奥迪A6L悬架系统原理与检修

奥迪A6L悬架系统原理与检修奥迪A6L悬架系统原理与检修奥迪A6L悬架系统原理与检修目录HYPERLINK\l"_Toc309632708"第一章引言PAGEREF_Toc309632708\h4HYPERLINK\l"_Toc309632709"1.1课题的意义PAGEREF_Toc309632709\h4HYPERLINK\l"_Toc309632710"1.2国内外研究现状PAGEREF_Toc309632710\h4HYPERLINK\l"_Toc309632711"第二章汽车悬架系统PAGEREF_Toc309632711\h7HYPERLINK\l"_Toc309632712"汽车悬架系统简介PAGEREF_Toc309632712\h7HYPERLINK\l"_Toc309632713"2.2汽车空气悬架结构组成PAGEREF_Toc309632713\h10HYPERLINK\l"_Toc309632718"2.3汽车空气悬架系统的特性PAGEREF_Toc309632718\h13HYPERLINK\l"_Toc309632721"2.4汽车空气悬架的优缺点PAGEREF_Toc309632721\h14HYPERLINK\l"_Toc309632722"（一）汽车空气悬架的优点PAGEREF_Toc309632722\h15HYPERLINK\l"_Toc309632723"（二）汽车空气悬架的缺点PAGEREF_Toc309632723\h15HYPERLINK\l"_Toc309632724"第三章奥迪A6L悬架系统PAGEREF_Toc309632724\h16HYPERLINK\l"_Toc309632725"3.1奥迪A6简介PAGEREF_Toc309632725\h16HYPERLINK\l"_Toc309632727"3.2空气悬架系统PAGEREF_Toc309632727\h18HYPERLINK\l"_Toc309632730"空气悬架系统的结构PAGEREF_Toc309632730\h18HYPERLINK\l"_Toc309632731"3.2.2空气悬架系统的原理PAGEREF_Toc309632731\h19HYPERLINK\l"_Toc309632732"3.2.3空气悬架系统的主要特点PAGEREF_Toc309632732\h19HYPERLINK\l"_Toc309632733"3.3奥迪A6悬架系统原理PAGEREF_Toc309632733\h19HYPERLINK\l"_Toc309632734"第四章奥迪A6L悬架系统检修PAGEREF_Toc309632734\h21HYPERLINK\l"_Toc309632735"奥迪A6空气悬架系统布局PAGEREF_Toc309632735\h21HYPERLINK\l"_Toc309632736"4.2显示检修PAGEREF_Toc309632736\h22HYPERLINK\l"_Toc309632737"4.3系统部件PAGEREF_Toc309632737\h23HYPERLINK\l"_Toc309632738"参考文献PAGEREF_Toc309632738\h24HYPERLINK\l"_Toc309632739"附录一：英文专业文摘及翻译PAGEREF_Toc309632739\h25HYPERLINK\l"_Toc309632740"附录二：外文文献原文PAGEREF_Toc309632740\h32摘要：汽车悬架系统是传递车身与轮胎之间各种力和力矩的连接装置。汽车悬架系统基本上是由弹性元件、减振器和导向机构三大部分组成。这三部分分别起缓冲、减振和导向作用，共同承担传递轮胎与车身之间的各种力和力矩的任务。悬架作为上述各种力和力矩的传动装置，其性能的好坏是影响汽车行驶平顺性和操纵稳定性最重要、最直接的因素。ABSTRUCT:：Thevehiclesuspensionsystemisaconnectingdevice,whichtransmitvariousforceandmomentbetweenbodyandtire.Thevehiclesuspensionsystemismainlyconsistedofspringcomponents,dampercomponentsandorientationmachine.Thethreepartsrespectivelyperformsthefunctionsofcushiondampingandorientation,andcooperatewitheachothertofinishthetaskthattransfersallkindsofforcesandtorquesfromtirestovehiclebody.Asthiskindofequipmentthetransferringcharacteristicsofthesuspensionsystemisthemostimportantanddirectfactorsthatinfluencethevehiclerideperformanceandhandlingperformance.引言1.1课题的意义近几年，我国的汽车业得到了飞速的发展，汽车销售量己经排名全球第一。与此同时，越来越多的家庭期望拥有私家车，但人们对汽车的要求也越来越高。人们希望汽车经济实惠，舒适安全，还追求一定的驾驶乐趣。汽车悬架是汽车的重要组成部分。作为汽车各种力和力矩的传动装置，悬架的性能直接影响汽车的舒适性和操纵性。所以加强对悬架的研究，是汽车设计师一直关注的问题和工作重点。他们期望通过提高悬架的性能来提升整个汽车的操纵稳定性和平顺性。悬架性能的研究，自然需要有关于悬架的评价指标。目前对于悬架的评价，由于方法的不同，而没有统一的标准，需要在悬架动力学和弹性动力学的系统的评价指标做进一步探索和研究。期望有比较系统的归纳和分类来进行悬架性能的研究。