随着铁路现代化建设的快速发展,越来越多的高速铁路投入运营,我国的铁路运输取得了极大的进步,高速列车动力学问题日益得到重视,尤其空气弹簧作为车辆系统的关键部件,其模型的准确与否直接影响车辆系统动力学的分析,是近几年的研究热点。本文研究的主要目的是分析空气弹簧悬挂系统的非线性动力学特性以及对车辆系统稳定性、舒适性和安全性的影响。基于流体力学、空气动力学和热力学等理论,推导了空气弹簧的刚度和阻尼表达式,表明空气弹簧系统受到的影响因素较多,附加气室体积、节流孔直径、有效面积、激励幅值以及激励频率等都对其非线性和线性动力学特性有较大影响,为空气弹簧动力学分析提供理论依据。考虑节流孔的不同情况,建立了单自由度与两自由度非线性空气悬挂系统动力学模型,分别运用谐波平衡法和平均法求解了系统的近似解析解,分析了空气弹簧关键参数对其系统幅频曲线的影响,进一步对系统的主共振状态和稳定性进行了分析研究。同时,将线性与非线性弹簧悬挂特性理论计算结果与实际实验数据比较,表明非线性空气弹簧模型更接近实际情况。参考空气弹簧系统横向刚度的计算经验公式,推导了空气弹簧的横向模型刚度表达式,并基于此建立九自由度横向半车系统动力学模型,进一步分析了当参数变化时车辆的振动稳定性。基于空气弹簧悬挂系统非线性动力学模型,进一步建立了高速列车十七自由度整车模型,对于在不同速度下车辆系统的车体、转向架、轮对的点头、浮沉、侧滚等运动的振动情况进行了分析,表明空气弹簧非线性动力学计算模型能够符合车辆系统的减振要求,保证车辆运行的稳定性与舒适度。