汽車(chē)空氣懸架技術(shù)特征

田偉剛

北京柯布克科技開(kāi)發(fā)有限公司 北京市 100102

1 引言

汽車(chē)空氣懸架是在汽車(chē)懸架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用空氣彈簧替代傳統(tǒng)的金屬螺旋彈簧而為車(chē)輪與車(chē)身間提供緩沖作用的一種結(jié)構(gòu)，汽車(chē)采用空氣懸架增加可懸架的高度可調(diào)節(jié)性，同時(shí)由于控制系統(tǒng)中的空氣泵可以直觀(guān)地對(duì)空氣量和產(chǎn)生的相應(yīng)壓力進(jìn)行調(diào)控，這樣就可以使空氣彈簧在彈性系數(shù)方面較傳統(tǒng)金屬?gòu)椈筛邇?yōu)勢(shì)，并且由于空氣懸架結(jié)構(gòu)高度可調(diào)，那么就可以對(duì)汽車(chē)底盤(pán)實(shí)現(xiàn)升降，使汽車(chē)更加符合駕駛?cè)诵枨蟆?/p>

2 空氣懸架技術(shù)簡(jiǎn)述

汽車(chē)懸架結(jié)構(gòu)是指在車(chē)輪和車(chē)身間裝備的發(fā)揮力學(xué)傳遞與連接作用的裝置，由于車(chē)輛在行駛中路面會(huì)對(duì)車(chē)輛產(chǎn)生側(cè)向力與支撐力等作用，這些作用力與其相應(yīng)的力矩共同在車(chē)輪上作用，并通過(guò)車(chē)輪與車(chē)身間的傳動(dòng)裝置對(duì)車(chē)身進(jìn)行作用，這樣就能牽引車(chē)輛向前行駛，為了保證車(chē)輛行駛中乘坐者的舒適度，路面?zhèn)鲗?dǎo)來(lái)的作用要具備穩(wěn)定性與連貫性，汽車(chē)懸架正是在車(chē)輪與車(chē)身間進(jìn)行傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，因此它能夠穩(wěn)定地傳導(dǎo)作用力，且對(duì)路面力量變動(dòng)進(jìn)行緩沖就成為懸架結(jié)構(gòu)性能好壞的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前在開(kāi)車(chē)與客車(chē)中應(yīng)用較為廣泛的就是空氣懸架系統(tǒng)，這一系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)金屬螺旋彈簧而采用空氣彈簧作為減震系統(tǒng)材料，空氣懸架系統(tǒng)在高度上可以調(diào)節(jié)，也可以通過(guò)調(diào)整空氣泵來(lái)對(duì)空氣彈簧的壓力和彈性系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 空氣懸架的作用與組成

3.1 空氣懸架的作用分析

通常裝備在卡車(chē)與客車(chē)上的是動(dòng)態(tài)空氣懸架系統(tǒng)，這一系統(tǒng)應(yīng)用到汽車(chē)上取代減震器對(duì)車(chē)輛力量傳遞起緩沖作用，傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)為金屬制螺旋彈簧懸架，其中進(jìn)行力學(xué)傳導(dǎo)與緩沖的裝置為金屬?gòu)椈桑鴦?dòng)態(tài)空氣懸架系統(tǒng)則是由電氣自動(dòng)控制模塊控制空氣的進(jìn)氣量來(lái)進(jìn)行懸架力學(xué)傳導(dǎo)，并由高度傳感器對(duì)空氣高度進(jìn)行檢測(cè)與參數(shù)輸入作為車(chē)輛控制反饋，自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)閥組進(jìn)行操控后對(duì)空氣泵的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行適度調(diào)節(jié)，空氣懸架系統(tǒng)就是通過(guò)空氣泵充入空氣彈簧裝置的空氣量來(lái)調(diào)整車(chē)輛高度，使其在各種行駛條件下都能保持相應(yīng)的高度，而高度傳感器的作用就是提供懸架高度信號(hào)來(lái)幫助自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)增減空氣彈簧中的空氣量進(jìn)行懸架高度協(xié)調(diào)，通常空氣懸架只有在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下才能進(jìn)行懸架高度調(diào)節(jié)。