1.2国内外研究现状空气弹簧诞生于19世纪中期,早期用于机械设备隔振。1947年，美国首先在普尔曼车上使用空气弹簧，到目前为止，美国在重型载货车上空气悬架的占有率是85%，比1988年增长了54％；大约82%的拖挂车使用空气悬架，比10年前增长了15%，欧洲大约与之保持相同的增长速度。空气悬架在轻型货车上的应用目前虽然只占市场份额的5%，但已呈现出快速增长的趋势，火石公司(Firestone)预测到2003年，空气悬架在轻型车市场占有率将达到10%，2008年将达到40%。空气悬架在旅游车、长途客车及高速客车市场也占有极大的份额，到1994年，联邦德国生产的55种大、中型公共汽车中，已有38种使用了空气悬架，国外高级大客车几乎全部使用空气悬架；部分轿车也逐渐安装空气弹簧悬架，如Benz300SE和Benz600。我国虽然从50年代就开始了对空气悬架的研究工作，但由于设计及制造等复杂因素的影响，一直未能得到推广应用。近年来，随着汽车技术的发展及国外空气悬架的引进，小部分国产高级旅游车开始采用国外购置的空气悬架，如沈阳飞机汽车制造厂、北方汽车制造厂、厦门金龙联合汽车公司、亚星客车集团公司、丹东汽车制造厂等生产的客车。随着空气悬架应用的推广，对空气弹簧、导向机构及控制机构的研究也得到了重视。J.R.EVANS等人在1970年做了空气弹簧垂直特性实验，建立空气弹簧垂直动态特性模型；1994年做了空气弹簧的侧向特性实验，在大频率和大幅值情况下，测量了空气弹簧在不同载荷下的侧向力和变形。KatsuyaYoyofuku等通过研究振动频率和弹簧反应之间的关系，分析管道和气室对弹簧特性变化的影响。交通部重庆公路科学研究所的丁良旭对空气悬架的一些性能进行了探讨，拟合了空气弹簧的特性曲线。JonBunne和RogerJable研究了空气悬架对传动系统振动的影响。JohnWoodrooffe通过试验分别评价了重型货车空气弹簧悬架和钢板弹簧悬架的路面附着性和行驶平顺性。空气悬架系统的特性：1、空气弹簧的特点（1）空气弹簧具有非线性特性，可将其特性曲线设计成理想形状。如图1所示空气弹簧特性曲线，静、动刚度随着载荷的增加而增大。（2）空气弹簧质量轻，内摩擦极小，对高频振动有很好的隔振、消声能力。（3）空气弹簧的刚度和承载能力可以通过调节橡胶气囊内的压力来调整。（4）空气弹簧制造工艺复杂，费用高。2、空气悬架对整车性能的影响（1）空气悬架为刚度可变的非线性悬架。当簧载质量变化时，刚度随之变化，以保持空载和满载时车身高度相同，悬架固有频率基本不变。根据需要，可以选择不同的气囊工作高度，获得理想的固有频率，从而得到良好的行驶平顺性。（2）空气悬架质量轻，弹簧刚度低,高速行驶时，轮胎与地面的附着能力强，制动距离短；转向时，过多转向和不足转向倾向减小，转向稳定性强，提高了整车的操纵稳定性。（3）空气弹簧内的空气压力直接反映了簧载质量，可取空气压力作为信号，控制制动缸内的气压，来控制制动时的制动力，更好地保证了行驶安全性。（4）可通过给空气弹簧气囊充气或放气来调节车身高度。在平坦的路面上，降低车身高度，保持空气阻力系数为最佳值，可以减小油耗或在功率不变的情况下获得最大车速。在崎岖不平的道路上，为了通过障碍物，可以提高车身高度。（5）减少整车的振动噪声,提高汽车零部件使用寿命。（6）由于空气悬架刚度低，轮胎动载荷小，能够降低载重汽车对高速公路的破坏。第二章汽车悬架系统简单来说，悬挂系统就是指由车身与轮胎间的弹簧和避震器组成整个支持系统。悬挂系统应有的功能是支持车身，改善乘坐的感觉，不同的悬挂设置会使驾驶者有不同的驾驶感受。外表看似简单的悬挂系统综合多种作用力，决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性，是现代轿车十分关键的部件之一。一般来说，汽车的悬挂系统分为非独立悬挂和独立悬挂两种，非独立悬挂的车轮装在一根整体车轴的两端，当一边车轮跳动时，另一侧车轮也相应跳动，使整个车身振动或倾斜；独立悬挂的车轴分成两段，每只车轮由螺旋弹簧独立安装在车架下面，当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受影响，两边的车轮可以独立运动，提高了汽车的平稳性和舒适性。由于现代人对车子乘坐舒适性及操纵安定性的要求愈来愈高，所以非独立悬挂系统已渐渐被淘汰。而独立悬挂系统因其车轮触地性良好、乘坐舒适性及操纵安定性大幅提升、左右两轮可自由运动，轮胎与地面的自由度大，车辆操控性较好等优点目前被汽车厂家普遍采用。常见的独立悬挂系统有多连杆式悬挂系统、麦佛逊式悬挂系统、烛式悬挂系统、拖曳臂式悬挂系统等等。首先我们来看看最常见的麦佛逊式和烛式悬挂系统。它们形状相似，两者都是将螺旋弹簧与减振器组合在一起，但因结构不同又有重大区别。烛式采用车轮沿主销轴方向移动的悬架形式，形状似烛形而得名。特点是主销位置和前轮定位角不随车轮的上下跳动而变化，有利于汽车的操纵性和稳定性。麦克弗逊式是绞结式滑柱与下横臂组成的悬架形式，减振器可兼做转向主销，转向节可以绕着它转动。特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化，这点与烛式悬架正好相反。这种悬架构造简单，布置紧凑，前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性。所以，目前轿车使用最多的独立悬架是麦弗逊式悬架。关于麦弗逊悬架，车坛历史上还有这么一段记载。麦弗逊(Mcpherson)是美国伊利诺斯州人，1891年生。大学毕业后他曾在欧洲搞了多年的航空发动机，并于1924年加入了通用汽车公司的工程中心。30年代，通用的雪佛兰分部想设计一种真正的小型汽车，总设计师就是麦弗逊。他对设计小型轿车非常感兴趣，目标是将这种四座轿车的质量控制在0.9吨以内，轴距控制在以内，设计的关键是悬架。麦弗逊一改当时盛行的板簧与扭杆弹簧的前悬架方式，创造性地将减振器和螺旋弹簧组合在一起，装在前轴上。实践证明这种悬架形式的构造简单，占用空间小，而且操纵性很好。