基于MATLAB的空气弹簧特性仿真研究
基于MATLAB的空气弹簧特性仿真研究[20191208103132]
摘 要
一般传统的汽车悬挂系统通常采用的是螺旋弹簧结构的，这种悬架的刚度一般是不可调节的。所以在一般来说这种悬架不能适应多变的路况。所以随着汽车工业不断的发展，人们一直在努力改进与创造出能满足新型的悬架系统以便满足更高的性能要求，这悬架就是空气悬架。
空气悬架系统由各个部分组成，其中空气弹簧可以说是空气悬架系统里面至关重要的核心技术部分之一，而且有着众多的优良性能，所以现在空气悬架的应用越来越普遍。
本文运用空气弹簧动力学方程来对空气弹簧的特性和结构特点进行分析，同时根据空气弹簧刚度和汽车悬架的运动学微方程来进行计算。最后运用MATLAB和Simulink软件建立1/4车辆二自由度振动系统仿真模型。结果表明，随着变形量的增加，空气弹簧的刚度非线性增加，空气弹簧的频率也非线性增加。
关键字:空气弹簧特性动力学分析仿真MATLAB
目 录
1.绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 研究的意义 2
2.空气弹簧的特性及其动力学分析 3
2.1 空气弹簧的分类和组成 3
2.1.1囊式空气弹簧的特点 3
2.1.2膜式空气弹簧的特点 4
2.2空气弹簧的优缺点 4
2.2.1空气弹簧的优点 4
2.2.2空气弹簧的缺点 4
2.3空气悬架的组成和特点 5
2.3.1空气悬架系统的组成 5
2.3.2空气悬架系统的优缺点 5
2.3.3电控空气悬架系统的组成和结构 6
2.3.4电控空气悬架的功能特点 6
2.4空气悬架的研究现状 7
3.基于MATLAB/Simulink模型的建立 8
3.1 MATLAB软件的简介 8
3.2 MATLAB/Simulink的建模 9
4. 基于MATLAB对空气弹簧特性仿真 14
4.1空气弹簧的动力学分析 14
4.2 空气弹簧特性的仿真 17
4.3空气悬架系统的振动分析 17
5.结语 24
参考文献 25
致谢 26
1.绪论
1.1 课题背景
空气弹簧，俗称气囊、气囊式气缸、皮囊气缸等[1]。空气弹簧的工作原理是在封闭的柔性气密性容器中加入高压空气，通过空气压缩的回弹力来实现隔振和缓冲效果的非金属弹簧装置，它可以使车桥（或车轮）与车架（或车身）之间保持弹性接触[2]。
由于原理上的根本不同，所以它有优点也有缺点。空气弹簧与其他弹簧相比的缺点是体积大，成本比较高，使用寿命短；但是优点更为明显，空气弹簧与普通弹簧相比，它具有更显著的优势，比如说它的速度相对普通弹簧缓慢，动力变化不大，比较容易控制，它具有优异的非线性特点，所以空气弹簧的应用现在变得越来越广泛，尤其是现在的高档汽车的悬架，安装的基本都是空气弹簧。
空气弹簧诞生在十九世纪中叶早期，最早是帮助机械设备减振用的。由于它的诸多优良性能，所以在现代交通运输业和机械工业等领域都获得了广泛的应用。对于汽车来说，在汽车悬架系统中使用空气弹簧可以很大程度的提高汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性。至于汽车，在汽车悬架系统中使用的空气弹簧可以大大提高车辆的乘坐舒适性和驾驶舒适性[2]。
