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基于 UGADAMS 汽车 悬架 三维 建模 分析

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内容简介：

综 述 客车技术与研究 2 0 0 5 年第 5 期 汽车空气悬架的发展及我国研发对簧思考 汪卫 东 ( 湖北 十堰) 摘要： 简述空气悬架的优点 ， 对比介绍国内外空气悬架的发展历程及现状， 分析我 国空气悬架的市 场前景， 最后重点探讨我国空气悬架的研发对策。 关键词： 空气悬架； 现状； 市场前景； 对策 Ab s t r a c t ： I n t h i s p a p e r ，t h e a i r s u s p e n s i o n a d v a n t a g e s a r e d e s c r i b e d b r i e f l y I t s d e v e l o p me n t c o u r s e a n d c u r r e n t s i t u a t i o n a r e c o mp a r e d a n d i n t r o d u c e d f r o m h o me t o a b r o a d An d i t s ma r k e t p r o s p e c t s a r e a n a l y z e d I n t h e e n d ，i t s r e s e a r c h i n g a n d d e v e l o p i n g c o u n t e r me a s u r e s o f o u r c o u n t r y a r e d i s c u s s e d i n s t r e s s Ke y wo r d s ： Ai r s u s p e n s i o n ；Cu r r e n t s i t u a t i o n；Ma r k e t p r o s p e c t ；C o u n t e rm e a s u r e 中图分类号： U4 6 3 3 3 4 2 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 6 3 3 3 1 ( 2 0 0 5 ) 0 5 0 0 0 1 0 3 空气悬架诞生于 1 9 世纪中期 ， 早期用于机械设 备隔振。1 9 4 7 年， 美国首先在普耳曼汽车上使用空 气悬架 ， 欧洲及 日本等国家和地区也相继对汽车空 气悬架作 了应用研究。 目前 ， 国外 汽车发达 国家无 论是客车还是载重汽车都已经比较普遍采用空气悬 架系统。而国内却处于刚刚起步阶段， 只应用在一 些豪华客车和少部分重型载货车上。 1 空气悬架的优点 空气悬架系统以空气弹簧为弹性元件， 利用气 体的可压缩眭实现弹性作用。不论满载还是空载， 通过压缩气体的气压能够随载荷和道路条件变化而 进行自动调节， 整车高度不会变化， 可以大大提高乘 坐的舒适性。随着人们对舒适性要求的提高， 空气 弹簧悬架因其独特的性能和适应性， 正在逐步替代 传统的钢板和螺旋弹簧悬架。空气弹簧的性能特点 是 ： ( 1 ) 负载能力可调 ； ( 2 ) 刚度随负载变化 ； ( 3 ) 负载 变化时 ， 固有频率几乎不变 ； ( 4 ) 固有频率较低。 空气弹簧运动性能的特点决定了空气悬架具有 以下优点： ( 1 ) 乘坐更舒适安全； ( 2 ) 改善车辆的行驶 平顺性； ( 3 ) 延长轮胎和制动片的使用寿命； ( 4 ) 负载 变化时车身高度不变； ( 5 ) 减少电气、 空调、 排气系 统、 车桥、 车身和底盘的维修成本； ( 6 ) 减少对道路的 冲击， 保护路面， 降低高速公路的维修费用； ( 7 ) 延长 车辆的使用寿命并提升旧车价值。 