随着人们日益关注车辆的安全性和舒适性,悬架成为提升整车的平顺性、操稳性和通过性的关键。油气悬架由于具有其非线性的刚度和阻尼特性,通过对其合理设计可以提升整车的性能。此外,油气悬架的单位质量储能较大和内置阻尼阀,有利于降低悬架重量和尺寸,便于整车布置。这些原因使得油气悬架在应用上具有巨大的潜能,成为未来发展的方向。主动油气悬架可以显著的提升车辆的性能,但是由于其昂贵的成本和复杂的执行构件限制了其发展。阀控半主动油气悬架的表现取决于实际电磁阀控制的精度,对车辆性能提升的能力有限。因此,在提升车辆性能的前提下,寻求一种成本较低、结构简单可靠的油气悬架成为追求的目标。具有抗俯仰和侧倾作用的一类集成式互连油气悬架车辆,通过取消外置储能器和管路实现油气悬架互连,结构简单可靠和成本低廉,对其进行研究具有理论研究价值和工程应用意义。针对抗俯仰和侧倾的集成式互连油气悬架车辆,已经开展了一些相关研究工作。互连构型分析多直接针对一个或几个构型进行研究,对集成式互连油气悬架组合构型缺乏系统的说明。平顺性研究采用的路面多为某段实测路面,车速单一,评价指标选择不全面,缺少对侧倾加速度的分析,使得评价结果分析不全面。平顺性改进研究,只是针对参数与刚度阻尼进行分析,没有揭示参数和评价指标的关系,研究有待深入。针对集成式互连油气悬架车辆研究存在的问题,本文针对集成式互连油气悬架进行研究,主要研究内容和成果如下:(1)对集成式互连油气悬架组合问题进行了讨论,论述了集成式油气悬架的优势,说明了集成式油气悬架的基本构型。针对平面互连组合问题,列出可能的平面互连组合构型,通过左右单线互连、左右双线互连组合、左右三线和四线互连组合的分析,确定了一种合理的集成式互连油气悬架平面构型。针对空间互连组合问题,提出互连组合的基本准则,以四条管路的空间互连为研究对象,着重讨论了两两互连和三个对称互连的情况,确定了具有一定抗俯仰和侧倾作用的集成式互连悬架的三种空间构型。(2)对集成式独立油气悬架和集成式互连油气悬架车辆两种平面构型进行了理论建模,通过流量与运动量关系、阻尼孔压力与流量关系、管路压力与流量关系、各腔压力的研究,推导出集成式独立油气悬架和集成式互连油气悬架动态力的显式数学表达。面向集成式油气悬架车辆两种平面构型,统一采用四自由度车辆平面模型建立了车辆动力学模型,应用Matlab/Simulink开发了相应的仿真模型,建立了前后轮路面随机激励的滤波白噪声的时域模型、前后轮脉冲路面激励的时域模型,针对平面模型给出随机路面和脉冲路面平顺性的两类评价指标。针对B级路面、C级路面、D级路面和脉冲路面,开展了各个车速下集成式油气悬架车辆两种平面构型平顺性仿真和对比分析,说明了集成式互连油气悬架车辆的抗俯仰作用。(3)为了说明集成式互连油气悬架的抗侧倾作用,开展了集成式独立油气悬架空间构型和集成式互连油气悬架三种空间构型的理论建模,通过对运动量、流量、压力和悬架动态力的矩阵表示,推导出四种集成式油气悬架空间构型动态力的隐式数学表达。面向集成式油气悬架车辆四种空间构型,统一采用七自由度车辆空间模型建立了车辆动力学模型,应用Matlab/Simulink开发了相应的仿真模型,通过左右轮相关和前后轮时延关系,建立了四个车轮的路面随机激励的滤波白噪声时域模型和脉冲路面激励的时域模型,针对空间模型给出随机路面和脉冲路面平顺性的两类评价指标。针对B级路面、C级路面、D级路面和脉冲路面,开展了各个车速下集成式油气悬架车辆四种空间构型平顺性仿真和对比分析,说明了集成式互连油气悬架车辆空间构型的抗俯仰和侧倾作用。(4)集成式互连油气悬架三种空间构型平顺性比较,选取第三种空间构型作为研究对象,针对其在平顺性表现出的不足,选取前后悬架的平衡充气体积、悬架1腔和2腔的等效阻尼孔面积、短管路长度、长管路长度和管路直径,基于Isight和Matlab/Simulink联合仿真开展平顺性灵敏度分析,确定这些参数对随机路面和脉冲路面两种平顺性的影响。为了显著提升优化效率,应用Isight建立平顺性指标的二阶响应面模型,通过拟合指标R~2说明了二阶响应面模型的精度。考虑到车辆在行驶过程中既会遇到随机路面也会遇到脉冲路面的实际情况,建立了平顺性多目标优化设计数学模型的设计变量、约束条件和多目标函数,提出脉冲路面的悬架动挠度和车轮相对动载的约束条件和多目标函数的排序方法。基于Isight和Matlab/Simulink联合仿真,针对B级路面和车速60km/h与脉冲路面和车速20km/h的平顺性同时优化问题,应用多目标优化方法AMGA完成了优化,比较了B级路面和脉冲路面优化前后的车速特性。结果表明,通过合理的多目标优化设计,使得车辆平顺性得到一定提升。上述研究表明,集成式互连油气悬架组合构型分析有助于确定合理的构型;互连集成式油气悬架车辆平面构型对车身俯仰角和悬架动挠度有一定抑制作用,但是会带来车身俯仰角加速度恶化的问题;集成式互连油气悬架车辆第一种空间构型和第三种空间构型具有一定的抗俯仰和侧倾作用,会使车身垂向加速度、悬架动挠度等变好,也会使车身俯仰角加速度等恶化;针对平顺性存在的问题,通过集成式互连油气悬架车辆平顺性多目标优化,可以使集成式互连油气悬架车辆第三种空间构型在平顺性方面得到改善,从而可以为集成式互连油气悬架及其车辆的研究提供一定理论和方法参考。