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(cè)向反力以及這些反力所造成的力矩按人們預(yù)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(dòng)力學(xué)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(dòng)懸架難以同時(shí)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(shí)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(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),無論滿載或者是空載,整車的高度不會(huì)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(jì),主要用于機(jī)械設(shè)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(guó)的普爾曼車上首先使用了空氣彈簧懸架系統(tǒng)。空氣懸架目前已經(jīng)成為提升汽車性能的關(guān)鍵部件之一,其獨(dú)特的變剛度、低振動(dòng)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(shí)還可以有效地減小汽車對(duì)路面的損壞2.空氣彈簧結(jié)構(gòu)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?？諝鈴椈墒强諝鈶壹芟到y(tǒng)的核心部件,由紡織物作為骨架增強(qiáng)層的彈性支撐承載部件,可以通過充氣來調(diào)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(shí)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(shí)也是活塞,膜式氣囊變形時(shí),卷曲部分在活塞表面滾動(dòng),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(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,便于大批量生產(chǎn)。囊式空氣彈簧標(biāo)準(zhǔn)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。混合式空氣彈簧氣囊上部與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(diǎn)汽車空氣懸架中空氣彈簧具有非線性剛度特性,理論計(jì)算時(shí),空氣彈簧剛度可以由載荷對(duì)位移求導(dǎo)得出。在空氣彈簧工作過程中,氣體狀態(tài)的改變?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)完成,因此可以認(rèn)為空氣彈簧內(nèi)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(yīng)用中具有了一些特有的優(yōu)點(diǎn)。3.空氣懸架與鋼板彈簧(2)汽車空氣懸架質(zhì)量輕,剛度低,高速行駛時(shí)會(huì)提高輪胎的附著能力,同時(shí)在轉(zhuǎn)向時(shí),可以使過多轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向傾向減小,轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性強(qiáng),提高了整車的操縱穩(wěn)定性。(3)當(dāng)載荷發(fā)生變化時(shí),利用高度控制閥,可以很容易地調(diào)整車身高度,使其保持不變,提高汽車的行駛平順性。(4)相對(duì)于鋼板彈簧而言,空氣懸架能夠更有效地減小車身的振動(dòng),更有效地減小由于路面不平所引起的振動(dòng)。同時(shí),空氣懸架也存在一些缺點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)復(fù)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(huì)直接影響空氣懸架的性能。4.空氣懸架在客車上的應(yīng)用近些年空氣懸架在我國(guó)的應(yīng)用開始大量地向中高檔客車發(fā)展。目前,在全國(guó)銷售的大、中型客車中,配置空氣懸架的客車已經(jīng)占總量的8%左右。由于空氣懸架需求量的增大,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些企業(yè)正在開發(fā)生產(chǎn)空氣懸架系統(tǒng)及其零部件。我國(guó)已經(jīng)通過標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)體系的制定,引導(dǎo)、推動(dòng)空氣懸架在商用車上的應(yīng)用,在交通部《營(yíng)運(yùn)客車類型劃分及等級(jí)評(píng)定》(JT/T325一2002)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,大型客車高一級(jí)、高二級(jí)、高三級(jí)必須全部采用空氣懸架,在中型客車高二級(jí)、高一級(jí)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(zhì)量限值》(GB1589一2004)規(guī)定:雙軸汽車驅(qū)動(dòng)橋的最大允許軸荷限值在配置空氣懸架時(shí)為11500kg,普通懸架最大限值為10000kg;三軸汽車驅(qū)動(dòng)軸為每軸每側(cè)雙輪胎且配置空氣懸架時(shí),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(guó)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的日益完善、執(zhí)法力度的不斷加強(qiáng)和超載超限治理工作的持續(xù)推進(jìn),空氣懸架在我國(guó)汽車上的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大。5.空氣懸架系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀世界發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車制造企業(yè)紛紛投巨資研制新一代空氣懸架產(chǎn)品,通過采用高新技術(shù),最大限度地提升載貨汽車的技術(shù)水平。目前,在我國(guó),空氣懸架系統(tǒng)還處于仿制或者直接購(gòu)買產(chǎn)品階段由于又有則