2 国外空气悬架的发展历程及现状 2 O 世纪 3 O 年代初， 美国凡世通轮胎公司首次 把空气弹簧应用于汽车工业。哈维 凡世通( H a t v e y F i r e s t o n e ) 在亨利 福特一世( He n r y F o r d I ) 和 托马斯 阿瓦 爱迪生( Th o ma s Al v a E d i s o n ) 的技 术支持下， 在 1 9 3 4 年研制出了柱式空气弹簧悬架系 统AI RE DE空气弹簧 。1 9 4 4年通用 汽车公 司 与凡世通公 司合作 ， 在其客 车上进行 了首轮 试验。 试验结果显示 了空气悬架系统的内在优越性。通用 汽车公司经过大量的产品研制开发工作 ， 1 9 5 3年开 始试生产装有空气悬架 的客车 ， 这是商用汽车采用 空气弹簧悬架的开始。2 0世 纪 5 0年代 中叶， 固特 异轮胎公司研制 出一种滚动 凸轮式空气弹簧 ， 凸轮 在活塞的型面上滚动 ， 从而控制空气弹簧 的负载变 化关系曲线。同时， 空气控制系统的巨大进步也为 空气悬架的应用起了很大的推动作用。 随后不久， 空气悬架技术在欧洲也得到很快发 展， 但欧洲的发展道路和北美有些不 同。欧洲 的汽 车生产厂商并未将空气悬架变成单独总成， 而是各 自开发满足其独特车型需要 的空气悬架 。这种不同 的发展道路使欧洲的空气悬架设计只适用于某种具 体车型， 并采用一些复杂技术， 因而其成本较高。而 北美 的空气悬架 通用性较 强， 应用较 简单， 成本较 低 。 美 国纽威 安柯洛克国际公司在 1 9 5 1年成立 时即作为一家悬架系统的专业生产厂家 ， 为公路和 非公路行驶的重型车辆设计和制造钢板弹簧悬架系 统 。不久 ， 纽威公 司向商用车市 场投放 了世界上第 一种实际应用的空气悬架系统 。因其通用性 强， 结 构简单 ， 成本较低 ， 迅速占领 了北美市场。随后纽威 公司开发了一系列空气悬架产品， 应用于世界各地 的客车、 货车、 小轿 车及铁道车辆上 。 目前国外高级大客车几乎全部使用空气悬架， 重型载货车使用空气悬架的比例也已达 8 0 以上， 1 。 维普资讯 第 5期2 0 0 5年 客车技术与研究 空气悬架在轻型汽车上 的应用量也在迅速上升。部 分轿车也逐渐安装使用空气悬架， 如美国的林肯、 德 国的 B e n z 3 0 0 S E和 B e n z 6 0 0等。在一 些特种 车辆 ( 如对防振要求较高的仪表车、 救护车、 特种军用车 及要求高度调节 的集装箱运输车等) 上 ， 空气悬架的 使用几乎为唯一选择 。 国外汽车空气悬架发展经历 了“ 钢板弹簧一 气囊 复合式悬架一被动全空气悬架一主动全空气悬架 ( 即 E C AS电控空气悬架系统) ” 的型式变化。主动 全空气悬架应用了电子控制系统， 使传统的空气悬 架系统的性能得到很大改善 ， 汽车在各种路面 、 各种 工况条件下能实现主动调节 、 主动控制， 并增加 了许 多辅助功能 ( 如故 障诊 断功能等) 。 目前 E C AS系 统在欧洲一些国家的大客车上已经大量应用。随着 人们生活水平的提高， 对汽车舒适性的要求越来越 高 ， 可以预见 ， E C AS这一先进的空气悬架系统在汽 车上 的应用将越来越普及。 3 我国空气悬架的应用发展现状 目前 国内拥有空气悬架项 目的公 司为数众多， 但真正拥有空气悬架系统设计开发、 制造的寥寥无 几 ， 规模也十分有限。 目前 国内具 有代理性质但无 实际设计能力的公 司居多 ， 主要 以代理美 国、 德 国、 韩国、 日本产品为主， 公司规模一般不大， 产品有限。 由于代理公司主要是 以追求经 营利润为导 向， 对设 计匹配等技术环节往往存 在先天不足 ， 导致 主机厂 出现问题时无法及时解决等问题 ， 影响被代 理产品 的声誉及市场 ， 因此 ， 国外 的制造公司也纷纷以不同 的方式直接介入中国市场。