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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