2 空气悬架结构

2 空气悬架结构2.1 空气悬架结构简介2.1.1 空气悬架系统的基本结构空气弹簧悬架具有变刚度、刚度小、振动频率低、车身高度不变等优点。

典型的机械式空气悬架主要包括以下几个部分：(1)空气弹簧空气弹簧是由橡胶囊所围成的一个密闭容器，在其中贮入压缩空气，利用空气的可压缩性实现其弹簧的作用。

这种弹簧的刚度是可变的，因为作用在弹簧上的载荷增加时，容器内的定量气体气压升高，弹簧刚度增大。

反之，当载荷减小时，弹簧内的气压下降，刚度减小，故空气弹簧具有较理想的弹性特性。

(2)导向机构导向机构是承受汽车的纵向力、力矩及横向力。

由于空气悬架只能承受垂直载荷，所以需要安装导向机构以承受横向力、纵向力及力矩以使车桥(或者车轮)按一定的轨迹相对车身或车架跳动。

(3)减振装置减振装置主要是用来消耗振动能量，衰减振动。

空气作为空气弹簧的工作介质，内摩擦极小，与板簧相比空气弹簧本身只有少量阻尼，所以空气悬架必须装有阻尼器，而且其阻尼要相应增加以达到迅速衰减振动的目的。

但如果阻尼过大又会使反应迟钝并向车身传递过多的高频振动和冲击，所以减振器阻尼的匹配是否合理将影响悬架的性能。

(4)高度控制阀高度控制阀是空气弹悬架系统的一个重要组成部分，其主要功能是：①随整车载荷变化保持合理的悬架行程；②高速时降低车身高度，保持车身稳定性，减少空气阻力；⑨在起伏不平的路面上，可以提高车身高度从而提高了汽车的通过性，空气弹簧的优越性通过安装高度控制阀充分的显现出来。

(5)其它附属装置空气弹簧以压缩空气作为介质，所以必须装有压气机以产生压缩空气，另外为了进一步提高空气弹簧的性能大部分空气悬架还装有辅助气室。

现如今，随着科技的迅速发展，很多高档的客车、轿车以及商用车上已经成功的使用了电控空气悬架，这种悬架使用高度传感器和电子控制单元来控制空气弹簧的充气和排气，从而更加提高了空气悬架的控制精度和反应速度。

