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第1章 车辆悬架概述1

1．1 车辆悬架的定义、作用及性能要求1

1．1．1 车辆悬架的定义1

1．1．2 车辆悬架的作用2

1．1．3 车辆悬架系统的性能要求3

1．2 车辆悬架的组成3

1．2．1 弹簧3

1．2．2 减振器7

1．2．3 稳定杆9

1．3 车辆悬架的类型10

1．3．1 非独立悬架系统11

1．3．2 独立悬架系统11

1．3．3 半主动悬架系统16

1．3．4 主动悬架系统17

1．4 车辆悬架研究与发展状况18

1．4．1 被动悬架的研究及发展状况18

1．4．2 半主动悬架的研究及发展状况19

1．4．3 主动悬架的研究及发展状况20

小结23

第2章 车辆简化模型及振动24

2．1 车辆振动简化模型24

2．2 单质量车身振动26

2．2．1 单质量车身振动微分方程26

2．2．2 单质量系统的自由振动响应26

2．2．3 单质量系统在简谐激振力下的响应28

2．2．4 单质量系统在单位谐波函数激励下的响应30

2．2．5 单质量系统振动响应的傅氏积分法31

2．2．6 单质量车身在路面激励下的振动响应31

2．3 双质量车身车轮振动33

2．3．1 双质量系统振动微分方程33

2．3．2 双质量无阻尼系统的自由振动34

2．3．3 双质量振动系统的传递特性36

2．4 双轴汽车垂直和俯仰平面振动37

2．4．1 双轴汽车垂直振动和俯仰振动微分方程38

2．4．2 双轴汽车振动频率响应函数及振动响应39

2．5 “人一车”三自由度系统的振动40

2．5．1 “人一车”系统振动模型40

2．5．2 振动响应传递特性41

2．6 车辆随机振动42

2．6．1 随机振动的基本概念42

2．6．2 随机振动的统计特性43

2．6．3 线性振动系统的随机响应计算47

小结51

第3章 汽车行驶平顺性与安全性52

3．1 道路路面不平度的统计描述52

3．1．1 路面谱及其分类52

3．1．2 空间频率与时间频率功率谱密度的关系54

3．1．3 车辆路面不平输入的功率谱密度55

3．2 平顺性分析56

3．2．1 系统响应量的功率谱密度和均方值57

3．2．2 单质量系统的车辆平顺性分析57

3．2．3 双质量系统模型的车辆平顺性分析61

3．2．4 双质量系统参数的车辆平顺性影响分析64

3．3 车辆平顺性及评价67

3．3．1 汽车平顺性的定义67

3．3．2 人体对振动的反应68

3．3．3 人体振动评价70

3．3．4 车辆振动评价72

小结78

第4章 车辆悬架系统阻尼匹配79

4．1 基于舒适性的悬架系统最佳阻尼比79

4．1．1 单轮二自由度悬架系统响应的频响函数79

4．1．2 车身垂直加速度均方值80

4．1．3 基于舒适性的车辆悬架最佳阻尼比80

4．2 基于安全性的悬架系统最佳阻尼比81

4．3 基于舒适性和安全性的最佳阻尼比82

4．3．1 悬架动挠度82

4．3．2 基于舒适性和安全性的半主动悬架最佳阻尼比82

4．3．3 路况及车速预测85

4．4 被动悬架系统最佳阻尼可行性设计区87

4．5 悬架系统最佳匹配减振器的阻尼特性87

4．5．1 悬架系统最佳阻尼系数87

4．5．2 减振器最佳阻尼分段线性特性88

小结91

第5章 液压筒式减振器设计及理论92

5．1 筒式减振器的结构和工作原理92

5．1．1 减振器的结构92

5．1．2 减振器的工作原理93

5．2 液压减振器阻尼构件及阻尼力分析93

5．2．1 阻尼构件分析93

5．2．2 节流压力损失与叠加原理97

5．2．3 减振器的阻尼力分析98

5．3 减振器的特性及特性参数100

5．3．1 减振器的示功图100

5．3．2 减振器的速度特性100

5．3．3 减振器的阻尼特性参数101

5．4 减振器设计的基本理论103

5．4．1 减振器节流阀片变形解析计算103

5．4．2 节流阀片应力解析计算111

5．4．3 减振器叠加阀片等效厚度计算114

5．4．4 减振器叠加节流阀片等效拆分设计原则和方法115

5．4．5 减振器油液非线性节流损失解析计算116

5．5 基于速度特性的减振器阀系参数设计117

5．5．1 减振器阀系参数设计顺序和设计方法117

5．5．2 基于速度特性的减振器复原阀系参数的单点速度设计数学模型119

5．5．3 基于速度特性的减振器压缩阀系参数的单点速度设计数学模型122