中国1950年就开始研究空气弹簧了。1957年，橡胶工业研究所和长春汽车有限公司合作生产了第一辆配备空气弹簧的货车，之后又制造出了能够使用在公交车车上的空气弹簧。近几年来，我国汽车制造是通过国外进口或者是自主研究。国内的一些知名的旅游公司他们旗下的旅游汽车以及客运站的长途汽车都开始从国外进口空气弹簧，并在他们车上安装。从上世纪九十年代开始，国内的众多客车为了替自己品牌打出名气并且让自己在市场上能有一席之地，他们从美国、欧洲、日本、韩国等国家进口他们拥有先进技术的空气悬架。近年来，随着高档客车制造技术的引入国内，空气悬架逐步开始应用起来[2]。目前空气悬架主要用于中高端乘用车，因为受限于多种条件，所以汽车配置空气弹簧仍普遍较低，基本上还处在“引进来”的阶段。国内几家比较有名的大型客车厂家都在引进国外先进空气的悬架，他们是郑州的宇通客车，苏州的金龙客车等。另外国内其他一些客车厂家都是使用国外进口的空气悬架产品[2]。所以我国国内的现状是，我国目前为止还没有哪一家厂家可以独立的生产一套完整的空气悬架。另外在卡车上的应用也尚处于起步阶段，自主研发能力还有待进一步的提高。 国内空气悬架的应用目前主要集中在高档乘用车上，一般选择安装国外空气悬架产品为主，在卡车上的应用也还处于起步的阶段。与国外引进的产品相比，国内的生产厂家它们生产出来的产品质量比较差（做工比较差，原料质量比较差）、品种相对单一（大多都是一种）、可以应用的范围也比较窄（不是国际标准，往往只能与指定的零件配合）。另外，在空气弹簧设计和制造技术上缺少先进的机械技术和创新意识，所以与发达国家还是有相当大的差距，所以我国在空气悬架道路上还是有很长的路要走。
我国空气弹簧应用事业现在已经在逐步发展起来了，但是还是有很长的路要走。首先应该做好基本功，在空气弹簧基础理论和设计方法上要加大研究的力度，另外还要提高我国空气弹簧自主创新的能力。因为空气悬架以后要普及并且发展起来的话一定要在各种车型上加以尝试，不单单是客车上的研究，这样空气弹簧事业才能发展起来，才能看到空气弹簧发展的春天。
1.2 研究的意义
由于传统悬架系统一般是采用螺旋弹簧悬挂系统，这种悬架系统的车身高度基本上是不可以改变的。所以并不像空气悬挂那样可以根据不同变化的路面来调整车身的高度。空气悬架将车身高度调高也可以降低，使车辆能够适应各种路况下的驾驶需求。因此，随着汽车工业的发展，人们一直努力改进与创造出新型的悬架系统以便满足更高的性能要求，这就是空气悬架。然而空气弹簧是空气悬架系统里面至关重要的部分之一，它通过调节空气弹簧橡胶气囊内的惰性气体或者是油气混合物的压力大小来改变悬架系统的刚度k，从而使车辆具有更好的操纵稳定性和行驶的舒适性。
空气悬架系统由多个部分组成，其中空气弹簧可以说是空气悬架系统里面至关重要的部分之一，而且有着许多优良的性能，所以现在空气悬架在众多汽车悬架中越来越受到大家的欢迎。所以本文运用空气弹簧动力学方程来对空气弹簧的特性和结构特点进行分析，建立空气弹簧的动力学模型，运用Matlab软件进行建模和仿真。通过仿真结果，可以分析出空气弹簧系统的特性，从而可以为空气悬架的结构特性提供有力的数据，有较强的实际应用价值。而且对于我们汽车专业的学生来分析空气弹簧特性可以说有着有一种更为积极和深远的意义。
2.空气弹簧的特性及其动力学分析
2.1 空气弹簧的分类和组成
悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称[3]。在悬架中必须装有弹性元件，使车架（或车身）与车桥（或车轮）之间保持弹性联系。汽车悬架系统中采用的弹性元件主要有钢板弹簧，螺旋弹簧，扭杆弹簧，气体弹簧和橡胶弹簧等几种结构形式[3]。气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧两种[3]。
