浅谈气体弹簧在汽车悬挂中的应用

王瑞

摘 要：当今世界上先进的汽车制造商都在汽车上设计并应用空气悬挂系统。在发达国家，绝大部分的中小型客车都安装了空气悬挂系统，半数以上的牵引车、卡车和挂车等重型车辆也采用了空气悬挂系统。气体弹簧被设计成空气悬挂系统应用于汽车中，可以提高驾驶员和乘客乘车时的舒适度，而且可以很好地适应坑洼的道路，保护汽车结构。本文主要探究气体弹簧在汽车悬挂中的应用。

关键词：气体弹簧；汽车悬挂；应用

引言

我国从上世纪五十年代就对空气悬架展开了研究，但加上缺乏先进的技术经验以及空气悬挂系统的复杂性，研究出的大部分空气悬挂系统并不能满足实际应用，因此，并未将研究成果推广，目前国内各大汽车制造商生产的车辆中采用的都是进口的空气悬架。为了打造出我国空气悬架挂系统的自主品牌，目前国内各大汽车制造商、车辆研究所和各大高校的汽车专业都在空气悬挂系统的设计理论基础和实用性设计方面展开了深入的研究，并尝试为不同车辆设计不同的空气悬挂系统。

1空气悬挂系统的主要结构

气体弹簧是空气悬挂系统的主要承载元件，空气悬挂系统的刚度与车辆的运载能力相关。气体弹簧主要分为膜式和囊式两种结构。在这两种结构形式中，膜式弹簧的刚度更适用于不同车辆的配置，也是目前为止车辆中使用最多的一种气体弹簧结构。近年来，空气悬挂系统中所使用的气体弹簧需要根据具体的车辆用途来决定，这样在后期车辆的实际运行中才能彰显出气体弹簧的价值。空气悬挂系统中还配备减震器来辅助气体弹簧工作，道路特别颠簸的情况下，空气悬挂中的气体弹簧作用效果会降低，为了确保气体弹簧的延伸量处于合理的范围之内，就需要配备减震器对其进行控制。除此之外，减振器也能提高空气悬挂系统的平稳性。

2气体弹簧应用于汽车悬挂中的优点与不足

2.1汽车应用气体弹簧的优点

2.1.1具有良好的平稳性

气体弹簧是整个空气悬挂系统的核心零件，氣体弹簧自身刚度的变化与外部载荷的变化有关，一般情况下，弹簧的刚度和荷载成正比，即载荷越大刚度越大。所以，在大型客车上安装空气悬挂系统，能提高客车的平稳性，可有效降低车辆行驶过程中产生的颠簸感。

2.1.2可控制车身高度

近年来，经过对空气悬挂系统的不断研究，电子空气悬挂系统开始应用在一些重型的货车上，该系统可以通过遥控来改变载货车厢的高度，有效解决了因货物高而不能顺利装入车厢的问题，且在卸货时也可将车身高度降低，方便卸货，提升了装载和卸货的效率。

2.1.3运载能力强，节约运输成本

钢板弹簧悬挂系统能在一定程度上减轻重型货车的自重，进而降低油耗，节约运输成本。同样的车辆，同样满载货物，采用空气悬挂系统的车辆车身自重比钢板弹簧悬挂系统更轻，这样一来便能运送更多货物。因此，采用气体弹簧的货车运载能力更强，也能有效节约运输成本。

2.1.4保养方便

车辆都是需要定期保养的，车辆悬挂系统定期保养的成本很高。采用空气悬挂系统就能有效降低保养成本，由于气体弹簧的承载介质是空气，所以只需要对此部分进行简单的保养即可，而且空气悬挂系统的承载机构和导向机构是彼此分开的，因此，有效降低了空气悬挂系统的故障概率。

2.2汽车应用气体弹簧的不足

2.2.1造价高

空气悬挂系统的结构组成非常复杂，设计时需要考虑很多问题。因此，空气悬挂系统的造价非常高，空气悬挂系统的造价相较于其他悬挂系统大概高出4000至8000元不等，致使车辆整体价格变贵，缩小了车辆的销售范围。

2.2.2使用寿命短

空气悬挂系统与其他悬挂系统相比最显著的一个缺点就是使用寿命较短，这主要是受制造气体弹簧的材料影响。气体弹簧是空气悬挂系统一个很重要的零件，制造气体弹簧的主要材料是橡胶。在使用过程中，橡胶会因风化等原因出现变形和龟裂的情况，缩短了空气悬挂的使用寿命。

2.2.3超载能力差

气体弹簧是空气悬挂系统的主要构件。气体弹簧与钢板悬挂系统使用的弹簧性能不同，它受空间限制影响大，自身的超载范围较小，不能承受过大超载负荷。虽然气体弹簧的刚性是由压力决定的，但仅可承受小负荷的超载或者短时间的大负荷超载。如果超载负荷过大或者承受时间过长，会缩短气体弹簧的使用寿命。这在超载角度来看虽然是缺点，但是车辆安装的是空气悬挂系统，也可控制其超载运营。

3空气悬挂系统的实际应用

3.1应用于重型货车

重型货车最为显著的特点就是货物的荷载差异过大，一般的弹簧刚度范围不能满足重型货车的要求，因此，人们将刚度能随负荷量变化的气体弹簧应用在重型货车的悬挂中，目前许多大载荷的货车都采用了这种空气悬挂系统。国外的空气悬挂系统技术比较发达，所以，我们设计重型货车的空气悬挂系统时可以借鉴其成功的经验。

3.2匹配不同车辆的性能

悬挂对车辆运行的平稳性和制动安全性有很大的影响，目前空气悬挂应用时主要考虑空气悬挂能否匹配不同车辆性能。人们在设计空气悬挂系统时，通过在电脑中模拟，描绘出空气悬挂系统的刚度随车辆载荷变化而变化的动态曲线，得到空气悬挂刚度的动态数据和影响空气悬挂汽车运行平稳性和制动安全性的关键因素，最终设计出与不同车辆性能匹配的空气悬挂系统。

3.3提高客车的舒适程度

客车的舒适程度是要体现在运行中车辆的平稳性，平稳性一般是由车底板或者座椅的加速度决定的。例如，客车因乘客较多，增加了车辆重量，车辆在行驶时加速或减速的过程中，乘客相对于座椅会出现不同程度的位移影响车辆运行的平稳程度。车体重心因此发生变化，进而导致轮胎负荷发生变化，对车辆制动也产生了一定影响。所以，应用以气体弹簧为主体的空气悬架能够使车辆在不同的负载条件下提到其舒适程度，满足运行平稳性要求和制动稳定性的要求。

结语

目前国内汽车行业已经逐渐将空气悬挂系统应用于不同车辆，随着对气体弹簧的不断研究和空气悬挂系统技术的发展，汽车悬挂系统的功能将更加强大，空气悬挂系统在国内汽车中的应用已经成为一种趋势。

参考文献

[1]傅雪芹，楼乔卡，俞珊湖.空气悬挂系统在重型商用车上的应用[J].科技与创新，2017，（05）：156+160.

[2]李海波，王俊伟，赵刚.空气悬挂系统在重型商用车上的应用[J].专用汽车，2016，（08）：113-116.

[3]程崇.空气弹簧的力学特性及空气悬架的主动控制策略研究[D].东北林业大学，2016.