張大勇

摘要：公路運(yùn)輸是我國(guó)主要的運(yùn)輸方式之一， 汽車懸架設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮操縱穩(wěn)定性和平順性之間的平衡?？諝鈶壹芤蚱鋭偠鹊姆蔷€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(yīng)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(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，確定模型的正確性。

關(guān)鍵詞：空氣彈簧;動(dòng)彈性特性;分析

0.前言

空氣彈簧廣泛運(yùn)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(tǒng)的核心部件，空氣彈簧的性能好壞也直接影響著車輛的動(dòng)力學(xué)性能以及道路友好性[1，2]。本文主要針對(duì)某客車廠運(yùn)用在某型號(hào)客車上644N和8822N兩種型號(hào)的空氣彈簧進(jìn)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(jù)所選空氣彈簧結(jié)構(gòu)形式，可將其物理模型設(shè)計(jì)成如圖1示，空氣彈簧系統(tǒng)由主氣室、附加氣室和節(jié)流孔三部分組成。

3.空氣彈簧特性試驗(yàn)分析

3.1空氣彈簧模型建立

在Matlab/Simulink環(huán)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(dòng)彈性特性試驗(yàn)

動(dòng)彈性特性試驗(yàn)同樣是可作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的機(jī)械式或者電液伺服試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。將仿真數(shù)據(jù)和廠家提供的前空氣彈簧的動(dòng)彈性特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖7所示。

可以看出，前懸架空氣彈簧動(dòng)彈性試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)基本吻合，由此可以驗(yàn)證，所建立的空氣彈簧仿真模型較為合理。由于廠家沒(méi)有提供后懸架空氣彈簧的動(dòng)彈性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是考慮前、后空氣彈簧的結(jié)構(gòu)形式一樣，只是尺寸、有效面積等參數(shù)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(dòng)彈性特性曲線如圖8所示。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，空氣彈簧動(dòng)彈性特性曲線的斜率定義為空氣彈簧的動(dòng)剛度值。本文所用空氣彈簧帶有節(jié)流孔，導(dǎo)致動(dòng)彈性特性曲線存在遲滯，將加、卸載過(guò)程遲滯回線的負(fù)載或變形求均值，作為無(wú)遲滯的動(dòng)彈性特性曲線，則前、后懸架空氣彈簧的動(dòng)剛度曲線如圖9-10所示。

由圖可以看出在動(dòng)彈性試驗(yàn)中，空氣彈簧的剛度呈非線性，且初始?xì)鈮涸酱螅諝鈴椈傻膭?dòng)剛度越大。當(dāng)前懸架空氣彈簧處于壓縮行程時(shí)，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(shí)，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(shí)，空氣彈簧剛度增大;處于拉伸行程時(shí)，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(jié)束語(yǔ)

本文基于熱力學(xué)理論，詳細(xì)的展示了空氣彈簧各個(gè)部件模型的推導(dǎo)過(guò)程，并借助Matlab/Simulink平臺(tái)構(gòu)建空氣彈簧模型。根據(jù)由廠家提供用在目標(biāo)車型上的兩種空氣彈簧的等溫等壓靜彈性特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求得兩種型號(hào)空氣彈簧有效面積表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上仿真得到不同初始?jí)毫ο聫椈蓜?dòng)彈性特性仿真數(shù)據(jù)，與試驗(yàn)結(jié)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(xiàn)

賀亮，周永清，朱思洪. 基于激振法的空氣彈簧垂向剛度和阻尼特性研究.振動(dòng)與沖擊， 2008（07）：167-170+195

鮑衛(wèi)寧，陳立平，張?jiān)魄?，? 汽車耦合空氣彈簧懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的研究.汽車工程， 2008（03）：231-234

甘亮亮. 某重卡用膜式空氣彈簧剛度特性有限元仿真及實(shí)驗(yàn)研究： [湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文]. 長(zhǎng)沙： 湖南大學(xué)， 2011

GB/T 13061-1991. 汽車懸架用空氣彈簧 橡膠氣囊

B. Benjamin. Pneumatic spring. US Patent No. 971583， 1910-10-04