空气悬架简介

空气悬架简介

1 空气悬架发展的简史

空气弹簧发明于100年前,它的雏形是马车上使用的皮囊。直到20世纪30年代出现的纤维叠层橡胶制作技术才使制造实用的空气弹簧成为可能。人们首先考虑在客车上应用空气弹簧。

在20世纪50年代初，通用汽车公司率先在长途客车上使用空气悬架。从那时起一直到现在几乎所有的大型长途客车和公交车上都采用了空气悬架。正是由于重型车辆悬架的优点使得现今北美80%的重型卡车和75%的半挂车都采用空气悬架，图1所示的是早期的空气悬架。

2 空气悬架与板簧悬架的比较

类似公交车的车辆其空载与满载状况下总重之比为1∶2,板簧悬架不可能达到最好的乘坐舒适性和操纵性能。以下是在Tuthill实验室中进行的简单实验,实验中在长期随机状态下测量了5t板簧悬架和5t空气悬架的加速度。钢板弹簧具有较大的弹簧刚度，曲线图清楚地表明使用空气悬架时传递到车身的加速度明显减小，从而在给乘客提供了较高舒适性的同时减少了对车身的损坏。既提高了整车的使用寿命，也降低了整车使用维修成本，提高了运输效率。

本图只显示出悬架的一种性能，即弹簧刚度，在选择悬架时经常会做出折中的选择。但是这是完全有必要的。提高乘坐舒适性会部分损害侧倾刚度或车辆操纵性。装配情况或车辆上留给悬架的安装空间是否充足也是悬架设计考虑的因素。这些折中非常重要，因为

在选择悬架时必须整体考虑车辆及其运行环境。空气悬架可以让你在选择所需性能时具有更大的选择权,使车辆在中国的环境中能发挥最优性能。板簧与空气弹簧的对比见表1。

针对特定车辆悬架所选择的阻尼值是影响车辆操纵性和乘坐舒适性的重要因素。减震器选择的好坏决定了诸如振动衰减，车辆颠动和侧倾控制等因素。

欧洲对悬架减震器规定了最小阻尼标准，而且要求悬架系统的偏频小于2以确保悬架对道路的保护。此要求更大程度上是基于以下考虑的，即保持轮胎贴地使乘客乘坐舒适性得到保证，但是当中国开始处理重型车辆对路面的损坏问题时，车辆设计的各项规定和标准的陆续出台也在关注控制重型车辆对路面的破坏问题。下列两图表反映了TUTHILL公司实验室所做的测试结果，悬架的实验数据符合欧洲标准。图2所示曲线说明了相对于衰减到临界阻尼的20%同一悬架欧洲标准，作用于Reyco悬架上载荷阻尼偏小。

3 空气悬架的设计

3.1 位移与时间

图3表现的两悬架特性是乘坐舒适性和车桥控制性能。空气悬架容许你选择具有最佳弹簧刚度的弹簧及具有所要阻尼值的减震器。以上特性及其他特性必须根据不同车辆运行环境和所需性能来进行选择，所以欧洲悬架与北美悬架的特性会有所不同。

3.2 影响空气悬架设计的因素

我的建议是中国的空气悬架必须按照中国的实际国情来设计。在设计时需要注意的因素是性能，可靠性、可维护性和使用期间成本等问题。尤其中国与欧美国家相比，其路面

状况比较复杂，且也因地区不同差别较大，较差的路面状况传递给空气悬架系统的力比平坦路面要大很多。

设计空气悬架时必须考虑超载运输对行驶安全及空气悬架的影响，而不能将欧美国家的空气悬架完全拿来不加适应性改进就直接使用。如加大横向力控制，避免后桥移位问题；制造装配精度的提高也必须给予高度重视；设计的整体匹配也很重要，如车架的强度、刚度和空气悬架的强度、刚度要相匹配。空气悬架设计要介入到整车总布置中进行设计，综合考虑强度、安全可靠性、舒适性、操纵稳定性、可维护性等诸多因素。

3.3 设计空气悬架要注意的诸多问题

（1）设计首先要以人为本，关注乘客的生命安全。城市公交客车要重点考虑超载影响到的安全可靠性，城市间客车不仅要靠虑这点，同时还要考虑到路面状况影响到的舒适性和操纵稳定性。