后来，麦弗逊跳槽到福特，1950年福特在英国的子公司生产的两款车，是世界上首次使用麦弗逊悬架的商品车。麦弗逊悬架由于构造简单，性能优越的缘故，被行家誉为经典的设计。在来看看拖曳臂式悬挂系统，拖曳臂式悬挂系统是专为后轮设计的悬挂系统，像标致车系、雪铁龙车系、欧宝车系等欧洲轿车比较喜欢采用这种悬挂系统。对于拖曳臂式悬吊的复杂结构由于专业性过强，我们在此不作介绍。您只需要了解拖曳臂式悬挂系统的最大优点是左右两轮的空间较大，而且车身的外倾角没有变化，避震器不发生弯曲应力，所以摩擦小，乘坐性佳，当其刹车时除了车头较重会往下沉外，拖曳臂悬吊的后轮也会往下沉平衡车身；而其缺点是无法提供精准的几何控制，所以某些车厂就会结合一些连杆来解决，形成复杂的多连杆悬挂。最后再来看看多连杆悬挂系统，多连杆悬挂系统，又分为5连杆后悬挂和4连杆前悬挂系统。顾名思义，5连杆后悬挂系统包含5条连杆，分别为控制臂、后置定位臂、上臂、下臂和前置定位臂，其中控制臂可以调整后轮前束。5连杆悬挂的优点是构造简单、重量轻，减少悬挂系统占用的空间。5连杆后悬挂能实现主销后倾角的最佳位置，大幅度减少来自路面的前后方向力，从而改善加速和制动时的平顺性和舒适性，同时也保证了直线行驶的稳定性，因为由螺旋弹簧拉伸或压缩导致的车轮横向偏移量很小，不易造成非直线行驶。在车辆转弯或制动时，5连杆后悬挂结构可使后轮形成正前束，提高了车辆的控制性能，减少转向不足的情况。同时紧凑的结构增加了后排座椅和行李厢空间。由于这种悬挂优点显著，易于调整，因而受到广泛的欢迎。而全新的4连杆前悬挂系统多用于豪华轿车，它通过运动学原理巧妙地将牵引力、制动力和转向力分离，同时赋予车辆精确的转向控制。4连杆式悬挂系统在奥迪A4、A6以及中华轿车上都可以看到。所以车主们在选购轻巧型轿车的时候，悬挂的最佳搭配应该是前轮麦佛逊式或者烛式悬挂系统，后轮拖曳臂式悬挂系统，如何是非独立悬挂的最好不要采用。在选购高档车辆的时候不用说当然是选择4连杆的悬挂系统了。少了一种悬挂种类悬挂系统有三种基本形式，即非独立悬挂、独立悬挂和介于这两者之间的半独立悬挂。非独立悬挂由于是用一根杆件直接刚性地连接在两侧车轮上，一侧车轮受到的冲击、振动必然要影响另一侧车轮，这样自然不会得到较好的操纵稳定性及舒适性，同时由于左右两侧车轮的互相影响，也容易影响车身的稳定性，在转向的时候较易发生侧翻。目前，瑞风、风行采用的就是这种结构。独立悬挂底盘扎实感非常明显。由于采用独立悬挂汽车的两侧车轮彼此独立地与车身相连，因此从使用过程来看，当一侧车轮受到冲击、振动后可通过弹性元件自身吸收冲击力，这种冲击力不会波及另一侧车轮，使得厂家可在车型的设计之初通过适当的调校使汽车在乘坐舒适性、稳定性、操纵稳定性三方面取得合理的配置。华晨阁瑞斯就是采用这种结构，这种底盘基本都用在轿车设计中，让乘坐者感受轿车的舒适感，保证驾乘人员在长时间行驶过程中有舒适享受，不会受到轻客底盘带来的颠跛之苦。半独立悬实际上是非独立悬挂的一种特殊形式，因为它的两侧车轮也由一根杆件直接连接，只不过这根杆件的材料并非完全刚性的，而是具有较好的扭曲特性，当一侧车轮受到冲击力后，对另一侧车轮的影响并不像非独立悬挂那样强烈，但却也很难达到独立悬挂所具有的水平。这种形式实际上也是汽车厂家出于节约成本的角度所考虑所采用的，别克GL8采用的也是这种结构。悬架按结构特点可分为独立悬架和非独立悬架两大类。非独立悬架是通过一根车轴将左右车轮连成一个整体，然后通过两个悬架弹簧将这个整体车轴同车架或车身相连。非独立悬架多用于货车和公共汽车的前轮和后轮，乘用车从舒适性和高速行车的稳定性需要出发，多用于后轮，而前轮一般不采用。采用钢板弹簧的非独立悬架结构简单、造价低廉，并且转向时钢板弹簧的偏角很小。除纵置钢板弹簧的非独力悬架不需要加装导向杆件外，其他采用螺旋弹簧、空气弹簧（主要用于大客车上）的非独立悬架都必须设置能约束车轴运动的导向杆。独立悬架的左右车轮不是由一个整体车轴连在一起的，它的两边的车轮运动相互没有联系，这类悬架型式有如下优点：汽车悬架弹簧下的重量减轻了，乘用车的舒适性得到了改善。可以装用很软的弹簧，从而能提高乘车的舒适性。能预防前轮摆振的发生。对于FR型汽车的后轮，它可将差速器固定在车身的侧面，从而使车身底版和后座椅的离地高度降低、汽车的重心也能降低。与以上优点相对的是这种悬架型式存在如下的缺点：独立悬架的结构复杂，制造成本高。汽车保养、修理困难。汽车行使时前轮定位和轮距常发生变化，因此有时轮胎磨损较大。根据独立悬架的独立特点，它多采用在乘用车的前后轮和中、小型货车的前轮上。独立悬架有多种结构型式，其中应用较多的由双摇臂式、烛式、摆臂式、半后延摆臂式等独立悬架。2.2汽车空气悬架结构组成汽车空气悬架系统主要由空气弹簧、导向机构、高度控制阀、减振器、横向稳定器和缓冲限位块等组成。以空气弹簧为弹性元件,利用空气的可压缩性实现其弹性作用的。通过压缩空气的压力能够随着载荷和道路条件变化进行自动调节,不论满载还是空载,整车高度几乎没有变化,可以大大提高乘坐的舒适性。（一）空气弹簧空气弹簧是一橡胶/帘布结构的气囊，以空气为介质，利用空气具有的压缩弹性的性质所制成的弹簧。根据橡胶气囊工作时的变形方式，空气弹簧一般分囊式空气弹簧和膜式空气弹簧（如图1）。囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶制成的气囊和密闭在其中的压缩空气构成。气囊外层由耐油橡胶制成单节或多节，节数越多弹簧越软，节与节之间围有钢质腰环，防止两节之间摩擦。气囊上下盖板将空气封于囊内，其主要靠橡胶气囊的挠曲获得弹性变形。膜式空气弹簧由橡胶片和金属压制件组成，在盖板和底座之间放置一圆柱形橡胶气囊。其主要靠橡胶气囊的卷曲获得弹性变形。囊式空气弹簧寿命较长、制造方便、刚度较大，常用于载货汽车上；膜式空气弹簧尺寸较小、弹性特性曲线更理想、刚度较小，常用于轿车上。图2-1空气弹簧（二）导向机构由于空气弹簧只能承受垂直载荷，要传递作用在车轮和车架〔或车身〕之间的一切力（纵向力和侧向力）和其力矩，必须在汽车空气悬架中设计导向机构。