商用汽车空气弹簧悬架建模与仿真【字数：13022】
摘 要空气弹簧悬架系统具有非线性特性，刚度随载荷的变化而不断变化。悬架作为汽车的重要总成之一，它对汽车的行驶平顺性和操纵稳定性具有很大的影响。在汽车悬架系统的设计和研发过程中，其运动学、动力学和采用控制策略的计算分析占有很重要的地位。空气弹簧悬架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，具有优良的弹性特性，用在车辆悬挂装置中不仅能改善汽车的动力性能，提高汽车的运行舒适度；还能降低汽车振动频率和车轮动载荷，使得汽车获得良好的行驶平顺性、操纵稳定性和行驶安全性，以减小高速行驶过程中车辆对路面的破坏。本文根据商用汽车空气弹簧悬架及空气悬架系统的特性，对整车的影响通过简单的计算，建立出空气弹簧悬架的simulink系统模型，进行仿真分析得到空气弹簧一系列信号的波形，并且与被动悬架进行对比，得到了空气弹簧悬架在汽车行驶时的动挠度和簧上加速度优于被动悬架的结论。
目录
第一章 绪论 1
1.1空气弹簧悬架简介 1
1.2空气弹簧悬架的研究现状与发展趋势 1
1.3本课题的研究内容和意义 3
第二章 系统仿真技术及MATLAB/Simulink语言简介 4
2.1系统仿真技术 4
2.2 MATLAB软件介绍 4
2.3 仿真环境介绍 6
第三章 空气弹簧悬架的理论研究 8
3.1空气弹簧悬架的结构与特性 8
3.1.1空气悬架的结构形式 9
3.1.2空气悬架对整车性能的影响 12
3.2 汽车悬架模型的建立 13
3.2.1 被动悬架模型 13
3.2.2 空气弹簧悬架模型 14
3.3 空气弹簧固有频率的计算 15
3.4 空气弹簧悬架系统模型的建立 15
第四章 汽车悬架悬架模型的仿真 20
4.1 系统模型的仿真分析 20
4.2仿真结果的评价 21
第五章 全文总结 22
致谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1空气弹簧悬架简介
空气弹簧悬架系统在汽车正常行 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
驶的过程中会根据行驶路况的具体情况以及传感器的反馈信号，传递给汽车的中央处理器，然后再传出系统的调节信号，随之系统就会凭借反馈信号来调节空气弹簧的伸长量，进而通过传感器信号二次反馈振动情况，这样就可以去调节空气弹簧的伸缩，以及空气弹簧悬架内部的空气压力，通过压力的调节变化带动弹簧压缩或伸长，在传递杠杆的支撑下来根据路面实况调整车身底盘的离地高度，保证车辆行驶的稳定与安全，也有效地减少了汽车的正常磨损。以上就是空气弹簧悬架系统在正常行驶过程时的工作过程。所以使得汽车在行驶过程中保持良好的抗振性能，从而提高了车辆的乘坐舒适性。首先，要知道在这个系统中，空气弹簧是悬架系统中的重要元件，空气弹簧由带索层的橡胶气囊和泵入空气室的压缩空气所组成，具有刚度可变、固有频率低、变化较小的特点。近几年来，在提高空气弹簧悬架各个研究学者人员做了大量的工作，另外，国外的很多高校和科研院所的人员也对空气弹簧悬架系统进行了大量的不同程度的研究。一般的汽车悬架系统都是由三部分组成，包括弹性元件（本文的空气弹簧）、导向机构（导向调节）、减振器（耗散减压），类似空气弹簧悬架系统中的弹性元件就是起到了载外部冲击，从而主动根据路面状况来消除冲击[1]。导向机构是用来传递车轮和车身之间的因为行驶所承受的所有力和力矩，并根据所收到的冲击信号对车轮进行导向调节。而减振器则是空气弹簧悬架系统中比较复杂的部件，它可以吸收悬架振动时所产生的能量，并且可以将这些能量转化为热量，最后通过冷却耗散，从而使得空气弹簧悬架系统元件振动迅速减弱。综上所述，可以得出这样的结论：空气弹簧悬架系统中的三个组成元件分别起到了缓冲、导向和减振的作用，这三种功能相互协调彼此支持才能够保证最终汽车在行驶时的稳定安全性。
1.2空气弹簧悬架的研究现状与发展趋势
