空气弹簧动弹性特性分析

张大勇

摘要：公路运输是我国主要的运输方式之一， 汽车悬架设计应着重考虑操纵稳定性和平顺性之间的平衡。空气悬架因其刚度的非线性、较低的垂向频率可显著改善平顺性能而被高端乘用车、客车、特种车辆广泛应用。本文建立带附加气室的模型，在matlab/simulink中建立空气弹簧模型，并与试验数据进行对比，确定模型的正确性。

关键词：空气弹簧;动弹性特性;分析

0.前言

空气弹簧广泛运用于汽车和轨道车辆上，是一种利用橡胶气囊的弹性和空气压力获得综合吸振、减振、隔振、防噪和缓冲性能的弹性元件，作为汽车悬架系统的核心部件，空气弹簧的性能好坏也直接影响着车辆的动力学性能以及道路友好性[1，2]。本文主要针对某客车厂运用在某型号客车上644N和8822N两种型号的空气弹簧进行建模，两者都是将底座活塞封闭作为附加气室的膜式空气弹簧，所用的活塞底座型式都是直筒型。

1.带附加气室膜式空气弹簧模型建立

根据所选空气弹簧结构形式，可将其物理模型设计成如图1示，空气弹簧系统由主气室、附加气室和节流孔三部分组成。

3.空气弹簧特性试验分析

3.1空气弹簧模型建立

在Matlab/Simulink环境下搭建了带附加气室的空气弹簧模型，如图6所示。

3.2空气弹簧动弹性特性试验

动弹性特性试验同样是可作简谐运动的机械式或者电液伺服试验机上进行。将仿真数据和厂家提供的前空气弹簧的动弹性特性试验数据进行对比，对比结果如图7所示。

可以看出，前悬架空气弹簧动弹性试验数据与仿真数据基本吻合，由此可以验证，所建立的空气弹簧仿真模型较为合理。由于厂家没有提供后悬架空气弹簧的动弹性实验数据，但是考虑前、后空气弹簧的结构形式一样，只是尺寸、有效面积等参数不一样，因此所建立的空气弹簧模型同样适用于后悬架空气弹簧，可以得后悬架空气弹簧的动弹性特性曲线如图8所示。

根据标准，空气弹簧动弹性特性曲线的斜率定义为空气弹簧的动刚度值。本文所用空气弹簧带有节流孔，导致动弹性特性曲线存在迟滞，将加、卸载过程迟滞回线的负载或变形求均值，作为无迟滞的动弹性特性曲线，则前、后悬架空气弹簧的动刚度曲线如图9-10所示。

由图可以看出在动弹性试验中，空气弹簧的刚度呈非线性，且初始气压越大，空气弹簧的动刚度越大。当前悬架空气弹簧处于压缩行程时，空气弹簧刚度随着压缩位移的增大而增大;处于拉伸行程时，空气弹簧刚度变化不大。而后悬架空气弹簧处于压缩行程时，空气弹簧刚度增大;处于拉伸行程时，空氣弹簧刚度也随着拉伸位移的增大有所增大，但增大幅度比压缩行程小。

4.结束语

本文基于热力学理论，详细的展示了空气弹簧各个部件模型的推导过程，并借助Matlab/Simulink平台构建空气弹簧模型。根据由厂家提供用在目标车型上的两种空气弹簧的等温等压静弹性特性实验数据，求得两种型号空气弹簧有效面积表达式，在此基础上仿真得到不同初始压力下弹簧动弹性特性仿真数据，与试验结果比较，证明了所建立的空气弹簧非线性模型的正确性。

参考文献

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甘亮亮. 某重卡用膜式空气弹簧刚度特性有限元仿真及实验研究： [湖南大学硕士学位论文]. 长沙： 湖南大学， 2011

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