從2016北京車展看我國重卡空氣懸架發(fā)展

唐 波|文

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從2016北京車展看我國重卡空氣懸架發(fā)展

唐 波|文

我國重卡都以歐洲重卡為標(biāo)桿，4氣囊空氣懸架結(jié)構(gòu)將占主流，2氣囊空氣懸架結(jié)構(gòu)也有一定的市場空間。

Abstract

A Review of the Development of Domestic Air-Suspension of Heavy-duty Truck

Many models of heavy-duty trucks presented on Auto China 2016 were installed with air-suspension, which indicated that air-suspensions have been widely recognized by many heavy-duty truck companies and applied to new generation of heavy-duty trucks. In terms of the structure of airsuspension products, most domestic heavy-duty trucks were installed with European 4-airbag structure. Therefore, the suspension of 2-airbag structure would probably have a potential market in China.

我國重卡懸架系統(tǒng)現(xiàn)狀

懸架是卡車底盤上一個非常重要的承上啟下系統(tǒng)，發(fā)揮著重要的承載和多個方向的力學(xué)傳遞作用。懸架中的彈性元件在車架與車橋之間承受和傳遞垂直載荷，緩和及抑制不平路面所引起的沖擊，減振器用以加快振動的衰減，限制車輪的振動。隨著車輛節(jié)能減排要求的日益提升，重卡懸架系統(tǒng)正在不斷升級和降低質(zhì)量。

目前我國重卡懸架系統(tǒng)以多片板簧為主，該結(jié)構(gòu)不僅平順性和舒適性較差，而且在惡劣路況時對貨物的沖擊較大，極易導(dǎo)致易碎貨物在運輸過程中損壞。另外，板簧的質(zhì)量大，尤其是目前最常用的多片等截面板簧，其單個質(zhì)量超過300 kg，相對空氣懸架的空氣彈簧而言，前者質(zhì)量是后者的3倍以上。如果將多片板簧懸架系統(tǒng)改為空氣懸架系統(tǒng)，總質(zhì)量可降低300～500 kg，其降重效果非?？捎^。同時，空氣懸架還具有很多優(yōu)點：第一，有利于甩掛運輸?shù)耐茝V。通常車輛滿載時，由于車輛前部重量緊緊壓在鞍座上，摩擦力非常大，將牽引車和掛車分開十分困難，稍有不慎會造成事故。而使用空氣懸架則可以自由調(diào)整牽引車鞍座的高度，便于牽引車和掛車的連接和拆分；第二，可以根據(jù)不同路況調(diào)整整車的離地間隙和整車高度。例如在高速公路上，可以把整車高度降低10 cm，從而降低整車風(fēng)阻5％～8％，有利于減少燃油消耗，提高經(jīng)濟效益。而在稍微惡劣的路況上，可以把整個高度適當(dāng)提高5 cm，防止發(fā)動機油底殼刮擦到地面障礙物；第三，在車輛卸貨時，可以調(diào)整車廂高度與月臺保持一致，有利于人員或者叉車裝卸貨物。

目前歐美重卡除工程車之外的公路運輸車幾乎全部采用空氣懸架，我國重卡企業(yè)也早在多年前就已經(jīng)進行了重卡空氣懸架的研究和開發(fā)工作，但是由于價格高，自主開發(fā)的空氣懸架可靠性差，一直沒有進行大規(guī)模推廣。但隨著高速物流的快速發(fā)展，我國重卡懸架系統(tǒng)也必然從傳統(tǒng)的多片等截面板簧向少片變截面板簧轉(zhuǎn)變，然后再向空氣懸架轉(zhuǎn)變。在2016北京車展上，各大重卡企業(yè)的高端車型都采用了空氣懸架，由此可見，空氣懸架正逐漸被卡車企業(yè)重視并應(yīng)用到新一代產(chǎn)品平臺上，有望成為我國重卡懸架系統(tǒng)未來的主流。

歐洲主流的4氣囊懸架系統(tǒng)

美國主流的2氣囊懸架系統(tǒng)

歐洲和美國重卡空氣懸架差異

筆者對歐洲重卡和美國重卡的懸架系統(tǒng)進行深入研究發(fā)現(xiàn)，歐洲85％的重卡懸架為空氣懸架，每個后橋安裝4個空氣彈簧，另外15％的板簧懸架應(yīng)用在工程車上，并且以少片變截面板簧為主。而美國重卡空氣懸架的比例則超過90％，但與歐洲不同的是，每個后橋安裝2個空氣彈簧。造成這一差異的主要原因是因為美國的道路非常平整，路況相對于歐洲、亞洲和非洲要好很多，對路面沖擊力吸收的要求相對較低，2個空氣彈簧完全能夠滿足日常使用要求，并且整個系統(tǒng)質(zhì)量更輕、價格更低，有利于大批量推廣使用。

