铁道车辆空气弹簧动力学键合图建模及仿真

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某型轨道车辆悬挂系统动力学建模与优化设计

某型轨道车辆悬挂系统动力学建模与优化设计随着城市轨道交通的不断发展，轨道车辆已经成为人们出行的主要方式之一。

而在轨道车辆的设计中，悬挂系统的作用尤为重要。

悬挂系统不仅能够保护乘客的安全，还能够提高车辆的运行效率。

因此，对悬挂系统的动力学建模与优化设计成为轨道车辆设计中的重要课题。

一、动力学建模悬挂系统是轨道车辆中最为复杂的系统之一。

它由车体、车轮、弹簧、减震器等组成，能够有效地减小车体与轮轨之间的震动。

在进行动力学建模时，需要考虑到这些组成部分之间的相互作用。

1.车体运动方程车体的运动方程是悬挂系统动力学建模的基础，它是控制车体运动的核心。

车体的运动方程可以分为纵向运动和横向运动两个方面。

在纵向运动中，车体受到曲径半径变化和斜坡高度变化的影响。

在横向运动中，车体受到曲线曲率和横向加速度的影响。

2.车轮运动方程车轮的运动方程也是悬挂系统动力学建模中的重要组成部分。

车轮的运动受到车体和轮轨之间的摩擦力，以及摩擦力方向的变化等因素的影响。

对车轮的运动方程的建立能够更加准确地反映车辆的行驶状态。

3.弹簧和减震器运动方程弹簧和减震器是悬挂系统中的核心部件，对于车辆的悬挂效果具有至关重要的影响。

在建立弹簧和减震器的运动方程时，需要考虑到它们吸收和释放能量的过程，以及它们与车体、车轮之间的相互作用。

二、优化设计悬挂系统的优化设计是悬挂系统动力学建模的重要应用之一。

通过对悬挂系统的结构和材料等参数进行优化，可以达到减小车辆震动、提高车辆安全性和乘坐舒适性、降低车辆维护成本等目的。

1.结构优化结构优化是悬挂系统优化设计的核心，它能够通过对悬挂系统的结构进行合理化设计，达到减小车辆震动、降低车辆噪音、提高车辆安全性、降低车辆维护成本等目的。

在进行结构优化时，需要考虑到悬挂系统的材料、强度、刚度和减震器的特性等因素。

2.材料优化材料优化是悬挂系统优化设计的重要组成部分，它能够通过优化悬挂系统的材料选择，达到减小车辆震动、提高车辆安全性和乘坐舒适性、延长车辆使用寿命等目的。

中低速磁浮车辆空气弹簧动力学建模及其应用研究

第 36 卷第 6 期2023 年12 月振动工程学报Journal of Vibration EngineeringVol. 36 No. 6Dec. 2023中低速磁浮车辆空气弹簧动力学建模及其应用研究王相平1，李星1，王剑锋2，吴少培1，丁旺才1，李国芳1（1. 兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070；2. 包头铁道职业技术学院铁道机车车辆系，内蒙古包头 014060）摘要: 建立合理的适用于中低速磁浮车辆的空气弹簧动力学模型是预测中低速磁浮车辆动力学性能的必要条件。

基于振动力学与弹性力学基本原理，建立了中低速磁浮车辆空气弹簧系统非线性动力学模型，依据测试结果辨识了系统参数，试验验证了模型的准确性，并结合线路动态测试结果对比了线性模型与非线性模型的差异。

结果表明：空气弹簧在±70 mm有效行程范围内，其垂向载荷‑内压‑位移之间呈三次函数关系，行程大于70 mm时，载荷‑位移呈线性关系；磁浮车辆空气弹簧横向刚度极大，可以分段线性近似表示；直线线路车辆速度大于30 km/h以及曲线线路半径小于100 m时，线性模型计算结果偏差较大，非线性模型计算精度显著高于等效线性模型。

研究结果可为中低速磁浮车辆设计、动力性能预测提供理论依据。

关键词: 中低速磁浮车辆；空气弹簧；橡胶气囊；结构特征；动态特性中图分类号: U260.331+.4 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2023）06-1527-12DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2023.06.007引言中低速磁浮交通是中国具有自主知识产权的新技术，近年来得到了广泛发展。

空气弹簧悬挂系统作为中低速磁浮车辆的关键隔振部件，其动力学性能直接影响车辆的安全性、舒适性，是决定中低速磁浮车辆发展前景的重要因素［1‑2］。

近年来，以线性弹簧、阻尼并联的空气弹簧等效模型因其简单、高效的计算优势而被广泛应用于中低速磁浮车辆动力学模型中［3‑6］，但难以准确表征空气弹簧系统的幅频依赖性也致使其计算结果存在较大误差［7］。

高速列车车辆制动系统的动力学模型建立与仿真

高速列车车辆制动系统的动力学模型建立与仿真摘要：高速列车的安全性与可靠性是保障铁路运输安全的重要因素之一。

其中，车辆制动系统作为高速列车中的核心组成部分，对列车的制动性能起着至关重要的作用。

本文旨在建立高速列车车辆制动系统的动力学模型，并通过仿真分析，有效评估车辆制动系统的性能，为高速列车的运行安全提供参考和指导。

1. 引言随着高铁的快速发展，高速列车的运行速度不断提升，因此对高速列车的制动性能要求也越来越高。

而车辆制动系统作为高速列车的关键部件之一，对车辆的安全制动起着至关重要的作用。

因此，建立高速列车车辆制动系统的动力学模型，成为评估车辆制动性能、提高列车运行安全性的关键一步。

2. 高速列车车辆制动系统的动力学模型车辆制动系统是一个复杂的机电系统，主要包括制动盘、制动鼓、制动油缸、制动管路等。

为了建立高速列车车辆制动系统的动力学模型，我们需要考虑以下几个关键因素：2.1 制动盘和制动鼓的摩擦力模型制动盘和制动鼓之间的摩擦力模型是动力学模型的核心之一。

该模型考虑了制动盘和制动鼓之间的接触面积、材料特性、摩擦系数等因素，以准确描述制动力的变化规律。

2.2 制动油缸和制动管路的力模型制动油缸和制动管路主要负责传递制动力，并控制制动系统的工作状态。

其力模型需要考虑从制动踏板传递到油缸的力矩传递过程以及制动力的大小和方向等因素。

2.3 制动系统的动力学特性制动系统的动力学特性主要包括制动灵敏度、制动力的响应时间、制动力的稳定性等。

通过建立相关动力学模型，可以分析制动系统的性能指标，并评估其对列车制动性能的影响。

3. 车辆制动系统的仿真分析建立了高速列车车辆制动系统的动力学模型后，可以进行仿真分析，以评估制动系统的性能。

仿真分析可以从以下几个方面展开：3.1 制动距离的预测通过模拟高速列车在不同制动工况下的制动距离，可以准确预测列车在紧急制动情况下的制动距离，进而评估制动系统的制动能力。

3.2 制动力的响应特性分析通过仿真分析制动力的响应特性，可以评估制动系统的制动力大小、稳定性及响应时间等指标，进而考察制动性能的优化空间。

高速动车组空气弹簧动力学特性及其故障模式

使用维护高速动车组空气弹簧动力学特性及其故障模式刘志贺(上海中车艾森迪海洋装备有限公司，上海201306)摘要:在我国高速铁路发展的过程中，动车的使用原来越广泛，其使用的安全性成为了当前中国铁路致力研究的问题。