空气弹簧从结构特点上可以分为2类。它们分别是囊式结构空气弹簧和膜式结构空气弹簧[2]。
囊式空气弹簧由上盖板，特质螺栓，橡胶空气弹簧曲囊、腰环、连接法兰等组成。如图2.1所示。
图2.1 囊式空气弹簧
2.1.1囊式空气弹簧的特点:
(1)囊式空气弹簧曲囊数多的话，则刚度也会相应变小，同时横向稳定性也会降低[3]。
(2)囊式空气弹簧通常会遇到2种状态，一种是弹簧受压，另一种是弹簧伸张。一般在其受压时，空气弹簧受压面积会增大。而伸张时，情况恰恰相反，空气弹簧受压面积会减小。所以这种弹簧的刚度会比较大，振动频率较高，有效面积变化率较大[3]。
膜式空气弹簧由上盖。橡胶气囊、活塞、夹持件等部分组成如图2.2[8]
图2.2 膜式空气弹簧
2.1.2膜式空气弹簧的特点:
(1)即使没有附加气室，膜式空气弹簧仍有较低的振动频率。
(2)膜式空气弹簧不论是受压状态或者是伸张状态下，它的有效面积变化都不大[4]。
(3)膜式空气弹簧结构简单，制造流程也并不复杂，所以方便量产。
2.2空气弹簧的优缺点
空气悬架系统由各个部分组成，其中空气弹簧可以说是空气悬架系统里面至关重要的核心技术部分之一，它的实质是它是利用惰性气体或者是油气混合物的压缩回弹力起作用的 [4]。
2.2.1空气弹簧的优点
(1)空气弹簧的刚度和承载能力便于调节。
(2)它的动态和静态刚度可根据外界受力的变化而相应的变化以便能适应多种路面[4]。
(3)空气弹簧自振频率比较低，可根据不同的路况条件实时调整。
(4)空气弹簧可以提高车辆的舒适性。
(5)空气弹簧比传统的弹簧重量轻，内部摩擦力小，有良好的隔振效果还能很好地减少噪音[4]。
2.2.2空气弹簧的缺点
(1)空气弹簧尺寸比一般弹簧大，所以布置起来相对困难。
(2)空气弹簧制造步骤比较多，每个流程也比较复杂，所以相对的费用也较高。
(3)空气弹簧密封起来比一般弹簧复杂、困难。
2.3空气悬架的组成和特点
空气悬架是在汽车的车身和车桥之间链接它们两者的，它主要的功能是承受车轮和车身它们两者之间的作用力，运用空气弹簧内部空气的压缩和膨胀特性来缓冲来自粗糙路面给汽车车身带来的冲击载荷，衰减动载荷所造成的车身振动，它对汽车的行驶的平顺性和操纵的稳定性方面有着举足轻重的作用。随着汽车车速的提高，半主动悬架和主动悬架它们是悬架发展的方向。特别是电子控制技术的发展使主动悬架得以很快的应用[4]。其中空气悬架属于主动悬架，因为它因为具有良好的性能所以目前属于比较主流的悬架系统。
2.3.1空气悬架系统的组成
空气悬架系统如图2.3所示，由压气机、油水分离器、压力调节器、贮气筒、空气滤清器、储气罐、空气弹簧、车身高度控制阀、空气滤清器，以及控制连杆，还包括管路、导向传力杆、减震器、横向稳定器等部分组成[5]。
图2.3 空气悬架的组成
2.3.2空气悬架系统的优缺点：
空气悬架系统优点包括：
（1）空气弹簧振动频率较低，可以提高车辆的乘坐舒适性。
（2）可以很好地缓冲不平路面对车身的冲击，延长汽车上零件的使用寿命。
（3）当汽车一侧受力，另一侧不受力出现受力不均匀的情况时，车辆此时出现两边受载荷不同时，空气悬架会根据传感器提供的信息自动调节使汽车保持水平[5]。
（4）空气悬架可以根据不同的路况自动的调节车身高度，来做到最优。
空气悬架系统缺点包括：
（1）结构复杂，零件种类比较多，由于材质不能保证，所以使用中容易出现故障。
（2）中国的空气悬架的成本比钢板弹簧悬架高得多，是因为空气悬架结构复杂，类型多，又依赖进口等原因。