空气弹簧产生于19世纪，最早用于机械设备隔震，美国在1947年首先把空气弹簧应用在汽车上，随后，德国在1964年生产的多种公共汽车上面首次大批次地使用了空气弹簧悬架系统。空气弹簧悬架系统从被发明以来，经历了长时间的研究发展，可以总结为这样的一个过程“气动弹簧气囊复合式悬架→半主动空气悬架→中央充放气悬架（即ECAS电控空气悬架系统）”等多种变化型式[2]。到1953年，技术逐渐成熟这才被大规模的安装于汽车市场上的各种车型上。国外的一些高级轿车以及大中型客车基本都使用了空气悬架系统，在市场上的投放比例已经高达70%以上。在世界汽车市场上较为普遍见到的高档轿车也已经开始配备了空气弹簧悬架系统，比如奔驰、宝马、兰博基尼等小型轿车。对于那些较为特殊的车辆，比如防振系数较高的车、运送病人的救护车等，就只能选择空气弹簧悬架系统。而我国对于空气弹簧悬架系统广泛应用之前技术尚且不够成熟，空气弹簧悬架系统也仅仅是在一些中外合资的汽车公司生产的部分汽车上。研究表明，使用空气弹簧悬架系统，是可以有效改善汽车在沙漠中轮胎打滑不能前进的状况，同样的道理在雪地路面时也可以降低胎压使得摩擦力增强，防止打滑而出现的交通事故。空气弹簧悬架能够防滑，也是当时研发出来之后在市场上拥有突出的优势。
随着我国经济的不断发展，汽车消费者们越来越重视汽车乘坐舒适性及安全稳定性等方面的内容，空气弹簧悬架系统在汽车行驶时具有优越的实用性能，在行驶的过程中，装备有空气悬架系统的汽车，具有较低的固有频率，可以基本保持汽车行驶时车身的高度不变，然后汽车车身的振动频率随着工作负荷的变化而产生较小的变化，并且可有效降低车轮的动载荷，因此在市场竞争中具备较好的操纵稳定性和乘坐舒适性而广受大众喜爱。正是因为汽车空气弹簧悬架系统具有很好的行驶安全性，对道路及车身的破坏也比较小，所以这项系统在许多中、高级客车、SUV、普通轿车和重型载重货车中都得到了广泛的应用。对空气弹簧悬架系统进行建模及仿真分析，并且根据其模型仿真的结果对其性能进行优化，这对汽车空气弹簧系统的发展和应用具有重要的作用。其中，汤建兴[1]等人在2018年研究了空气弹簧悬架的优化控制与联合仿真，有效提高了悬架的设计效率，为悬架的优化控制策略提供了一种可行的方法，空气弹簧悬架系统在消除汽车振动、提高行驶平顺性和乘坐舒适性等方面是其他钢板弹簧无法比拟的。张建文[2]在汽车空气弹簧悬架系统综述中介绍到，空气弹簧悬架系统中的钢板弹簧的自振频率比较低，而这是满足汽车安全行驶所具备的基本要求。
目录
第一章 绪论 1
1.1空气弹簧悬架简介 1
1.2空气弹簧悬架的研究现状与发展趋势 1
1.3本课题的研究内容和意义 3
第二章 系统仿真技术及MATLAB/Simulink语言简介 4
2.1系统仿真技术 4
2.2 MATLAB软件介绍 4
2.3 仿真环境介绍 6
第三章 空气弹簧悬架的理论研究 8
3.1空气弹簧悬架的结构与特性 8
3.1.1空气悬架的结构形式 9
3.1.2空气悬架对整车性能的影响 12
3.2 汽车悬架模型的建立 13
3.2.1 被动悬架模型 13
3.2.2 空气弹簧悬架模型 14
3.3 空气弹簧固有频率的计算 15
3.4 空气弹簧悬架系统模型的建立 15
第四章 汽车悬架悬架模型的仿真 20
4.1 系统模型的仿真分析 20
4.2仿真结果的评价 21
第五章 全文总结 22
致谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1空气弹簧悬架简介
空气弹簧悬架系统在汽车正常行 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
