汽车用空气悬架系统(论

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1、汽车用空气悬架系统1空气悬架发展概述空气弹簧诞生于19世纪中期,早期用于机械设备隔振。1947年，美国首先在普尔曼车上使用空气弹簧，到目前为止，美国在重型载货车上空气悬架的占有率是85%，比1988年增长了54％；大约82%的拖挂车使用空气悬架，比10年前增长了15%，欧洲大约与之保持相同的增长速度。空气悬架在轻型货车上的应用目前虽然只占市场份额的5%，但已呈现出快速增长的趋势，火石公司(Firestone)预测到2003年，空气悬架在轻型车市场占有率将达到10%，2008年将达到40%。空气悬架在旅游车、长途客车及高速客车市场也占有极大的份额，到1994年，联邦德国生产的

2、55种大、中型公共汽车中，已有38种使用了空气悬架，国外高级大客车几乎全部使用空气悬架；部分轿车也逐渐安装空气弹簧悬架，如Benz300SE和Benz600。我国虽然从50年代就开始了对空气悬架的研究工作，但由于设计及制造等复杂因素的影响，一直未能得到推广应用。近年来，随着汽车技术的发展及国外空气悬架的引进，小部分国产高级旅游车开始采用国外购置的空气悬架，如沈阳飞机汽车制造厂、北方汽车制造厂、厦门金龙联合汽车公司、亚星客车集团公司、丹东汽车制造厂等生产的客车。随着空气悬架应用的推广，对空气弹簧、导向机构及控制机构的研究也得到了重视。J.R.EVANS等人在1970年做了空气

3、弹簧垂直特性实验，建立空气弹簧垂直动态特性模型；1994年做了空气弹簧的侧向特性实验，在大频率和大幅值情况下，测量了空气弹簧在不同载荷下的侧向力和变形。KatsuyaYoyofuku等通过研究振动频率和弹簧反应之间的关系，分析管道和气室对弹簧特性变化的影响。交通部重庆公路科学研究所的丁良旭对空气悬架的一些性能进行了探讨，拟合了空气弹簧的特性曲线。JonBunne和RogerJable研究了空气悬架对传动系统振动的影响。JohnWoodrooffe通过试验分别评价了重型货车空气弹簧悬架和钢板弹簧悬架的路面附着性和行驶平顺性。2空气悬架系统的特性2.1　空气弹簧的特点（1）空气

4、弹簧具有非线性特性，可将其特性曲线设计成理想形状。如图1所示空气弹簧特性曲线，静、动刚度随着载荷的增加而增大。（2）空气弹簧质量轻，内摩擦极小，对高频振动有很好的隔振、消声能力。（3）空气弹簧的刚度和承载能力可以通过调节橡胶气囊内的压力来调整。（4）空气弹簧制造工艺复杂，费用高。2.2　空气悬架对整车性能的影响（1）空气悬架为刚度可变的非线性悬架。当簧载质量变化时，刚度随之变化，以保持空载和满载时车身高度相同，悬架固有频率基本不变。根据需要，可以选择不同的气囊工作高度，获得理想的固有频率，从而得到良好的行驶平顺性。（2）空气悬架质量轻，弹簧刚度低,高速行驶时，轮胎与地面的附

5、着能力强，制动距离短；转向时，过多转向和不足转向倾向减小，转向稳定性强，提高了整车的操纵稳定性。（3）空气弹簧内的空气压力直接反映了簧载质量，可取空气压力作为信号，控制制动缸内的气压，来控制制动时的制动力，更好地保证了行驶安全性。（4）可通过给空气弹簧气囊充气或放气来调节车身高度。在平坦的路面上，降低车身高度，保持空气阻力系数为最佳值，可以减小油耗或在功率不变的情况下获得最大车速。在崎岖不平的道路上，为了通过障碍物，可以提高车身高度。（5）减少整车的振动噪声,提高汽车零部件使用寿命。（6）由于空气悬架刚度低，轮胎动载荷小，能够降低载重汽车对高速公路的破坏。3空气悬架系统的组

6、成空气悬架系统主要由空气弹簧、导向机构、高度控制阀、减振器、横向稳定器和缓冲限位块等组成。3.1空气弹簧的类型和特性空气弹簧是橡胶、帘布结构的气囊，以空气为介质，利用空气具有压缩弹性的性质制成的弹簧，其刚度呈非线性变化，通常是当载荷加大时刚度也增大。由于空气弹簧的空气介质内摩擦极小，工作时几乎没有噪声，对于高频振动的吸收和隔音性能极好。根据橡胶气囊工作时的变形方式，空气弹簧分为囊式空气弹簧和膜式空气弹簧两种。图2中左边为囊式空气弹簧，右边为膜式空气弹簧。图2两种不同形式的空气弹簧囊式空气弹簧主要靠橡胶气囊的卷曲获得弹性变形，膜式空气弹簧主要靠橡胶气囊的卷曲获得弹性变形。囊式

7、空气弹簧寿命较长、制造方便、刚度较大，常用于载货汽车上，膜式空气弹簧尺寸较小，弹性特性曲线更理想，刚度较小，常用于轿车上。3.2导向机构由于空气弹簧只能承受垂直载荷，所以在汽车空气悬架中必须设计导向机构来传递纵向力和侧向力，导向机构的设计在空气弹簧悬架设计中一个非常重要的方面，如果设计得不合理，会增加空气弹簧的负担，甚至会发生扭曲、摩擦等现象，恶化减振效果，缩短弹簧的寿命。导向机构的形式很多，各有利弊，在设计时要分局整车的布置和性能要求进行。3.3高度控制机构车架高度控制机构包括一个高度传感器、控制机构和执行机构，