在研究的过程中，空气弹簧悬挂系统成为了主要研究的装置之一，能够有效提高动车组的动力学性能，但是在应用中也显示出了一些问题。

据此，主要对其特性及故障模式下的运行展开探讨。

关键词:高速动车；空气弹簧动力学；故障模式随着我国经济的发展，高速铁路网日益的密集对高速列车运营的质量提出了更加严格的要求，人们出行次数的增加也对高速列车的舒适感提出了更高的要求。

在高速动车的运行装置中，在悬挂系统中应用空气弹簧能够有效提升动车运行的安全性和舒适性,研究其故障模式有利于进一步提升高速动车组的可靠性。

1高速动车组空气弹簧动力学特性空气弹簧是一种有弹性作用的非金属弹簧，它的弹性主要是通过在橡胶气囊里空气的可压缩性来实现的。

其应用在动车组的悬挂系统中，很大程度上提高了动车运行的质量,在实际使用中显示出了以下特性:(1)高度调整阀对空气弹簧进行充气和排气的工作，维持空气弹簧在工作时一定的高度，能够使高速动车组不管在什么载荷情况下都能保持车体和轨道面一定的距离。

(2)由于空气弹簧的垂向柔性较大，因此能够使高速动车的二系悬挂系统保持较低的固有频率，空气弹簧的作用类似于低通滤波器,能够隔离转向架较高频率的振动。

(3怪气弹簧具有垂向刚度,能够在载荷增加的时候也随之增加，帮助高速动车组在不同载荷的情况下都保持固有的频率，从而提升动车组的动力学性能。

(4：)空气弹簧的振动是以气体作为媒介的，气体对高频振动的吸收效果较好個此能减小动车运行的噪音，保证乘客乘坐动车的舒适感。

(5)空气弹簧在和附加空气室交换气体时产生的阻力能够在一定情况下代替垂向液压减振器，能够节省动车的结构空间，降低制造成本。

(6怪气弹簧X较低的水平刚度，保证了较大的横移量，因此在高速动车组的转向架中，可以取消摇动台装置,简化转向架的结构，减轻车辆自身的重量。

汽车空气悬架系统动力学仿真与分析

重型载货汽车空气悬架系统动力学仿真与分析梁世龙张贵豪孙博康明摘要随着我国经济地位的增强和人民生活质量的提高，人们对载货汽车的性能提出了更高的要求，大功率化、轻量化、高速、安全、舒适是未来重型载货汽车的发展方向。

目前我国载货汽车的悬架系统主要还是钢板弹簧悬架，这种形式的悬架由于刚度较大、偏频过高、自身质量过重，平顺性不理想，不符合我国商用车的发展方向。

本文主要以某重型载货汽车的空气悬架系统作为研究对象，对一体式空气弹簧减振器进行了简单的力学特性分析及其空气弹簧刚度特性分析，并建立了相应的物理模型及数学模型；并应用 Matlab/Simulink 仿真软件对其进行建模仿真分析，得到空气悬架汽车二自由度模型的仿真结果，并进行相应分析。

（1）空气悬架系统动力学分析。

介绍空气悬架的结构组成、系统动力学模型并建立重型载货汽车1/2车辆仿真模型，应用matlab对其进行仿真。

（2）空气悬架特性分析。

从空气弹簧的特点、高度计算、刚度计算、频率计算及系统物理模型的建立几方面对空气弹簧特性进行了分析研究，并对比了传统钢板弹簧的性能特点，总结出了空气弹簧的性能优点。

（3）汽车二自由度系统模型的仿真分析。

首先对整车系统的传递特性、影响汽车平顺性的指标（车身加速度、悬架动挠度及轮胎动载）及系统响应均方根值计算的方法进行了分析研究。

然后进行了B级路面模型的建立和校验。

最后在车辆1/2仿真模型的基础上，对其仿真模型进一步简化为二自由度模型，并基于Simulink模块搭建仿真模型，把模糊控制理论和PID控制理论二者结合起来，设计出模糊 PID 控制器，在白噪声路面和不同的行驶车速输入下进行平顺性仿真试验，比较被动悬架系统、和模糊 PID 控制悬架系统的仿真试验结果。

归纳总结：根据整车模型的仿真结果，相对于被动悬架系统模糊PID控制能够提高汽车的平顺性，从而采用空气悬架系统后，整车的舒适性得到了明显改善。

关键词重型载货汽车;空气悬架;动力学;仿真目录摘要 (I)1 引言 (1)2 动力学理论分析 (2)2.1 空气悬架的结构组成 (2)2.2 空气悬架系统动力学模型 (3)2.3 空气悬架系统仿真数学模型 (4)3路面模型的建立与验证 (7)3.1 B级路面的生成 (7)3.1.1空间功率谱 (7)3.1.2 时间功率谱 (7)3.1.3 建立时域模型 (8)3.2 B级路面验证 (9)4 整车系统的传递特性 (11)4.1 整车系统的传递特性 (11)4.2座椅处加速度、车身加速度、悬架弹簧动挠度和车轮相对动载的幅频特性11 4.2.1 座椅处加速度和车身加速度的幅频特性 (11)4.2.2 前轮和后轮相对动载F di/G i对q̇的幅频特性 (11)4.2.3 前悬架和后悬架动挠度f d1和f d2对q的幅频特性 (11)4.3系统振动响应均方根值的计算 (11)5空气弹簧特性分析 (13)5.1 空气弹簧的特性 (13)5.2 空气弹簧的高度计算 (14)5.3空气弹簧的刚度计算及分析 (16)5.4 空气弹簧频率的计算方法 (17)5.5 空气悬架系统模型的建立 (18)5.6 空气悬架与传统钢板弹簧性能差异 (19)6悬架控制系统设计及仿真分析 (20)6.1 模糊PID控制器的设计 (20)6.1.1 模糊PID控制原理 (20)6.1.2 输入输出变量的模糊化 (20)6.1.3 模糊控制规则的建立 (21)6.2 模型的建立及结果分析 (23)7 总结与望 (28)参考文献 (29)附录 (30)1 引言悬架是汽车上的重要组成部件，其任务是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，以保证汽车能平顺行驶，提高人们乘坐汽车的舒适性。

