(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111438418.7 (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301号 (72)发明人 孙丽琴　苏力　方恩　杨梁　 郝守刚　向华荣　李中　徐亦航　 耿国庆　赵文　章国栋　徐忠堂　 花逸峰　李进　徐兴　彭诚　黄炯　 李仲兴　 (51)Int.Cl. B60G 11/48(2006.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种基于准零刚度原理的空气悬架及其结 构设计与优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于准零刚度原理的空 气悬架及其结构设计与优化方法， 悬架包括磁负 刚度机构、 空气弹簧机构； 空气弹簧机构包括膜 式空气弹簧， 膜式空气弹簧固定安装在车桥上 部； 磁负刚度机构包括缸筒和活塞杆， 缸筒置于 膜式空气弹簧内， 且缸筒的底部与膜式空气弹簧 内的内底 面相连； 活塞 杆固定在车身下部且延伸 至缸筒内部； 缸筒上装有通电线圈， 活塞杆上装 有环形永磁体， 由环形永磁体和通电线圈构成的 电磁弹簧； 本申请中的磁负刚度机构置于膜式空 气弹簧腔内， 在空气悬架的基础上， 提高了悬架 的隔振性能。 同时本申请 的设计及优化方法， 通 过优化磁负刚度机构设计参数以及空气弹簧的 结构参数， 使得本发明准零刚度空气悬架能在平 衡位置附近 较大区域内产生很大的负刚度。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114161890 A 2022.03.11 CN 114161890 A 1.一种基于准零刚原理设计的空气悬架， 其特征在于， 包括磁负刚度机构(10)、 空气弹 簧机构(20)； 所述空气弹簧机构(20)包括膜式空气弹簧(201)， 所述膜式空气弹簧(201)固定安装在 车桥上部； 所述磁负刚度机构(10)包括缸筒(104)和活塞杆(106)， 所述缸筒(104)置于膜式空气 弹簧(201)内， 且缸筒(104)的底部与膜式空气弹簧(201)内的内底面相连； 所述活塞杆 (106)固定在车身下部且延伸至缸筒(104)内部； 所述缸筒(104)上装有通电线圈(101)， 所 述活塞杆(106)上装有环形永磁体(102)， 由环形永磁体(102)和通电线圈(101)构成的电磁 弹簧； 由电磁弹簧和空气弹簧并联， 构成准零刚度系统； 且在悬架静止时， 保持通电线圈 (101)和环形永磁体(102)间的轴向合力为零， 此时将通电线圈(101)和环形永磁体(102)间 的相对位置作为静平衡位置 。 2.根据权利要求1所述的一种基于准零刚原 理设计的空气悬架， 其特征在于， 在所述缸 筒(104)的内壁上设置环形槽， 所述环形槽用于放置通电线圈(101)， 所述环形槽的上部设 有防撞橡胶垫(10 3)。 3.根据权利要求1所述的一种基于准零刚原 理设计的空气悬架， 其特征在于， 所述活塞 杆(106)上套装有 套筒(105)， 所述环形永磁 体(102)置 于套筒(105)内。 4.根据权利要求1、 2或3所述的一种基于准零刚原理设计的空气悬架， 其特征在于， 所 述膜式空气弹簧(201)与活塞杆(10 6)的接触处装有滑动轴承(202)以及 密封圈(20 3)。 5.根据权利要求4所述的一种基于准零刚原 理设计的空气悬架， 其特征在于， 所述环形 永磁体(102)的材 料为钕铁硼。 6.根据权利要求4所述的一种基于准零刚原 理设计的空气悬架， 其特征在于， 所述准零 刚度空气悬架除环形永磁体(102)和通电线圈(101)外的其它 零部件均为非导磁性或弱导 磁性的材 料。 7.根据权利要求1所述的一种基于准零刚原 理设计的空气悬架， 其特征在于， 当汽车振 幅处于准零刚度系统的工作区间内时， 电磁弹簧参与减振工作， 汽车振 幅超出准零刚度系 统的工作区间内时， 仅空气弹簧 参与减振工作。 8.根据权利要求1所述的一种基于准零刚原 理设计的空气悬架， 其特征在于， 通过改变 通入通电线圈(101)电流的方向或大小， 调节等效电磁弹簧刚度的大小。 9.一种针对如权利要求1所述基于准零刚原理设计的空气悬架的结构设计与优化方 法， 其特征在于， 包括如下步骤： 步骤1， 构 建由磁负刚度机构(10)和空气弹簧机构(20)组成的准零刚度空气悬架； 并且 根据准零刚度空气悬架的工况及技术要求， 分别确定准零刚度空气悬架力的额定值及悬架 刚度的额定值； 步骤2， 基于准零刚度空气悬架 的结构， 分别推导出准零刚度空气悬架力Foverall、 刚度 Koverall； 表示如下： Foverall＝F+FZ权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114161890 A 2FZ＝FC,A+FC,B Koverall＝KZ+K 其中， F为 空气弹簧的弹力， FZ为电磁弹簧的电磁力； K为 空气弹簧的刚度， KZ为电磁弹簧 的刚度； P为空气弹簧绝对气压， V0为空气弹簧初始体积， a体积变 化率， Pa为标准大气压， A为 有效横截面积， D为空气弹簧形变量； 将环形永磁铁(102)等效为内部和 外部两个等效薄线 圈， 分别表示为Bt和At， 故FC,A、 FC,B分别是等效外部线圈At、 内部线圈Bt与通电线圈(101)之 间电磁力； 步骤3， 选取满足刚度、 幅频特性、 磁力大小条件下的磁负刚度机构(10)的设计参数， 磁 负刚度机构(10)的设计参数包括环形永磁体(102)和通电线圈(101)的高度、 厚度以及环形 永磁体(102)和通电线圈(101)的间隙； 步骤4， 将所选取的磁负刚度机构(10)的设计参数代入磁负刚度机构中磁力的解析表 达式， 得到磁力解析值； 将空气弹簧的结构参数如空气弹簧初始气 压、 初始体积代入空气弹 簧的弹力解析表达式， 得到空气弹簧弹力解析值； 同时基于磁力解析表达式和空气弹簧弹 力表达式分别得到空气弹簧的刚度和电磁弹簧的刚度； 步骤5， 基于步骤4得到准零刚度空气悬架力和刚度； 分别将准零刚度空气悬架力、 悬架 刚度与步骤1中的额定值进行比较， 若满足设计要求则进行 下一步， 否则回到步骤3； 步骤6， 基于满足设计要求的磁负刚度机构(10)设计参数以及空气弹簧的结构参数构 建准零刚度 空气悬架结构， 利用仿真软件对所构建的准零刚度 空气悬架结构进行仿真， 并 对磁负刚度机构(10)的设计参数和空气弹簧的结构参数进行进一 步优化调整； 步骤7， 评价优化后准零刚度空气悬架的平顺性性能， 若平顺性性能得到优化则进行下 一步， 否则回到步骤5； 步骤8， 输出满足平顺性性能要求的磁负刚度机构(10)的设计参数和空气弹簧的结构 参数， 由此完成准 零刚度空气悬架的结构设计。 10.根据权利要求9所述的一种基于准零刚原理设计的空气悬架的结构设计与优化方 法， 其特征在于， 所述 步骤6中采用ANSYS对所构建的准 零刚度空气悬架结构进行仿真。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114161890 A 3