导向机构的形式很多，目前典型的导向机构有如下几种。1、板簧式导向机构主要用于复合式空气弹簧悬架中，钢板弹簧主要作用为导向元件，同时也承担一部分载荷，兼起一部分弹性元件的作用。日野、日产及韩国的部分大中型客车都采用这种悬架结构型式。这种导向机构对于具有纵梁或类似纵梁的汽车底盘结构布置比较方便，对于传统的工字型锻造前梁和铸造后桥壳，不需进行改造，可直接装置空气悬架。常见有纵置半椭圆钢板弹簧导向机构和纵置四分之一椭圆钢板弹簧导向机构。2、纵向单臂式导向机构纵向单臂式导向机构类似于纵置四分之一椭圆钢板弹簧导向机构，所不同的是纵臂采用刚性臂，而纵置四分之一椭圆钢板弹簧导向机构采用弹性臂，这种导向机构必须设置横向推力杆，用来承担侧向力。该导向机构可降低汽车纵向倾覆力矩中心位置，增加了车身抗纵倾能力。前悬架导向臂一般较长。可保持主销后倾角不变。通常导向臂与车桥及车架弹性连接，消除了刚性连接应力集中的影响，也可减少噪声的传递。3、A形导向机构A形导向机构可以看成是纵向单臂式导向机构的特殊型式，它将两根纵置刚性臂通过与车架上一点的连接构成A形架，在传递纵向力的同时还传递侧向力。A形架可避免导向机构内的附加载荷，克服了纵向单臂式导向机构的缺点。A形架的另一优点是可使左右空气弹簧中心距较大，大大提高了悬架的侧向角刚度。但是该结构为了减少轮胎磨损，避免空气弹簧有过大的垂直位移，常把A形架做得很大以增加摆臂长度，使得导向机构尺寸和重量变大。4、四连杆导向机构四连杆导向机构是空气弹簧悬架系统广泛采用的一种结构型式。它常采用两种结构型式，一种主要用于前悬架；另一种主要用于后悬架。如依卡露斯256前悬架、三菱扶桑MP158前悬架等，这种导向机构采用一根上纵向推力杆，二根下纵向推力杆和一根横向推力杆组成。依卡露斯256后悬架、日野RE大客车后悬架等其四连杆导向机构采用两根上纵向推力杆在水平面内倾斜布置的方式，构成了一个三角形架,上推力杆不仅承受纵向力，也承受侧向力。（三）高度控制阀组件高度控制阀组件是用来控制空气弹簧内气体压力的执行机构，装配在车架和车桥之间，用来感知车身与悬架之间高度变化，即空气弹簧挠度变化，调整空气弹簧的刚度，使之维持在标准高度附近。高速时降低车身，保持汽车稳定性，减少空气阻力。在起伏不平的路面情况下，提高车身高度以提高汽车通过性。高度控制阀根据阀门开闭对车身振动反应时间分为即时型和延时型。所谓即时型高度控制阀即当车身有相对位移时，高度控制阀就有充放气动作。这就要求控制设备精度高，气路密封性好，同时所有的控制设备每时都处于工作状态，工作负荷较大；延时型高度控制阀避免了这种频繁工作的现象。延时型高度控制阀通过延时装置产生阻尼，延缓阀门的动作，其延时时间一般为1—6s，通常使用时间为2—4s，即在两个振动周期左右不敏感，以节省压缩空气无益的消耗，减小了阀中各零部件的磨损，延长了高度控制阀的使用寿命，所以被普遍采用。（四）减振器减振器的作用是吸收悬架弹性元件变形时的车辆振动，使其迅速恢复平稳状态，以改善汽车行驶的平稳性。空气悬架系统减振器是一种高性能减振器，该减振器性能随载荷的增减而改变，有很高的拉伸强度,具有极限行程的限位作用。（五）横向稳定器安装横向稳定器的目的是为了提高汽车抗侧倾能力和保证汽车具有良好的转向特性。如果空气悬架导向机构有足够的侧倾角刚度时可以没有横向稳定器。（六）缓冲限位块空气悬架系统中缓冲限位块的安装形式有两种，一种为安装在空气弹簧的盖板或底座上，另一种为安装在空气弹簧以外的车架或车桥上。缓冲块的作用是避免车架和车桥或导向杆件之间的刚性冲击。在车辆行驶过程中，缓冲块经常受到间断性的冲击压缩，因此，缓冲块应具有足够的强度且内部应力分布要均匀。当空气弹簧漏气或气囊损坏时，缓冲块起到橡胶弹簧的作用。2.3汽车空气悬架系统的特性（一）空气弹簧的特性1、空气弹簧的刚度特性汽车空气悬架中空气弹簧与常见的线性定刚度钢板弹簧不同，它具有非线性刚度特性。其特性:（1）空气弹簧的刚度是可变的，它取决于其工作压力、有效面积和工作时的容积；（2）空气弹簧刚度随位移的变化是非线性的；（3）在工作压力一定的情况下，减小有效面积变化率，增大空气弹簧容积可减小其刚度。2、空气弹簧的有效面积特性由于空气弹簧气囊是一个弹性体，一般情况下在空气弹簧变形时有效面积是变化的，而且不同结构形式的空气弹簧，有效面积的变化是不同的。囊式空气弹簧有效面积变化率较大，弹簧刚度较大。但可增加气囊的曲数，减小有效面积变化率（因气囊的变形时由各个曲部平均分担，有效直径变化率小）或采用辅助气室以减小其刚度。膜式空气弹簧有效面积的变化率比囊式弹簧小，并可通过改变底座形状的方法控制其有效面积变化率，以获得比较理想的弹性特性。3、空气悬架频率特性传统的金属弹簧悬架的弹簧刚度一般是固定的，所以当簧载质量发生变化时，悬架系统的固有频率也随之发生变化。当簧载质量增加，系统的固有频率下降，反之上升。如果汽车的簧载质量变化较大，固有频率会剧烈变化，汽车的平顺性变差。空气悬架在簧载质量即载荷发生较大变化时，空气弹簧的内部工作压力也随之改变;另一方面，弹簧刚度与弹簧载荷的比值基本保持一定值，即空气弹簧上的载荷变化对系统的固有频率影响不大——准等频频率特性。由于空气悬架的固有频率随着空气弹簧载荷（或内部气体有效压力）的变化而变化的幅度很小，因此它被称作“准等频悬架”。另外，我们可以通过降低空气弹簧的工作压力、减小有效面积变化率、增大空气弹簧容积等简单的措施减小其刚度，从而使空气悬架具有较低的固有频率。空气悬架如此的频率特性对改善汽车的平顺性创造了极好的条件。（二）空气悬架对整车的影响1、空气悬架为刚度可变的非线性悬架。当簧载质量变化时，刚度随之变化，以保持空载和满载时车身高度相同，悬架固有频率基本不变。根据需要，可以选择不同的气囊工作高度，获得理想的固有频率，从而得到良好的行驶平顺性。2、空气悬架质量轻，弹簧刚度低，高速行驶时，轮胎与地面的附着能力强，制动距离短；转向时，过多转向和不足转向倾向减小，转向稳定性强，提高了整车的操纵稳定性。