3.2 空氣懸架的組成介紹

空氣懸架主要組成結(jié)構(gòu)有壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣筒與空氣濾清器、空氣彈簧組件等。

3.2.1 空氣彈簧結(jié)構(gòu)組成與作用

空氣彈簧的組成結(jié)構(gòu)主要包括氣囊與活塞座、蓋板等，空氣彈簧中會(huì)充滿(mǎn)壓縮空氣，這些壓縮空氣就是空氣彈簧工作的主要介質(zhì)，如果空氣彈簧被壓縮的話(huà)就會(huì)使氣囊發(fā)生向下的撓曲變形。

3.2.2 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的組成與作用

由于空氣彈簧的結(jié)構(gòu)特征決定了它只能承受垂直方向的荷載，因此進(jìn)行汽車(chē)空氣懸架設(shè)計(jì)時(shí)就必須針對(duì)縱向力與側(cè)向力的傳導(dǎo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這一結(jié)構(gòu)就是導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要組成形式有鋼制柔性縱向推力桿、橫向推力桿及剛性縱向推力桿的結(jié)合這兩種，前者主要應(yīng)用于前懸架，后者主要用于后懸架。

3.2.3 空氣彈簧的高度控制閥組件

這一組件結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)空氣彈簧內(nèi)部氣體壓力控制的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，它的安裝位置在車(chē)橋和車(chē)架之間，一旦荷載參數(shù)增加就會(huì)壓縮空氣彈簧，這樣就會(huì)使車(chē)橋和車(chē)架之間發(fā)生位移變化，高度控制閥結(jié)構(gòu)中控制臂就會(huì)向上轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)將空氣彈簧與儲(chǔ)氣筒之間原本封閉的氣道打開(kāi)，使空氣流向空氣彈簧，這樣就會(huì)促使空氣彈簧內(nèi)部壓力變大，進(jìn)而伸張，車(chē)橋與車(chē)架之間的距離增大，控制臂又會(huì)向著平衡位置轉(zhuǎn)動(dòng)以關(guān)閉儲(chǔ)氣筒氣道。當(dāng)空氣彈簧所承受的荷載減小時(shí)則控制閥的動(dòng)作則會(huì)相反，將多余的壓縮空氣從氣囊中釋放出來(lái)，如果空氣彈簧發(fā)生的振動(dòng)是快速的、來(lái)回的，控制閥不會(huì)進(jìn)行動(dòng)作，振動(dòng)緩沖是由控制閥組件中的柔性連接結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。

4 空氣懸架布置型式研究

4.1 轉(zhuǎn)向橋形式的空氣懸架

這種布置型式的空氣懸架為了保證能夠與主銷(xiāo)的方向保持相同來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1，在貨車(chē)上采用這一型式空氣懸架的參數(shù)如表1?？諝鈴椈傻闹睆较鄬?duì)較大，如果發(fā)生位置偏離就易在車(chē)輪轉(zhuǎn)向的過(guò)程中與車(chē)輪碰撞摩擦，降低彈簧的安全性。

圖1 轉(zhuǎn)向橋空氣懸架示意圖

4.2 驅(qū)動(dòng)橋型式空氣懸架

通常驅(qū)動(dòng)橋空氣懸架在車(chē)輛行駛中要承受很大的力，基于此在進(jìn)行空氣彈簧設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)將其放置于驅(qū)動(dòng)橋之后，以提升其承載能力，重型卡車(chē)中的驅(qū)動(dòng)橋空氣懸架一般會(huì)采用串聯(lián)橋結(jié)構(gòu)，這對(duì)于重型車(chē)輛減震能力的提升非常適用。

