空氣彈簧動彈性特性分析

張大勇

摘要：公路運輸是我國主要的運輸方式之一， 汽車懸架設計應著重考慮操縱穩定性和平順性之間的平衡。空氣懸架因其剛度的非線性、較低的垂向頻率可顯著改善平順性能而被高端乘用車、客車、特種車輛廣泛應用。本文建立帶附加氣室的模型，在matlab/simulink中建立空氣彈簧模型，并與試驗數據進行對比，確定模型的正確性。

關鍵詞：空氣彈簧;動彈性特性;分析

0.前言

空氣彈簧廣泛運用于汽車和軌道車輛上，是一種利用橡膠氣囊的彈性和空氣壓力獲得綜合吸振、減振、隔振、防噪和緩沖性能的彈性元件，作為汽車懸架系統的核心部件，空氣彈簧的性能好壞也直接影響著車輛的動力學性能以及道路友好性[1，2]。本文主要針對某客車廠運用在某型號客車上644N和8822N兩種型號的空氣彈簧進行建模，兩者都是將底座活塞封閉作為附加氣室的膜式空氣彈簧，所用的活塞底座型式都是直筒型。

1.帶附加氣室膜式空氣彈簧模型建立

根據所選空氣彈簧結構形式，可將其物理模型設計成如圖1示，空氣彈簧系統由主氣室、附加氣室和節流孔三部分組成。

3.空氣彈簧特性試驗分析

3.1空氣彈簧模型建立

在Matlab/Simulink環境下搭建了帶附加氣室的空氣彈簧模型，如圖6所示。

3.2空氣彈簧動彈性特性試驗

動彈性特性試驗同樣是可作簡諧運動的機械式或者電液伺服試驗機上進行。將仿真數據和廠家提供的前空氣彈簧的動彈性特性試驗數據進行對比，對比結果如圖7所示。

可以看出，前懸架空氣彈簧動彈性試驗數據與仿真數據基本吻合，由此可以驗證，所建立的空氣彈簧仿真模型較為合理。由于廠家沒有提供后懸架空氣彈簧的動彈性實驗數據，但是考慮前、后空氣彈簧的結構形式一樣，只是尺寸、有效面積等參數不一樣，因此所建立的空氣彈簧模型同樣適用于后懸架空氣彈簧，可以得后懸架空氣彈簧的動彈性特性曲線如圖8所示。

根據標準，空氣彈簧動彈性特性曲線的斜率定義為空氣彈簧的動剛度值。本文所用空氣彈簧帶有節流孔，導致動彈性特性曲線存在遲滯，將加、卸載過程遲滯回線的負載或變形求均值，作為無遲滯的動彈性特性曲線，則前、后懸架空氣彈簧的動剛度曲線如圖9-10所示。

由圖可以看出在動彈性試驗中，空氣彈簧的剛度呈非線性，且初始氣壓越大，空氣彈簧的動剛度越大。當前懸架空氣彈簧處于壓縮行程時，空氣彈簧剛度隨著壓縮位移的增大而增大;處于拉伸行程時，空氣彈簧剛度變化不大。而后懸架空氣彈簧處于壓縮行程時，空氣彈簧剛度增大;處于拉伸行程時，空氣彈簧剛度也隨著拉伸位移的增大有所增大，但增大幅度比壓縮行程小。

4.結束語

本文基于熱力學理論，詳細的展示了空氣彈簧各個部件模型的推導過程，并借助Matlab/Simulink平臺構建空氣彈簧模型。根據由廠家提供用在目標車型上的兩種空氣彈簧的等溫等壓靜彈性特性實驗數據，求得兩種型號空氣彈簧有效面積表達式，在此基礎上仿真得到不同初始壓力下彈簧動彈性特性仿真數據，與試驗結果比較，證明了所建立的空氣彈簧非線性模型的正確性。

參考文獻

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