3、空气弹簧内的空气压力直接反映了簧载质量，可取空气压力作为信号，控制制动缸内的气压，来控制制动时的制动力，更好地保证了行驶安全性。4、可通过给空气弹簧气囊充气或放气来调节车身高度。在平坦的路面上，降低车身高度，保持空气阻力系数为最佳值，可以减小油耗或在功率不变的情况下获得最大车速。在崎岖不平的道路上，为了通过障碍物，可以提高车身高度。5、减少整车的振动噪声,提高汽车零部件使用寿命。6、由于空气悬架刚度低，轮胎动载荷小，能够降低载重汽车对高速公路的破坏。2.4汽车空气悬架的优缺点（一）汽车空气悬架的优点由于空气弹簧有以上的一些特性，因此空气悬架比传统的金属弹簧悬架具有很多的优点。主要表现为：1、空气弹簧具有非线性刚度特性，可将其特性曲线按实际需要进行理想设计，使在额定载荷附近具有较低的刚度值，以得到较低的固有振动频率，保证了汽车良好的行驶平顺性。2、空气悬架质量轻、弹簧刚度低，高速行驶时，可以提高轮胎的附着能力，提高在低附着系数路面上的起步能力，缩短制动距离；转向时，过多转向和不足转向倾向减小，转向稳定性强，提高了整车的操纵稳定性。3、负载变化时，借助高度控制阀，使车身高度不变。还可根据需要抬高或降低车身高度，以提高车辆的通过或方便乘客上下车。4、相对板簧结构而言，空气悬架车体平稳，从空载到满载的整个范围内都能提供一种气垫式的支承，能有效隔断路面传递的振动，具有防震、防噪声等功能。5、空气弹簧的寿命取决于橡胶气囊的寿命。试验表明，空气弹簧寿命相当于钢板弹簧的3-4倍。6、由于振动频率低，减少了对道路的冲击，保护路面，降低高速公路的维修费用。（二）汽车空气悬架的缺点1、空气弹簧结构复杂，制造成本高。2、空气弹簧尺寸大，布置困难。尤其是在非独立悬架的布置上无法保证两侧的空气弹簧有较大的中心距，从而使悬架侧向角刚度较小，必须装置横向稳定器。3、密封困难。空气悬架密封环节多，密封不良而漏气将直接影响悬架的性能。第三章奥迪A6L悬架系统3.1奥迪A6简介HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/13873.htm"\t"_blank"奥迪A6（AudiA6）是一款由奥迪生产的豪华汽车，有轿车和旅行车两种车型。它的主要HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1449760.htm"\t"_blank"竞争对手包括梅塞德斯-奔驰E级、宝马5系、HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/111328.htm"\t"_blank"阿尔法·罗密欧166、捷豹S型、雷克萨斯GS和htm"\t"_blank"沃尔沃S80。图3-1奥迪A6奥迪A6L系一汽-大众推出的国内生产的技术最先进、性能最佳、国情适应性最强的高档豪华HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/544647.htm"\t"_blank"商务车，奥迪A6融入了奥迪在全球最先进的高科技独家技术，又进一步丰富了豪华的配置，并赋予其超强的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/201906.htm"\t"_blank"运动特性，从设计到性能无不体现出完美品质。其特点是更豪华、更动感、更成熟。豪华主要体现在HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1003605.htm"\t"_blank"BOSE音响、电视/DVD和冰箱上，而且都是世界一流名牌产品。更动感体现在HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1277072.htm"\t"_blank"运动座椅、方向盘上；更成熟体现在奥迪A6经过多次成功的升级，不仅达到了一个全新的标准，而且可靠性很强。　　奥迪A6的multitronic无级/手动一体式HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/315824.htm"\t"_blank"变速箱，在豪华轿车历史上，第一次实现了真正的无级变速。它采用金属链传动方式，彻底取代了传统的齿轮组变速方式，所以动力输出全无顿挫感，比普通自动变速更顺畅平滑，更拥有手动变速般的快捷灵敏，同时还更节省燃油，操控更舒适。新增设的S档，提高加速能力，增加驾驶乐趣。multitronic无级/手动一体式变速箱的最迷人之处，就在于它最终克服了自动变速箱和HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1426365.htm"\t"_blank"手动变速箱的一切不足，一举超越二者的各项性能，实现了HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/987062.htm"\t"_blank"汽车变速箱技术的大飞跃。舒适与豪华背后，是奥迪细致入微的尖端科技，车载冰箱专为行驶移动的奥迪A6而设计，耐颠簸、倾斜。工作状态高度稳定。高品质的TV/DVD系统安全融入奥迪A6原有结构，功能多样，而且极易操作，电动高级桃木办公桌可谓符合人体工程的精心之作，只需轻触按钮，就能打开或放下桌板，可延伸，可调角度。　　奥迪集团包括母公司及其子公司奥迪匈特牙利公司、quattro有限公司以及兰博基尼HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/4033.htm"\t"_blank"汽车公司和Coworth技术公司，奥迪HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/5399.htm"\t"_blank"巴西及奥迪塞那利塔。