基于非线性振动模型的空气悬架特性研究-论文.pdf

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1、、l匐基于非线性振动模型的空气悬架特性研究Researchoncharacteristicsofairsuspensionbasedonnonlinearvibrationmodel申一方，李翔晟，蒋淑霞SHENYi—fang，LlXiang—sheng，JIANGShu．xia(中南林业科技大学机电工程学院，长沙410004)．摘要：本文从空气力学的角度分析了空气弹簧弹力变化过程，引入了多个弹簧参数来计算弹力，然后建立了空气弹簧非线性振动模型。以此为基础在Matlab／Simulink中构建了空气悬架1／4车辆两自由度模型。模拟了车辆的行驶情况，评价了其道路友好性，并与参数相同

2、的被动悬架作比较。结果表明：该非线性振动模型能够正确的模拟空气弹簧工作过程；相同条件下使用空气悬架可减小车辆对道路的损坏，降低公路运输和道路养护支出。关键词：空气悬架；弹簧参数；非线性振动模型；道路友好性中图分类号：U463．33文献标识码：A文章编号：1009-0134(2014)03(下)-0082-04Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2014．03(下)．220引言变，由其内部气体状态来确定其弹力的模型。根据文献[7】，对于空气弹簧，其弹力F可写为：随着我国道路运输业的发展，车辆对道路的F=(尸一f11损坏，即道路友好性的重要性日益凸显J。空气式中

3、，P为空气弹簧绝对气压(Pa)，为标悬架作为一种新型的主动悬架，相较其他种类悬准大气压(Pa)，A为有效横截面积(m)。经过架性能优异，受到了广泛关注]。众多研究人员实际实验可知隅，有效横截面积在空气弹簧工作行对使用空气悬架的车辆道路友好性进行了探索。程内，基本保持不变。郑明军等将空气弹簧刚度拟合为形变量的二次函空气弹簧在工作过程中，气压与体积满足以数，进而评价其道路友好性和行驶平顺性。赵晶下关系：等也基于此模型，加入模糊控制法对空气悬架的Pn=PV=const(2)操纵稳定性和道路友好性进行了联合仿真。但是这上式称为气体状态方程，其中P。为空气弹簧种模型与真实情况出入较大，不能

4、完全模拟空气弹初始气压，V为空气弹簧初始体积，V为空气弹簧簧工作过程。且多将道路友好性与空气悬架其他性工作体积，n为气体多变指数，其数值大于1．34,于能联合仿真，缺乏对道路友好性的单独研究。1．4。本文首先从空气力学的角度建立了空气弹簧为了表示初始体积、工作体积之间的关系，非线性振动模型，然后建立车辆模型，模拟其行引入体积变化率a。它表示空气弹簧体积变化与形驶情况，分析其道路友好性，并与参数相同的钢变量之间的关系，则上述三者的关系可表示为：板弹簧悬架比较，得出了此模型可正确模拟空气V=Vo一(3)弹簧工作过程，且使用空气悬架可改善车辆道路a为负值时表示空气弹簧处于拉伸状态，正值

5、时友好性的结论。表示空气弹簧处于压缩状态；x是空气弹簧形变量。1空气悬架模型联立(1)～(3)式，可得空气弹簧弹力表1．1空气弹簧非线性振动模型达式：空气弹簧弹力的产生和变化是一个复杂的过卜程。以前的研究中多将刚度拟合形变量的二次函数，但却与实际情况相差甚大。空气弹簧非线图1所示为空气弹簧单自由度模型，据(4)性振动模型定义为考虑空气弹簧气压等参数的改式及牛顿第二定律，可建立如下平衡方程：收稿日期：2013-12-16基金项目：湖南省自然科学基金项目(13JJ8001)；中南林业科技大学高层次人才引进基金(1040286)作者简介：申一方(1988一)，男，河北邯郸人，硕士研究生

6、，研究方向为汽车底盘设计。【82】第36卷第3期2014—03(下)I匐化1．31／4车两自由度模型去H～⋯图4所示为1／4车两自由度模型，根据牛顿第二定律，其运动微分方程：式中的m是空气弹簧质量，g是重力加速度。m10(8)m2k(z：一g)=0式中，m是簧载质量，m是非簧载质量，F是空气弹簧弹力，k为轮胎刚度，el是减震器阻尼，q是路面激励，22、22、z2分别是非簧载质量的加图1空气弹簧单自由度模型速度、速度和位移，、1是簧载质量的加速度和速度。由(5)式可知，弹簧处于平衡位置，即初始状态时：【P0一JA=mg(6)由(5)式和(6)式，在Matlab／Simulink中建

7、立空气弹簧非线性振动模型子系统】，系统输入为图41／4车两自由度模型空气弹簧形变量，输出为空气弹簧弹力，如图2所示。本文中采用r，●的●●●某●●●型C、●●空●●，●【气弹簧各项参数：初始根据(8)式及上文1．1及1．2部分，在Matlab／气压P0=0．2MPa，～初始体一积V0=0．0096m，气体多Simulink~建立空气悬架仿真模型”，¨，如图5所变指数n=1．38，体积q一变化c率a_-0．046m／m，标准大示。气压Pa=101325Pa，有效面积A=0．042m