周 维，张翠平，张钰栋，李强强

1 引言

车用空气弹簧作为连接车架和车桥的主要弹性元件，通过利用充入气囊内工作气体的可压缩性实现弹性作用，用以缓和路面对汽车的振动和冲击，在高端乘用车和重型商用车上的应用日益广泛[1-2]。车用空气弹簧的垂向刚度特性直接影响到整车运行的行驶平顺性和乘坐舒适性，与道路友好性息息相关。影响车用空气弹簧垂向刚度特性的因素有气囊内部工作气体的初始压力、设计高度、帘线参数、活塞结构及附加气室等[3]。运用ABAQUS软件结合正交试验法对某型号车用空气弹簧进行了静态垂向刚度分析[4]，并重点研究了不同帘线夹角、帘线层数、帘线间距及帘线横截面积对其垂向刚度特性的显著性影响。

2 膜式空气弹簧的基本结构

以某牵引车自由膜式空气弹簧为研究对象，其基本结构原理图[5]，如图1所示。

图1 膜式空气弹簧的基本结构原理图Fig.1 Basic Structure of Membrane Air Spring Schematic

某牵引车用膜式空气弹簧主要参数，如表1所示。

3 空气弹簧的垂向刚度特性

空气弹簧的承载力F主要取决于气囊内部压缩气体的工作压力Pa和气囊有效承压面积Ae，见表达式（1）:

空气弹簧垂向刚度k是指空气弹簧抵抗垂向变形的能力，可用承载力F对弹簧垂向变形量z求导求得：

理想气体方程为：

式中：p—初始状态下的气体压力；V—初始状态下的气体体积；p0—大气压力；λ—多变指数（λ的取值与空气热力学相关，λ=1～1.4）；C—常数。

对式（3）左右两端同时关于z求导得到：

可推导出：

联立式（2）、式（5）可得空……