[发明专利]一种车用空气弹簧橡胶气囊的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种车用空气弹簧主要零部件的设计方法，具体涉及一种车用空气弹簧橡胶气囊的匹配设计方法。

背景技术

随着我国国内高速公路的快速发展和广大人民生活水平的不断提高，对车辆的乘坐舒适性提出了更高的要求。空气悬架与钢板弹簧悬架相比具有非线性刚度、自振频率低和高频隔振性能好等优点，车用空气悬架已成为汽车生产商及科研工作者的研究热点。空气悬架主要由空气弹簧、减振器和导向机构等系统组成，而空气弹簧是空气悬架的承载和减振的关键元件，主要由橡胶气囊、盖板和活塞组成。空气弹簧与传统汽车悬架用钢板弹簧的设计方法和过程存在着本质的区别。因此传统车用钢板弹簧的设计方法和过程无法应用于空气弹簧的，研究开发一种车用空气弹簧设计系统将具有十分重要的社会和经济效益。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术中传统车用钢板弹簧设计方法的不足，提供了一种车用空气弹簧橡胶气囊的设计方法，以满足汽车工业发展的需要。

本发明采用的技术方案：包括数据库、整车设计技术要求、空气悬架系统方案，该设计方法按如下步骤：

A、根据整车设计技术要求，通过分析确定空气悬架系统方案，并计算出空气弹簧总成的性能要求；

B、根据空气弹簧承载力、弹性特性计算出橡胶气囊中中周线半径、径向断面切点半径和中周线帘线角这三个几何参数；

C、根据中中周线半径、径向断面切点半径和中周线帘线角这三个几何参数绘制出橡胶气囊平衡轮廓；

D、用CAD软件对绘制出的橡胶气囊平衡轮廓建立三维模型，并用有限元法建立空气弹簧非线性三维有限元模型；

E、以橡胶气囊的应变能密度最小为目标函数，以中周线半径、径向断面切点半径和中周线帘线角这三个几何参数为变量完成空气弹簧系统橡胶气囊的优化设计。

本发明的有益效果是：本发明的数据库可随着新的空气弹簧的出现和新的空气悬架系统设计完成而不断更新。可以满足整车设计的平顺性、操稳性、乘坐舒适性等要求，可以保证空气弹簧能满足车辆行驶性能要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明设计流程框图；

图2是本发明橡胶气囊的轮廓设计示意图；

图3是图2中橡胶气囊的剖视图。

具体实施方式

参见图1，本发明的系统包括：

一个整车设计技术要求模块1。

一个空气悬架系统的匹配设计模块2。根据整车总体设计要求，即平顺性、操稳性、乘坐舒适性等要求初步确定整车的空气悬架系统方案，该方案主要有空气弹簧、阻尼减振器、导向机构、气路系统等组成。

根据车辆空载、半载以及满载三种载荷工况以及路面工况分别计算出整车对空气弹簧系统的力学性能要求，并输入数据库3，该数据库3包括整车数据，空气悬架系统特性数据，空气悬架系统中各组成部件的性能数据、特性数据、几何数据等，用来支持空气悬架系统的设计或选型，确定空气悬架系统方案。该数据库可随着新的空气弹簧的出现和新的空气悬架系统设计完成而不断更新。

由此可见，本发明通过建立整车数学模型、空气悬架系统数学模型，以操稳性、平顺性为目标对整车性能分析，从而完善整车对空气悬架的需求，确定最终的空气悬架系统方案。

本发明的模块4根据前述的空气悬架系统方案，初步确定空气弹簧的结构组成，并且通过工况分析计算出空气弹簧的承载力、动态弹性特性。

本发明系统还包括空气弹簧结构设计模块5。根据计算公式得出橡胶气囊中中周线半径、径向断面切点半径和中周线帘线角这三个几何参数。

本发明具体设计步骤为：

A、根据整车性能要求，通过分析确定空气悬架总成方案，并计算出空气弹簧总成的性能要求。

其方法是：建立车辆数学模型，以ISO2631标准舒适性，解析出悬架刚度和阻尼特性要求，再根据空气悬架总成方案，解析出空气弹簧的弹性特性。

B、本发明的空气弹簧结构设计模块5，根据空气弹簧承载力、弹性特性计算出橡胶气囊中的几何参数，参见图2。

其方法是：橡胶气囊的几何参数与空气弹簧设计工况点性能参数之间适合以下几个等式的关系：

F＝πr²(P_r+P_a)-2πrN_ψcosδ