含持续预载的旋转弹簧振动系统键合图建模与仿真

含持续预载的旋转弹簧振动系统键合图建模与仿真唐进元;陈海锋【摘要】针对键合图难以表达的弹簧初始载荷的添加和保持问题,以含持续预载的旋转弹簧振动系统为研究对象,用两个容性元件描述含持续预载的弹簧,根据振动系统的拉格朗日方程,建立整个系统的键合图模型,采用20 - sim仿真软件对含有持续预载和不含持续预载的模型分别进行仿真,研究其对质量块振动特性的影响,为验证键合图模型的正确性,运用ADAMS软件对系统进行动力学仿真,两种软件仿真结果进行对比,验证含持续预载的旋转弹簧振动系统键合图模型的正确性.%Aiming at the problem of adding and keeping pre-loading of spring which was difficult to express with bond graph, a vibrating system containing a rotating and sustainably pre-loading spring was selected as a subject to be studied. The sustainably pre-loading spring model was deseribed by using two 1-port capacitors and the bond graph model of the vibrating system was established based on Lagrange equations. In order to study the influence of the sustainably preloading spring on dynamic characteristics of the mass, the advanced software 20-sim was used to simulate the dynamic behavior of the model. Finally, the results were compared with those using ADAMS to check the bond graph model and verity its credibility.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2011(030)005【总页数】5页(P127-130,144)【关键词】持续预载;弹簧;键合图理论;动力学仿真;20-sim【作者】唐进元;陈海锋【作者单位】中南大学,现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室,中南大学,机电工程学院,长沙,410083;中南大学,现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室,中南大学,机电工程学院,长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TH113.1键合图是研究振动系统的有效工具，采用图形化建模，物理意义直观，振动系统中的质量块、弹簧以及阻尼、无论具有线性还是非线性特性，都可以用键合图中的惯性、容性和阻性元件予以相应的描述［1］。

高速列车空气动力特性仿真与优化设计

高速列车空气动力特性仿真与优化设计随着人们生活水平的提高，人们越来越追求速度与舒适度。

高速列车作为现代交通工具的代表，越来越被广泛使用。

然而，高速列车行驶过程中会受到空气动力的影响，从而对安全和舒适度造成影响。

因此，对高速列车的空气动力特性进行仿真与优化设计已成为重要的研究方向。

一、高速列车空气动力特性简介高速列车在行驶过程中，会产生气动力作用，该作用是由空气分子与列车表面相互作用而产生的。

为了降低空气动力对列车的负面影响，需要对高速列车的空气动力特性进行深入研究。

1. 空气动力特性的组成高速列车的空气动力特性可以分为阻力、升力、侧力和迎风面风压等四个部分。

其中，阻力指的是空气对列车运动产生的负向力，它会影响列车速度和能耗；升力是指空气对列车底部产生的向上力，如果存在不平衡则会影响弯曲情况；侧力是指空气对列车的横向力，这意味着列车需要具备足够的横向稳定性；迎风面风压是指空气对列车前端产生的静压力，它会对车厢内的噪声和空气质量产生影响。

2. 影响空气动力的因素空气动力特性的产生不仅与车体本身的形状有关，还与运动状态、行驶环境、工作条件等多种因素有关。

运动状态的影响主要表现为列车速度与风向角，当速度越高、风向角越大时，列车所受到的气动力也相应增大。

行驶环境主要指风速、风向、气压等气象条件，对车辆气动性能影响较大。

工作条件则与列车的制动、加速、转弯、偏摆等操作有关，操作不当可能会影响列车的空气动力性能。

二、高速列车空气动力仿真空气动力特性是列车设计与生产中的一个重要环节，而仿真技术可以大大缩短设计周期和降低制造成本。

高速列车的空气动力仿真一般包括几何建模、网格划分、求解、后处理等步骤。

1. 几何建模高速列车的几何建模主要分为手工建模和CATIA建模两种方式。

手工建模是针对条件简单和低精度要求的情况，通常使用底层CAD软件快速创建基本的几何模型，然后基于模型进行后续计算。

CATIA建模则是在高精度和复杂条件下进行的，它可以根据具体需求进行单体建模或组装建模。

铁道车辆车体弹性振动用三维解析模型的参数确定方法_1

铁道车辆车体弹性振动用三维解析模型的参数确定方法发布时间：2022-08-10T03:21:46.252Z 来源：《城镇建设》2022年第5卷第3月第6期作者：李斌[导读] 现阶段，我国的铁道车辆工程建设越来越多李斌南宁轨道交通运营有限公司广西南宁市 530000摘要：现阶段，我国的铁道车辆工程建设越来越多，对铁道车辆车体的弹性振动有效降低，可以提高乘坐舒适度。

为研究有效的减振方法，需建立高精确度的数值解析模型。

本文首先分析了车体振动测试，其次探讨了扩展箱式模型，然后研究了参数确定法，最后就三维力-位移的统计模型的简化进行研究，以供参考。

关键词：车体;弹性振动;解析模型;参数确定引言目前常用的获取地铁车辆车体结构振动信号的方法有现场测试和动力学仿真。

现场测试是在地铁车辆实际运行过程中利用传感器采集测点的振动信号，动力学仿真是在动力学软件中构建地铁车辆动力学模型并进行仿真计算，从而获取测点的振动信号。

现场测试的结果较为真实，但是经济成本较高，且易受到测试条件的限制。

而动力学仿真模型构建难度大，且由于模型和激励简化的原因，导致结果会存在一定误差，需对计算结果与实际测量结果进行验证来修正仿真模型。

1车体振动测试为了获取地铁车辆车体关键连接结构振动特性，在中车某车辆厂的静调线上进行了地铁车辆车体关键连接结构振动试验。

在试验过程中，为了获取关键连接结构振动，在相应位置处分别布置加速度传感器。

关键连接结构以司机室底铆螺母安装处和左侧车顶吊挂梁安装螺栓处为例说明。

司机室底铆螺母安装处位于司机室底部的车体底架下端，用于连接司机室与车体底架，此处连接结构刚度较低，容易产生较大振动；左侧车顶吊挂梁安装螺栓用于吊挂梁与车体的连接，而车顶吊挂梁用于承载空调机组及受电弓，因而左侧车顶吊挂梁安装螺栓承受载荷较大，在受到振动时，容易产生松动。

2扩展箱式模型2.1车体模型在该模型中，车顶板、地板、侧墙版和端墙板都是用非均质3D弹性体建模的。

高速列车系统动力学空气弹簧建模方法研究

高速列车系统动力学空气弹簧建模方法研究戚壮;李芾;黄运华;虞大联【摘要】高速列车空气弹簧动力学模型主要分为三类:定刚度与定阻尼并联的线性模型、基于流体力学与气动力学原理的非线性模型以及考虑整体气动悬挂系统的完全模型.通过准静态动力学特性分析和高速动车组动力学模拟计算得出,非线性模型与完全模型具有相似的回滞曲线,线性模型具有较高的阻尼特性,但是在三种空气弹簧模型下计算出的车辆运行安全性指标具有较一致的结果.研究结果表明,在高速动车组动力学计算中,对于运行安全性指标,用空气弹簧线性模型即可满足工程要求;而对于平稳性指标,需要用非线性模型或完全模型进行建模,才能与实际更加接近;由于完全模型所需要确定的物理量较多,故在实际应用中建议采用非线性模型.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2014(033)012【总页数】7页(P63-68,105)【关键词】空气弹簧;高速列车;建模方法;系统动力学【作者】戚壮;李芾;黄运华;虞大联【作者单位】西南交通大学机械工程学院,成都610031;西南交通大学机械工程学院,成都610031;西南交通大学机械工程学院,成都610031;南车青岛四方股份国家工程实验室,山东青岛266111【正文语种】中文【中图分类】U270.33作为二系悬挂装置，空气弹簧目前已广泛应用于现代高速列车上。

