. portfolio/. [57]Toshio Atsushi Pneumatic active suspension system 24 汽车安 引1 J N ̄  ̄-报 第9卷第1期201 8年 f0r a one—whee1 car model using fuzzy reasoning and a disturbance observer[J].JZhejiang University,2004, 5(9):1060—1068. f581 Porumamilla H,Kelkar A G.Robust control and LL analysis of active pneumatic suspension[c]//2005 American Control CoMeFence,Portland,0R,USA,2005: 2200—2205. 『591 Kim H,Lee H.Fault.tolerant control algorithm for a four- corner closed—loop air suspension system 1.1EEE Trans lndu Elect,201 1,58(10):4866—4879. 『60]Kim H,Lee H.Model—based fault—tolerant contro1 for an automotive air suspension contro1 system『J1.Proc Inst Mech Engi,Part D:J Autom Engi.201 1.225:1462—1480. [61]Kim H,Lee H.Height and leveling control of automotive air suspension system using sliding mode approach【J]. 旭雎Trans f Tech,20l】 6Of51:2027.2041. [62]Zhao Y,Wang L M,Yang X L,et a1.Study on the ride performance of a semi—active air suspension vehicle under complex models based on co—simulation[R1.SAE Tech Paper,2015一O1—0614. [63]Nieto A J,Morales A L,Chicharro J M,et a1.An adaptive pneumatic suspension system for improving ride comfort and handling【J]J Contr,2016,22(6):1492—1 503. [64]SunXQ,CaiY YuanCC,et a1.Vehicle height and leveling contro1 of electrOnical1v controlled air suspension using mixed logical dynamical approach[J】-Sci China: 7 cIIl Sci.2016.59(12、:l814一l824. [65]Xu X,Wang W,Zou N N,et a1.A comparative study of sensor fault diagnosis methods based on observer ofr ECAS system【JI.Mech&st Sign Proc,2017,87:169—183. 『661 McKenzie T A,Hicks W J,Conaway R L.A new generation of vibration isolation for the conventiona1 truck cab[R].SAE Tech Paper,2000—01—3515. [67]Gross A,Wynsberghe R V_Development of a 4-point·air cab suspension system for conventional heavy trucks『R1. SAE Tech Paper.2001—01—2708. [68]Andou H,Koizumi T,Tsujiuchi N,et a1.Dynamic characteristics of a mount combining viscous fluid with air-spring[R].SAE Tech Paper,2007—01·2360. 『69]Yan J Yin Z,Guo X X,et a1.Fuzzy control of semi—active air suspension for cab based on genetic algorithms[Rj. SAE 11ech Paper,2008—01—2681 [70】Tang G,Zhu H J,Zhang Y Q,et a1.Studies of air spring mathematical model and its performance in cab suspension system ofcommercial vehicle[R].SAE Tech Paper,2015— 0l一0608. 『711 Commercia1 Vehicle Group,Inc.Products/suspension/ BAJA[EB/OL].[2018-02—14].https://www. bostromseating。com/en—us/suspension/baja. [72]Ahmadian M,Seigler T M,Clapper D,et a1.A comparative analysis of air-inflated and foam seat cushions for truck seats『R1.SAE 1.ech Paper,2002—01 3l08. [73]Ahmadian M,Seigler T M,Clapper D,et a1.Alternative test methods for long term dynamic effects of vehicle seats [R】.SAE Tech Paper,2002—01—3082. 『741 Inendino L V-Strauss M G,Medanic J V.Development of a dynamic model of an air-ride seat ofr on highway trucks IR].SAE 1’ech Paper,2003—01.3363. 【75]Jin A K,Zhang W G,Wang S H,et a1.Modeling air-spring suspension system ofthe truck driver seat『J1.SAE Int'!J Commer Vehi,20l4,7fl1:157—162. 『76]Zikr ̄a A,Senad C,Samim K.Reducing vibration of the seat with semi—active damper by using the artificia1 neural networks、C1//2007 lEEE lnt l Joint ConfNem—a| Networks,0rlando Florida,USA.2007:l25—130. [77]Salihbegovic A,Salihbegovic A,Hadziselimovic M,et al, Reducing oft'-road vehicle seat vibrations using pneumatic active suspension and fuzzy 1ogic based controller fcl// rhe 36 Int’l Conv Inf0r Comm Tech.Electronics and Microe ctronics.0patija.Croatia.20l3:886—890. 【78]Gu Z,Fei S M,Zhao Y Q,et a1.Robust control of automotive active seat—suspension system subject to actuator saturation『J1 J D ,l口Syst Meas Contr-Trans 肘E,2014,136(41:l一7. 『791 Zhang E L,Fan Y D,Zhu R,ct a1.Prediction ofthe vibration characteristics for wheeled tractor with suspended driver seat including air spring and MR damper 1.J Mech&f ,2016,30(9):4143—4l 56. 王文林教授 博士,湖南大学机械与运载工程学院教授。中国机 械工程学会流体传动及控制分会委员,美国机动车 工程师学会(SAE)、中国汽车工程学会高级会员。研 究领域:车辆流体悬架、车辆系统液压与气动。发 表学术论文5O多篇,获省级发明创新成果银奖l项, 多次获得“优秀教师奖”。 Prof.\/\/ANG Wenlin Ph.D,a professor in the College ofMechanical and Vehicle Engineering,Hunan University.Committee member in Fluid Power Transmission and Contro1 Division of the Chinese Mechanical Engineering Society, and members both in the Society ofAutomotive Engineers (SAE)and the Society foAutomotive Engineers ofChina. His research fields include vehicle fluid suspension. hydraulics and pneumatics in vehicle systems.He has published more than 50 papers,awarded 1 Provincial Silver Medal of Innovation.and several Excellent Teacher Awards.