某乘用车后悬架空气弹簧漏气分析与噪声整车平顺性改进

某乘用车后悬架空气弹簧漏气分析与噪
声整车平顺性改进
摘要：乘用车后悬架空气弹簧漏气可能影响汽车的使用质量与驾驶者的安全，基于此，本文探讨了乘用车后悬架空气弹簧漏气的原因，并提出了解决措施，对
匹配件的不同平面度及橡胶软垫对空气弹簧疲劳耐久的影响进行了验证。

关键词：乘用车后悬架；空气弹簧漏气；改进
1.乘用车后悬架空气弹簧工作原理
随着车辆技术的发展和升级，车辆的悬架技术也从传统的被动悬架向更为智
能主动悬架转变，在此过程中，空气弹簧的成功研发与应用，有效地解决了悬架
刚度需求之间的矛盾。

空气弹簧是将压缩空气填充到密闭的容器内，通过气体的可压缩性来发挥它
的弹性功能。

该结构的最大特征是其自振频率较低，并具备优异的静动态刚度，
既可对低频振动进行有效地隔振，又可实现较大的承载力。

安装了高度调整器后，可以使车体的高度不会随着负载的增加或减少而改变，同时可以使车体的弹性系
数降低，从而使车体的平顺性更好。

目前最常见的有两类一类是用于商业车辆
的气囊型，一类是用于汽车的气囊型；一种是膜型，一般用于高档汽车。

本文探
讨的是第二种类型。

空气弹簧的工作机理为：当空气弹簧做功时，压缩气体会充满腔体，形成一
个类似于空气柱的压缩气体。

当振动荷载增加时，弹簧空腔容积会随着高度降低，而导致压强增大，这时候，弹簧的承载能力就会增加。

相对于一般的弹簧，空气
弹簧拥有转速更低，动力波动更小，更容易操控等优势，运用空气弹簧的乘用车，驾驶更加舒适，并可根据路况，调整车身高度。

它的缺点是尺寸比较小，构造相
对一般的弹簧来说较为复杂，成本比较高，寿命也比较短。

2原因分析
A公司即将生产的某乘用车自带悬架系统，在整车耐久路试过程中，发现左
后悬车身姿态显著偏低，还出现了噪音。

在经过深入的调查之后，认为造成左后
轮眉高度异常的关键因素是空气弹簧漏气。

2.1空气弹簧常见的失效形式与原因
在汽车的行驶中，由于汽车在多向负载的情况下，汽车的受力情况十分复杂，容易发生较大的变形，空气弹簧的主要失效模式有三类：第一，空气弹簧自身原因，在汽车的行驶过程中，汽车的空气弹簧会随着时间的推移而逐渐丧失弹性，
再加上汽车在行驶中受到的交变负载的反复影响，很可能会出现裂纹和疲劳破坏；第二，是气密性问题，主要是空气弹簧囊与上下安装座之间的密封件，阀门的开口，以及活塞总成的周边，这些地方都是最脆弱的地方，很可能会出现密封件的
故障。

但是，对于目前大部分的空气弹簧外保护装置，由于其外保护装置多采用
保护套，所以空气弹簧自身的损坏并不多见。

第三，电子气泵和气路分配阀，两
者的弱点均为电磁阀，电磁阀的复位弹簧刚度衰减、断裂等物理缺陷和线路连接
不畅等问题，均可导致空气弹簧失效。

一般来说，空气弹簧漏气是因为气密性问题，其他的部件，如压缩机，储气罐等，失效率都比较低，在日常生活中不常见。

2.2漏气原因推测
造成空气弹簧漏气的原因有两个方面：
（1）在垂直荷载的反复作用下，左侧活塞的结构被破坏，缓冲垫的刚度急
剧降低，从而使轮心的跳程超过了设置的范围，造成左侧活塞与底座之间的撞击
干扰，损害了活塞，最终引起漏气。