由于空气弹簧是一个多物理变量的非线性系统，如何在高速列车动力学计算中建立空气弹簧模型，已成为国内外学者研究的焦点。

Oda等［1］利用“弹性支撑阻尼”系统建立了适用于更宽频域范围的“Nishimura”模型，但是该模型并没有考虑气体在管路中的惯性效应。

Krettek 等［2］基于流体力学与气动力学原理，简化了空气弹簧的计算公式，建立了空气弹簧非线性气动模型。

Nieto等［3－5］基于空气热动力学原理，对橡胶气囊、附加空气室、节流孔和其间的连接管路分别进行建模，再将其用统一的微分方程组进行描述。

空气悬架车辆动力学性能仿真分析与研究

10.16638/ki.1671-7988.2017.21.018空气悬架车辆动力学性能仿真分析与研究沈涛，李飞，苏天晨，赵金悦（华晨汽车工程研究院能量管理室，辽宁沈阳110141）摘要：文章基于非线性动力学理论，对膜式空气弹簧悬架进行了理论分析与试验研究，建立了空气弹簧悬架系统的动力学模型。

在此基础上，对空气弹簧悬架系统进行动力学求解，分析其动力学行为，以及可能发生的混沌现象的临界条件。

然后，基于ADAMS/Car软件进行了整车仿真模型的建立，提出了在整车系统中对空气悬架的特性及发生的混沌现象进行分析。

提出了以整车操纵稳定性为目标函数，通过优化悬架设计点，缓解空气悬架的混沌现象，并在一定程度上改善了整车的操纵稳定性。

关键词：空气弹簧；非线性动力学；混沌；ADAMS；操纵稳定性中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)21-48-05Research and Simulation Analysis of Dynamic Performanceon Air Suspension and VehicleShen Tao, Li Fei, Su Tianchen, Zhao Jinyue（Brilliance Automotive Engineering Research Institute Energy Management Section, Liaoning Shenyang 110141）Abstract:Based on the nonlinear dynamics theory, the membrane type air spring suspension is studied theoretically and experimentally, and the dynamic model of the air spring suspension system is established. On this basis, the dynamics of the air spring suspension system is solved, and the dynamic behavior and the critical conditions of the chaotic phenomena are analyzed. Then, the whole vehicle simulation model is built based on ADAMS/Car software, and the characteristics of the air suspension and the chaotic phenomena are analyzed. The vehicle handling stability is taken as the objective function, and the chaos of the air suspension is alleviated by optimizing the suspension design point, and the handling stability of the whole vehicle is improved to a certain extent.Keywords: Air Spring; NonlinearDynamics; Chaos; ADAMS; Handling StabilityCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)21-48-05前言随着社会经济的发展，用户越来越最求汽车更好的乘坐舒适性及安全稳定性，汽车底盘悬架系统作为整车的最重要部分之一，其性能的好坏直接影响了汽车整体的性能。

列车空气制动与纵向动力学集成仿真

ＴｈｅＩｎｔｅｒａｔｅｄＭｏｄｅｌｏｆＴｒａｉｎＡｉｒＢｒａｋｅａｎｄＬｏｎｉｔｕｄｉｎａｌＤｎａｍｉｃｓｇｇｙ
１２３１，，ＺＷＥＩＷｅｉＨＡＯＸｕｂａｏＪＩＡＮＧＹａｎＨＡＮＧＪｕｎ，Ｚ－
第３４卷第４期２０１２年４月
铁道学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＣＨＩＮＡＲＡＩＬＷＡｏ．４ｒｉｌ０１２Ａ２ｐ
（）文章编号：１００１８３６０２０１２０４００３９０８－－－
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汽车空气悬架弹簧支架的动力学仿真与有限元分析一体化疲劳寿命计.

汽车空气悬架弹簧支架的动力学仿真与有限元分析一体化疲劳寿命计算赵韩1钱德猛1魏映2,31. 合肥工业大学, 合肥,2300092. 空军第一航空学院, 信阳,4640003. 东南大学, 南京,210096摘要:简述了弹簧支架在汽车整个空气悬架系统中的作用, 针对某种型号客车的空气悬架, 应用多体动力学软件ADAMS 构建了悬架的虚拟样机, 进行了动力学仿真分析。

应用ANS YS 软件对弹簧支架进行了分析, 计算了弹簧支架的应力、变形特性和疲劳寿命。

关键词:弹簧支架; 虚拟样机; 动力学仿真; 有限元分析; 疲劳寿命中图分类号:U463文章编号:1004-132Ⅹ(2005 13-1210-04Analysis to B end F atigue Life for Spring B rackets of Air SuspensionB ased on Virtual Prototype T echnology and Finite Element MethodZhao Han 1Qian Demeng 1Wei Y ing 2,31. HeFei University of Technology , HeFei ,2300092. The First Aviation Instit ute of t he Air Force ,Xinyang ,4640003. Sout heast U niversity , NanJing ,210096Abstract :The paper briefly specified what role t he sp ring bracket played as a part of air suspen 2sion system. Firstly , t he virt ual prototype of air suspension of some kind of passengers automobile was established using ADAMS and t he dynamic simulation was carried out. Then t he interested part was picked up and t he finite element analysiswas completed using t he software ANS YS. The st ress , distortion characteristics and fatique life of t he sp ring bracket are obtained.K ey w ords :sp ring bracket ; virt ual p rototype ; dynamic simulation ;finite element analysis ;fatigue life收稿日期:2004-06-240引言随着汽车技术的发展和人们生活水平的提高, 人们对汽车的舒适性要求越来越高。

CRH2-300型动车组构架结构建模与动力学分析共3篇

CRH2-300型动车组构架结构建模与动力学分析共3篇CRH2-300型动车组构架结构建模与动力学分析1CRH2-300型动车组是中国高速铁路网中常见的动车组之一。

由于其出色的性能和舒适的乘坐体验，这种高速列车受到广泛欢迎。

本文将探讨CRH2-300型动车组的构架结构建模和动力学分析。

CRH2-300型动车组由动力车和拖车两种车型组成。

其构架结构由车体、传动机构和悬挂系统三部分组成。

车体包括铝合金车体壳体、盘式转向架、车门、车窗等部件。

传动机构包括电机、齿轮箱、轮轴等部件。

悬挂系统则由弹簧、减震器、横隔板等组成。

这些部件在构成CRH2-300型动车组的同时，也参与着列车的运动学和动力学运算。

构架结构建模是研究CRH2-300型动车组性能的基础。

建模可分为几个步骤。

首先要确定模型所涉及的构件以及它们之间的关系。

其次要选择合适的建模工具，这些工具包括有限元分析软件和多体仿真软件等。

最后还需要对模型进行参数化和验证，这可以通过实验或对比分析来实现。

一旦构架结构建模完成，就可以进行动力学分析。

动力学分析主要涉及列车的力学特性和动力特性。

所谓力学特性是指列车受到各种力的影响时的行为表现，这些力包括曲线半径变化、弯道半径、横向风力等。

动力特性则是描述列车动力性能的参数，包括加速度、牵引力、制动力等。

通过动力学分析可以优化CRH2-300型动车组的设计。

例如，结合列车受力情况可以优化车体的圆形度和导向性能。

结合动力特性可以优化电机的位置和齿轮箱传动比等。

这种优化不仅可以提高列车的性能，还可以降低其能耗和噪音，提高乘坐舒适度。

总之，CRH2-300型动车组是中国高速铁路网中的代表性动车组。

它的构架结构和动力学特性对其性能具有重要影响。

本文探讨了CRH2-300型动车组的构架结构建模和动力学分析，展示了如何通过这些工具优化列车设计通过对CRH2-300型动车组的构架结构建模和动力学分析，可以为优化车辆性能提供重要的参数参考。

