汽車用空氣懸架系統(tǒng)(論文)

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1、汽車用空氣懸架系統(tǒng)1空氣懸架發(fā)展概述空氣彈簧誕生于19世紀(jì)中期,早期用于機(jī)械設(shè)備隔振。1947年，美國(guó)首先在普爾曼車上使用空氣彈簧，到目前為止，美國(guó)在重型載貨車上空氣懸架的占有率是85%，比1988年增長(zhǎng)了54％；大約82%的拖掛車使用空氣懸架，比10年前增長(zhǎng)了15%，歐洲大約與之保持相同的增長(zhǎng)速度?？諝鈶壹茉谳p型貨車上的應(yīng)用目前雖然只占市場(chǎng)份額的5%，但已呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，火石公司(Firestone)預(yù)測(cè)到2003年，空氣懸架在輕型車市場(chǎng)占有率將達(dá)到10%，2008年將達(dá)到40%?？諝鈶壹茉诼糜诬?、長(zhǎng)途客車及高速客

2、車市場(chǎng)也占有極大的份額，到1994年，聯(lián)邦德國(guó)生產(chǎn)的55種大、中型公共汽車中，已有38種使用了空氣懸架，國(guó)外高級(jí)大客車幾乎全部使用空氣懸架；部分轎車也逐漸安裝空氣彈簧懸架，如Benz300SE和Benz600。我國(guó)雖然從50年代就開始了對(duì)空氣懸架的研究工作，但由于設(shè)計(jì)及制造等復(fù)雜因素的影響，一直未能得到推廣應(yīng)用。近年來(lái)，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展及國(guó)外空氣懸架的引進(jìn)，小部分國(guó)產(chǎn)高級(jí)旅游車開始采用國(guó)外購(gòu)置的空氣懸架，如沈陽(yáng)飛機(jī)汽車制造廠、北方汽車制造廠、廈門金龍聯(lián)合汽車公司、亞星客車集團(tuán)公司、丹東汽車制造廠等生產(chǎn)的客車。隨著空氣懸架

3、應(yīng)用的推廣，對(duì)空氣彈簧、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)的研究也得到了重視。J.R.EVANS等人在1970年做了空氣彈簧垂直特性實(shí)驗(yàn)，建立空氣彈簧垂直動(dòng)態(tài)特性模型；1994年做了空氣彈簧的側(cè)向特性實(shí)驗(yàn)，在大頻率和大幅值情況下，測(cè)量了空氣彈簧在不同載荷下的側(cè)向力和變形。KatsuyaYoyofuku等通過(guò)研究振動(dòng)頻率和彈簧反應(yīng)之間的關(guān)系，分析管道和氣室對(duì)彈簧特性變化的影響。交通部重慶公路科學(xué)研究所的丁良旭對(duì)空氣懸架的一些性能進(jìn)行了探討，擬合了空氣彈簧的特性曲線。JonBunne和RogerJable研究了空氣懸架對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)的影響。J

4、ohnWoodrooffe通過(guò)試驗(yàn)分別評(píng)價(jià)了重型貨車空氣彈簧懸架和鋼板彈簧懸架的路面附著性和行駛平順性。2空氣懸架系統(tǒng)的特性2.1　空氣彈簧的特點(diǎn)（1）空氣彈簧具有非線性特性，可將其特性曲線設(shè)計(jì)成理想形狀。如圖1所示空氣彈簧特性曲線，靜、動(dòng)剛度隨著載荷的增加而增大。（2）空氣彈簧質(zhì)量輕，內(nèi)摩擦極小，對(duì)高頻振動(dòng)有很好的隔振、消聲能力。（3）空氣彈簧的剛度和承載能力可以通過(guò)調(diào)節(jié)橡膠氣囊內(nèi)的壓力來(lái)調(diào)整。（4）空氣彈簧制造工藝復(fù)雜，費(fèi)用高。2.2　空氣懸架對(duì)整車性能的影響（1）空氣懸架為剛度可變的非線性懸架。當(dāng)簧載質(zhì)量變化時(shí)，剛度

5、隨之變化，以保持空載和滿載時(shí)車身高度相同，懸架固有頻率基本不變。根據(jù)需要，可以選擇不同的氣囊工作高度，獲得理想的固有頻率，從而得到良好的行駛平順性。（2）空氣懸架質(zhì)量輕，彈簧剛度低,高速行駛時(shí)，輪胎與地面的附著能力強(qiáng)，制動(dòng)距離短；轉(zhuǎn)向時(shí)，過(guò)多轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向傾向減小，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性強(qiáng)，提高了整車的操縱穩(wěn)定性。（3）空氣彈簧內(nèi)的空氣壓力直接反映了簧載質(zhì)量，可取空氣壓力作為信號(hào)，控制制動(dòng)缸內(nèi)的氣壓，來(lái)控制制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力，更好地保證了行駛安全性。（4）可通過(guò)給空氣彈簧氣囊充氣或放氣來(lái)調(diào)節(jié)車身高度。在平坦的路面上，降低車身高度，保持空氣

6、阻力系數(shù)為最佳值，可以減小油耗或在功率不變的情況下獲得最大車速。在崎嶇不平的道路上，為了通過(guò)障礙物，可以提高車身高度。（5）減少整車的振動(dòng)噪聲,提高汽車零部件使用壽命。（6）由于空氣懸架剛度低，輪胎動(dòng)載荷小，能夠降低載重汽車對(duì)高速公路的破壞。3空氣懸架系統(tǒng)的組成空氣懸架系統(tǒng)主要由空氣彈簧、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、高度控制閥、減振器、橫向穩(wěn)定器和緩沖限位塊等組成。3.1空氣彈簧的類型和特性空氣彈簧是橡膠、簾布結(jié)構(gòu)的氣囊，以空氣為介質(zhì)，利用空氣具有壓縮彈性的性質(zhì)制成的彈簧，其剛度呈非線性變化，通常是當(dāng)載荷加大時(shí)剛度也增大。由于空氣彈簧的空氣

7、介質(zhì)內(nèi)摩擦極小，工作時(shí)幾乎沒(méi)有噪聲，對(duì)于高頻振動(dòng)的吸收和隔音性能極好。根據(jù)橡膠氣囊工作時(shí)的變形方式，空氣彈簧分為囊式空氣彈簧和膜式空氣彈簧兩種。圖2中左邊為囊式空氣彈簧，右邊為膜式空氣彈簧。圖2兩種不同形式的空氣彈簧囊式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形，膜式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形。囊式空氣彈簧壽命較長(zhǎng)、制造方便、剛度較大，常用于載貨汽車上，膜式空氣彈簧尺寸較小，彈性特性曲線更理想，剛度較小，常用于轎車上。3.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由于空氣彈簧只能承受垂直載荷，所以在汽車空氣懸架中必須設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來(lái)傳遞縱向力和

8、側(cè)向力，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在空氣彈簧懸架設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的方面，如果設(shè)計(jì)得不合理，會(huì)增加空氣彈簧的負(fù)擔(dān)，甚至?xí)l(fā)生扭曲、摩擦等現(xiàn)象，惡化減振效果，縮短彈簧的壽命。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式很多，各有利弊，在設(shè)計(jì)時(shí)要分局整車的布置和性能要求進(jìn)行。3.3高度控制機(jī)構(gòu)車架高度控制機(jī)構(gòu)包括一個(gè)高度傳感器、控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，