（3）国内制造空气悬架一些关键部件有一定的难度，我国自己还没有达到国际水平，所以现在国产率较低。
2.3.3电控空气悬架系统的组成和结构
现阶段，随着科技不断的发展，现在的空气悬架并不只是单纯的机械式悬架了，慢慢的已经发展为电控空气悬架。所以特别给大家介绍一下最先进的空气悬架-电控空气悬架
电控空气悬架的结构如图2.4所示
图2.4 电控空气悬架的结构
第一部分是机械组件包括空气弹簧、导向机构、横向稳定杆等[6]。第二部分是气路控制系统，包括ECU、车身高度传感器、电磁阀、空气压缩机和贮气筒等[6]。电控空气弹簧 将汽车当前的状态显示在各种传感器上，再运用内部组合的逻辑门让电磁阀来调节各个气囊，让它们在应该充气进压时进行充气过程应该放气泄压时进行放气过程。经过气囊充气放气来调节空气弹簧的刚度，进而提高车辆的操纵稳定性和行驶平顺性[6]。
2.3.4电控空气悬架的功能特点
（1）屈膝功能
可以使客车车身高度进行升降，从而使乘客特别是老年人上下车更加方便。
（2）车辆升降功能
在任何时间内，车辆电子控制空气悬架都能根据车身高度传感器测得当前高度，一旦路况发生变化时，可以通过控制开关来改变车辆底盘高度，使汽车更好的通过。
（3）车辆限高功能
电控空气悬架可以设置车辆底盘高度的最小值和最大值来限制车身高度以便通过极端路面。
（4）反应迅速
电子控制空气悬架的过程是非常迅速的，因为它采用的电磁阀截面比较大。
（5）空气消耗减少
电控空气悬架可减少空气的消耗，节能环保。
2.4空气悬架的研究现状
目前国外的空气悬架比较主流的来说有2类：
美式:注重汽车生产过程，一般结构比较复杂，车辆的行驶平顺性和操纵稳定性一般。
欧式:注重车辆技术性能、车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性，结构件比较简单但是系统比较复杂。
相比之下，虽然美式和欧式在可靠性上差距不大，但是欧式的空气悬架和美式的空气悬架相比，更加舒适，悬架配件供货效率也比较高。所以目前欧式的空气悬架在市场上，已经成为主流的空气悬架，并在将来的发展下仍处于市场钟爱的宠儿[6]。
我国目前在汽车悬架市场上中，悬架的设计和应用做的相对较好的，应该能得到一致的答案—钢板弹簧悬架。其他悬架的技术，很大部分仍然靠国外进口，或者是自己研究仿制。另外空气悬架产品的在设计和开发方面跟国外一些国家也有很大差距，一方面体现落后的设计方法因为国内的汽车历史比较短，汽车产业还算一个新兴产业，还有很长的路要走；另一方面没有建立一套完善的评价体系，这也是由于国内一些法律政策的不完善导致的。所以目前，国内车厂商他们当中谁能将空气悬架的开发出来的技术应用在自己的车型上并且努力制造出成熟的车型，谁就能在未来的汽车市场上占据着一席之地 。
所以说，对于目前中国国内汽车产业而言，摆在他们面前的不仅是一个难得的机遇，更是一个目标和方向。有了这样一个追赶的目标，国内的汽车企业更应从各个方面尽一切努力来提高我国汽车的技术水平，从而提升汽车的档次和竞争力，迎来我国汽车事业的春天。
根据国内目前的形势下，中国汽车零部件企业要抓住机遇，加快空气悬架产品开发。首先应该分工明确，这样可以提高各个厂家之间效率。应该将空气悬架系统设计和开发这两部分有个明确的分工，让自己厂里负责研发的方向和系统参数的确定，具体的生产可以聘请其他专业的二级厂家来负责，这样明确的分配劳动力资源，实现产品的快速开发和升级。其次，要从产品的生产过程中，集中于一家公司并且按照合理的开发配套模式操作。最后要积极与国外有实力的企业的合作，互相借鉴和学习，让我国的空气悬架的技术水平能在国际上占据一席之地，最终提升我国汽车整体技术水平。
