汽車空氣懸架系統(tǒng)的發(fā)展與展望

汽車空氣懸架系統(tǒng)的發(fā)展與展望

懸掛是車輛的重要組成部分。車輛懸架系統(tǒng)的作用是把路面作用于車輪上的垂直反力、縱向反力和側向反力以及這些反力所造成的力矩按人們預定的目的傳遞到車架上,以保證車輛的正常行駛。從系統(tǒng)動力學角度講,乘坐舒適性要求懸架彈簧軟一些好,而操縱穩(wěn)定性要求懸架彈簧硬一些好,傳統(tǒng)被動懸架難以同時滿足這兩方面的要求?？諝鈶壹芟到y(tǒng)是以空氣彈簧為彈性元件,利用氣體的可壓縮性來實現(xiàn)彈性作用的。壓縮氣體的氣壓能夠隨載荷和道路條件的變化而進行自動調節(jié),無論滿載或者是空載,整車的高度不會變化,可以大大提高車輛乘坐的舒適性。1.空氣彈簧懸架系統(tǒng)空氣懸架最初誕生于十九世紀,主要用于機械設備的隔振?？諝鈶壹?901年最初在車輛上作為懸架元件使用,主要用作有軌電車懸架的減震元件。1947年,美國的普爾曼車上首先使用了空氣彈簧懸架系統(tǒng)?？諝鈶壹苣壳耙呀洺蔀樘嵘囆阅艿年P鍵部件之一,其獨特的變剛度、低振動頻率、抗沖擊的特性有效地提高了汽車的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性,同時還可以有效地減小汽車對路面的損壞2.空氣彈簧結構非溫絕熱過程的基本方程汽車空氣懸架主要由空氣彈簧組件、推力桿、高度控制閥、減振器和橫向穩(wěn)定桿等組成。它把空氣彈簧作為彈性元件,通過空氣的可壓縮性來起到彈性作用。空氣彈簧是空氣懸架系統(tǒng)的核心部件,由紡織物作為骨架增強層的彈性支撐承載部件,可以通過充氣來調節(jié)車身的高度,并利用橡膠的彈性和空氣壓力,獲得綜合性的減振緩沖性能根據(jù)橡膠氣囊工作時的變形方式,空氣彈簧可以分為膜式空氣彈簧、囊式空氣彈簧以及混合式空氣彈簧三種。膜式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形;囊式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的撓屈獲得彈性變形;混合式空氣彈簧則兼有以上兩種變形方式。膜式空氣彈簧有效面積的變化率或有效直徑的變化率較小,因此其剛度較低,容易得到較低的自振頻率;膜式空氣彈簧的底座同時也是活塞,膜式氣囊變形時,卷曲部分在活塞表面滾動,通過改變活塞的形狀和尺寸,可以改變空氣彈簧的有效面積或有效直徑的變化率,可以得到所需的彈性特性,結構比較簡單,便于大批量生產。囊式空氣彈簧標準高度比膜式低,囊式空氣彈簧有效面積或有效直徑的變化率較大,因此其剛度較高,自振頻率較高?；旌鲜娇諝鈴椈蓺饽疑喜颗c囊式空氣彈簧上部基本相同,其下部則與膜式空氣彈簧氣囊類似,兼有膜式和囊式空氣彈簧的特點汽車空氣懸架中空氣彈簧具有非線性剛度特性,理論計算時,空氣彈簧剛度可以由載荷對位移求導得出。在空氣彈簧工作過程中,氣體狀態(tài)的改變在短時間內完成,因此可以認為空氣彈簧內部和外部沒有熱交換,是氣體狀態(tài)變化的一種等溫絕熱過程。則有如下方程:式中:A—空氣彈簧有效承載面積V—空氣彈簧容積P—空氣彈簧氣體壓力從以上分析中可以看出,空氣彈簧具有非線性的變剛度特性。這種非線性的剛度特性使其在應用中具有了一些特有的優(yōu)點。3.空氣懸架與鋼板彈簧(2)汽車空氣懸架質量輕,剛度低,高速行駛時會提高輪胎的附著能力,同時在轉向時,可以使過多轉向和不足轉向傾向減小,轉向穩(wěn)定性強,提高了整車的操縱穩(wěn)定性。(3)當載荷發(fā)生變化時,利用高度控制閥,可以很容易地調整車身高度,使其保持不變,提高汽車的行駛平順性。(4)相對于鋼板彈簧而言,空氣懸架能夠更有效地減小車身的振動,更有效地減小由于路面不平所引起的振動。同時,空氣懸架也存在一些缺點:(1)結構復雜、制造成本高。(2)空氣彈簧的尺寸大,在汽車上布置較困難。必須裝配橫向穩(wěn)定器。(3)密封困難?？諝鈶壹苄枰芊獾牟课槐容^多,如果密封不好,就會直接影響空氣懸架的性能。4.空氣懸架在客車上的應用近些年空氣懸架在我國的應用開始大量地向中高檔客車發(fā)展。目前,在全國銷售的大、中型客車中,配置空氣懸架的客車已經占總量的8%左右。由于空氣懸架需求量的增大,國內已經有一些企業(yè)正在開發(fā)生產空氣懸架系統(tǒng)及其零部件。我國已經通過標準法規(guī)體系的制定,引導、推動空氣懸架在商用車上的應用,在交通部《營運客車類型劃分及等級評定》(JT/T325一2002)標準中規(guī)定,大型客車高一級、高二級、高三級必須全部采用空氣懸架,在中型客車高二級、高一級A型中也必須全部采用空氣懸架。新修訂的《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質量限值》(GB1589一2004)規(guī)定:雙軸汽車驅動橋的最大允許軸荷限值在配置空氣懸架時為11500kg,普通懸架最大限值為10000kg;三軸汽車驅動軸為每軸每側雙輪胎且配置空氣懸架時,允許軸荷的最大限值19000kg,普通懸架最大限值l8000kg?？梢钥闯?隨著我國標準法規(guī)的日益完善、執(zhí)法力度的不斷加強和超載超限治理工作的持續(xù)推進,空氣懸架在我國汽車上的應用范圍將不斷擴大。5.空氣懸架系統(tǒng)在我國的應用現(xiàn)狀世界發(fā)達國家的汽車制造企業(yè)紛紛投巨資研制新一代空氣懸架產品,通過采用高新技術,最大限度地提升載貨汽車的技術水平。目前,在我國,空氣懸架系統(tǒng)還處于仿制或者直接購買產品階段由于又有則