空气悬架发展综述

一、引言

随着我国公路运输业的发展，人们对汽车行驶平顺性和操纵稳定性提出更高的要求。在传统的被动悬架中各参数一经确定就无法改变，从而限制了汽车性能的进一步提高。阻尼或刚度参数可调节的半主动悬架，可以根据汽车的行驶状态和道路激励大小自动调节悬架参数，使其始终保持在最优设定状态，提高了汽车行驶平顺性和操纵稳定性，空气弹簧悬架具有自振频率低、弹簧刚度可调、振动及噪声小、使用寿命长等特点，推广使用空气弹簧悬架可以有效地解决上述问题。目前，国内外对半主动空气弹簧悬架已经进行了一些研究，尤其是在空气弹簧悬架设计和空气弹簧悬架控制及整车匹配技术方面做了大量开创性的工作。但是，对于空气弹簧悬架的研究必须从实验室开始，实验室研究又必须以试验台为基础。至于试验台的研究设计目前国内也就只有几所大专院校正在进行，有些还仅限于仿真阶段，或者进行某个部件的试验研究，基本上没有详细、全面的科研成果。

二、国内外空气悬架研究现状

空气弹簧诞生于十九世纪中期，1847年，John Lewis发明了空气弹簧。空气弹簧早期用于机械设备的隔振，最早用作车辆的悬架元件的专利出现在1901年，被用作有轨电车悬架的减振元件。20世纪30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(Harvey Firestone)在亨利·福特一世(Henry Ford I)和托马斯·阿瓦·爱迪生(Thomas Alva Edison)技术的支持下，在1934年研制出了空气柱形式的空气弹簧悬架系统—AIREDE空气弹簧。1944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。

据1999年统计，在重型载货汽车上空气悬架的占有率为81%，比1988年增长了约30%，凡士通公司预测到2008年空气悬架在轻型车上的占有率将达到40%。目前，空气悬架在国外高速客车和豪华城市客车上的使用率己达到100%，在中、重型货车以及挂车上也超过80%。有些高级轿车上也选装了空气悬架，如美国的Lincoln，德国的Benz600等。

随着空气悬架应用的推广，对空气悬架的研究也得到了重视。国外汽车空气悬架发展经历了“钢板弹簧－气囊复合式悬架－被动全空气悬架－主动全空气悬架(即ECAS电控空气悬架系统)”的变化。目前，如Audi A6旅行车、日本丰田公司生产的LS-400轿车、Benz公司生产的S系列2000型轿车和美国Lincoln轿车、Ford轿车均装备了电子控制的空气悬架系统。

目前，我国拥有空气悬架项目的公司为数众多，但真正拥有空气悬架设计开发技术的却寥寥无几，规模也十分有限。长春汽车研究所早在1957年就开始了空气悬架技术的研究，不少高校与研究机构也做过大量工作，并取得了许多重要的研究成果。进入1990年，国内客车厂纷纷从国外购置空气悬架及空气悬架底盘装车使用。目前，国内各大汽车厂、研究所、大专院校都对空气悬架进行过开发设计和理论研究。如郑州宇通公司、厦门金龙、苏州金龙从2002年开始自主开发和引进空气悬架的产品，主要选配Neway、科曼及Reyco的空气悬架，东风汽车研究所对混合式空气悬架进行过设计，中国重型汽车集团公司在斯太尔车上安装了浮动桥空气悬架。交通部重庆公路科学研究所对大客车非独立空气悬架的导向机构进行了研究，北京理工大学也进行了日野RC420型客车空气弹簧的台架试验，并进行了空气弹簧静、动特性和气室容积特性的分析，华南理工大学对空气悬架的振动传递特性进行了研究，都取得了一些初步研究结果。但是，与欧美等发达国家相比，我国在此方面的技术研究还处于明显的落后地位，基本上属于导入阶段。

至于试验台的研究设计目前国内也就只有几所大专院校正在进行，有些还仅限于仿真阶段，基本上没有详细、全面的科研成果。

三、空气悬架的分类

悬架是现代汽车的重要总成之一，它是车架(或车身)与车轴(或车轮)弹性地连接机构的总称。其主要任务是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，缓和路面传给车身的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。空气悬架，顾名思义，就是以空气弹簧为弹性元件，利用气体的可压缩性起弹性作用的。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，不论满载还是空载，整车高度不会变化，可以大大提高乘坐的舒适性。其总成由两部分组成：第一部分主要为结构件，包括空气弹簧、减振器、横向稳定杆及各种安装支架等；第二部分为气路和控制系统，包括空气压缩机、储气筒、空气滤清器、干燥器、限压阀、安全阀、高度控制阀组件、管路、密封件等。如图1.1和1.2所示为某客车空气悬架的前悬和后悬。

图1.1前悬                                   图1.2后悬

空气悬架按具体结构可分为以下三种：全长钢板弹簧并用式空气悬架、钢板弹簧后端式空气悬架、平行杆式空气悬架，分别如图1.3，图1.4、图1.5所示。

图1.3全长钢板弹簧并用式     图1.4钢板弹簧后端式        图1.5平行杆式

空气悬架还可按进气的控制方式分为机械控制式和电子控制式两种。

空气悬架因为空气弹簧具有非线性刚度特性，因此可以得到较低的固有振动频率，保证了汽车良好的行驶平顺性；而且空气悬架质量轻、弹簧刚度低，可以提高轮胎的附着能力，缩短制动距离，提高了整车的操纵稳定性；相对板簧结构而言，空气悬架车体平稳，从空载到满载的整个范围内都能有效隔断路面传递的振动，具有防震、防噪声等功能；但空气弹簧结构复杂，制造成本高；空气弹簧尺寸大，布置困难；密封环节多，密封困难。

四、总结

汽车空气悬架近几年开始发展迅猛，在空气悬架中，空气弹簧是主要的弹性元件，它代替了传统悬架中的螺旋弹簧，是一种新型的弹性元件，它的刚度可根据具体情况灵活改变，使乘坐舒适性大大提高。不仅如此，配合其特有的高度控制阀，它还可以自动调整车辆高度，增加高速时的行车安全性。与传统汽车悬架相比，空气悬架有许多性能优点是传统悬架无法与之匹敌。

本论文首先在熟悉空气悬架各零部件的工作原理和结构的基础上，主要根据学校实验室现有的一个四分之一模拟悬架机械装置，针对空气悬架试验台系统的要求对上述四分之一模拟悬架机械装置进行改进和优化，然后对空气悬架总成中的重要零部件进行型号选择和论证，确定整个试验台的功用和结构布局，以方便后期试验台的制造。

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