1。3空气弹簧的研究现状

1。3。1国外研究现状

1。3。2国内研究现状

1。4垂向刚度特性

空气弹簧在工作时，由于车辆的振动是上下方向，所以它一般是受一个向上或向下的力，对于竖直方向上空气弹簧的减振效果的研究是最为重要的，这是影响空气弹簧性能的重要参数。如何能够体现空气弹簧弹性特性是首要问题，对此，我选择了用刚度的起伏来代表性能的优劣对，本章节的目的是如何计算得出空气弹簧的刚度，知道了刚度变化，空气弹簧的弹性特性也就呼之欲出了。第一步，我们先建立一个空气弹簧的力学模型[21-22]，模型可表示为：

图1-3 空气弹簧力学模型

力学模型中数据的意义如下:空气弹簧的负载载荷用示意；空气弹簧的刚度变化随着有效面积、空气弹簧气囊体积、压入气体的压强，有效面积变化率及附加气室体积的变化而变化，在这里我们使用来代表上述数据；空气弹簧阻尼则用表示。

空气弹簧的负荷可表示为:

式中，——空气弹簧气囊气体内部气压；

——空气弹簧橡胶气囊外部气压；

——空气弹簧气囊水平横截面积。

空气弹簧工作过程中，受力不断发生变化则空气弹簧的有效面积也是不断改变的，它的值不断发生变化，数值大小就是气囊变化时水平横截面积。空气弹簧在工作行程内变化时，空气弹簧相应改变，这代表着汽车振动幅度不断变化，与之对应的是，空气弹簧为了减振，它的气囊形状也会变化，也就是说气囊内部压力发生了改变。这个时候，我们可以令橡胶气囊里冲入的气体是理想气体，最后就可以得到理想气体条件下的气体状态方程文献综述

式中——静平衡状态下弹簧气囊内部压强；

——静平衡状态下气囊体积；

——多变指数。

    当车辆在路面状况好的情形下行驶时，车辆振动幅度小，空气弹簧弹簧变形速度较慢，也就是气囊变化小。此时，理想气体的状态可以看做是等温过程，；当车辆在路面状况坏的情况下行驶时，车辆振动幅度大时，理想气体的状态近则可以看做是绝热过程，；当然在不考虑路况的情形下，多变指数默认为。

将气体状态方程代入到空气弹簧的静平衡方程中

再将上面计算得到的式子对Z（气囊垂直方向的位移，静平衡时为0，压为正，拉为负）求导，经过推导就能得到垂向刚度的计算公式：

令：；；；。

式中各个参数所代表的含义:

——节流孔空气流量阻尼系数；

——理想状态下腔内气体的比重。

在这里，我们可以做一个理想上的假设。那就是在节流孔的阻尼数值为0的情况下，空气弹簧气囊没有随着车辆的上下振动而改变它的体积，那么我们就可以将刚度的计算公式进行简化

为了能够得出最终的结果，我们可以继续假设空气弹簧在汽车颠簸的过程中的变形不大，则弹簧内外气压差距不明显，两者数值近似，如果有意的忽略其变化，则公式(1-5)可化简为

由上述经过各种假设得到的刚度计算公式可以得到以下结果，当确定时，垂向刚度与总体积关系是一个反向的比例关系，在下面的绘图中，我给出了两者之间的关系。由这张图我们可以了解，在相同条件下，气囊与附加气室的体积越大，空气弹簧的刚度越小，当然这个线性的关系只持续到气囊的3倍体积。