此外，奥迪还在HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/61891.htm"\t"_blank"中国、马来西亚和南非等地设有制造厂。HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/663452.htm"\t"_blank"奥迪汽车公司现为大众汽车公司的子公司，总部设在HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/3762.htm"\t"_blank"德国的英格尔施塔特，年产HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/30323.htm"\t"_blank"轿车45万辆左右。奥迪是德国历史最悠久的汽车HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/462508.htm"\t"_blank"制造商之一。从1932年起，奥迪开始采用四环徽标，它象征着奥迪与小奇迹(DKW)、霍希(Horch)和漫游者(Wanderer)合并成的汽车联盟公司。在20世纪30年代，汽车联盟公司涵盖了德国汽车工业能够提供的所有乘用车领域，从摩托车到豪华轿车．该企业品牌在HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/939539.htm"\t"_blank"世界品牌实验室（WorldBrandLab）编制的2006年度《HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1332221.htm"\t"_blank"世界品牌500强》排行榜中名列第一百四十二。动力性　　新奥迪A6L10年型拥有高档行政轿车中最先进、最丰富的发动机配置。其中2.8FSI和3.0TFSI两款高效汽油发动机堪称奥迪全球发动机战略中的新星。3.0TFSI发动机是奥迪V6发动机的最新顶级版本，汽油直喷和机械增压的完美结合使其具有超过8缸机的动力和极高的燃油效率。它能够输出213千瓦（290马力）的最大功率和420牛·米的强大扭矩，能够使新奥迪A6L在6.6秒内从静止加速到100公里/小时，而90公里/小时百公里等速油耗仅7.9升。另一款奥迪全球领先的2.8FSI发动机采用了创新的奥迪可变气门升程系统（AVS），90公里/小时等速油耗仅为6.7升/百公里。值得一提的是，作为旗舰车型，新奥迪A6L3.0TFSI标配可调空气悬架。这项同级别车型独有的领先配置，可让驾驶者根据行驶速度和路况调节底盘系统特性，从而满足不同驾驶风格的需求。　　新奥迪A6L10年型还根据中国用户的切身需求，增加了一项源自顶级豪华轿车的人性化装备：后排乘客调整前排副驾驶座椅水平位置的功能。该功能可让后排乘客随时调节后排腿部空间，体现出A6L最为人性化的后排设计理念。独创的奥迪侧向辅助系统（Audisideassist）可为驾驶者提供更高的主动安全保护，当侧后方盲区有车辆超车时通过灯光闪烁提醒驾驶者，从而确保安全变线。除此以外，覆盖前/侧/后的全方位LED照明系统、智能钥匙、太阳能天窗、高级倒车影像和后座娱乐包也充分展现出奥迪A6L注重人性化与主动安全的特质。3.2空气悬架系统空气悬架系统(AIRMATIC)是流行于当今发达国家汽车行业的先进产品。在发达国家，100%的中型以上客车都用了空气悬架系统，40%以上的卡车、挂车和牵引车用了空气悬架系统。其最大的优点是：不仅可以提高乘员的乘坐舒适性，而且可以对道路起到保护作用。中国市场上的车用空气悬架系统的种类　　第一类：是随着引进车型整体进入HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/61891.htm"\t"_blank"中国市场上的空气悬架系统。HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/2155.htm"\t"_blank"西安沃尔沃、HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/5198.htm"\t"_blank"常州依维柯、亚星奔驰等引进车型上的空气悬架系统就属于这一类。这一类在中国车用空气悬架系统市场上占有主导地位。　　第二类：是直接从国外引进的车用空气悬架系统。这一类车用空气悬架系统供货周期一般在三个月以上，难以适应中国人在一个月以内供货的习惯，而且运输成本高。其最大的弊病是在中国不服水土，因为进口空气悬架系统是国外企业按照国外的路况、车况和运输特点设计的，和中国的路况、车况和运输特点不相匹配。中国有的企业在自己生产的汽车上用了进口空气悬架系统，却陷入了非常尴尬的境地。　　　第三类：是有的企业以引进消化吸收国外先进的车用空气悬架系统技术为基础，兼顾中国汽车状况、道路情况和运输特点，坚持先进性和可靠性相结合的原则，依据用户的具体车型进行二次开发和个性化设计，确保结构匹配的合理性和科学性，量体裁衣，改善底盘的整体性能。空气悬架系统的结构　　1、空气悬架系统包括空气弹簧、减振器、导向机构和车身高度控制系统。　　2、空气悬架系统一般采用囊式空气弹簧。　　3、减振器主要用来衰减车身的振动。　　4、导向机构由纵向推力杆和横向推力杆等组成，用来传递车身和/705030.htm"\t"_blank"车桥之间的纵向力、侧向力及驱动、制动时产生的力矩。　　5、车身高度控制系统分为机械式控制系统和电控控制系统。HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/2491613.htm"空气悬架系统的原理　　利用空气弹簧内密闭气体受压缩后的刚性递增性，也就是随着空气弹簧不断被压缩，其刚度逐渐增加，同时，其内部气体随空气弹簧被压缩或拉长而压入或排出，导致空气悬架系统具有接近理想的动态弹性特性。HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/2491613.htm"空气悬架系统的主要特点　　1、当客车乘员的数量和货车的载重量变化及汽车处在各种运动状态时，可实现车身高度的自动调节。　　2、空气弹簧具有相对恒定的低自然振动频率，可以提高汽车行驶的平顺性。　　3、改善路面不HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/3173.htm"\t"_blank"平度激励向车身的传递，减少不良振动造成汽车零部件的早期损坏。　　4、对道路的磨损量可以减少50%，道路粗糙状态可以改善15%。　　5、通过空气弹簧内气体的连通原理，可以方便地实现多桥轴荷和制动力的平衡。　　6、当汽车发生偏载时，汽车仍可以保持水平。　　7、延长汽车及其零部件的使用寿命，减少维修停工时间，提高汽车的营运效率。3.3奥迪A6悬架系统原理奥迪A6气动原理图如下图，图3-2：图3-2气动原理图奥迪A6L悬架系统检修奥迪A6空气悬架系统布局奥迪A6空气悬架系统布局，如图4-1所示：图4-1奥迪A6空气悬架系统布局图四级空气悬架系统设计成所谓的蓄压系统。蓄压系统提高了系统的可用性，降低了噪音，保护了供电系统。该系统的特点是：共有四个水平高度等级，最小离地间隙在这四个水平高度等级中可变化66mm，如图4-2所示。可手动或自动来调节。图4-2最小离地距离4.2显示检修图4-3显示盘显示区上有四个重叠安装的ＬＥＤ，它们是常亮的用于表示当前的底盘高度状态。只有底盘高度切换所触发（不管是手动的还是自动的）的调节过程才会由一个或多个ＬＥＤ的闪烁来表示。一旦达到了所需要的高度，闪烁就变成常亮了。升高按键和降低按键内的ＬＥＤ表示操纵的方向，如果ＬＥＤ闪烁，就表示拒绝进行底盘高度调节（例如因车速过高）。如果实际高度值与规定高度值偏离较大，那么ＬＥＤ就会闪烁以提醒司机（按相应的高度切换）。4.3系统部件在装配和运输减振支柱总成时，不可抓住活塞，因为在无压力状态时，活塞很容易被推回去。在无压力状态不要移动空气弹簧，因为在这种情况下管状气囊无法在活塞上展开，因而会造成其损坏。如果车上的空气弹簧已经没有压力了，那么在举升和降下车辆前（如使用举升平台或举升器），必须使用诊断仪器来给相应的奇偶那个气弹簧充气。图4-4工作示意图参考文献[1]吉林工业大学汽车教研室编．汽车设计．北京：机械工业出版社，[2]M．米奇克著．汽车动力学．北京：机械工业出版社．[3]刘惟信编著．汽车设计．清华大学出版社．2001．8[4]．(德)耶尔森·赖姆帕尔著，余卓平译．汽车底盘基础．北京：科学普及出版社．1992[5]．(德)约森·赖姆佩尔著，王谊译．悬架元件及底盘力学．长春：吉林科学技术出版社．[6]．清华大学余志生主编．汽车理论．机械工业出版社出版．1984．4[7]．喻凡，林逸编著．汽车系统．机械工业出版社．2005．7附录一：英文专业文摘及翻译温度控制简介和PID控制器　　过程控制系统自动过程控制系统是指将被控量为温度、压力、流量、成份等类型的过程变量保持在理想的运行值的系统。过程实际上是动态的。变化总是会出现，此时如果不采取相应的措施，那些与安全、产品质量和生产率有关的重要变量就不能满足设计要求。为了说明问题，让我们来看一下热交换器。流体在这个过程中被过热蒸汽加热，如图1所示。Fig.1Heatexchanger这一装置的主要目的是将流体由入口温度乃(f)加热到某一期望的出口温度T(f)。如前所述，加热介质是过热蒸汽。　　只要周围没有热损耗，过程流体获得的热量就等于蒸汽释放的热量，即热交换器和管道间的隔热性很好。　　很多变量在这个过程中会发生变化，继而导致出口温度偏离期望值。如果出现这种情况，就该采取一些措施来校正偏差，其目的是保持出口温度为期望值。　　实现该目的的一种方法是首先测量r(0，然后与期望值相比较，由比较结果决定如何校正偏差。蒸汽的流量可用于偏差的校正。就是说，如果温度高于期望值，就关小蒸汽阀来减小进入换热器的蒸汽流量；若温度低于期望值，就开大蒸汽阀，以增加进入换热器的蒸汽流量。所有这些操作都可由操作员手工实现，操作很简单，不会出现什么问题。但是，由于多数过程对象都有很多变量需要保持为某一期望值，就需要许多的操作员来进行校正。因此，我们想自动完成这种控制。就是说，我们想利用无需操作人员介入就可以控制变量的设备。这就是所谓自动化的过程控制。为达到上述目标，就需要设计并实现一个系统。图2所示为一个可行的控制系统及其基本构件。Fig.2Heatexchangercontrolloop首先要做的是测量过程流体的出口温度，这一任务由传感器(热电偶、热电阻等)完成。将传感器连接到变送器上，由变送器将传感器的输出信号转换为足够大的信号传送给控制器。控制器接收与温度相关的信号并与期望值比较。根据比较的结果，控制器确定保持温度为期望值的控制作用。基于这一结果，控制器再发一信号给执行机构来控制蒸汽流量。　　下面介绍控制系统中的4种基本元件，分别是：　　(1)传感器，也称为一次元件。　　(2)变送器，也称二次元件。　　(3)调节器，控制系统的“大脑”。　　(4)执行机构，通常是一个控制阀，但并不全是。其他常用的执行机构有变速泵、传送装置和电动机。　　这些元件的重要性在于它们执行每个控制系统中都必不可少的3个基本操作，即：(1)测量：被控量的测量通常由传感器和变送器共同完成。(2)决策：根据测量结果，为了维持输出为期望值，控制器必须决定如何操作。(3)操作:根据控器的处理,系统必须执行某种操作,这通常由执行机构来完成.　　如上所述,每个控制系统都有M,D和A这3种操作.　　有些系统的决策任务简单,而有些很复杂.设计控制系统的工程师必须确保所采取确保所采取的操作能影响被控变量,也就是说,该操作要影响测量值.否则,系统是不可控的,还会带来许多危害.　　PID控制器可以是独立控制器（也可以叫做单回路控制器），可编程控制器（PLCs）中的控制器，嵌入式控制器或者是用Vb或C#编写的计算机程序软件。　　