汽车空气悬架建模与仿真分析..doc

汽车空气悬架建模与仿真分析 作者 :刘宜东 指导教师:宋宇 (安徽农业大学经济技术学院 合肥 摘要： 悬架是汽车的重要总成之一，它对汽车的平顺性和操纵稳定性有很大的影响。在汽车悬架系统的设计和开发过程中，其运动学、动力学和采用控制策略的计算分析占有十分重要的地位。空气弹簧具有优良的弹性特性，用在车辆悬挂装置中大大改善车辆的动力性能，显著提高车辆的运行舒适度 1 引言 30年代初，美国法尔斯通轮胎和橡胶公司第一次真正把空气弹簧用于汽车工业。哈维?法尔斯通在其好友?福特一世和托马斯阿瓦?爱迪生的技术支持下，研制出了空气柱形式的空气弹簧悬架系统。于是在1934年就诞了AIREDE空气弹簧。51年前，美国纽威?安柯洛克国际公司（Neway Anchorlok lnternational）成立时即作为一家架车悬架系统的生产厂家，为公路和非公路行驶的重型机车设计和制造钢板弹簧悬架系统。由于纽威在重型车辆市场上取得了成功，后来就向高速公路车辆悬架系统方向发展。35年前，纽威向市场上投放了世界上第一种实际应用的空气悬架系统。从此以后，纽威开发出一系列空气悬架产品，应用于世界各地的客车、载货车和架车。纽威提供的空气悬架产品约占北美和欧洲用于客车、载货车和架车市场的70％。中国是必威体育精装版的前沿阵地，正在把钢板弹簧更换为空气悬架弹簧。空气悬架发展的历史经验告诉我们，引入空气悬架的国家一般是首先将其用于客车，随后就向载货车和架车方向发展，中国也会有这样的发展过程。悬架是连接车身和车轮之间一切传力装置的总称，主要由弹簧（如钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧、扭杆等）、减振器和导向机构三部分组成。当汽车在不同路面上行驶时，由于悬架系统实现了车身和车轮之间的弹性支承，有效地降低了车身与车轮的振动，从而改善了汽车行驶的平顺性和操纵稳定性。(1)空气弹簧具有非线性特性，可将其特性曲线设计成理想形状；(2)空气弹簧质量轻，内摩擦小，对高频振动有很好的隔振、消声能力：(3)空气弹簧的刚度和承载能力可以通过调节橡胶气囊内的压力来调整；(4)负载变化时，固有频率几乎不变，且固有频率较低；(5)空气弹簧具有较高的疲劳寿命，其疲劳寿命可达300万次以上，实际使用寿命可达5年以上。如今，空气弹簧因具有良好的减振和隔振性能而被广泛应用于汽车、铁道车辆以及舰船、航空、工业等领域的动力机械、电子设备、仪器仪表、化工机械等各种设备当中。空气弹簧的结构可以设计成多种类型。根据橡胶气囊工作时的变形方式，空气弹簧可分为囊式空气弹簧、膜式空气弹簧两种。（如图所示） 囊式空气弹簧 膜式空气弹簧 囊式空气弹簧由夹有帘线的橡胶制成的气囊和密闭在其中的压缩空气构成。气囊上下盖板将空气封于囊内。根据橡胶气囊曲数的不同，囊式空气弹簧可以分为单曲、双曲和多曲囊式空气弹簧。气囊各段之间镶有金属轮缘，目的是承受内压张力。囊式空气弹簧有效面积变化率较大，弹簧刚度较大，振动频率也较高。为了获得低的振动频率，可设置辅助气室。但过大的辅助气室对降低振动频率的效果不是很明显，因此在设计时辅助气室的容积最大不超过原气囊的三倍。增加气囊曲数时，由于气囊的变形可由各个曲面平均分担，因此曲数越多，有效直径变化率就越小。可见增加气囊曲数会降低囊式空气弹簧的刚度，降低弹簧的振动频率。 膜式空气弹簧的结构是在盖板和底座之问放置一圆柱形橡胶气巍，通过气囊挠曲变形实现整体伸缩。工作时，膜式空气弹簧橡胶气囊沿活塞面发生变形，通过橡胶气囊的卷曲变形实现整体伸缩。膜式空气弹簧有效面积的变化率小，因此，膜式空气弹簧在辅助气室较小的情况下，也可得到较低的自振频率。在萁正常工作范围内，膜式空气弹簧刚度变化要比囊式小，弹性曲线更为理想，固有频牢更低些。同时膜式窄气弹簧可以通过改变活塞底座的形状和利用活塞底庳的空心内腔作为辅助气室来优化其刚度特性，从而获得那想的非线性特性，膜式空气弹簧尺寸小，便于布置，刚而多用于小轿车上。 3.3 空气弹簧的工作原理 空气悬架工作原理就是用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送到弹簧和减振器的空气室中，以此来改变车辆的高度。在前轮和后轮的附近设有车高传感器，按车高传感器的输出信号，微机判断出车身高度的变化，再控制压缩机和排气阀，使弹簧压缩或伸长，从而起到减振的效果。 空气悬架给予了汽车更多的灵性。当你在高速行驶时悬架可以变硬来提高车身的稳定性；而长时间在低速不平的路面行驶时，控制单元会使悬架变软来提高车子的舒适性。3％。通常在研究平顺性时，暂时忽略汽车的侧向运动，着重考虑车辆垂直平面内的运动。 4.1 建模 在研究车辆振动性能的模型中，根据研究方便，我们简化成