5 汽車(chē)空氣懸架在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

我國(guó)開(kāi)始對(duì)空氣懸架的研究還是比較早的，上個(gè)世紀(jì)50年代我國(guó)就通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)取得了一定的成果。但是，空氣懸架在我國(guó)進(jìn)入應(yīng)用階段卻落后了發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)资?。但是最近幾年?lái)，我國(guó)的空氣懸架市場(chǎng)又呈現(xiàn)出活躍狀態(tài)。這是由于我國(guó)人們生活水平穩(wěn)步提高，高速公路也迅猛發(fā)展，人們對(duì)高速行駛的汽車(chē)舒適性與安全性有了更高的要求。而空氣懸架具有優(yōu)良的減振等特性，國(guó)人逐漸意識(shí)到空氣懸架的必要性，國(guó)內(nèi)許多車(chē)廠(chǎng)紛紛從國(guó)外引進(jìn)空氣懸架系統(tǒng)。但是由于國(guó)外空氣懸架與中國(guó)道路狀況以及車(chē)輛條件等情況不匹配，導(dǎo)致在使用過(guò)程中常常出現(xiàn)一系列的問(wèn)題；而且，配置國(guó)外的空氣懸架成本比較高，所以國(guó)內(nèi)對(duì)空氣懸架的研究應(yīng)用又呈現(xiàn)出一種繁榮狀態(tài)。因此，現(xiàn)階段我國(guó)的空氣懸架系統(tǒng)已經(jīng)從國(guó)外引進(jìn)進(jìn)入到自主研發(fā)狀態(tài)。我國(guó)許多公司已經(jīng)能夠生產(chǎn)出優(yōu)秀的空氣懸架部件，更有一些公司開(kāi)始自主研發(fā)空氣懸架系統(tǒng)，而且取得了很好的成果。近幾年，我國(guó)自主研發(fā)的空氣懸架系統(tǒng)甚至遠(yuǎn)銷(xiāo)海外。就應(yīng)用方面來(lái)說(shuō)，我國(guó)車(chē)輛的空氣懸架的配置率相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)還是比較低的。近幾年來(lái)，由于技術(shù)的發(fā)展以及人們的需求，國(guó)內(nèi)一部分高級(jí)旅游車(chē)開(kāi)始配置空氣懸架。當(dāng)前我國(guó)的高速公路處于飛速發(fā)展的階段，人們對(duì)于高速行駛汽車(chē)舒性能的要求也逐漸提高，這將會(huì)大大促進(jìn)空氣懸架在國(guó)內(nèi)的發(fā)展。此外，隨著我國(guó)運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，重載車(chē)數(shù)量呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，這就對(duì)道路的損壞與養(yǎng)護(hù)提出了很大的挑戰(zhàn)，而這也將促進(jìn)空氣懸架在重載車(chē)領(lǐng)域的普及應(yīng)用。近幾年，我國(guó)也出臺(tái)了一系列有利于空氣懸架發(fā)展的相關(guān)政策，如交通部頒布實(shí)施《營(yíng)運(yùn)客車(chē)類(lèi)型劃分及等級(jí)評(píng)定》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)里明確規(guī)定高級(jí)大中型客車(chē)必須采用空氣懸架。這為空氣懸架在客車(chē)上的推廣使用創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境。可以知道，空氣懸架在我國(guó)將會(huì)有很大的應(yīng)用空間，對(duì)空氣懸架的需求將會(huì)大大帶動(dòng)我國(guó)對(duì)空氣懸架的研究。

表1 轉(zhuǎn)向橋空氣懸架技術(shù)參數(shù)表

6 結(jié)語(yǔ)

總之，汽車(chē)空氣懸架在未來(lái)會(huì)更加廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)市場(chǎng)，在實(shí)際應(yīng)用中空氣懸架的控制系統(tǒng)與空氣懸架構(gòu)建參數(shù)都應(yīng)根據(jù)汽車(chē)的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，空氣懸架的主要作用就是對(duì)車(chē)輛底盤(pán)振動(dòng)進(jìn)行消減，同時(shí)還可以調(diào)整車(chē)輛高度，因此在實(shí)際應(yīng)用空氣懸架的過(guò)程中就要保證空氣泵的性能，以此來(lái)保證空氣彈簧的強(qiáng)度與彈性，未來(lái)在應(yīng)用空氣懸架的時(shí)候，汽車(chē)的控制系統(tǒng)和空氣懸架結(jié)構(gòu)都會(huì)向著更加節(jié)能和更加智能的方向發(fā)展。