汽车空气悬架建模与仿真分析

汽车空气悬架建模与仿真分析摘要：悬架是汽车的重要总成之一，它对汽车的平顺性和操纵稳定性有很大的影响。

在汽车悬架系统的设计和开发过程中，其运动学、动力学和采用控制策略的计算分析占有十分重要的地位。

空气弹簧具有优良的弹性特性，用在车辆悬挂装置中不仅能大大改善车辆的动力性能，显著提高车辆的运行舒适度；还能降低汽车振动频率和车轮动载荷，使其获得良好的行驶平顺性、操纵稳定性和行驶安全性，减小高速行驶车辆对路面的破坏。

本文就汽车空气弹簧悬架及空气悬架系统的特点，对整车的影响通过简单计算，再把计算的结果输入计算机，由计算机模拟出图形，我们将得到研究结果。

关键词：汽车空气悬架、空气弹簧、建模、计算机仿真1 引言30年代初，美国法尔斯通轮胎和橡胶公司第一次真正把空气弹簧用于汽车工业。

哈维•法尔斯通在其好友亨利•福特一世和托马斯阿瓦•爱迪生的技术支持下，研制出了空气柱形式的空气弹簧悬架系统。

于是在1934年就诞生了AIREDE空气弹簧。

51年前，美国纽威•安柯洛克国际公司（Neway Anchorlok lnternational）成立时即作为一家架车悬架系统的生产厂家，为公路和非公路行驶的重型机车设计和制造钢板弹簧悬架系统。

由于纽威在重型车辆市场上取得了成功，后来就向高速公路车辆悬架系统方向发展。

35年前，纽威向市场上投放了世界上第一种实际应用的空气悬架系统。

从此以后，纽威开发出一系列空气悬架产品，应用于世界各地的客车、载货车和架车。

纽威提供的空气悬架产品约占北美和欧洲用于客车、载货车和架车市场的70％。

2 发展趋势随着高档客车制造技术的引进以及人们对舒适性要求的提高，加上国家对客车等级划分的标准要求，空气悬架才开始在我国逐步应用起来。

目前空气悬架主要集中应用在高等级客车上，但是受多方面因素的制约，空气悬架的配置率仍然很低，基本上还属于“导入”阶段。

中国是最新的前沿阵地，正在把钢板弹簧更换为空气悬架弹簧。

空气悬架发展的历史经验告诉我们，引入空气悬架的国家一般是首先将其用于客车，随后就向载货车和架车方向发展，中国也会有这样的发展过程。

CRH2动车组空气弹簧垂向力学性能分析

CRH2动车组空气弹簧垂向力学性能分析空气弹簧属于具有自适应性弹性元件，刚度可随载荷的变化而适当调节。

目前随着铁道车辆轻量化、高速化发展，空气弹簧发展与应用前景更为广阔了。

我国的CRH系列动车组也均采用了空气弹簧作为二系悬挂。

在以往的研究中往往将胶囊内的气体压力简单处理为胶囊内壁压力，本文在计算过程中采用空气单元模拟胶囊内空气。

研究以CRH2动车组空气弹簧为研究对象，采用ABAQUS有限元软件分析其垂向刚度。

1 空气弹簧非线性成分分析1.1 橡胶材料计算模型空气弹簧的胶囊是空气弹簧的主要承载部件，是由交叉的多层帘线层和橡胶层组成的复合材料结构，是典型的非线性材料。

空气弹簧中的下座橡胶堆部分和胶囊部分都采用了橡胶材料。

在计算过程中假设空气弹簧系统中橡胶材料的体积是不可压缩的，并且在实际情况下胶囊和橡胶堆的橡胶材料实际变形不是很大，故可采用Mooney-Rivlin模型。

（1）1/ 5（2）（3）式中：C10，C01为超弹性材料参数；I1，I2为第1和第2应变常量；λ1，λ2，λ3为3个主拉伸方向的伸长量。

1.2 帘线的处理研究空气弹簧胶囊铺层中的帘线层数为2层。

帘布层作为空气弹簧的主要承载部分，采用高强度的纤维尼龙材料。

在本文分析模型中，胶囊模型采用壳体单元，帘线层采用rebar单元，帘线层相对于胶囊子午线方向分别成8°和-8°布置，帘线层厚度为1mm，帘线横截面面积为1mm2，在壳体内的间距为3.5mm，rebar单元材料选取16Mn钢，杨氏模量为0.21Mpa，泊松比0.3。

1.3 气体单元在动车组实际运行中，簧上质量的变化改变了胶囊的形状，进而改变了胶囊内部气体的压力，从而实现支反力和载荷的动态平衡，保证了乘坐舒适性。

在本文研究中，假设胶囊内的气体为理想气体，并且温度是恒定不变的，即等温变化。

由理想气体方程：（4）式中，P-气压，V-容积，n-摩尔数，R-气体常数，T-温度。

基于SolidWorks的空气弹簧三维建模方法研究

基于SolidWorks的空气弹簧三维建模方法研究0 引言空气弹簧是利用橡胶气囊内部压缩空气的反力作为弹性恢复力的一种弹性元件。

由于其良好的非线性特性，在车辆上得到广泛的应用。

目前，随着计算机技术的快速发展和有限元计算理论的不断成熟，对空气弹簧进行仿真分析与试验相结合是空气弹簧研究开发的趋势，而建立三维建模是仿真分析的前提，三维模型的建立越来越受重视。

笔者介绍了空气弹簧的原理，建立了空气弹簧的三维模型，为空气弹簧的仿真分析打下了基础。

1 空气弹簧结构根据橡胶气囊工作时的变形方式，空气弹簧的结构形式主要分为囊式和膜式两大类，如图1、2所示。

其中橡胶气囊是空气弹簧的重要部件，一般由内橡胶层、外橡胶层、帘线层和成型钢丝圈硫化（交联）而成。

图1 囊式空气弹簧图2 膜式空气弹簧2 空气弹簧原理空气弹簧工作原理是利用橡胶气囊内部压缩的空气，空气弹簧的支承和弹性作用主要取决于弹簧内的压缩气体。

容积比与气体压缩系数基本上决定了理想空气弹簧的性能。

一般采用以下气体定律描述压力和容积的关系：若气体质量m为常数，则压力和容积的关系为空气弹簧的承载力F可表示为式中：pi为空气弹簧内气体工作压力；Ae为空气弹簧有效承压面积。

通过承载力F对弹簧行程s求导可得空气弹簧刚度k。

空气弹簧工作时其内部气体满足气体状态方程，即式中：p为空气压力；pa为大气压力；V为空气体积；C为常数；n为气体的多变指数。

多变指数n的选择取决于空气弹簧变形的速度，变形慢时可视为等温过程，n≈1；变形快时为绝热过程，n≈1.3～1.4。

将式(3)两边对弹簧行程s求导，得式中：负号表示弹簧内气体压力变化趋势与容积变化趋势相反，在计算刚度时取其绝对值，其中δV/δs=Ae。

将式(4)代入式(2)，得空气弹簧刚度的一般表达式可见，空气弹簧的有效承压面积Ae及其变化率δAe/δs、橡胶气囊内空气容积和工作压力对空气弹簧刚度有显著的影响。

