汽車空氣懸架建模與仿真分析

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1、汽車空氣懸架建模與仿真分析汽車空氣懸架建模與仿真分析作者:劉宜東指導(dǎo)教師:宋宇(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)技術(shù)學(xué)院合肥07530087)摘要：懸架是汽車的重要總成之一，它對汽車的平順性和操縱穩(wěn)定性有很大的影響。在汽車懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中，其運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和采用控制策略的計(jì)算分析占有十分重要的地位?？諝鈴椈删哂袃?yōu)良的彈性特性，用在車輛懸掛裝置中不僅能大大改善車輛的動力性能，顯著提高車輛的運(yùn)行舒適度；還能降低汽車振動頻率和車輪動載荷，使其獲得良好的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和行駛安全性，減小高速行駛車輛對路面的破

2、壞。本文就汽車空氣彈簧懸架及空氣懸架系統(tǒng)的特點(diǎn)，對整車的影響通過簡單計(jì)算，再把計(jì)算的結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)模擬出圖形，我們將得到研究結(jié)果。關(guān)鍵詞：汽車空氣懸架、空氣彈簧、建模、計(jì)算機(jī)仿真1引言30年代初，美國法爾斯通輪胎和橡膠公司第一次真正把空氣彈簧用于汽車工業(yè)。哈維?法爾斯通在其好友亨利?福特一世和托馬斯阿瓦?愛迪生的技術(shù)支持下，研制出了空氣柱形式的空氣彈簧懸架系統(tǒng)。于是在1934年就誕生了AIREDE空氣彈簧。51年前，美國紐威?安柯洛克國際公司（NewayAnchorloklnternatio

3、nal）成立時即作為一家架車懸架系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家，為公路和非公路行駛的重型機(jī)車設(shè)計(jì)和制造鋼板彈簧懸架系統(tǒng)。由于紐威在重型車輛市場上取得了成功，后來就向高速公路車輛懸架系統(tǒng)方向發(fā)展。35年前，紐威向市場上投放了世界上第一種實(shí)際應(yīng)用的空氣懸架系統(tǒng)。從此以后，紐威開發(fā)出一系列空氣懸架產(chǎn)品，應(yīng)用于世界各地的客車、載貨車和架車。紐威提供的空氣懸架產(chǎn)品約占北美和歐洲用于客車、載貨車和架車市場的70％。2發(fā)展趨勢23汽車空氣懸架建模與仿真分析隨著高檔客車制造技術(shù)的引進(jìn)以及人們對舒適性要求的提高，加上國家對客車等級劃分

4、的標(biāo)準(zhǔn)要求，空氣懸架才開始在我國逐步應(yīng)用起來。目前空氣懸架主要集中應(yīng)用在高等級客車上，但是受多方面因素的制約，空氣懸架的配置率仍然很低，基本上還屬于“導(dǎo)入”階段。中國是最新的前沿陣地，正在把鋼板彈簧更換為空氣懸架彈簧?？諝鈶壹馨l(fā)展的歷史經(jīng)驗(yàn)告訴我們，引入空氣懸架的國家一般是首先將其用于客車，隨后就向載貨車和架車方向發(fā)展，中國也會有這樣的發(fā)展過程。3空氣懸架系統(tǒng)簡述懸架是連接車身和車輪之間一切傳力裝置的總稱，主要由彈簧（如鋼板彈簧、螺旋彈簧、空氣彈簧、扭桿等）、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)三部分組成。當(dāng)汽車在不同路

5、面上行駛時，由于懸架系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了車身和車輪之間的彈性支承，有效地降低了車身與車輪的振動，從而改善了汽車行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性。3.1空氣懸架的特點(diǎn)空氣懸架系統(tǒng)是以空氣彈簧為彈性元件，利用氣體的可壓縮性實(shí)現(xiàn)其彈性作用的——壓縮氣體的氣壓能夠隨載荷和道路條件變化而進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，不論滿載還是空載，整車高度不會變化，可以大大提高乘坐的舒適性?？諝鈴椈傻倪\(yùn)動性能特點(diǎn)是：負(fù)載能力可調(diào)；彈性系數(shù)隨負(fù)載變化；負(fù)載變化肘,固有頻率幾乎不變；固有頻率較低。這些特點(diǎn)決定了空氣懸架具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)乘坐更舒適安全；(2)改

6、善車輛的行駛平順性；(3)延長輪胎和制動片的使用壽命；(4)負(fù)載變化時車身高度不變；(5)減少電氣、空調(diào)、排氣系統(tǒng)、車橋、車身和底盤的維修成本；(6)減少對道路的沖擊，保護(hù)路面，降低高速公路的維修費(fèi)用；(7)延長車輛的使用壽命并增加折舊值。3.2空氣懸架的結(jié)構(gòu)形式空氣懸架的主要組成部分除了空氣彈簧組件、減振阻尼裝置之外，還有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、高度控制閥、橫向穩(wěn)定器和緩沖限位塊等。23汽車空氣懸架建模與仿真分析空氣彈簧是一種利用橡膠氣囊內(nèi)部壓縮空氣的反力作為彈性恢復(fù)力的新型彈性元件，它利用橡膠的彈性和空氣壓力獲

7、得綜合具有吸振、減振、隔振、防噪和緩沖等功能。作為隔振支承裝置使用時，空氣彈簧具有優(yōu)良的彈性特性，與普通的鋼制彈簧和橡膠制彈簧相比，它具有以下特點(diǎn)：(1)空氣彈簧具有非線性特性，可將其特性曲線設(shè)計(jì)成理想形狀；(2)空氣彈簧質(zhì)量輕，內(nèi)摩擦小，對高頻振動有很好的隔振、消聲能力：(3)空氣彈簧的剛度和承載能力可以通過調(diào)節(jié)橡膠氣囊內(nèi)的壓力來調(diào)整；(4)負(fù)載變化時，固有頻率幾乎不變，且固有頻率較低；(5)空氣彈簧具有較高的疲勞壽命，其疲勞壽命可達(dá)300萬次以上，實(shí)際使用壽命可達(dá)5年以上。如今，空氣彈簧因具有良好

8、的減振和隔振性能而被廣泛應(yīng)用于汽車、鐵道車輛以及艦船、航空、工業(yè)等領(lǐng)域的動力機(jī)械、電子設(shè)備、儀器儀表、化工機(jī)械等各種設(shè)備當(dāng)中?？諝鈴椈傻慕Y(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成多種類型。根據(jù)橡膠氣囊工作時的變形方式，空氣彈簧可分為囊式空氣彈簧、膜式空氣彈簧兩種。（如圖所示）囊式空氣彈簧膜式空氣彈簧囊式空氣彈簧由夾有簾線的橡膠制成的氣囊和密閉在其中的壓縮空氣構(gòu)成。氣囊上下蓋板將空氣封于囊內(nèi)。根據(jù)橡膠氣囊曲數(shù)的不同，囊式空氣彈簧可以分為單曲、雙曲和多曲囊式空氣彈簧。氣囊各段之間鑲有金