摘要：以气路闭环空气悬架系统为研究对象，本文对气路闭环空气悬架系统在实现车身高度控制方面进行了进一步研究。首先，根据电控闭环空气悬架车身高度调节系统车高调节空气弹簧充放气过程，将系统简化为由空气弹簧、储气罐、空压机以及集中气阻构成的回路，并建立了数学模型。其次，在传统半车模型的基础上，构建了闭环空气悬架车身高度调节的半车模型。最后，在分析电控气路闭环空气悬架系统实现车高控制过程的基础上，制定了相应的控制策略，以某车型为原型车，通过对空气悬架的刚度和阻尼分析，匹配合适参数通过MATLAB软件对所建模型进行仿真。仿真结果验证了所建立数学模型的有效性。
　　关键词：空气悬架；气路闭环；充放气；车身高度调节
　　中图分类号：U461 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）018-000-02
　　一、引言
　　近年来，我国的汽车保有量急剧上升，人们对汽车的性能要求也在逐步提高，而空气悬架因其良好的非线性刚度特性、可变阻尼、较低的固有频率等特点，与其他类型悬架相比具有绝对性的性能优势。空气悬架系统分为气路闭环和气路开环两种。相对气路开环而言，气路闭环具有能量节约、噪声小的特点。本文从空气悬架系统车身高度调节系统特性的角度出发，以气路闭环空气悬架系统为研究对象，试图对气路闭环空气悬架系统的车身高度调节特性进行初步分析。
　　二、高低压罐空气悬架系统模型
　　根整车模型中的四组空气弹簧互为并联关系，可选取任意一组空气弹簧建立系统模型，结合系统工作的实际过程和模型建立的方便，可将将系统分为由高压罐、空气弹簧、低压罐等子系统构成的充气、放气、升压三个工作过程。
　　在系统充气过程中，高压罐在该系统状态中作为定容积气源为空气弹簧提供高压气体，假设高压罐的放气过程为定容積绝热状态，即，由热力学定律得：
　　同理假设，充气过程空气弹簧同为变容积绝热状态，由热力学定律得：
　　充气过程中，电磁阀对空气悬架系统气体流量起到限制和阻碍作用，可简化为一节流孔，由节流孔上下部分（高压罐为上）压力可计算气体流量大小：
　　系统放气过程中，低压罐在该系统状态中为空气弹簧提供定容积储气罐，同充气过程高压罐假设，空气弹簧放气模型与弹簧充气模型一样，放气过程中电磁阀建模与充气过程中电磁阀模型相同，在此不再详述。
　　升压过程中，可得到低压罐数学模型为：
　　本文通过实验拟合得到一组空压机气体流量关于空压机吸气压力的数据，对这组数据进行拟合得到空压机吸气量为：
　　由图1可以看出，ECU信号输入为图中粗虚线所示：13、14.两个高度传感器信号、10.检测低压腔压力传感器信号、2.检测高压腔压力传感器信号。
　　三、车辆模型与仿真
　　空气悬架的汽车把传统的螺旋弹簧更换为空气弹簧，非线性因素相比传统悬架更多，所以模型的建立应根据具体问题的分析进行简化。根据本文所研究的问题，运用简化后的四个自由度的半车模型即可。
　　根据物理模型和运动定律可以得出半车模型运动方程如下：
　　式中：--左簧下质量；--右簧下质量；--簧上质量；--左阻尼系数；--右阻尼系数；--左轮胎刚度；--右轮胎刚度；--左路面输入；--右路面输入；--簧上质量位移；—车身转动惯量；--空气弹簧的有效面积；--空气弹簧的容积变化率；--左空气弹簧压力；--右空气弹簧压力；--左流入空气弹簧的气体流量；--右流入空气弹簧的气体流量。
　　本文采用运动学微分方程表示气路闭环空气悬架系统的振动模型。通过微分方程运用MATLAB/Simulink建立系统仿真模型。仿真结果如下图所示：
　　针对文中所建立的仿真模型，在B级路面车速激励为40km/h的条件下，仿真时间为5s，输出车身速度、加速度时间历经曲线图，仿真结果如下图所示：
　　图2所示为气路闭环空气悬架系统在B级路面的激励下，车身随路面振动的垂直运动的加速度曲线，由图中车身加速度曲线可以看出，该空气悬架的平顺性良好，说明所建立的空气悬架系统半车模型建立可靠。
　　图3所示为车身高度调节过程中，车身高度变化曲线。从仿真曲线可以看出，系统相对较稳定，高度调节距离目标高度偏差均在百分之五以内，视为系统稳定且性能良好。
　　四、结语
　　本文在对高低压罐气路闭环悬架系统研究分析的基础之上，根据其特点，结合热力学和动力学的相关知识，建立了高低压罐气路闭环空气悬架系统的数学模型，并建立了空气悬架的物理模型和数学运动方程，在采用内膜PID控制的基础上，运用MATLAB/Simulink对气路闭环空气悬架进行了模拟仿真，验证了模型的可行性。为以后高低压罐气路闭环空气悬架调节系统模型的建立和参数的选择提供了依据。