摘 要
一般传统的汽车悬挂系统通常采用的是螺旋弹簧结构的，这种悬架的刚度一般是不可调节的。所以在一般来说这种悬架不能适应多变的路况。所以随着汽车工业不断的发展，人们一直在努力改进与创造出能满足新型的悬架系统以便满足更高的性能要求，这悬架就是空气悬架。
空气悬架系统由各个部分组成，其中空气弹簧可以说是空气悬架系统里面至关重要的核心技术部分之一，而且有着众多的优良性能，所以现在空气悬架的应用越来越普遍。
本文运用空气弹簧动力学方程来对空气弹簧的特性和结构特点进行分析，同时根据空气弹簧刚度和汽车悬架的运动学微方程来进行计算。最后运用MATLAB和Simulink软件建立1/4车辆二自由度振动系统仿真模型。结果表明，随着变形量的增加，空气弹簧的刚度非线性增加，空气弹簧的频率也非线性增加。
关键字:空气弹簧特性动力学分析仿真MATLAB
目 录
1.绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 研究的意义 2
2.空气弹簧的特性及其动力学分析 3
2.1 空气弹簧的分类和组成 3
2.1.1囊式空气弹簧的特点 3
2.1.2膜式空气弹簧的特点 4
2.2空气弹簧的优缺点 4
2.2.1空气弹簧的优点 4
2.2.2空气弹簧的缺点 4
2.3空气悬架的组成和特点 5
2.3.1空气悬架系统的组成 5
2.3.2空气悬架系统的优缺点 5
2.3.3电控空气悬架系统的组成和结构 6
2.3.4电控空气悬架的功能特点 6
2.4空气悬架的研究现状 7
3.基于MATLAB/Simulink模型的建立 8
3.1 MATLAB软件的简介 8
3.2 MATLAB/Simulink的建模 9
4. 基于MATLAB对空气弹簧特性仿真 14
4.1空气弹簧的动力学分析 14
4.2 空气弹簧特性的仿真 17
4.3空气悬架系统的振动分析 17
5.结语 24
参考文献 25
致谢 26
1.绪论
1.1 课题背景
空气弹簧，俗称气囊、气囊式气缸、皮囊气缸等[1]。空气弹簧的工作原理是在封闭的柔性气密性容器中加入高压空气，通过空气压缩的回弹力来实现隔振和缓冲效果的非金属弹簧装置，它可以使车桥（或车轮）与车架（或车身）之间保持弹性接触[2]。
由于原理上的根本不同，所以它有优点也有缺点。空气弹簧与其他弹簧相比的缺点是体积大，成本比较高，使用寿命短；但是优点更为明显，空气弹簧与普通弹簧相比，它具有更显著的优势，比如说它的速度相对普通弹簧缓慢，动力变化不大，比较容易控制，它具有优异的非线性特点，所以空气弹簧的应用现在变得越来越广泛，尤其是现在的高档汽车的悬架，安装的基本都是空气弹簧。
空气弹簧诞生在十九世纪中叶早期，最早是帮助机械设备减振用的。由于它的诸多优良性能，所以在现代交通运输业和机械工业等领域都获得了广泛的应用。对于汽车来说，在汽车悬架系统中使用空气弹簧可以很大程度的提高汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性。至于汽车，在汽车悬架系统中使用的空气弹簧可以大大提高车辆的乘坐舒适性和驾驶舒适性[2]。