3 空气弹簧的实体建模以某种型号膜式空气弹簧为参考，在SolidWorks中进行实体建模。

基于虚拟疲劳试验的城市轨道交通车辆空气弹簧寿命评估方法

基于虚拟疲劳试验的城市轨道交通车辆空气弹簧寿命评估方法张国富;方宇;蔡彦哲;代宁【摘要】以上海地铁某型空气弹簧胶囊为研究对象,提出了一种基于Abaqus+ Simpack+ Fe-safe虚拟联合仿真试验平台的复合橡胶材料疲劳寿命评估方法.通过该虚拟仿真模拟技术,实现了空气弹簧的疲劳寿命评估和损伤原因分析.本方法的研究对合理确定空气弹簧检修周期、节约维修成本具有一定意义,同时该方法对研究具备多物理场耦合特性的复杂橡胶零部件疲劳特性具有一定的参考价值.【期刊名称】《城市轨道交通研究》【年(卷),期】2013(016)009【总页数】5页(P27-31)【关键词】城市轨道交通车辆;空气弹簧;虚拟疲劳寿命【作者】张国富;方宇;蔡彦哲;代宁【作者单位】上海工程技术大学城市轨道交通学院,201620,上海;上海工程技术大学城市轨道交通学院,201620,上海;上海工程技术大学城市轨道交通学院,201620,上海;上海工程技术大学城市轨道交通学院,201620,上海【正文语种】中文【中图分类】U260.331+4空气弹簧是轨道交通车辆振动控制的关键部件，其性能好坏对保障车辆运行安全、稳定性和旅客乘坐舒适性具有十分重要的作用。

虚拟疲劳试验相对真实试验具有试验周期短、试验成本较低等优点。

目前，国内外与轨道交通车辆有关的虚拟疲劳研究主要集中在转向架构架、轮对和车体等金属部件及结构的疲劳寿命预测等方面［1－2］。

针对橡胶零部件的动应力和疲劳特性的研究仍处于起步阶段，目前仅对橡胶堆旁承、橡胶球铰和轴箱橡胶弹簧等结构简单、外形相对规则的橡胶零部件有所研究［3］。

由于空气弹簧具有结构复杂、流固耦合等特点，目前，城市轨道交通车辆维修行业普遍缺乏空气弹簧使用寿命的有效分析手段，出于行车安全的考虑，绝大多数空气弹簧在未达到实际寿命之前就被强制报废，因而造成了巨大的经济损失。