5．5．4 基于速度特性的减振器常通节流孔面积的曲线拟合优化设计124

5．5．5 基于速度特性的减振器节流阀片厚度的曲线拟合优化设计126

5．5．6 基于速度特性的减振器其他阀系参数的曲线拟合优化设计128

5．6 减振器阀系参数黄金分割优化设计128

5．6．1 单分段速度特性的黄金分割速度设计点129

5．6．2 多分段速度特性的黄金分割速度设计点129

5．7 基于车辆参数的减振器阀系参数设计132

5．7．1 车辆悬架最佳阻尼匹配减振器速度特性132

5．7．2 基于车辆参数的减振器阀系参数设计133

5．8 减振器阀系参数CAD设计134

5．8．1 减振器阀系参数CAD系统简介134

5．8．2 CAD软件的研发工具135

5．8．3 减振器CAD软件的相关技术136

5．8．4 C+++与AutoCAD数据传递接口设计137

5．8．5基于控件技术实现图形与图纸处理138

5．8．6 减振器阀系参数CAD设计实例138

5．9 减振器特性试验144

5．9．1 汽车减振器特性试验内容144

5．9．2 试验设备144

5．9．3 汽车减振器阻尼特性试验145

5．9．4 汽车减振器摩擦力试验148

5．9．5 汽车充气减振器充气力试验149

5．9．6 汽车减振器耐久特性试验149

5．9．7 汽车减振器温度特性试验150

5．9．8 汽车减振器抗泡沫性试验151

小结152

第6章 悬架弹簧设计153

6．1 悬架主要参数的确定153

6．1．1 前、后悬架的偏频153

6．1．2 前、后悬架的静挠度153

6．1．3 悬架的动挠度154

6．1．4 悬架的弹性特性154

6．2 悬架及弹簧刚度的设计154

6．2．1 悬架刚度设计154

6．2．2 弹簧刚度设计155

6．3 悬架主、副弹簧刚度设计156

6．3．1 比例中项法156

6．3．2 平均载荷法157

6．4 螺旋弹簧设计与安装158

6．4．1 螺旋弹簧设计158

6．4．2 螺旋弹簧的安装159

6．4．3 特殊弹簧的使用161

6．5 扭杆弹簧设计162

6．5．1 扭杆断面形状及端部结构162

6．5．2 扭杆直径设计163

6．6 橡胶扭簧设计165

6．6．1 橡胶扭簧165

6．6．2 橡胶扭簧宽度h的设计166

6．6．3 橡胶扭簧的强度校核167

6．7 钢板弹簧设计167

6．7．1 钢板弹簧的布置方案167

6．7．2 钢板弹簧主要参数的确定167

6．7．3 钢板弹簧各片长度的确定170

6．7．4 主、副钢板弹簧厚度的解析设计171

6．7．5 钢板弹簧的刚度验算174

6．7．6 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算176

6．7．7 钢板弹簧弧高与曲面形状的解析设计177

6．7．8 钢板弹簧总成弧高的核算180

6．7．9 钢板弹簧的强度验算180

6．7．10 少片钢板弹簧182

小结184

第7章 悬架稳定杆设计185

7．1 稳定杆安装结构185

7．2 稳定杆悬架轴套的变形185

7．2．1 橡胶衬套及叠加力学模型186

7．2．2 橡胶衬套径向变形求解187

7．2．3 橡胶轴座的线性径向刚度193

7．3 稳定杆端点的位移193

7．3．1 橡胶支座变形引起的稳定杆端点位移193

7．3．2 稳定杆变形产生的端点位移194

7．3．3 稳定杆端点的总位移及等效线性刚度195

7．4 横向稳定杆最佳刚度匹配195

7．4．1 汽车侧倾模型196

7．4．2 汽车侧倾刚度196

7．4．3 稳定杆刚度匹配设计197

7．5 稳定杆直径设计199

7．5．1 稳定杆直径设计数学模型199

7．5．2 稳定杆直径设计实例200

7．6 稳定设计影响因素分析200

小结201

第8章 空气悬架设计202

8．1 空气悬架的研究发展状况、组成及分类202

8．1．1 空气悬架的研究发展状况202

8．1．2 空气悬架的组成203

8．1．3 空气悬架的分类203

8．2 空气悬架的工作原理及使用特点204

8．2．1 空气悬架的工作原理204

8．2．2 使用特点204

8．2．3 空气弹簧的特点205

8．3 空气弹簧的布置206

8．4 高度控制阀207

8．4．1 高度控制阀的分类207

8．4．2 高度控制阀的工作原理208

8．5 囊式、膜式、复合式空气弹簧209

8．5．1 囊式空气弹簧209