中国1950年就开始研究空气弹簧了。1957年，橡胶工业研究所和长春汽车有限公司合作生产了第一辆配备空气弹簧的货车，之后又制造出了能够使用在公交车车上的空气弹簧。近几年来，我国汽车制造是通过国外进口或者是自主研究。国内的一些知名的旅游公司他们旗下的旅游汽车以及客运站的长途汽车都开始从国外进口空气弹簧，并在他们车上安装。从上世纪九十年代开始，国内的众多客车为了替自己品牌打出名气并且让自己在市场上能有一席之地，他们从美国、欧洲、日本、韩国等国家进口他们拥有先进技术的空气悬架。近年来，随着高档客车制造技术的引入国内，空气悬架逐步开始应用起来[2]。目前空气悬架主要用于中高端乘用车，因为受限于多种条件，所以汽车配置空气弹簧仍普遍较低，基本上还处在“引进来”的阶段。国内几家比较有名的大型客车厂家都在引进国外先进空气的悬架，他们是郑州的宇通客车，苏州的金龙客车等。另外国内其他一些客车厂家都是使用国外进口的空气悬架产品[2]。所以我国国内的现状是，我国目前为止还没有哪一家厂家可以独立的生产一套完整的空气悬架。另外在卡车上的应用也尚处于起步阶段，自主研发能力还有待进一步的提高。 国内空气悬架的应用目前主要集中在高档乘用车上，一般选择安装国外空气悬架产品为主，在卡车上的应用也还处于起步的阶段。与国外引进的产品相比，国内的生产厂家它们生产出来的产品质量比较差（做工比较差，原料质量比较差）、品种相对单一（大多都是一种）、可以应用的范围也比较窄（不是国际标准，往往只能与指定的零件配合）。另外，在空气弹簧设计和制造技术上缺少先进的机械技术和创新意识，所以与发达国家还是有相当大的差距，所以我国在空气悬架道路上还是有很长的路要走。
我国空气弹簧应用事业现在已经在逐步发展起来了，但是还是有很长的路要走。首先应该做好基本功，在空气弹簧基础理论和设计方法上要加大研究的力度，另外还要提高我国空气弹簧自主创新的能力。因为空气悬架以后要普及并且发展起来的话一定要在各种车型上加以尝试，不单单是客车上的研究，这样空气弹簧事业才能发展起来，才能看到空气弹簧发展的春天。
1.2 研究的意义
由于传统悬架系统一般是采用螺旋弹簧悬挂系统，这种悬架系统的车身高度基本上是不可以改变的。所以并不像空气悬挂那样可以根据不同变化的路面来调整车身的高度。空气悬架将车身高度调高也可以降低，使车辆能够适应各种路况下的驾驶需求。因此，随着汽车工业的发展，人们一直努力改进与创造出新型的悬架系统以便满足更高的性能要求，这就是空气悬架。然而空气弹簧是空气悬架系统里面至关重要的部分之一，它通过调节空气弹簧橡胶气囊内的惰性气体或者是油气混合物的压力大小来改变悬架系统的刚度k，从而使车辆具有更好的操纵稳定性和行驶的舒适性。
空气悬架系统由多个部分组成，其中空气弹簧可以说是空气悬架系统里面至关重要的部分之一，而且有着许多优良的性能，所以现在空气悬架在众多汽车悬架中越来越受到大家的欢迎。所以本文运用空气弹簧动力学方程来对空气弹簧的特性和结构特点进行分析，建立空气弹簧的动力学模型，运用Matlab软件进行建模和仿真。通过仿真结果，可以分析出空气弹簧系统的特性，从而可以为空气悬架的结构特性提供有力的数据，有较强的实际应用价值。而且对于我们汽车专业的学生来分析空气弹簧特性可以说有着有一种更为积极和深远的意义。
2.空气弹簧的特性及其动力学分析
2.1 空气弹簧的分类和组成
悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称[3]。在悬架中必须装有弹性元件，使车架（或车身）与车桥（或车轮）之间保持弹性联系。汽车悬架系统中采用的弹性元件主要有钢板弹簧，螺旋弹簧，扭杆弹簧，气体弹簧和橡胶弹簧等几种结构形式[3]。气体弹簧有空气弹簧和油气弹簧两种[3]。
空气弹簧从结构特点上可以分为2类。它们分别是囊式结构空气弹簧和膜式结构空气弹簧[2]。