本文提出一种基于虚拟疲劳试验的空气弹簧寿命评估方法，并以此来研究导致空气弹簧发生损伤的内部机理。

地铁车辆空气弹簧试验台测控系统设计及仿真

地铁车辆空气弹簧试验台测控系统设计及仿真袁裕华;方宇;杨俭【摘要】根据铁道车辆空气弹簧标准TB/T 2841-2010及试验台所需实现的功能,设计了试验台的测控系统.系统加载采用伺服电机控制,利用给定的序列脉冲和三角波脉冲,有效地实现了横梁的精确定位控制及往复循环运动中的位置控制.对伺服系统进行了仿真分析,仿真结果比较理想,系统的响应速度快,加载后波动小且复位速度快.【期刊名称】《上海工程技术大学学报》【年(卷),期】2011(025)004【总页数】5页(P327-331)【关键词】地铁车辆;空气弹簧;性能检测平台;测控系统【作者】袁裕华;方宇;杨俭【作者单位】上海工程技术大学城市轨道交通学院,上海201620;上海工程技术大学城市轨道交通学院,上海201620;上海工程技术大学城市轨道交通学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】U279.3空气弹簧是轨道车辆振动控制的关键部件之一，与其他车辆用弹性元件相比，空气弹簧具有质量轻、内摩擦小、刚度和承载能力可调、对高频振动有很好的隔振消声能力等优点，有利于提高车辆运行的稳定性和乘坐的舒适性［1－3］.目前，车辆维修部门对空气弹簧的检修手段比较落后，无法满足数量庞大且需高密度的检修作业；同时，考虑到会提高轨道交通的运营成本，不对保质期外的正常空气弹簧作检测，因此，研究开发一套适合地铁车辆维修部门的空气弹簧性能检测系统，具有十分重要的理论意义和经济价值.1 地铁车辆空气弹簧及检测平台空气弹簧是在柔性密闭橡胶囊中充入一定压力的空气，利用空气的可压缩性实现弹性作用的装置.空气弹簧系统一般由上盖、橡胶气囊、下座应急簧和高度调整阀等组成，车体通过摇枕或直接坐落在空气弹簧上.应急簧一般由橡胶堆组成，以保证空气弹簧意外失效时列车运行的安全性［4］.气密性和非线性刚度是空气弹簧两个重要的性能参数，直接影响车辆的安全运行和乘坐舒适，因此，使用后的空气弹簧性能检测十分重要.本研究根据铁道车辆空气弹簧标准TB/T 2841—2010制定其性能检测的试验方法，并基于此理论研究设计了检测平台的测控系统算法.本系统实现以下几个功能：1）通过测量规定时间内的压降，确定空气弹簧的气密性性能；2）定载荷下的高度测量，检查空气间隙的变化情况；3）空气弹簧的内压载荷试验，检查内压载荷关系及变化情况；4）空气弹簧的垂向静刚度测量，确保刚度值在继续使用的范围内；5）橡胶应急簧垂向静刚度测量，确定其刚度，保证不被压扁.2 试验台测控系统设计2.1 测控系统要求本系统主要实现对具有非线性特性的空气弹簧进行充气和加载过程，测量加载时的位移变化情况，确定空气弹簧的气密性性能、内压载荷关系及位移载荷关系.计算各载荷点的静刚度值，以此判断空气弹簧能否继续使用.空气弹簧在充气的过程中，极易产生压力波动，导致载荷不稳定及测量时的定位差.若选用液压加载，影响将更加严重.伺服电机的控制方式和滚珠丝杠传动机构的组合能解决这一问题.伺服电机的序列脉冲给定精确定位控制，能有效地实现活动横梁稳定停靠在空气弹簧的上盖板上，位移脉冲指令根据压力传感器和伺服电机运行状态的实时反馈，实现精确定位控制.系统的简化模型（通过合并两根丝杠的质量和惯量等参数进行简化），如图1所示.试验过程中对空气弹簧静刚度测量时，需对空气弹簧进行不断的往复加载动作.伺服电机的三角波脉冲给定定位控制，能有效提高对充气状态下空气弹簧的往复定位控制，大大降低流体波动带来的影响.图1 伺服电机和滚珠丝杠传动组合简化模型Fig.1 Simplified model of servo motor and ball screw transmission2.2 测控系统组成测控系统的核心是计算机数据采集（DAQ）和信号调理（SCXI）设备，系统结构如图2所示.其主要功能是根据试验内容控制伺服电机工作、控制系统的充排气、采集数据传感器信号、处理数据、生成试验报告并存储打印输出.图2 测控系统结构Fig.2 Measure and control systemPCI 7390是专为位置（脉冲）指令驱动器设计的带隔离4轴运动控制器，直接连接Yaskawa（R），Mitsubishi（R）和Panasonic（R）系列驱动器，内置光学隔离，免受接地循环、尖脉冲和电涌的破坏，可用于I/O同步位置捕获触发器和位置比较断点，通过NI MCA－7790专用接线盒与伺服电机驱动器连接.PCI 7390具有8通道数字I/O，最大输出脉冲频率和宽度为4MHz和50ns，输出电压范围为0～5V，编码器输入最大计数频率为4MHz.PCI 6221有8个16bit差分输入模拟量通道，采样率为250kHz，最大和最小的电压范围为－10～10V和－0.2～0.2V，精度分别为3 100μV和122μV；有2路16位分辨率的模拟量输出通道，电压范围为－10～10V，精度为3 230μV.系统需采集空气压力信号，其信号微弱，必须使用信号调理设备.SCXI 1520具有8路同步采样模拟输入通道，并均配有可编程放大器和4极可编程Butterworth滤波器（10Hz，100Hz，1kHz，10kHz），每条通道具有独立的0～10V可编程激励源.2.3 测控系统工作流程测控系统是基于图形化编程软件LabVIEW及配套的数据采集设备开发的虚拟仪器，能实现用户所要求的各个试验内容，以试验结果来评价空气弹簧是否可以继续使用.系统功能还包括了初始化、标定和系统自检等，最后存储试验数据，输出试验报告.具体的系统工作流程图如图3所示.系统启动后，对系统界面上的指示灯、按钮、数值显示控件进行初始化；对各个传感器设备进行标定，检查系统是否正常，若正常，继续输入空气弹簧参数及相关信息，开始下述试验；最后处理数据，存储试验结果并生成试验报告.2.4 测控系统部分子模块的实现基于空气弹簧维修后的性能及上述试验方法，测控系统主要包括力加载机构、充气系统的控制，以及空气压力、位移量、载荷等值的采集，最后进行数据处理，输出检测结果.对整个系统进行模块化分类：系统初始化模块、力加载机构控制模块、空气弹簧充气模块、试验及数据采集模块、数据处理模块和数据存储查询模块，如图4所示.图3 系统工作过程Fig.3 System working process图4 测控系统模块Fig.4 Measure and control system modules2.4.1 试验台横梁的运动控制试验台横梁的运动控制，主要为起动、匀速、加速和减速组合而成，包括直线运动控制、往复运动控制、横梁复位控制和紧急制动控制等.通过对控制坐标原点的设计、S曲线运动约束条件的设计、Home运动控制、序列脉冲和三角波脉冲的给定等，实现横梁的精确运动控制.1）控制坐标原点设计控制坐标原点的设计是为Home控制提供搜索路径的参考点.控制坐标原点通过在活动横梁运动垂直侧安装行程开关实现.其原理：当位移指令给定，活动横梁向空气弹簧上盖板运动时触动行程开关，此时行程开关产生一个幅值大小为A的脉冲，这个幅值大小应与位移指令序列脉冲的幅值大小不一样，否则，会造成 Home控制搜索混乱［5－6］.2）S曲线运动约束条件设计通过给定速度、加速度、减速度，可以约束活动横梁的运动状态.空气弹簧测控系统采用S曲线运动约束条件设计.相比传统的梯形速度图，采用S曲线图（如图5所示）控制冲击小、控制更加平滑，但增加了控制时间.如果能够合理地设定曲线时间参数t，可以达到良好的控制效果［5－6］.3）Home运动控制Home运动控制［7］主要应用在活动横梁完成所有对空气弹簧的性能测试后，需要控制活动横梁回到控制原点的条件下.Home控制的基本原理和实现方法，如图6所示.Home运动控制是通过结合行程开关的触发脉冲与LabVIEW中的Reference Move模块实现的.图5 S曲线图Fig.5 Speed curve图6 Home控制示意图Fig.6 Schematic diagram of Home control4）保持/紧急制动控制在气密性试验和多个试验的间隔内，需要将活动横梁保持在某一固定位置；试验机发生突发情况时，如机械自身故障、操作人员操作不当，导致电机输出转矩超过电机承受的最大输出转矩时，由操作人员直接实施紧急制动，活动横梁将以最大减速度停止.保持和紧急制动控制可通过NI 7390的停止模块实现.若实施保持控制，选择“Halt”参数；若实施紧急制动控制，选择“Kill”参数，即在程序中设置相对应的输入参数即可.2.4.2 空气弹簧静刚度试验控制非线性刚度特性是空气弹簧静性能评价的重要性能之一，根据其试验方法，确定本试验的控制流程，如图7所示.本试验用到伺服电机的两种重要的控制方式，即序列脉冲给定精确定位控制和三角波脉冲给定控制，能较好地实现静刚度试验前频繁的预循环加载，实现精确的点位控制，加载过程中的最大振幅为±10mm，频率为0.25Hz.试验开始，首先需对移动横梁进行精确定位，定位到标准高度处，使空气弹簧上夹具与充气口良好接触，保证充气时密封；其次，设定各个工况载荷和位移参数，以及给定三角波脉冲序列，开始预循环加载试验；再次，对各工况进行试验测量，采集数据、整理数据、生成试验结果报告和试验机复位.图7 空气弹簧静刚度测验流程图Fig.7 Air spring static stiffness testing process2.4.3 数据采集与信号调理数据采集与信号调理是基于LabVIEW DAQ PCI 6221和SCXI 1520建立的.首先，设定信号采集和调理的通道参数，包括通道标号、通道输入输出.其次，设定硬件时钟参数作为整个采集的基频参数，通道采集频率以此分频；完成传感器的零偏和标定校核，相当于传感器硬件初始化；当数据采集到计算机，需要对采集到的数据进行滤波处理，获取的数据需满足电机精确控制的条件，由于整个系统存在电路上的频率振动和机械上的频率振动，需要对整个系统作电路分析和振动分析，最终确定信号调理的方式和参数；最后，将所采集的数据以表格或者图表的形式进行显示存储.3 伺服控制系统的仿真分析根据前期设计，简化检测平台测控系统，得到简化伺服控制系统模型，如图8所示.对其进行仿真研究，仿真研究结果可为搭建实体检测平台作参考，使系统控制部分实现更快、更稳、更准的控制目标.Ks—速度环增益；Ts—速度环积分时间常数；K′—电流环系数；Jm—机转动惯量；JL—负载转动惯量；Ph—丝杠导程；fL—丝杠黏性阻尼系数；Kw—速度反馈系数；KPP—位置环增益；KL—转矩刚度；KC—转矩系数伺服控制系统的仿真，建立伺服控制系统的数学模型，并利用Matlab/Simulink以给定序列脉冲和三角波为信号，进行仿真分析.结果如图9所示.图9（a），9（b）分别为空载工况下的仿真结果，图9（a）为横梁直线运动中，在给定序列脉冲后，系统在0.6s内作出稳定响应，且波动在0.01～0.02范围内；图9（b）为横梁在±10mm振幅运动中，以三角波信号输入时，仿真过程几乎处于稳定状态，由图中可观察到其波动极其微小，可忽略.可见，针对不同的运动形式，采用不同的信号可达到有效的定位效果.图9（c），9（d）分别为给定序列脉冲和给定三角波的仿真.系统在电机伺服系统运行1s后开始对载入的负载进行响应，两种情况都在0.4s左右对干扰负载作出稳定响应，其波动的振幅十分微小.这两种工况和信号的仿真结果，给搭建实体平台提供了十分重要的参考价值，能有效提高系统的测量与控制精度.图9 伺服控制系统Matlab/Simulink仿真结果Fig.9 Matlab/Simulink simulation results of servo control system4 结语地铁车辆二系悬挂空气弹簧的性能检测平台的建立，对地铁车辆高速安全运行、乘坐舒适性有着重要的理论意义和工程实用价值.空气弹簧性能检测平台的成功研制，有利于地铁维修部门降低维修成本，也为进一步研究空气弹簧继续使用寿命评价，提供理论与试验基础.本系统基于LabVIEW虚拟仪器技术开发，用模块化的思维构建各个子系统，伺服控制系统的仿真结果表明，本系统的响应速度快，加载后波动小且复位速度快.参考文献：［1］曾青中，韩增盛.城市轨道交通车辆［M］.2版.成都：西南交通大学出版社，2009.［2］王进，林达文，彭立群，等.轨道车辆用空气弹簧的刚度特性试验［J］.世界橡胶工业，2006，33（11）：40－43.［3］孔军.空气弹簧在我国轨道车辆中的应用与发展［J］.铁道车辆，2002，40（3）：5－8.［4］陆海英.现代轨道交通车辆的空气弹簧悬挂技术［J］.机车电传动，2003（4）：36－42.［5］舒志兵.交流伺服运动控制系统［M］.北京：清华大学出版社，2006.［6］田宇.伺服与运动控制系统设计［M］.北京：人民邮电出版社，2010.［7］龚仲华.交流伺服驱动从原理到完全应用［M］.北京：人民邮电出版社，2010.。

