张 晗，李奕宝，丁都都，樊义祥

（广州汽车集团股份有限公司 汽车工程研究院，广东 广州 511434）

目前，汽车行驶平顺性越来越受到消费者及汽车厂商重视。传统乘用车一般使用螺旋弹簧，具备固定的线性刚度特性，无法满足车辆在各种工况下行驶的舒适性要求。特别对于大型运动型多功能汽车（Sport Utility Vehicle, SUV）、多用途汽车（Multi Purpose Vehicle, MPV）车型，载荷变化较大，舒适性要求较高，螺旋弹簧难以适应复杂工况的要求。因此，空气弹簧非线性刚度、高度可调的优势尤为显著。

需要与诱因统合而成动机。对工科新教师而言，培训的需要有两个来源：其一，来自于新教师内心深处成为一名好教师的渴求；其二，来源于学生、学校、社会对其成为一名好教师的期待。基于此，激发工科新教师对培训的强烈需要，其基本策略有如下几点。

空气弹簧较多应用在商用车、客车领域，国内乘用车电子空气弹簧系统的应用仍然较少。有限的研究工作较多集中在高校及研究机构，黄俊明等研究了空气弹簧固有频率的测定方法，为电子控制空气悬架类大客车的固有频率测定方法提供了有益的参考。高红星等利用基于TPL-ASN模型自编的空气弹簧动态特性仿真软件研究了不同激励幅值下的空气弹簧幅变特性。张俊玲等利用Abaqus建立了膜式空气弹簧有限元模型，分析了不同帘线角、帘线层间距、帘线密度等参数对空气弹簧刚度特性的影响。江洪等采用遗传算法对电子控制空气悬架系统的控制模式与控制策略进行了研究，通过仿真与试验表明了算法策略的有效性。汪少华等基于自适应神经网络PID控制，提出了一套整车姿态控制方法，能够有效解决空气弹簧系统的过充、过放等问题。

1 空气弹簧系统设计

1.1 系统方案

本文针对某SUV车型进行空气弹簧系统的设计改制。综合考虑车型使用需求、成本、重量、设计可行性等因素，确定了设计一款单后悬电子控制空气弹簧系统，后悬两支气囊独立控制，气囊采用膜式设计。

系统主要包含两支膜式空气弹簧、一个电子气泵、一个气阀、两个高度传感器、一个储气罐及管路附件等零部件。同时，由整车控制器局域网络（Controller Area Network, CAN）读取车辆的点火、加速、减速、转向、四门两盖等信号，与高度传感器信号一同输入控制器。控制器根据标定的触发条件对气囊进行充气、放气动作。

根据车辆的使用场景，定义了车高随车速调节、车高随指令调节、车高保持模式、迎宾模式、举升保护模式等系统功能。各个功能模式的触发、保持及退出的条件参数通过开展实车道路试验进行标定。

1.2 气囊设计

翻转课堂改变了传统的师生关系，对课堂时间的使用进行了重新的规划，学生课前通过教学视频完成预习，课堂上让学生有机会在具体环境中应用所学内容，结束学习后进行客观公正的综合评价，通过这一改变提升学生自主学习能力，加深学习兴趣提高学科素质，让学生由教师“让你学”变成学生“我要学”。是传统教学模式的革新。

空气弹簧大致可以分为囊式与膜式两种，囊式空气弹簧结构、工艺简单，寿命较长，常应用于载货车辆，缺点是刚度较大。而膜式空气弹簧刚度较低，特性曲线可以通过对活塞形状优化设计进行控制，较多应用于乘用车、客车，缺点是制造工艺相对复杂，且耐久性相比囊式空气弹簧稍差。本文基于一款现有SUV车型设计空气弹簧系统， 因此，以原车型螺旋弹簧技术参数为基础，进行膜式空气弹簧的设计与优化，原型车螺旋弹簧技术参数如表1所示。

对原型车进行了硬点仿真设计，适应性设计了悬架结构件以适应空气弹簧的匹配。设计的空气弹簧保持与螺旋弹簧相当的接口及包络，保持压缩、伸张行程不变，弹簧最大外径不变，上盖板安装尺寸与纵梁保持一致，活塞安装板尺寸保持与摆臂接口大致相当。基于以上基本原则，设计的空气弹簧如图2所示。

传统的螺旋弹簧呈线性刚度，姿态固定，较难满足车辆载荷变化对刚度特性的不同要求。而空气弹簧具有非线性特性，根据不同负载，通过对气囊充、放气，实现刚度的调整，并且实现车辆姿态的调节，提升了车辆的舒适性与通过性，典型的螺旋弹簧与空气弹簧刚度特性如图1所示。