囊式空气弹簧由上盖板，特质螺栓，橡胶空气弹簧曲囊、腰环、连接法兰等组成。如图2.1所示。
图2.1 囊式空气弹簧
2.1.1囊式空气弹簧的特点:
(1)囊式空气弹簧曲囊数多的话，则刚度也会相应变小，同时横向稳定性也会降低[3]。
(2)囊式空气弹簧通常会遇到2种状态，一种是弹簧受压，另一种是弹簧伸张。一般在其受压时，空气弹簧受压面积会增大。而伸张时，情况恰恰相反，空气弹簧受压面积会减小。所以这种弹簧的刚度会比较大，振动频率较高，有效面积变化率较大[3]。
膜式空气弹簧由上盖。橡胶气囊、活塞、夹持件等部分组成如图2.2[8]
图2.2 膜式空气弹簧
2.1.2膜式空气弹簧的特点:
(1)即使没有附加气室，膜式空气弹簧仍有较低的振动频率。
(2)膜式空气弹簧不论是受压状态或者是伸张状态下，它的有效面积变化都不大[4]。
(3)膜式空气弹簧结构简单，制造流程也并不复杂，所以方便量产。
2.2空气弹簧的优缺点
空气悬架系统由各个部分组成，其中空气弹簧可以说是空气悬架系统里面至关重要的核心技术部分之一，它的实质是它是利用惰性气体或者是油气混合物的压缩回弹力起作用的 [4]。
2.2.1空气弹簧的优点
(1)空气弹簧的刚度和承载能力便于调节。
(2)它的动态和静态刚度可根据外界受力的变化而相应的变化以便能适应多种路面[4]。
(3)空气弹簧自振频率比较低，可根据不同的路况条件实时调整。
(4)空气弹簧可以提高车辆的舒适性。
(5)空气弹簧比传统的弹簧重量轻，内部摩擦力小，有良好的隔振效果还能很好地减少噪音[4]。
2.2.2空气弹簧的缺点
(1)空气弹簧尺寸比一般弹簧大，所以布置起来相对困难。
(2)空气弹簧制造步骤比较多，每个流程也比较复杂，所以相对的费用也较高。
(3)空气弹簧密封起来比一般弹簧复杂、困难。
2.3空气悬架的组成和特点
空气悬架是在汽车的车身和车桥之间链接它们两者的，它主要的功能是承受车轮和车身它们两者之间的作用力，运用空气弹簧内部空气的压缩和膨胀特性来缓冲来自粗糙路面给汽车车身带来的冲击载荷，衰减动载荷所造成的车身振动，它对汽车的行驶的平顺性和操纵的稳定性方面有着举足轻重的作用。随着汽车车速的提高，半主动悬架和主动悬架它们是悬架发展的方向。特别是电子控制技术的发展使主动悬架得以很快的应用[4]。其中空气悬架属于主动悬架，因为它因为具有良好的性能所以目前属于比较主流的悬架系统。
2.3.1空气悬架系统的组成
空气悬架系统如图2.3所示，由压气机、油水分离器、压力调节器、贮气筒、空气滤清器、储气罐、空气弹簧、车身高度控制阀、空气滤清器，以及控制连杆，还包括管路、导向传力杆、减震器、横向稳定器等部分组成[5]。
图2.3 空气悬架的组成
2.3.2空气悬架系统的优缺点：
空气悬架系统优点包括：
（1）空气弹簧振动频率较低，可以提高车辆的乘坐舒适性。
（2）可以很好地缓冲不平路面对车身的冲击，延长汽车上零件的使用寿命。
（3）当汽车一侧受力，另一侧不受力出现受力不均匀的情况时，车辆此时出现两边受载荷不同时，空气悬架会根据传感器提供的信息自动调节使汽车保持水平[5]。
（4）空气悬架可以根据不同的路况自动的调节车身高度，来做到最优。
空气悬架系统缺点包括：
（1）结构复杂，零件种类比较多，由于材质不能保证，所以使用中容易出现故障。
（2）中国的空气悬架的成本比钢板弹簧悬架高得多，是因为空气悬架结构复杂，类型多，又依赖进口等原因。
（3）国内制造空气悬架一些关键部件有一定的难度，我国自己还没有达到国际水平，所以现在国产率较低。
2.3.3电控空气悬架系统的组成和结构