比如， 美 国 F I RE S TON 公司在允许一定代理 的同时 ， 在上海设立了销售办 事处， 日 本 NH K弹簧公司在重庆合资成立 N HK 重庆公司， 韩国大圆钢业会社在天津合资成立大圆 天津公司， 丹麦丹拂斯公司在天津合资成立丹拂斯 天津公司， 美国固特异公司在大连、 青 岛相继建立工 厂。另外， 整车厂为降低成本， 把空气悬架系统细分 成气囊、 推力杆 、 直拉杆 、 稳定杆 、 高度 阀、 平衡阀、 线 束 、 减振器、 导 向臂 等项 目采购 ， 也导致 了国内空气 悬架产品的部件加工 、 制造正在往高度离散的方向 发展 。 空气悬架在我国的应用 已经落后 国外几十年， 直到近几年随着高档客车制造技术的引进以及人们 对舒适性要求 的提 高， 加上国家对客车等级划分的 标准要求 ， 空气悬架才开始逐步应用起来 。 目前空 气悬架主要集中应用在高等级客车上 ， 但是受多方 面因素的制约， 空气悬架的配置率还很低 ， 基本上还 属于“ 导人” 阶段 。据掌握 的不完全资料 ， 国内部分 9 。 综 述 数量相对较大的应用主要 集中在郑州宇通 、 厦 门金 龙 、 苏州金龙 、 扬州亚星、 一汽客底 、 东风杭汽等规模 较大的主要客 车及 底盘厂家 。2 0 0 2 2 0 0 4年 的大 致情况： 郑州宇通有部分 自主开发的产品， 主要选配 Ne wwa y及 R e y c o Re y c o的空气悬架 ； 扬州 亚星 主 要选用 Ne w a y及 Re y c o的空气悬架 ； 东风杭汽近两 年先后采用 Ne w a y和科曼的空气悬架 ； 一汽客底主 要选用 Ne w a y或 Re y c o的空气悬架 ； 厦 门金龙、 苏 州金龙一边选用 N e w a y 、 科曼或其他国外公司的产 品， 一边在进行 自主开发。此外， 国内其它一些客车 厂家也都是少批量、 以选装国外空气悬架产品为主。 目 前汽车空气悬架在载重货车的应用国内尚处于起 步阶段 。 由于 国内已经能够生产优质 的空气悬架部件 ， 以此为支撑 ， 汽车 主机厂开始 自己设计空气 弹簧悬 架产品。其产品符合 中国道路状况和车辆实际条 件， 并选装国内优秀的部件， 成本降低。以郑州宇通 客车股份有限公司为例 ， 2 0 0 0年以前采用北京柯布 克公司代理的产品 ， 由于该产品与中国车辆 、 道路匹 配 出现 了一系列 问题 ， 后来部分采用其他公 司代理 的产品， 同样出现了问题， 而且存在成本昂贵的因 素。所 以宇通公司成立 了“ 郑州百特零部件公司” ， 自己设计匹配 ， 分散采购。2 0 0 2年宇通公司本部生 产空气悬架客车 2 3 5辆 ， 除“ 猛狮” 系列属德 国进 口 底盘外 ， 国产车空气悬架各部件 大多为 国内加工制 造。由于一些主机厂本身在空气悬架系统方面无研 制开发能力 ， 完全依赖于外部市场 ， 从而采取了直接 进口国外成熟的空气悬架系统产品， 或是依靠国内 的有关公司。以安凯 、 西沃为典型代表 。 4 我国空气悬架的市场前景 我国公路条件 的改善为汽车空气悬架创造了基 本的使用条件 。到 2 0 0 3年底 ， 我国高速公路通车里 程接近 3 0 0 0 0 k m， 位居世界第二 ， 仅次于美 国。而 且高速公路正以每年 4 0 0 0 k m 的速度增长 。按 照 规划 ， 我 国到 2 0 2 0年将 建成 7 0 0 0 0 k m 的高速公 路 ， 完成我国现代化交通 网络的基本骨架 。国内高 速公路 的发展对空气悬架国内市场产生了很大的促 进作用 。我 国高速公路的迅速发展和运输量的增加 以及对高性能客车的需求 ， 都对汽车的操纵稳定性 、 平顺性 、 安全性提出了更高的要求 ， 空气悬架客车将 逐渐得到广泛的应用。