驶的过程中会根据行驶路况的具体情况以及传感器的反馈信号，传递给汽车的中央处理器，然后再传出系统的调节信号，随之系统就会凭借反馈信号来调节空气弹簧的伸长量，进而通过传感器信号二次反馈振动情况，这样就可以去调节空气弹簧的伸缩，以及空气弹簧悬架内部的空气压力，通过压力的调节变化带动弹簧压缩或伸长，在传递杠杆的支撑下来根据路面实况调整车身底盘的离地高度，保证车辆行驶的稳定与安全，也有效地减少了汽车的正常磨损。以上就是空气弹簧悬架系统在正常行驶过程时的工作过程。所以使得汽车在行驶过程中保持良好的抗振性能，从而提高了车辆的乘坐舒适性。首先，要知道在这个系统中，空气弹簧是悬架系统中的重要元件，空气弹簧由带索层的橡胶气囊和泵入空气室的压缩空气所组成，具有刚度可变、固有频率低、变化较小的特点。近几年来，在提高空气弹簧悬架各个研究学者人员做了大量的工作，另外，国外的很多高校和科研院所的人员也对空气弹簧悬架系统进行了大量的不同程度的研究。一般的汽车悬架系统都是由三部分组成，包括弹性元件（本文的空气弹簧）、导向机构（导向调节）、减振器（耗散减压），类似空气弹簧悬架系统中的弹性元件就是起到了载外部冲击，从而主动根据路面状况来消除冲击[1]。导向机构是用来传递车轮和车身之间的因为行驶所承受的所有力和力矩，并根据所收到的冲击信号对车轮进行导向调节。而减振器则是空气弹簧悬架系统中比较复杂的部件，它可以吸收悬架振动时所产生的能量，并且可以将这些能量转化为热量，最后通过冷却耗散，从而使得空气弹簧悬架系统元件振动迅速减弱。综上所述，可以得出这样的结论：空气弹簧悬架系统中的三个组成元件分别起到了缓冲、导向和减振的作用，这三种功能相互协调彼此支持才能够保证最终汽车在行驶时的稳定安全性。
1.2空气弹簧悬架的研究现状与发展趋势
空气弹簧产生于19世纪，最早用于机械设备隔震，美国在1947年首先把空气弹簧应用在汽车上，随后，德国在1964年生产的多种公共汽车上面首次大批次地使用了空气弹簧悬架系统。空气弹簧悬架系统从被发明以来，经历了长时间的研究发展，可以总结为这样的一个过程“气动弹簧气囊复合式悬架→半主动空气悬架→中央充放气悬架（即ECAS电控空气悬架系统）”等多种变化型式[2]。到1953年，技术逐渐成熟这才被大规模的安装于汽车市场上的各种车型上。国外的一些高级轿车以及大中型客车基本都使用了空气悬架系统，在市场上的投放比例已经高达70%以上。在世界汽车市场上较为普遍见到的高档轿车也已经开始配备了空气弹簧悬架系统，比如奔驰、宝马、兰博基尼等小型轿车。对于那些较为特殊的车辆，比如防振系数较高的车、运送病人的救护车等，就只能选择空气弹簧悬架系统。而我国对于空气弹簧悬架系统广泛应用之前技术尚且不够成熟，空气弹簧悬架系统也仅仅是在一些中外合资的汽车公司生产的部分汽车上。研究表明，使用空气弹簧悬架系统，是可以有效改善汽车在沙漠中轮胎打滑不能前进的状况，同样的道理在雪地路面时也可以降低胎压使得摩擦力增强，防止打滑而出现的交通事故。空气弹簧悬架能够防滑，也是当时研发出来之后在市场上拥有突出的优势。
随着我国经济的不断发展，汽车消费者们越来越重视汽车乘坐舒适性及安全稳定性等方面的内容，空气弹簧悬架系统在汽车行驶时具有优越的实用性能，在行驶的过程中，装备有空气悬架系统的汽车，具有较低的固有频率，可以基本保持汽车行驶时车身的高度不变，然后汽车车身的振动频率随着工作负荷的变化而产生较小的变化，并且可有效降低车轮的动载荷，因此在市场竞争中具备较好的操纵稳定性和乘坐舒适性而广受大众喜爱。正是因为汽车空气弹簧悬架系统具有很好的行驶安全性，对道路及车身的破坏也比较小，所以这项系统在许多中、高级客车、SUV、普通轿车和重型载重货车中都得到了广泛的应用。对空气弹簧悬架系统进行建模及仿真分析，并且根据其模型仿真的结果对其性能进行优化，这对汽车空气弹簧系统的发展和应用具有重要的作用。其中，汤建兴[1]等人在2018年研究了空气弹簧悬架的优化控制与联合仿真，有效提高了悬架的设计效率，为悬架的优化控制策略提供了一种可行的方法，空气弹簧悬架系统在消除汽车振动、提高行驶平顺性和乘坐舒适性等方面是其他钢板弹簧无法比拟的。张建文[2]在汽车空气弹簧悬架系统综述中介绍到，空气弹簧悬架系统中的钢板弹簧的自振频率比较低，而这是满足汽车安全行驶所具备的基本要求。
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