汽车空气悬架系统的发展与展望

汽车空气悬架系统的发展与展望

悬挂是车辆的重要组成部分。车辆悬架系统的作用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩按人们预定的目的传递到车架上,以保证车辆的正常行驶。从系统动力学角度讲,乘坐舒适性要求悬架弹簧软一些好,而操纵稳定性要求悬架弹簧硬一些好,传统被动悬架难以同时满足这两方面的要求。空气悬架系统是以空气弹簧为弹性元件,利用气体的可压缩性来实现弹性作用的。压缩气体的气压能够随载荷和道路条件的变化而进行自动调节,无论满载或者是空载,整车的高度不会变化,可以大大提高车辆乘坐的舒适性。1.空气弹簧悬架系统空气悬架最初诞生于十九世纪,主要用于机械设备的隔振。空气悬架1901年最初在车辆上作为悬架元件使用,主要用作有轨电车悬架的减震元件。1947年,美国的普尔曼车上首先使用了空气弹簧悬架系统。空气悬架目前已经成为提升汽车性能的关键部件之一,其独特的变刚度、低振动频率、抗冲击的特性有效地提高了汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性,同时还可以有效地减小汽车对路面的损坏2.空气弹簧结构非温绝热过程的基本方程汽车空气悬架主要由空气弹簧组件、推力杆、高度控制阀、减振器和横向稳定杆等组成。它把空气弹簧作为弹性元件,通过空气的可压缩性来起到弹性作用。空气弹簧是空气悬架系统的核心部件,由纺织物作为骨架增强层的弹性支撑承载部件,可以通过充气来调节车身的高度,并利用橡胶的弹性和空气压力,获得综合性的减振缓冲性能根据橡胶气囊工作时的变形方式,空气弹簧可以分为膜式空气弹簧、囊式空气弹簧以及混合式空气弹簧三种。膜式空气弹簧主要靠橡胶气囊的卷曲获得弹性变形;囊式空气弹簧主要靠橡胶气囊的挠屈获得弹性变形;混合式空气弹簧则兼有以上两种变形方式。膜式空气弹簧有效面积的变化率或有效直径的变化率较小,因此其刚度较低,容易得到较低的自振频率;膜式空气弹簧的底座同时也是活塞,膜式气囊变形时,卷曲部分在活塞表面滚动,通过改变活塞的形状和尺寸,可以改变空气弹簧的有效面积或有效直径的变化率,可以得到所需的弹性特性,结构比较简单,便于大批量生产。囊式空气弹簧标准高度比膜式低,囊式空气弹簧有效面积或有效直径的变化率较大,因此其刚度较高,自振频率较高。混合式空气弹簧气囊上部与囊式空气弹簧上部基本相同,其下部则与膜式空气弹簧气囊类似,兼有膜式和囊式空气弹簧的特点汽车空气悬架中空气弹簧具有非线性刚度特性,理论计算时,空气弹簧刚度可以由载荷对位移求导得出。在空气弹簧工作过程中,气体状态的改变在短时间内完成,因此可以认为空气弹簧内部和外部没有热交换,是气体状态变化的一种等温绝热过程。则有如下方程:式中:A—空气弹簧有效承载面积V—空气弹簧容积P—空气弹簧气体压力从以上分析中可以看出,空气弹簧具有非线性的变刚度特性。这种非线性的刚度特性使其在应用中具有了一些特有的优点。3.空气悬架与钢板弹簧(2)汽车空气悬架质量轻,刚度低,高速行驶时会提高轮胎的附着能力,同时在转向时,可以使过多转向和不足转向倾向减小,转向稳定性强,提高了整车的操纵稳定性。(3)当载荷发生变化时,利用高度控制阀,可以很容易地调整车身高度,使其保持不变,提高汽车的行驶平顺性。(4)相对于钢板弹簧而言,空气悬架能够更有效地减小车身的振动,更有效地减小由于路面不平所引起的振动。同时,空气悬架也存在一些缺点:(1)结构复杂、制造成本高。(2)空气弹簧的尺寸大,在汽车上布置较困难。必须装配横向稳定器。(3)密封困难。空气悬架需要密封的部位比较多,如果密封不好,就会直接影响空气悬架的性能。4.空气悬架在客车上的应用近些年空气悬架在我国的应用开始大量地向中高档客车发展。目前,在全国销售的大、中型客车中,配置空气悬架的客车已经占总量的8%左右。由于空气悬架需求量的增大,国内已经有一些企业正在开发生产空气悬架系统及其零部件。我国已经通过标准法规体系的制定,引导、推动空气悬架在商用车上的应用,在交通部《营运客车类型划分及等级评定》(JT/T325一2002)标准中规定,大型客车高一级、高二级、高三级必须全部采用空气悬架,在中型客车高二级、高一级A型中也必须全部采用空气悬架。新修订的《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》(GB1589一2004)规定:双轴汽车驱动桥的最大允许轴荷限值在配置空气悬架时为11500kg,普通悬架最大限值为10000kg;三轴汽车驱动轴为每轴每侧双轮胎且配置空气悬架时,允许轴荷的最大限值19000kg,普通悬架最大限值l8000kg。可以看出,随着我国标准法规的日益完善、执法力度的不断加强和超载超限治理工作的持续推进,空气悬架在我国汽车上的应用范围将不断扩大。5.空气悬架系统在我国的应用现状世界发达国家的汽车制造企业纷纷投巨资研制新一代空气悬架产品,通过采用高新技术,最大限度地提升载货汽车的技术水平。目前,在我国,空气悬架系统还处于仿制或者直接购买产品阶段由于又有则