（2）设计也要为使用客户降低购置和使用维护成本及维修方便性着想。

（3）中国的直接使用客户对空气悬架的了解不深，出现的很多问题是使用和维护不当造成的，这说明好的空气悬架产品得不到正确的使用和维护，同样无法体现好产品的优势，所以好的空气悬架产品必须有好的培训和正确的使用维护相配合。只有这样设计才能适应中国的实际国情。所有上述因素都受到中国客车运行环境的影响。

3.4 设计空气悬架时具体参数选择及匹配如下

3.4.1 偏频f

1～1.5Hz好路面尽可能选下限值。选择下限偏频值时应配置横向稳定杆；且前悬架侧倾角刚度比后悬架的要大一些，以使汽车有不足转向特性。

3.4.2 减震器阻尼比（相对阻尼系数）D

0.3～0.5 D=C/C0 C总阻尼（N.s/m）, C0临界阻尼, 无阻尼的弹性元件选上限值。

3.4.3 稳态侧倾角Φ

≤5～6°(0.4g 侧向加速度条件下)

3.4.4 垂直振动加速度响应Leg

Leg≤113dB(或ISO2631计算耐疲劳限达到4～5h，或按CJ/T162-2002)。

3.4.5 校核工作

校核传力杆系的运动干涉，使其不能出现过度转向特性。

3.5 性能

3.5.1 车桥控制

是指具有良好阻尼的悬架使轮胎贴地并控制共振。该特性对路面的破坏也有影响。未来车辆对路面的破坏性将会是一个更受关注的问题。

3.5.2 抗侧倾横向稳定性

中国的超载现象及某些山区蜿蜒的山路使带有抗侧倾横向稳定性的车辆具有更大优势。

3.5.3 乘坐舒适性

乘坐舒适性是选择空气悬架的主要原因之一，但是不能因此牺牲操纵稳定性。

3.6 可维护性

3.6.1 必需的专业技能

悬架的复杂性决定维护的难易程度。复杂或包含众多组件的悬架使普通的维护技师无力应付。

3.6.2 可接近性

设计的悬架必须给维护工具提供可接近的空间。如果扳手无法对紧固件进行紧固，就无法进行必要的重新拧紧工作。

3.6.3 润滑

尽可能不采用需要上润滑油的悬架。橡胶衬套和密封式轴承等零配件的应用省去了这一维护项目，不需要润滑。

3.7 使用期间成本

3.7.1 前期成本

前期成本包括2方面，悬架自身成本和安装成本。公交车制造商和悬架设计师密切合作可以将这两项成本降至最低。

3.7.2 悬架维护成本

尽量采用中国生产的零部件并进行适应性设计可以降低维护成本。如果所有零部件都是进口的，会产生采购方面的问题并导致备件成本高昂。

3.7.3 车辆维护成本

人们发现空气悬架能减少车辆所有零部件的维护成本。因为空气悬架减少了路面对车辆冲击的次数及强度。

4 空气悬架在中国的前景

空气悬架在中国会沿着欧美曾经走过的轨迹发展，其回报不可忽略。但是如果成本高昂或悬架产品使他们失去在公交车维护方面的专业优势，长途客车或公交车运营商会失去采用空气悬架的耐心。忽略中国本土技术的进口系统将增加运营商的成本，因为这样会导致昂贵的配件市场备件成本及不同系统的培训成本。中国有良好的车桥生产基地，其设计技术符合中国的具体环境。应该使用符合这些技术的空气悬架来实现悬架的优良性能和可靠性。

表1板簧与空气弹簧的对比

板 簧

刚度固定，挠度与载荷成正比。板簧的滞后现象导致汽车行驶的不平顺性。悬架高度根据载荷的不同而变化，制动和加速导致弹簧弯卷。抗侧倾横向稳定性由弹簧刚度决定。悬架高度不能降低。

空 气 弹 簧

递增刚度。空载时刚度更小。可以调整阻尼达到车辆最佳操纵及行驶状态。通过高度控制阀保持在各种载荷下的悬架高度不变。主销后倾角能保持最佳状态。4气囊空气悬架必须使用横向稳定杆。空气悬架下跪的特点能降低地板高度。