3-2空气悬架的历史、现状和发展趋势

1、空气悬架的历史、现状和发展趋势 东风汽车工程研究院 陈耀明2009年3月25日空气悬架的历史、现状和发展趋势一、历史1、国外（1）早期在商业应用之前，空气弹簧的想法早已出现。其理论基础是1660年爱尔兰人罗伯特·波义尔的论文：“新试验-探索空气弹性”，提出了“温度保持常数时空气绝对压力和容积成反比”，这就是著名的“波义尔定律”。后来又发展成为气体状态方程式：式中 容器中气体绝对压力 容器中气体容积 多变指数 等温过程 绝热过程 对于空气弹簧，一般过程 空气弹簧最早的实用记录是1847年2月授予约翰·路易斯的一项专利，这是在世界上第一辆汽车1886年被发明之前。1910年本杰

2、明·贝尔已进行了“袖筒式”空气弹簧的试验工作，并且研究了不同活塞形状的影响，这已是现代空气弹簧的雏形。上世纪30年代初，美国凡士通轮胎和橡胶公司就开始将空气弹簧用于汽车工业。到1935年，已有多种实验性的轿车，如别克、普利茅斯、克莱斯勒、林肯等已配备了空气弹簧。但到了30年代末期，因成本高，改动量大等原因，就不再采用。1938年，通用汽车公司对在其客车上安装新型空气弹簧悬架感兴趣。与凡士通合作，于1944年试验了第一辆空气悬架客车。（2）实用期-上世纪50年代载货车 通用汽车公司（GMC）1958年生产1215吨空气悬架挂车，采用圆形、枕形囊式空气弹簧。客车a)1953年，通用汽车公

3、司第一辆实用的空气悬架客车投入批量生产；b)1956年，德国大陆橡胶公司将空气弹簧投放市场。c）50年代中期，美国古特异尔橡胶公司发明了并获得专利的卷绕膜片式空气弹簧，并投入生产。轿车a）美国5种新车型50年代中期采用空气弹簧取代螺旋弹簧，但延用期不长。b）德国奔驰600采用空气悬架，延用至今。轨道车辆（轻轨、地铁、火车列车）也开始采用空气悬架。（3）大发展时期-上世纪60年代以后（我国文革动乱期）1961年开始，美国在大多数公交车上使用空气悬架，到1964年，美国生产的25种公交车，有23种用空气悬架，占92%。西德也是从1961年后在大多数公交车上采用空气悬架，到1964年，生产的55种大

4、、中型公交车上，采用空气悬架的有38种，占70%。其它未统计到的，如英国（利兰）也在客车上大量采用。日本在70年代后也在客车上大量采用空气悬架。在大型半挂车、牵引车，由于门对门运输的需要，也开始推广空气悬架，维持货箱离地高度不变。轿车，除个别车型，如奔驰600外，大多数（如福特、别克等）已淘汰，原因是像漏气等小毛病多，平顺性也和其它悬架差不多，优点不突出，且成本较高。2、国内：（1）1956年开始在北京的一机部汽车拖拉机研究所列出课题“汽车空气悬架研究”，当时的主要目的是企图替代载货车的钢板弹簧，解决当时第一个五年计划期间弹簧钢紧缺的问题。对象当然是刚投产的解放牌汽车。当时和化工部天津橡胶研究

5、所合作，设计试制了多种规格尺寸的橡胶气囊，包括、等规格，有双曲、单曲（火车列车用）、三曲三种，1958年还试制出膜片式气囊。高度控制阀由汽研所自己研发试制，有带延时的也有不延时的；导向杆系有的是从美国二战时的军车（GMC）上拆下来的的推力杆，也有自己焊接的单摆臂。当时开发了二十几种方案，装在以下几种车型试验：解放牌载货汽车，进行了长期的可靠性道路试验（北京-天津、徐水等公路上），累计有上万公里，只有一辆。北京公交公司用T-234大道奇改装的公交车，在线路上做运行试验，也只有一辆。1958年，在北京公交公司的“京-1型”无轨电车上装了24台，在无轨1路（沙滩到动物园之间）行驶，运行两年多，“困难

6、时期”后，因没有备件，拆掉。 以上研制均因解放牌前、后桥不可能修改，导向杆系无法合理布置而不能推广。汽研所该课题于1965年结束。与唐山铁道学院合作，在列车上用单曲气囊代替全椭圆式钢板弹簧（摇枕弹簧），在北京-天津列车上试运行，测试，但也没有推广应用。不过，70年代初北京地铁已采用空气悬架，所用气囊曾由株洲时代新材公司提供。（2）1975年开始，受国外客车大量使用空气悬架的影响，长春汽车研究所又重新列课题，与四平客车厂合作研发大客车空气悬架，并由武汉江岸橡胶厂试制气囊，采用板簧复合式空气悬架，较好地解决了解放牌载货汽车前、后桥不便改造的问题。 19781980年期间，先后试装了13辆空气悬架客

7、车投入运行。后因关系紧张中止了合作。（3）1985年交通部立项研发客车空气悬架，由重庆公路科学研究所承担，于1990年通过了海南汽车试验场的三万公里定型试验。并由山西侯马试产了约200辆JT6120大客车装用空气悬架，后因种种原因，该车型没有继续生产。在此期间由重庆公路所和沈阳飞机制造公司起草了我国的空气弹簧、高度控制阀国家标准。（4）19872000年期间，我国改革开放，引进了国外先进客车在国内生产，最具代表性的是：德国的尼奥普兰，在北京永定机械厂（618厂）生产。德国的凯斯鲍尔，在合肥淝河汽车厂生产。中日合资的东风日产柴，在杭州生产RB46客车底盘。这些客车或底盘都有先进的空气悬架设计，但