但在功能好的同时也有其缺点：这种汽车悬架的结构更为复杂，而且成本非常高。

所以在国内应用的还不是很广泛，但是这是汽车悬架发展的必然趋势]3[。

2.1.2 空气弹簧的类型空气弹簧的结构可以设计成很多类型，根据压缩空气所用容器不同，可以将空气弹簧分为囊式、膜式两种形式。

(1)囊式空气弹簧囊式空气弹簧是由夹有帘线的橡胶气囊、密闭在容器中的压缩气体所组成。

气囊的内层用气密性好的橡胶制成，而外层则用耐油橡胶制成。

根据橡胶气囊曲数不同可将其分为单曲、双曲和多曲的囊式空气弹簧。

气囊各段之间镶嵌有金属轮缘，用于承受气体的内压张力。

囊式空气弹簧的有效面积变化率较大，刚度较大，振动频率也较高。

所以对于囊式空气弹簧来说，适当的选择空气弹簧的有效面积变化率和辅助气室容积，可以有效地降低振动频率。

随着段数的增加，空气的弹簧的刚度会变小。

主要是由于气囊的变形可由各个曲部平均分担，因而曲段数越多，空气弹簧的有效直径变化率就会越小。

(2)膜式空气弹簧膜式空气弹簧的构造是在金属外筒与内筒或缸筒与活塞之间放置橡皮膜，通过膜的变形实现整体伸缩。

在外筒的内壁与内筒的外壁上预先给出适当的倾斜或曲面，据此橡皮膜伸缩时可沿该壁面发生变形，受压面积随变形而变化。

这就可以获得在标准高度下很软，而在大位移时变硬的特性，即合适的非线性弹簧特性。

膜式空气弹簧在国内外大客车上的应用日益广泛。

因膜式空气弹簧有效直径变化较小，其刚度较低，自振频率较低．膜式空气弹簧的底座同时也是活塞，该空气弹簧的有效直径能通过改变活塞的外形从而得到改变。

从而可以得到所需的弹性特性。

许多膜式空气弹簧的底座还作为辅助气室以增加空气弹簧的总容积，改善空气弹簧的性能。

这是提高空气弹簧系统隔振效果的有效措施之一。

2.1.3 导向机构导向传力机构是空气悬架的重要组成部件，要承受汽车的侧向力，纵向力及其力矩。

因此要有一定的强度，布置的方式要合理。

空气弹簧悬架中空气弹簧主要承受垂直载荷。

如果导向机构布置的不合理则会给空气弹簧带来很大的负担，使其发生扭曲，摩擦等现象，恶化减震的效果，从而缩短了空气弹簧的寿命。

汽车空气悬架导向机构主要有以下几点作用：①在车架或车桥之间传递力矩。

②是车桥或车轮按一定轨迹相对车身或车架跳动。

这是空气悬架中导向机构的最重要的一个作用。

2.1.4 高度控制阀高度控制阀是空气悬架系统的重要组成部分，其作用是保证车辆在任何静载荷下与路面保持一定的高度，而且空气弹簧的优势也只有在采用了高度控制阀的情况下才能得到充分的体现。

汽车空气悬架的高度控制阀一般分为机械式和电磁式，按其组成可分为带延时机构高度控制阀和不带延时机构高度控制阀-由于目前在国内空气悬架多采用机械式高度阀，因而在此针对带延时机构和不带延时机构的两种机械式高度阔进行简单介绍。

延时机构由缓冲弹簧和油压减振器组成。

其作用是：在车辆运行时的正常振动中，保证空气弹簧的高度虽有变化但不起进、排气作用，而当静载荷变化或以极低频率振动时，保证空气弹簧进行充、排气，以使在汽车正常的振动中高度阀的进、排气阀不会频繁地打开，从而减少压缩空气的浪费。

在使用不带延时机构的高度阀时，车辆在运行过程中高度阀的进、排气阁不断地关闭，空气消耗量大，为此一般在空气通道上设置一节流孔，或在排气通道外加一长橡胶软管，以便限制空气流量，避免空气中的水分和灰尘堵塞小孔。

2.2 空气悬架系统的工作原理在理想状态下，装有空气弹簧悬架的汽车通过压缩空气的压力能够随载荷和道路条件变化进行自动调节，不论满载还是空载整车高度几乎不会发生变化。

可以大大提高乘坐的舒适性。

空气悬架的工作原理：空气压缩机供给储气筒压缩空气，储气筒上装有压力保护阀，当储气筒的压力超出设定压力时，压力保护阀会自动打开把过载压力卸掉。

当车辆在平直路面上行驶时，高度阀的充气阀门和排气阀门均关闭，空气弹簧气囊内即不充气也不放气，车架高度保持不变。

当车辆行驶在不平路面或转弯时，车轮产生跳动或转弯离心力都会使车架产生倾斜，连接在车架上的高度控制阀的控制杆就会转过一定的角度，当车辆载荷增加时，空气弹簧被压缩，车架整体下移，高度控制阀控制杆向上旋转，使控制阀的充气阀门打开，压缩空气经高度控制阀向气囊内充气，在气压的作用下，车架回升，高度控制阀的控制杆随之向下旋转，使控制阀的充气阀门的开度逐渐变小直至关闭，此时车架恢复到设定高度，即空气弹簧气囊回升到原来的高度；当车辆载荷下降时，空气弹簧气囊在其腔内压缩空气的作用下伸长，车架整体上移，高度控制阀控制杆向下旋转，使控制阀的放气阀门打开，压缩空气经高度控制阀向外界排出，车架下降，高度控制阀控制杆随之向上旋转，使控制阀的放气阀门的开度逐渐变小直至关闭，此时车架逐渐恢复到设定高度。

3. 空气悬架系统结构方案设计3.1空气弹簧悬架与机械弹簧悬架比较3.1.1空气弹簧悬架与机械弹簧悬架性能的比较空气弹簧与机械弹簧悬架的目的是一样的，都是为了保护车辆不受振动和路面冲击振动的影响。

但是，机械弹簧悬架也可能加强振动，因为一些小的来自路面的跳动都可能引起共振。

而空气弹簧消除振动的性能从而提高车辆的行驶平顺性-乘坐柔软性和舒适性是机械弹簧悬架系统所无法比拟的。

机械弹簧悬架的吸振相差太大，在俯仰摆动时，机械弹簧悬架的减振效果更差，只有空气弹簧悬架的25%。

3.1.2空气弹簧的优点1.性能优点：由于空气弹簧可以设计得比较柔软，因而空气悬架可以得到较低的固有振动频率，同时空气弹簧的变刚度特性使得这一频率在较大的载荷变化范围内保持不变，从而提高了汽车的行驶平顺性。

