空气悬架的设计要点

空气悬架的设计要点

一、采用空气悬架的目的――改善汽车使用性能

1．改善平顺性，减小车轮对地面动载

1）影响平顺性的三个主要系统：

（1）轮胎

（2）悬架

（3）座椅

2）影响车轮动载的主要因素：

（1）轮胎刚度

（2）悬架刚度与阻尼

（3）簧上质量与簧下质量的比值

2．空气悬架应达到较好的平顺性指标，才有被选用的价值（改善平顺性的同时，也减小了车轮动载）

1）在B级路面，以50km/h匀速行驶，后轴上方座椅的垂直振动加速度响应Leg≤113dB（或按ISO2631计算耐疲劳限达到4－5h）。

2）偏频――单自由度系统自然振动固有频率（客车）：

（1）板簧：95－105cpm(1.6-1.75Hz)；

（2）气簧：

①现阶段80－85cpm(1.3-1.4Hz)；

②高级阶段（路面不平度进一步提高后）65－70cpm(1.1-1.16Hz)。

3）阻尼――理论上的阻尼比为0.33-0.35

（1）按经验公式选择减振器复原阻力时取上限或超上限值；

（2）有条件时，采用可调阻尼减振器，目前可供选择的有电磁流变改变粘度及继电器改变阻尼孔尺寸两种。有手控、自控两类，按载荷及按路面不平度输入来调节。

4）抗侧倾能力，应在0.4g侧向加速度条件下,稳态侧倾角Φ≤5－6゜。

3．充分认识并利用空气悬架的优点

1）较理想的弹性特性

（1）空、满载之间有高度控制阀调节气压，具有较好的等频性；

（2）振动时，假定没有充放气，弹性特性曲线呈非线性，增大动容量，防止悬架击穿。若反跳行程由减振器或其它机构实施弹性限位，则弹性特性呈反S形的理想特性。

2）可设计成较低的刚度，提高平顺性，不会因为空、满载之间静挠度变化太大，车高超标而受到限制。

3）高度控制阀除了自动调节设计位置的车身高度不变之外，还可用来调节车身抬高或下降（下跪），以提高车身通过性或方便乘客上、下车。

4）几乎消除了全部库伦阻尼，使悬架系统全部由粘性阻尼消振，其效果是：

（1）消除高频微幅振动的锁止作用，改善高频域的传递特性，减小高频动刚度。

（2）消除悬架响声。

但是，若减振器阻尼值不可调节，则阻尼比因载荷变化而变化，无法同时满足空载和满载的要求，只能取折衷值。而库伦阻尼恰与载荷成正比变化，所以像载货车这种后轴负荷变化很大的车型，后悬架采用库伦阻尼值大的多片钢板弹簧，对于保持空、满载阻尼比变化较小是有利的。

二、设计、开发空气悬架的六大技术关键

1．空气弹簧（气簧）

1）类型的选择

（1）囊式（葫芦形），有单曲、双曲、三曲――根据振动行程大小和刚度的要求来选择。目前除轨道车辆和设备基础外很少采用。优缺点：

①橡胶囊的应力小，寿命很长。

②制造工艺简单，零件数量少，成本低。

③因有效面积变化率很大，所以空气弹簧的刚度较大，满足不了低偏频车型的要求。

（2）膜片式（活塞式），囊体有全橡胶型和金属壳连接橡胶膜片两种，目前采用前者较多。优缺点：

①弹性特性与活塞形状有关，可以根据需要设计不同轮廓线的活塞。

②因有效面积变化率较小，一般情况下刚度较低，不必增加辅助气室。活塞内腔可根据刚度要求设计成不储气或储气的。

③金属件数量较多，制造成本高，特别是产量不大成本更高。

2）空气弹簧的布置及空气悬架分类

（1）全空气悬架：系统垂直振动的弹性作用全部由空气弹簧承担。

（2）复合式空气悬架：系统垂直振动的弹性作用75％以上由空气弹簧承担。

（3）辅助式空气悬架：系统垂直振动的弹性作用75％以下由空气弹簧承担。

注：弹性作用的度量似应以折算静挠度为宜，参阅复合式空气悬架的计算公式，参见附件A。

3）刚度计算公式

（1）空气弹簧刚度计算公式，见附件B。注意标准大气压的取值与单位有关。

（2）全空气悬架的刚度为空气弹簧刚度或多个空气弹簧刚度折算到车轴上的刚度之和（除以杠杆比平方）。

（3）复合式空气悬架的刚度为空气弹簧刚度和其它弹簧刚度折算到车轴上的刚度之和，参见附件C。

（4）公式中的气压p0、承压面积A、体积V及有效面积变化率dA/dx 等的特性曲线均由试验确定，应由空气弹簧供应商提供。目前还没有办法用理论的方法按气囊的结构参数和尺寸来推算（虽有学者做过这类工作，但不成熟）。

4）空气弹簧的气密性，按标准检验。

（1）封口气密性

①机械式

a. 嵌压式，可靠，但只一次性使用，金属件与气囊一起更换。

b. 螺栓夹紧式，金属件不必更换，但初始成本较高。

②自封式：成本低，结构简单。封口精度要求较高，否则会漏气。悬架反向限位要可靠，否则会出现行驶中脱囊大事故。

（2）囊体橡胶的气囊性要好，否则会发生慢漏。

5）气囊的疲劳寿命，按标准试验。目前国外、国内的产品都能满足要求。

2．高度控制阀

1）分类

（1）有延时作用：控制杆非刚性，即装有弹性件，再加上液压阻尼，使控制杆在较高频率振动时，输出端不运动，因而不开、关阀芯；当慢速运动时，阻尼力很小，输出端随输入端运动而开、闭阀门。这种阀可使空气悬架在行驶中不耗气。

（2）无延时作用：控制杆刚性联接，直接操纵阀门。结构较简单，成本低。行驶中因车轴不停跳动，高度阀总在充、放气，增加耗气量，且有响声。为减少耗气量，可在阀内或阀外增设节流孔，或将阀门空程加大。对于客车，因上、下乘客载荷变化很慢，采用无延时加节流孔较合适。对于自卸车或一次性加、卸载很大的货车，采用有延时的高度阀较合适。

2）可调节车身高度的高度阀

高档客车要求装有“下跪”调节，可采用调节控制杆的支点位置或连杆长度来实现，也可以另设阀门及管路来控制。车身特别低的客车，可以靠它提高离地间隙，在坏路上改善通过性。

3）电控高度阀

车轴与车身的相对运动靠杠杆控制电量位移传感器，再用其输出电压来控制继电器及气路系统。用电量控制容易实现延时、下跪、举升等要求。

4) 高度阀的布置