现阶段，随着科技不断的发展，现在的空气悬架并不只是单纯的机械式悬架了，慢慢的已经发展为电控空气悬架。所以特别给大家介绍一下最先进的空气悬架-电控空气悬架
电控空气悬架的结构如图2.4所示
图2.4 电控空气悬架的结构
第一部分是机械组件包括空气弹簧、导向机构、横向稳定杆等[6]。第二部分是气路控制系统，包括ECU、车身高度传感器、电磁阀、空气压缩机和贮气筒等[6]。电控空气弹簧 将汽车当前的状态显示在各种传感器上，再运用内部组合的逻辑门让电磁阀来调节各个气囊，让它们在应该充气进压时进行充气过程应该放气泄压时进行放气过程。经过气囊充气放气来调节空气弹簧的刚度，进而提高车辆的操纵稳定性和行驶平顺性[6]。
2.3.4电控空气悬架的功能特点
（1）屈膝功能
可以使客车车身高度进行升降，从而使乘客特别是老年人上下车更加方便。
（2）车辆升降功能
在任何时间内，车辆电子控制空气悬架都能根据车身高度传感器测得当前高度，一旦路况发生变化时，可以通过控制开关来改变车辆底盘高度，使汽车更好的通过。
（3）车辆限高功能
电控空气悬架可以设置车辆底盘高度的最小值和最大值来限制车身高度以便通过极端路面。
（4）反应迅速
电子控制空气悬架的过程是非常迅速的，因为它采用的电磁阀截面比较大。
（5）空气消耗减少
电控空气悬架可减少空气的消耗，节能环保。
2.4空气悬架的研究现状
目前国外的空气悬架比较主流的来说有2类：
美式:注重汽车生产过程，一般结构比较复杂，车辆的行驶平顺性和操纵稳定性一般。
欧式:注重车辆技术性能、车辆的乘坐舒适性和操纵稳定性，结构件比较简单但是系统比较复杂。
相比之下，虽然美式和欧式在可靠性上差距不大，但是欧式的空气悬架和美式的空气悬架相比，更加舒适，悬架配件供货效率也比较高。所以目前欧式的空气悬架在市场上，已经成为主流的空气悬架，并在将来的发展下仍处于市场钟爱的宠儿[6]。
我国目前在汽车悬架市场上中，悬架的设计和应用做的相对较好的，应该能得到一致的答案—钢板弹簧悬架。其他悬架的技术，很大部分仍然靠国外进口，或者是自己研究仿制。另外空气悬架产品的在设计和开发方面跟国外一些国家也有很大差距，一方面体现落后的设计方法因为国内的汽车历史比较短，汽车产业还算一个新兴产业，还有很长的路要走；另一方面没有建立一套完善的评价体系，这也是由于国内一些法律政策的不完善导致的。所以目前，国内车厂商他们当中谁能将空气悬架的开发出来的技术应用在自己的车型上并且努力制造出成熟的车型，谁就能在未来的汽车市场上占据着一席之地 。
所以说，对于目前中国国内汽车产业而言，摆在他们面前的不仅是一个难得的机遇，更是一个目标和方向。有了这样一个追赶的目标，国内的汽车企业更应从各个方面尽一切努力来提高我国汽车的技术水平，从而提升汽车的档次和竞争力，迎来我国汽车事业的春天。
根据国内目前的形势下，中国汽车零部件企业要抓住机遇，加快空气悬架产品开发。首先应该分工明确，这样可以提高各个厂家之间效率。应该将空气悬架系统设计和开发这两部分有个明确的分工，让自己厂里负责研发的方向和系统参数的确定，具体的生产可以聘请其他专业的二级厂家来负责，这样明确的分配劳动力资源，实现产品的快速开发和升级。其次，要从产品的生产过程中，集中于一家公司并且按照合理的开发配套模式操作。最后要积极与国外有实力的企业的合作，互相借鉴和学习，让我国的空气悬架的技术水平能在国际上占据一席之地，最终提升我国汽车整体技术水平。
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