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新方法。
关键词：合图；模与仿真；０一ｓ键建２ｉ件；气弹簧ｍ软空中图分类号：Ｐ０Ｔ２２文献标志码：Ａ文章编号：６２— ０９２１）２— ０７—０１７７２（０１００９７
Ｂｎｒｐｙａｉｄｌｇａｄｓｍｕａｉｎａａｙｉｏａｌｙｖｈｃｅａｒｓｒｇｏｄｇａｈｄｎｍｃｍｏｅｉｎｉｌｔｎｌｓｓｆｒｉｎｏｗａｅｉｌｉｐｉｎ
空气弹簧是一种在柔性密闭的橡胶气囊中加入压力空气，利用空气的压缩弹性进行工作的非金属弹性元件，具有缓冲、减振、隔振及自动调整车体承载面高度而不随载荷变化等特点，广泛应用于城轨车辆悬架装置。键合图（ｏｄｇａｈ理论与Ｂｎｒｐ）
立具有规则化的方式，于计算机自动生成。由于便
和位移的动态响应曲线，究不同负载和节流孔直径对空气弹簧性能的影响规律；过建立系统的Ｓｍｌｋ模型，行对研通ｉｕｉｎ进
比仿真分析，验证空气弹簧键合图模型的正确性与仿真结果的可靠性。研究工作为空气弹簧的动力学建模及仿真提供了
方法，９９年由美国的Ｐｙｔｒ出，系统动１５ａｎｅ提是
模方法有如下特点：１用统一的方式处理多能域（）并存的复杂机械系统；２以简明的图形方式直观（）地揭示系统的动力学特征；３系统状态方程的建（）
ｍｏｅｉｇｏｉｐｒｎ．ｄｌｎｆａｒｓｉｇＫｅｒｓ：ｏｄｇａｈ；ｍｏｅｉｇａｄｓｍｕａｉｎ；２一ｓｍｏｔｒｙｗｏｄｂｎｒｐｄｌｎｎｉｌｔｏ０ｉｓｆｗａｅ；ａｒｓｒｎｉｐｉｇ
第８卷第２期２１０１年４月
铁道科学与工程学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＲＬＡＹＳＣｌቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ＡｌＷＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ＶＯ．ＮＯ２Ｉ８．Ａｐ．２１ｒ０１
铁道车辆空气弹簧动力学键合图建模及仿真
ＣＥｈｎ，ＡＧＪ —ｕｎＷＡＧＱ —ｏＣＥａ— ｎＨＮＣａｇＴＮｉｙａ，ｎＮｉ，ＨＮＨｉｅｇｂｆ
（ｃｏｌｆｃａｉａａｄＥｅｔｃｌｎｉｅｒｇＣｎｒｌｏｔｎｖｒｉ，Ｃａｇｈ１０３，ｈｎ）ＳｈｏｏｈｎｃｌｎｌｃｉａＥｇｎｅｉ．ｅｔｕｈＵｉｅｓｙｈｎｓａ４０８ＣｉａＭｅｒｎａＳｔ
ＡｂｓｒｔＴｈｏｄｇａｈｍｏｅｆａｒｓｒｎｙｔｍｓｅｔｂｉｈｄａｃｒｉｇｔｈｏｒｂｏｄｇａｈｔｅｒｔａｃ：ｅｂｎｒｐｄｌｏｉｐｉｇｓｓｅｗａｓａｌｓｅｃｏｄｎｏｔｅｐｗｅｎｒｐｈｏｙ．Ｔｅｍｏｅ ’ ｙａｃｓｍｕａｉｎｒｓｌｓ，ｕｈａｈｘｏｔｐｅｓｒｎｉｐｌｃｍｅｔｈｄｌＳｄｎｍｉｉｌｔｏｅｕｔｓｃｓｔｅｅｐｒｒｓｕｅａｄｄｓａｅｎ，ｗｅｅｃｎｕｔｄｗｉｈｅｒｏｄｃｅｔｔｈ２ — ｉｓｆｗａｅｅｖｒｎｍｅｔＴｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｓｓｏｔａｈｅｐｅｆｒｎｅｏｉｐｉｇｒｌｔｓｗｉｈｌａ０ —ｓｍｏｔｒｎｉｏｎ．ｈｉｌｔｅｕｔｈｗｈｔｔｒｏｍａｃｆａｒｓｒｎｅａｅｔｏｄｏａｄｏｉｃｉｍｅｅ．Ｃｏａｉｇｔｅｅｕｔｏｉｌｎｄｌｗｉｏｄｇａｈｎｒｆｅｄａｔｒｉｍｐｒｎｈｒｓｌｆｓｍｕｉｋｍｏｅｔｂｎｒｐｍｏｅ，ｔｅａｉｉｏｈｉｈｄｌｈｖｌｄｔｆｔｅａｒｙｓｉｇｂｎｏｌａｄｔｅｒｌａｉｉｆｓｍｕａｉｎｒｓｌａｅｐｏｅｐｒｎｏｄｍｄｅｎｈｅｉｂｌｔｏｉｌｔｏｅｕｔｒｒｖｄ．Ｔｈｅｅｒｈｐｏｉｅｗｔｏｏｈｅｙｅｒｓａｃｒｖｄｓａｎｅｍｅｈｄｆｒｔ
陈嫦，进元，祁波，唐王陈海峰
（中南大学机电工程学院，南长沙４０８）湖１０３
摘要：究空气弹簧键合图建模方法，立空气弹簧的功率键合图模型，用２研建使０一ｓ软件进行动态仿真，到系统压力ｉｍ得