圖1所示為歐洲主流的4氣囊空氣懸架系統(tǒng)。該系統(tǒng)下部由剛性托架固定后輪車橋，然后前后左右安裝4個空氣彈簧，均勻地吸收地面沖擊，整車平順性和舒適性更好，車架受力比較均勻，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高。圖2所示為美國主流的2氣囊空氣懸架系統(tǒng)，該系統(tǒng)則更像板簧和空氣彈簧的復(fù)合產(chǎn)品，車橋前部由一個剛性很大的板簧發(fā)揮承載和前后方向傳力的作用，后部則采用空氣彈簧，發(fā)揮上下方向的承載作用。2氣囊空氣懸架系統(tǒng)相對4氣囊空氣懸架系統(tǒng)而言，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但對車架強度要求較高，尤其是前吊耳位置，要承受多個方向的作用力。

2氣囊空氣懸架結(jié)構(gòu)也有一定的市場空間。圖為東風(fēng)柳汽T7重卡采用的2氣囊空氣懸架

我國重卡都以歐洲重卡為標(biāo)桿，4氣囊空氣懸架結(jié)構(gòu)將占主流。圖為北汽福田EST重卡采用的4氣囊空氣懸架

從2016北京車展看我國重卡懸架發(fā)展趨勢

在2016北京車展上，北汽福田、一汽、東風(fēng)、四川現(xiàn)代、徐工等企業(yè)的高端車型上都采用了4氣囊空氣懸架。隨著6×2（單轉(zhuǎn)向橋+驅(qū)動橋+浮動橋）車型的廣泛應(yīng)用，第3軸浮動橋則采用4氣囊加提升氣囊的空氣懸架。由于我國重卡企業(yè)廣泛與歐洲重卡企業(yè)合資或者合作，因此在設(shè)計中大都采用了歐洲主流的4氣囊空氣懸架。目前4氣囊空氣懸架系統(tǒng)的配套廠家已經(jīng)非常成熟，并且關(guān)鍵部件已經(jīng)全部國產(chǎn)化，價格也隨之大幅降低，4氣囊空氣懸架的匹配率逐漸提高。

在東風(fēng)柳汽展臺，筆者注意到，其最新推出的高端重卡H7和T7則采用了美國主流的2氣囊懸架系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)非常簡單：前部板簧發(fā)揮下推力桿的作用，增加橫向推力桿，去掉上推力桿，后部采用2個氣囊進行支撐。這種2氣囊空氣懸架結(jié)構(gòu)從零部件的數(shù)量看，相對4氣囊空氣懸架結(jié)構(gòu)減少了下部主托架、上部V字型推力桿、橫向穩(wěn)定桿等部件，只增加了一個橫向推力桿，其總質(zhì)量減少100 kg以上。除了東風(fēng)柳汽的H7和T7外，筆者查詢資料顯示，江淮最新開發(fā)的高端重卡（本屆車展未展出）也采用了2氣囊空氣懸架結(jié)構(gòu)。2氣囊空氣懸架結(jié)構(gòu)最大的問題是對車架連接位置的應(yīng)力偏大，車輪在上下運動時有前后方向和左右方向的微量運動，對各個運動副當(dāng)中的襯套性能要求比較高，如果設(shè)計不當(dāng)很容易造成襯套的過度磨損。

目前我國重卡企業(yè)在開發(fā)空氣懸架方面遇到的最大困難是缺乏設(shè)計經(jīng)驗和驗證手段。相對于傳統(tǒng)的板簧懸架，空氣懸架技術(shù)含量更高，需要針對客戶實際使用工況進行路譜采集，然后把這些信息進行迭代分析，轉(zhuǎn)化為空氣懸架設(shè)計的輸入信息，進行車輛動力學(xué)分析和FEA分析?？諝鈴椈傻膮?shù)是這2項分析的核心參數(shù)，必須通過大量零部件試驗獲取，針對不同壓強、不同速度測試空氣彈簧的剛度和阻尼。最后進行臺架試驗，把整個車橋和空氣懸架固定在臺架下，在車橋兩端施加各種沖擊，通過路譜采集六分力儀得到?jīng)_擊參數(shù)，相當(dāng)于復(fù)原實際道路行駛受力狀況，以確保試驗和設(shè)計的一致性。通過這樣的測試之后，再安裝到整車上進行試驗場和實際道路測試。需要強調(diào)的是，目前我國重卡推廣空氣懸架的最大阻力是車輛超載，由于空氣懸架的承載力是固定值，一旦超載后會造成空氣彈簧損壞，車輛無法正常行駛。

在本屆北京車展上，筆者與多家重卡企業(yè)的設(shè)計人員溝通后認(rèn)為，隨著我國道路日益改善和高端物流運輸快速發(fā)展，以及高端客戶對運輸品質(zhì)的需求，高速物流車型的比例會逐漸增大，這必然成為我國重卡空氣懸架的突破口。對于4氣囊和2氣囊的空氣懸架結(jié)構(gòu)，我國重卡都以歐洲重卡為標(biāo)桿，4氣囊空氣懸架結(jié)構(gòu)將占主流，2氣囊空氣懸架結(jié)構(gòu)也有一定的市場空間。