2 设计验证

2.1 仿真模型

空气弹簧主要由端盖、活塞、橡胶气囊等组成。橡胶气囊一般由内层胶、帘线层、外层胶构成。内层胶采用气密性与耐油性好的材料配成，主要起密封作用。外层胶采用抗老化的橡胶材质配成，主要起防护、抗日照臭氧作用。帘线层由高强度人造尼龙与成型的钢丝硫化而成，帘线层一般为两层，两层帘线方向交叉铺设。

《〈资本论〉(哲学卷)手稿》与当代中国的哲学自信——剩余价值哲学破解的10个理论难题 唐伟，等 5—25

2.2 台架试验

分别以不同车速在随机粗糙路面、光滑路面进行平顺性客观测试，以60 km/h车速随机粗糙路面、20 km/h过减速带工况为例，各个测点的加速度指标如表2所示。

利用Abaqus 软件建立空气弹簧有限元模型，如图3所示。在进行空气弹簧建模时，考虑橡胶气囊、气体压力、端盖及活塞几大因素。本文仿真假设橡胶材料完全不可压缩，选用Yeoh模型进行表征。帘线层的模拟采用rebar模型。在气囊工作过程中气囊与活塞、端盖的接触问题采用Lagrange方法。

从客观测试数据可以明显看出，装备了空气弹簧的车型在随机粗糙路、过减速带工况，冲击明显优于传统悬架车型。

3 空气弹簧系统试验

3.1 空气弹簧系统实车搭载

唐河北四门堤分洪工程建在关城大口子，口门长500m。孔深15m。堤身0～0.5m为泥结碎石层，壤土、卵石为主，密实；0.5～3.2m为粉砂，浅黄色，稍湿，密实，粉粒含量较高，砂质均匀；3.2～4.8m壤土，灰褐色，稍湿，硬塑。

3.2 空气弹簧系统客观测试

参考国家标准《商用车空气悬架用空气弹簧技术规范》（GB/T 13061—2017）中气囊弹性特性的相关标准进行空气弹簧的刚度特性台架试验。将空气弹簧充气至计算所得的标准气压650 kN/m，断开气源。调整位置到拉伸极限状态，停留约5 min，然后以10 mm/min的速度将空气弹簧压缩到压缩极限状态，记录下该过程中的位移、载荷数值。再将空气弹簧调整至设计高度，分别充以80%的标准气压、120%的标准气压，重复上述试验，记录试验过程中的位移、载荷数值。

通过对气囊进行设计，气泵等气路系统选型，确定空气弹簧系统方案。针对某SUV车型具体结构，进行空气弹簧系统的改制搭载，气囊上、下端接口进行适应性改制，气泵、气阀、储气罐利用所设计的支架布置在后下车体，气路随系统零件设置走向，利用卡扣、扎带等工具进行固定，如图5所示。

以所设计的空气弹簧标准气压为例，将仿真试验与台架试验数据进行对比，如图4所示。台架试验表明仿真模型结果有效。根据整车技术参数要求，利用仿真模型对空气弹簧的活塞进行微调以优化迭代刚度特性，以期获得更好的平顺性。

3.3 空气弹簧系统主观评价

主观评价试验主要针对舒适性展开，评价路况有碎石路、水泥路、比利时路、波纹路、石块路等典型路面。试验车辆为一台传统悬架原型车，一台空气弹簧改制车，车辆状态分别为半载、满载。

以较为典型的随机粗糙路、减速带为例，分别以40 km/h、60 km/h、80 km/h、100 km/h等车速匀速行驶过随机粗糙路面，20 km/h、30 km/h等车速过减速带。

主观评价结果如图6所示，在各种工况下空气悬架主观评价均优于传统悬架。同时，在碎石路、减速带等非平整路面行驶时，装备空气悬架的车辆在半载、满载状态的性能表现与传统悬架差异性较为明显，能够保持载荷变化时，具备较好的舒适性。

鉴于人文社会科学的研究成果难以转化，且存在社会效益优于经济效益、长期效益优于短期效益的特点，本文研究的人文社会科学科研项目的人员费用主要包括工资费、劳务费、专家咨询费和绩效支出。截至目前的有关内容梳理如下：

4 结论

本文自主开发设计了某SUV车型后悬空气悬架系统，对系统方案及功能进行了定义，通过台架试验数据验证了空气弹簧仿真模型的有效性。然后，将设计的空气弹簧系统进行了实车搭载，通过开展道路试验进行了舒适性与功能性的主观评价，评价结果表明，搭载空气悬架系统的车辆比原型车辆的乘坐舒适性具有明显提升，在载荷变化时，空气弹簧系统优势格外显著，并且能够实现车身高度的调节，提高车辆行驶通过性。