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汽车空气悬架建模与仿真分析

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

不仅能大大改善车辆的动力性能，显著提高车辆的运行舒适度；还能降低汽车振

动频率和车轮动载荷，使其获得良好的行驶平顺性、操纵稳定性和行驶安全性，

减小高速行驶车辆对路面的破坏。本文就汽车空气弹簧悬架及空气悬架系统的特

点，对整车的影响通过简单计算，再把计算的结果输入计算机，由计算机模拟出

图形，我们将得到研究结果。

关键词：汽车空气悬架、空气弹簧、建模、计算机仿真

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•法尔斯通在其好友亨利•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年就诞生了AIREDE空气

弹簧。

51年前，美国纽威•安柯洛克国际公司（NewayAnchorloklnternational）

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％。

2发展趋势

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随着高档客车制造技术的引进以及人们对舒适性要求的提高，加上国家对客

车等级划分的标准要求，空气悬架才开始在我国逐步应用起来。目前空气悬架主

要集中应用在高等级客车上，但是受多方面因素的制约，空气悬架的配置率仍然

很低，基本上还属于“导入”阶段。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。

3空气悬架系统简述

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。

3.1空气悬架的特点

空气悬架系统是以空气弹簧为弹性元件，利用气体的可压缩性实现其弹性作

用的——压缩气体的气压能够随载荷和道路条件变化而进行自动调节，不论满载

还是空载，整车高度不会变化，可以大大提高乘坐的舒适性。空气弹簧的运动性

能特点是：负载能力可调；弹性系数随负载变化；负载变化肘,固有频率几乎不变；

固有频率较低。这些特点决定了空气悬架具有以下优点：(1)乘坐更舒适安全；(2)

改善车辆的行驶平顺性；(3)延长轮胎和制动片的使用寿命；(4)负载变化时车身

高度不变；(5)减少电气、空调、排气系统、车桥、车身和底盘的维修成本；(6)

减少对道路的冲击，保护路面，降低高速公路的维修费用；(7)延长车辆的使用寿

命并增加折旧值。

3.2空气悬架的结构形式

空气悬架的主要组成部分除了空气弹簧组件、减振阻尼装置之外，还有导向

机构、高度控制阀、横向稳定器和缓冲限位块等。

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空气弹簧是一种利用橡胶气囊内部压缩空气的反力作为弹性恢复力的新型弹

性元件，它利用橡胶的弹性和空气压力获得综合具有吸振、减振、隔振、防噪和

缓冲等功能。作为隔振支承装置使用时，空气弹簧具有优良的弹性特性，与普通

的钢制弹簧和橡胶制弹簧相比，它具有以下特点：(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，