（2）左侧活塞因为焊接等工艺的原因影响，在交流负载的情况下，压力过
大会造成活塞的损坏，造成左侧漏气。

根据以上推断，逐一检查了空气弹簧的以下部件：
（1）左后悬架系统的弹性部件：（除了左后减震器以外）没有断裂；
（2）悬架系统的高度传感器完好；
（3）空气弹簧上部支撑表面的相对高度左右方向不存在显著差别；
（4）将左后空气弹簧从车身上取下，经过检测，发现与左后空气弹簧上端相匹配的副车架支架的安装表面平坦度较低，特别是接近空气弹簧上端月牙孔的支承表面，存在着一定程度的磨损。

此外，对该缺陷部位的开焊区进行了切割，结果表明，所有缺陷部位的熔深都不低于0.6 mm，达到了设计要求。

对同一批样品逐一检查，没有发现异常。

3台架试验设计和故障重现
在此基础上，根据试验结果和冲压技术，选择了两套平面大小分别＞1和＜1的组件，对其进行了试验。

3.1试验条件
空气弹簧的耐久性测试不像盘簧或板簧的测试结果比较简单，需要搭载有空气弹簧控制单元、空气压缩机，开展三级疲劳试验。

在0.5—1.0赫兹范围内测试，每组样品的测试时间为15天左右。

表1为空气弹簧三级疲劳试验结果。

表1为三级疲劳试验结果
在综合分析测试成本和测试周期的基础上，将b和c两组块谱进一步等效到
a组，等效后的总循环数目为500000次，将一组样品的测试时间减少到3天。

表
2为等效损伤。

表2等效损伤
首先对副车架支架的平整度超过1毫米、左边（平面度）2.91、右边（平面度）2.70的样品进行检验，并对驱动气缸进行加压。

在将台架搭建完毕之后，进
行测试的时候，分别向左右空气弹簧中充入1.15 MPa的压缩空气。

在进行测试
的时候，右边的空气弹簧上端没有带橡胶软垫，在进行了1460个循环之后，就
会出现漏气。

左边的空气弹簧上端带橡胶软垫，在整个试验（500000次）结束后，没有发现漏气的现象，只有橡胶软垫有轻微的损坏，并且空气弹簧内气压只下降
了0.06 MPa。

在测试完毕之后，右边的漏气件进行测试，结果表明，漏气的部位
与整车耐久试验的位置是一致的，都是在空气弹簧的上端内侧。

再次利用空气弹簧支撑的平面性小于1毫米的样品，左边（平面度）0.73，
右边（平面度）0.63进行测试。

在测试时，左、右两侧都有橡皮软垫，测试了500000次，没有发现任何泄漏。

最后，测试噪音。

观察发现空气弹簧密封动静环平面有发黑印记，橡胶失去弹性，可能由于安装过紧，导致噪音。

处理方法：重新调整安装高度，在安装完空气弹簧后，用工具拨弄弹簧，如果有较强的张力，即回弹达到2-4mm即可。

再次测试，噪音消失。

3.2测试结果
（1）副车架支架平整度＞1时，带有橡皮垫片的空气弹簧的疲劳耐久性要更好一些。

（2）当副车架支架平整度超＞1，而没有橡皮垫片的空气弹簧做工时，会出现漏气的情况。

（3）当副车架支架平整度＜1，在左右空气弹簧给配备橡皮垫片，可明显提高空气弹簧的耐久性和疲劳寿命。

（4）把胶垫装上车，后对汽车使用情况评价，发现对车内噪音和整车的平顺性都有所改善。

4结束语
一般来讲，空气弹簧的泄气点主要集中在气门嘴、活塞焊缝处。

本项目针对由活塞和囊皮复合结构为研究对象，考虑在空气弹簧在道路、动力干扰等因素的影响下，活塞焊缝在多次气体反复作用下产生疲劳失效，导致漏气。

通过试验，证实了不同平整度和橡皮垫片对空气弹簧的疲劳耐久性的影响，因此，可采用再添加橡皮垫片的方法，提高空气弹簧的抗疲劳性能。

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