8、关键的零部件都是进口件，如气囊、高度阀、减振器、铰接头等。在这期间，国外的一些空气悬架供应商也开始进入国内市场，最先进入的是美国纽威，大批量供给厦门大金龙装车，还有德国ZF公司在苏州设厂，供应先进的空气悬架和前、后桥。（5）2002年交通部发布了JT/T 325营运客车类型划分及等级评定，规定了高档客车必须装用空气悬架，这就极大地促进了我国客车空气悬架的大发展，市场占有率迅速提高，普及率也很高。二、现状1、国外（1）空气悬架技术已很成熟，已普遍用于各个领域。（2）大、中型客车空气悬架占有率：欧洲 100%北美 80%初始成本，与板簧悬架对比：欧洲 增加 50%北美 增加 100%但使用成本降低

9、，包括底盘及车身等零部件损坏较少是主要因素。（3）重型牵引车头、半挂车等，几乎全部采用空气悬架，原因：门对门运输，要求货台与汽车货箱离地高度一致，便于装卸。因动载系数降低，可减小重轴荷对路面的破坏。保护货物，改善平顺性。目前空气悬架已向轻型客、货车扩展，如依维柯、柯斯特。（4）轿车：50年来只有奔驰600坚持采用空气悬架，但目前又有马自达6、凯迪拉克、新的奥迪A6等采用空气悬架。2、国内（1）主要市场在大、中型客车，包括城际、旅游、公交等领域,所占份额2022%。初始成本比板簧悬架增加45倍，如：板簧悬架：多片簧 45千元/辆份少片簧 67千元/辆份空气悬架：板簧导向臂或单摆臂 22.5万元/

10、辆份 四连杆纵臂或独立悬架 33.5万元/辆份（2）曾经大量用于举升桥，原因来自交通部规定轴荷限制（每桥10吨），后因用户弄虚作假（核查完之后就举升不放，仍超载），交通部不给承认是“桥”，产量大减。（3）载货汽车，包括牵引车、半挂车等还几乎没有采用（深圳“中集”公司出口的半挂车有少量采用）。轻型客车也只有极少数采用，因没有气源，改装成本更高。 轿车完全没有采用，只有少数公司正在研发。（4）国内已建立了相当数量的空气悬架供应（制造）商，如：1)北京 柯布克集团2)北京 公路机械车辆公司（精瑞）3)上海 科曼以上三家各自年产销售额已达到1亿以上4)北京 精德精5)北京 驰创达6)北京 塔海尔（独资

11、）7)苏州 瑞泰特8)江苏丹阳 畅通9)十堰 东风悬架弹簧公司（板簧和气悬）10)郑州 宇通客车（自供）11)长春 一汽（自供）12)株洲 时代新材料公司13)青岛 四方车辆公司此外，还有一些空气悬架零部件供应商，如重庆卡孚（重汽配，德国瓦布克产品）等。（5）主要的关键部件，仍采用进口件（通过国内代理商）,主要有：空气弹簧（气囊）：德国康蒂特克（大陆） 美国凡士通、古特异尔高度阀：德国瓦布克、卡诺尔；美国巴斯德减振器：德国萨克斯电控系统（ECAS）：德国瓦布克也有一些高档客车，整个空气悬架采用进口件，如：德国的ZF、福伊特的独立悬架，以及门式桥等。国内的供应商，虽然开发的是自主产权产品，但多数

12、为仿造，独创的很少。三、发展趋势1、基本的组成、结构、元件没有太大变化，主要在品质（质量）、可靠性等方面不断有所提高。2、导向杆系主要在于柔性铰接头提高可靠性、耐久性。此外，通过对汽车K&C特性（运动和顺从特性）的研究，采用柔性杆系，使悬架运动学更优越，有利于汽车操稳性的控制。主要在轿车独立悬架应用。3、高度控制阀采用电子控制系统（ECAS），分为开环控制与闭环控制：（1）开环控制（驾驶员控制）：如下跪、举升；（2）闭环控制（自动）：如侧倾（左、右通路自动隔离后加定时控制；充气补偿）、纵倾（充气补偿），都属于姿态控制。感载阀控制气压、举升承载桥。 我国采购瓦布克产品应用于客车。4、阻尼

13、控制：（1）减振器阻尼系数调节方法有：电磁流变液，由电磁感应线圈控制；电磁阀控制节流孔开闭，位于活塞或缸顶两种；空气弹簧气压控制节流孔开闭，位于缸顶。（2）调节方式有：开环；闭环。（3）控制的信息来自：簧载质量变化（空载、满载）；路面不平度（好路、坏路），若实现实时控制即成为半主动悬架。*据了解萨克斯公司有可调阻尼减振器供货，很希望我国空气悬架行业能试用，使技术水平提高一大步。*河南淅川减振器厂已试验气压控制阻尼的减振器。5、向主动（自适应）悬架发展，已有少数轿车达到应用阶段：（1）姿态、阻尼都实现了闭环控制；（2）弹性元件的刚度或附加反力可控，即，通过电液伺服系统和作动器施加反力，使路面对车身的冲击（或加速度）达到最小，即达到弹性力的闭环控制。（3）悬架系统已从“无源”的变成“有源”的系统，极大地提高了平顺性。但能源消耗大，初始成本和使用成本都很高。（4）纯空气悬架响应太慢，往往是改用油气悬架，或另加液压的作动器。6、我国虽广泛应用了空气悬架，但存在以下几个问题：（1）关键件仍依靠进口，因而成本高，影响了空气悬架的普及率，与欧洲、北美比较，相对成本比板簧高多