PID控制器是过程控制器，它具有如下特征：　　连续过程控制；　　模拟输入（也被称为“测量量”或“过程变量”或“PV”）；　　模拟输出（简称为“输出”）；　　基准点（SP）；　　比例、积分以及/或者微分常数；“连续过程控制”的例子有温度、压力、流量及水位控制。例如：控制一个容器的热量。对于简单的控制，你使用两个具有温度限定功能的传感器(一个限定低温，一个限定高温)。当低温限定传感器接通时就会打开加热器，当温度升高到高温限定传感器时就会关加热器。这类似于大多数家庭使用的空调及供暖系统的温度自动调节器。反过来，PID控制器能够接受像实际温度这样的输入，控制阀门，这个阀门能够控制进入加热器的气体流量。PID控制器自动地找到加热器中气体的合适流量，这样就保持了温度在基准点稳定。温度稳定了，就不会在高低两点间上下跳动了。如果基准点降低，PID控制器就会自动降低加热器中气体的流量。如果基准点升高，PID控制器就会自动的增加加热器中气体的流量。同样地，对于高温，晴朗的天气(当外界温度高于加热器时)及阴冷，多云的天气，PID控制器都会自动调节。模拟输入(测量量)也叫做“过程变量”或“PV'’。你希望PV能够达到你所控制过程参数的高精确度。例如，如果我们想要保持温度为+1度或—1度，我们至少要为此努力，使其精度保持在0．1度。如果是一个12位的模拟输入，传感器的温度范围是从0度到400度，我们计算的理论精确度就是4096除400度=0．097656度。我们之所以说这是理论上因为我们假定温度传感器，电线及模拟转换器上没有噪音和误差。还有其他的假定。例如，线性等等。即使是有大量的噪音和其他问题，按理论精确度的1／10计算，1度精确度的数值应该很容易得到的。模拟输出经常被简称为“输出”。经常在0％到100％之间给出。在这个热量的例子中阀门完全关闭(0％)，完全打开(100％)。基准点(SP)很简单，即你想要什么样的过程量。在这个例子中一你想要过程处于怎样的温度。PID控制器的任务是维持输出在一个程度上，这样在过程变量(PV)和基准点(SP)上就没有偏差(误差)。在图3中，阀门用来控制进入加热器的气体，冷却器的制冷，水管的压力，水管的流量，容器的水位或其他的过程控制系统。PID控制器所观察的是PV和SP之间的偏差(或误差)。它观察绝对偏差和偏差变换率。绝对偏差就是一'PV和SP之间偏差大还是小。偏差变换率就是——PV和SP之间的偏差随着时间的变化是越来越小还是越来越大。如果存在过程扰动，即过程变量或基准点变化时一-PID控制器就要迅速改变输出，这样过程变量就返回到基准点。如果你有一个PID控制的可进入的冷冻装置，某个人打开门进入，温度(过程变量)将会迅速升高。因此，PID控制器不得不提高冷度(输出)来补偿这个温度的升高。一旦过程变量等同于基准点，一个好的PID控制器就不会改变输出。你所要的输出就会稳定(不改变)。如果阀门(发动机或其他控制元件)不断改变，而不是维持恒量，这将造成控制元件更多的磨损。这样就有了两个矛盾的目标。当有“过程扰动”时能够快速反应(快速改变输出)。当PV接近基准点时就缓慢反应(平稳输出)。我们注意到输出量经常超过稳定状态输出使过程变量回到基准点。比如，一个制冷器通常打开它的制冷阀门的34％，就可以维持在零度(在制冷器关闭和温度降低后)。如果某人打开制冷器，走进去，四处走，找东西，然后再走出来，再关上制冷器的门---------PID控制器会非常活跃，因为温度可能将上升20度。这样制冷阀门就可能打开50％，75％甚至100％——目的是赶快降低制冷器的温度——然后慢慢关闭制冷阀门到它的34％。让我们思考一下如何设计一个PID控制器。我们主要集中在过程变量(PV)和基准点(SP)之间的偏差(误差)上。有三种定义误差的方式。绝对偏差他说明的是PV和SP之间的偏差有多大。如果PV和SP之间偏差小——那我们就在输出时作一个小的改变。如果PV和SP之间偏差大——那我们就在输出时作一个大的改变。绝对偏差就是PID控制器的比例环节。累积误差给我们点儿时间，我们将会明白为什么仅仅简单地观察绝对偏差(比例环节)是一个问题。累积误差是很重要的，我们把它称为是PID控制器的积分环节。每次我们运行PID算法时，我们总会把最近的误差添加到误差总和中。换句话说，累积误差二误差1+误差2+误差3+误差4+…。滞后时间滞后时间指的是PV引起的变化由发现到改变之间的延时。典型的例子就是调整你的烤炉在合适的温度。当你刚刚加热的时候，烤炉热起来需要一定时间。这就是滞后时间。如果你设置一个初始温度，等待烤炉达到这个初始温度，然后你认为你设定了错误的温度，烤炉达到这个新的温度基准点还需要一段时间。这也就被认为是PID控制器的微分环节。这就抑制了某些将来的变化因为输出值已经发生了改变，但并不是受过程变量的影响。绝对偏差／比例环节有关设计自动过程控制器，人们最初想法之一是设计比例环节。意思就是，如果PV和SP之间的偏差很小——那么我们就在输出处作一个小的修改；如果PV和SP之间的偏差很大----那么我们就在输出处作一个大的修改。当然这个想法是有意义的。我们在MicrosoftExcel仅对比例控制器进行仿真。图4是显示首次仿真结果的表格。(滞后时间二0，只含比例环节)比例、积分控制器PID控制器中的积分环节是用来负责纯比例控制器中的补偿问题的。我们有另外一个Excel的扩展表格，表格上仿真的是一个具有比例积分功能的PID控制器。这里(Pig．5)是比例积分控制器最初的仿真表格(滞后时间＝0，比例常数二0．4)。众所周知，比例积分控制器要比仅有比例功能的比例控制器好得多，但是等于0的滞后时间并不常见。Fig.4Thesimulationchart微分控制微分控制器考虑的是：如果你改变输出，那么要在输入(PV)处反映这个改变就需要些时间。比如，让我们拿烤炉的加热为例。Fig.5Thesimulationchart　　如果我们增大气体的流量，那么从产生热量，热量分布烤炉的四周，到温度传感器检测升高的温度都将需要时间。PID控制器中微分环节具有抑制功能，因为有些