8．5．2 膜式空气弹簧210

8．5．3 复合式空气弹簧211

8．6 空气弹簧的刚度及固有频率211

8．6．1 空气弹簧的垂直刚度211

8．6．2 空气弹簧的平衡位置刚度212

8．6．3 空气弹簧的动、静刚度212

8．6．4 空气弹簧的固有频率213

8．7 空气弹簧的阻尼特性214

8．8 空气弹簧悬架的特性试验与分析215

8．8．1 空气弹簧悬架的试验原理215

8．8．2 空气弹簧悬架的静特性试验215

8．8．3 空气弹簧悬架的动特性试验216

8．8．4 空气弹簧悬架的动特性分析216

小结218

第9章 油气悬架设计219

9．1 油气悬架的发展和研究状况219

9．1．1 油气悬架的发展状况219

9．1．2 油气悬架的研究状况220

9．2 油气悬架的类型、结构和工作原理223

9．2．1 油气悬架的类型223

9．2．2 油气悬架的结构和工作原理224

9．3 油气悬架的特点和应用领域226

9．3．1 油气悬架的特点226

9．3．2 油气悬架的应用领域227

9．4 油气悬架设计的基本理论227

9．4．1 油液可压缩性227

9．4．2 气室压力和容积变化规律228

9．4．3 油液节流压力分析计算229

9．4．4 阀片最大变形和应力计算229

9．4．5 叠加阀片等效厚度计算及拆分设计理论231

9．4．6 车辆悬架最佳阻尼特性匹配数学模型233

9．5 油气悬架气室初始压力及节流阀参数解析设计235

9．5．1 油气弹簧气室初始充气压力设计235

9．5．2 节流孔式油气弹簧阀系参数设计235

9．5．3 节流阀片式油气弹簧阀系参数设计238

9．5．4 油气弹簧阀系参数设计实例240

9．6 油气悬架特性试验及特性参数分析240

9．6．1 油气悬架特性试验240

9．6．2 油气悬架阻力及变化曲线241

9．6．3 油气悬架惯性力及变化曲线243

9．6．4 油气悬架气室压力及变化曲线244

9．6．5 油气悬架油液节流阻尼力及变化曲线247

9．6．6 油气悬架油阻尼特性分析248

小结249

第10章 半主动悬架设计及控制250

10．1 主动悬架及其分类250

10．1．1 主动悬架的定义250

10．1．2 主动悬架的分类250

10．1．3 主动悬架的控制功能251

10．2 半主动悬架及设计254

10．2．1 半主动悬架的分类254

10．2．2 半主动悬架可控减振器254

10．2．3 可控减振器驱动方式256

10．3 半主动悬架控制系统的理论模型257

10．3．1 半主动悬架动力学模型257

10．3．2 控制系统问题的数学描述257

10．3．3 半主动悬架控制问题的数学定义及无阻尼约束的最优解258

10．4 半主动悬架最优控制律260

10．4．1 基于最优控制力的控制规律260

10．4．2 基于悬架系统最佳阻尼比的阻尼控制规律263

10．4．3 半主动悬架可控减振器节流阀参数控制规律264

10．4．4 半主动悬架可控减振器节流阀参数与转角之间关系267

10．4．5 半主动悬架可控减振器步进电机转角随车辆行驶状态变化规律272

10．4．6 最佳阻尼比控制律仿真273

10．5 半主动悬架控制及策略274

10．5．1 汽车半主动悬架系统的控制原理274

10．5．2 半主动悬架控制策略分类275

10．5．3 悬架控制策略275

小结279

第11章 主动悬架系统设计280

11．1 主动悬架模型及振动微分方程280

11．1．1 主动悬架模型280

11．1．2 主动悬架振动微分方程280

11．2 主动控制281

11．2．1 传递函数281

11．2．2 LQR算法及与Hz最优控制关系281

11．2．3 基于LQR算法的主动悬架设计282

11．2．4 LQR控制器的性能研究283

11．3 主动系统的渐进线287

11．3．1 闭环传递函数287

11．3．2 主动系统响应渐进线287

11．4 悬架问题的不动点及其特性影响分析288

11．4．1 悬架问题的不动点288

11．4．2 基于不动点的综合性能分析289

11．5 主动悬架速度反馈控制器及液压执行器291

11．5．1 主动悬架速度反馈控制器291

11．5．2 主动悬架的液压执行器292

11．6 主动悬架的模糊控制293

11．6．1 模糊控制器结构的选择293

11．6．2 模糊控制规则的选取293

11．6．3 模糊输出量的确定和模糊判决295

小结296

参考文献298