此外 ， 重型汽车对路 面破坏 机理的研究及认识进一 步加深 ， 政府对 高速公路养 护 的重视 ， 2 0 0 4年 6月国家治理限制超载政策的出 台， 使空气悬架在重型车市场的应用也正在进一步 扩大 ， 为适应高速公路运输的需要 ， 高级客车和重型 维普资讯 综 述 客车技术与研究 2 0 0 5 年第 5 期 载货车都必须使用空气悬架。 高级客车市场的快速发展将大大拉动空气悬架 产品的需求增长 。近几年 ， 空气悬架 的需求 主要是 与高等级客车的销售量直接相关， 2 0 0 2 年高级客车 销售量为 4 0 0 0辆左右， 2 0 0 3年突破 6 0 0 0辆 ， 据统 计高级客车的需求 以每年 1 5 的速度增 长。根据 国家汽车行业“ 十五” 规划要求， 我 国的客车将“ 重点 发展适应高速公路需要 的大中型客车、 专用客车底 盘及关键总成” 并“ 根据市场需求适 当发展高档旅游 客车” 。专家预测 ， 2 0 0 5年大 中型客车年需求 量为 7 7 万8 2 万辆( 其中大型客车为 3 1万3 4 万 辆 ， 中型客车为 4 6万4 8万辆) 。2 0 0 4年 ， 交通 部颁布实施 营运客车类型划分及等级评定 ( J T T 3 2 5 2 0 0 4 ) 行业标准 ， 新颁布实施 的标准里面对大中 型客车配置悬架类 型作 了规定 ， 其中高级大 中型客 车必须采用空气悬架。这为空气悬架产品的推广使 用创造 了一个 良好 的外部环境。 载货汽车必将成为空气悬架市场的支撑点。根 据国家汽车行业“ 十五” 规划要求 ， 载货汽车的重点 是发展重型载货汽车。专家预测， 2 0 0 5 年重型载货 汽车年需求将达 3 5万3 8 万辆 。仅从东风汽车有 限公司 2 0 0 2 年 4月公开发布的 2 0 0 4 2 0 0 7年中期 事业计划来分析 ， 预计未来 几年“ 东风有 限” 系列商 用车的空气悬架配置数量约在 1 5 0 0 0 3 0 0 0 0套规 模； 一汽集团的系列商用车的空气悬架配置数量也 大约不低于此数量。综合分析预测， 预计 2 0 0 5 年全 年在国家宏观产业政策引导下， 适应高速公路需要 的大中型客车、 高档旅游客车， 使用空气悬架弹簧的 配置率将 会较快 地增 长， 其 中大 型客 车 占年 产量 3 0 比例 ， 中型 客 车 占 5 O 比例， 将 有 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0辆客车采用空气悬架弹簧； 重 型载货 汽车预 计有 5 O1 0 的比例 ， 即 2 0 0 0 0 4 0 0 0 0辆将采 用空气悬架系统 。 5 我国空气悬架的研发现状及对策思考 以空气弹簧悬架取代传统的钢板弹簧悬架， 既 是必然趋势， 也是现实的客观要求。目前， 摆在国内 商用车厂商面前的形势是 ： 谁先掌握 了汽车空气悬 架的开发技术 ， 谁领先开发出配置空气悬架 的成熟 车型， 谁就掌握了今后若干年内商用车市场的先机 和主动 。因此 ， 对于我国汽车业界而言， 空气悬架项 目 不仅仅是一个难得的商机， 更重要的意义在于空 气悬架的广泛应用可以较快提升我国商用车的档 次、 技术水平和市场竞争力， 缩短与国外商用车的技 术 、 等级差距 ， 巩固和扩大国产商用车的市场份额 。 我 国长春汽车研究所早在 1 9 5 7年就开始 了空 气悬架技术的研究， 不少高校的相关专家及研究机 构多年来也做 了大量富有成效 的工作 ， 并取得了许 多重要研究成果 。但是 由于种种原因， 这些研究成 果大多还停留在理论上 ， 产业转化率非常低 ， 导致许 多有价值 的研究没能继续坚持和深入下去。我国汽 车悬架技术的研究和应用与欧美等发达国家相比处 于明显的落后地位。 目 前， 我国在汽车悬架系统方面， 除了钢板弹簧 悬架的设计及应用 比较成熟以外， 其它悬架技术的 应用绝大部分还处于车型引进、 仿制或直接购买产 品阶段 。悬架产品的设计开发滞后 ， 一方 面表现在 设计手段落后， 计算机应力分