空气悬架的另一个优点在于通过调节车身高度使大客车的地板高度随载荷的变化基本保持不变。

此外，空气悬架还具有空气弹簧寿命长，质量小以及噪音低等一些优点。

而这些都明显优越于机械弹簧悬架。

2. 空气弹簧的刚性导向臂与车架支架用橡胶衬套相连接，在加速和刹车时，允许车桥有控制的运动，以减少桥壳应力，防止损坏。

对于高扭矩/低转速发电机车辆而言，这是一个重要考虑因素。

刹车时，车桥略向前和向下运动，保持轮胎贴近地面，缩短刹车距离‘刹车不跑偏，从而更安全。

轮胎和刹车片寿命增加。

3.系统简单，没有大的冲击载荷。

3.2空气弹簧的种类及布置问题空气弹簧有三大类，包括囊式，膜式和复合式空气弹簧。

3.2.1膜式空气弹簧的特点可以把它看成是囊式空气弹簧下盖板变成一个活塞而形成的。

由于这种改变大大改善了空气弹簧的弹性特性，得到了比囊式空气弹簧更为理想的反“S”形弹簧特性曲线。

可看出膜式空气弹簧在其正常工作范围内，弹簧刚度变化要比囊式空气弹簧小，因而就振动性能来说，膜式空气弹簧要比囊式空气弹簧优越的多。

但是载荷不高。

3.2.2囊式空气弹簧和复合式空气弹簧的特点：囊式有可以分为圆形膜式和椭圆形膜式，还可以分为单节式，双节式和三节式，节数越多，弹簧显的越柔软。

囊式较膜式寿命长，载荷高，制造方便，但刚度大。

空气弹簧的刚度与弹簧的有效面积的变化率dF/dx有关，所以对于有效面积变化率较大的囊式空气弹簧来说，弹簧刚度较大，振动频率较高。

复合式空气弹簧兼有膜式空气弹簧和囊式空气弹簧的优点，但是结构复杂，制作成本较高，在此选用囊式空气弹簧。

3.2.3空气弹簧的选用及布置问题由于大客车轴载荷很大，所以我在这里选用囊式的空气弹簧，由于囊式弹簧的刚度较大，最好解决这方面的问题，有一个办法比较好，就是采用2个空气弹簧，可以有效的减低空气弹簧的刚度，并且，2个空气弹簧可以增加负荷，提高客车的性能。

对于囊式空气弹簧振动频率高的问题，由空气弹簧频率计算公式可以看出，当空气弹簧的容积愈大时，其刚度愈低。

因此，采用辅助气室能减小空气弹簧的刚度。

在压力较高的情况下，增加辅助气室的容积对刚度的影响更明显。

但这种影响将随容积的增加而减小。

所以，对囊式空气弹簧来说，适当选择弹簧的有效面积变化率和辅助气室的容积，可得到较低的振动频率。

所以可以选用囊式空气弹簧。

关于布置方面的问题，对比各种布置方法和理论，可以知道，空气弹簧的中心距在考虑到车身及车架尺寸时可以做的越大越好，因为这样，可以提高汽车的抗侧倾性能，关于这方面的理论，在后面关于侧倾刚度的计算中可以有更加明确的解释3.3高度控制阀在大客车的空气悬架中，都装有高度控制阀。

高度控制阀安装在车身上，根据车辆载荷，调节气囊气压以保持车身高度为一恒定指。

当车辆载荷增加时，装有高度控制阀的车身将下移，连接车桥和高度控制阀的摆杆转动，带动凸轮转轴转动，从而使活塞和顶杆上移，将排气关闭，进气门打开，。

随着气囊内气压的上升，空气弹簧高度增加，车身也随之上升，进气门则因为摆杆的移动而关闭，此时高度控制阀处于一个平衡状态。

当车辆载荷减少时，因气囊内多余的气压，使空气弹簧升高，从而车身也上升，因此，摆杆转动，带动凸轮转动，从而使活塞和顶杆下移，使排气门打开，进气门关闭，气囊中多余的气压排至大气。