空氣復合懸架開發

周磊磊

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

空氣復合懸架開發

周磊磊

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

總結某傳統鋼板彈簧懸架升級為空氣復合懸架的開發過程，詳述了氣囊的選型，復合剛度計算，偏頻計算，承載件的強度計算以及電控單元的開發等，并將測得的平順性數據與傳統鋼板彈簧懸架的性能進行對比。

升級；空氣復合懸架

CLC NO.: U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-51-03

前言

隨著社會進步和經濟發展，消費者對車輛乘坐的舒適性要求越來越高，傳統產品通過升級換代來滿足市場需求，尤其因平順性被人詬病的使用傳統鋼板彈簧懸架的客車，更需要對其進行升級。在此前提下，許多汽車廠家已經開始了空氣懸架的研發。各空氣懸架品牌已經形成系列化，可靠性的提升和成本的降低，也使空氣懸架的開發具備了客觀條件。

圖1 空氣復合懸架布置圖

1、開發過程

表1 車輛技術參數

現有輕型客車的前、后懸架分別為麥弗遜獨立懸架和鋼板彈簧非獨立懸架，由于后排平順性較差，加之成本控制的要求，本項目主要對后懸架進行升級。圖1為空氣復合懸架的主要布置圖，本次開發的原則為保持后懸架的安裝硬點不變，整車姿態和原車型一致，且盡量與原車型保持零部件通用。

1.1 氣囊的選型

按照氣囊中心與板簧卷耳中心至車輪中心的杠桿比關系，可有下式：

PA——氣囊承受的載荷

P2——單邊簧上載荷

S1——前端卷耳中心距輪心的水平距離

S2——氣囊中心距車輪中心的水平距離

以上為靜載氣囊的載荷，考慮到整車的最高氣壓為8～8.5bar，一般按照最大載荷時氣囊內壓在7bar左右為宜。圖2為所選的氣囊及其性能曲線圖。

圖2 氣囊性能曲線圖

根據氣囊性能曲線，氣囊安裝高度300mm，可選氣囊有效容積V = 4293cm2，有效面積 A = 132cm2， 單個氣囊設計負荷pA= 7442.3N，滿載時氣囊相對內壓：

滿載時氣囊的剛度：

式中：

k——多變指數，1.3

pa——標準大氣壓，取9.8N/cm2

代入數值計算得C2=357N/cm

1.2 鋼板彈簧剛度核算

鋼板彈簧可以簡化為如圖3的等應力的單片簧。

圖3 鋼板彈簧簡化模型

鋼板彈簧剛度：

式中：

x為某一點距固定端距離

h為該點的板簧厚度

b為寬度

計算結果：C1= 3013N/cm

1.3 系統復合剛度及偏頻

式中：

代入數據計算得C=677N/cm

綜合以上已知數據，可以得到后懸架系統滿載偏頻，并與原型車進行對比，從表3可以看出，滿載時偏頻改善效果非常明顯，初步判斷可行。

表2 偏頻數據對比

1.4 鋼板彈簧強度校核

鋼板彈簧既起到承載作用，同時也起導向作用，承載主要承受垂向載荷。

式中：

滿載靜應力計算：

經對比計算，此最大應力在根部σC = 19698N /cm2。

1.5 減振器的選用及校核

1.5.1 減振器行程的確定

由于該空氣懸架的上跳行程由緩沖塊來限止，極限行程為80mm。故減振器的最大壓縮行程也由它決定。且減振器的極限壓縮行程要比上述的計算最大行程多5～10 mm。另外由于該懸架為單擺臂運動，故計算減振器的行程時須計入杠桿比的影響。從而可得減振器的壓縮行程和拉伸行程：

式中：

SB——減振器拉伸行程

SR——減振器壓縮行程

i——減振器杠桿比

1.5.2 減振器阻尼的確定

按照汽車行業標準QC/T 545 所規定的條件，以減振器活塞的最大線速度 vmax=0.52m/s進行減振器額定復原及壓縮阻力的計算。

減振器的平均阻尼力：

復原阻尼力：

壓縮阻尼力：

式中：

C──懸架總剛度

m──簧載質量

vmax──按標準示功試驗條件的最大活塞線速度，0.52 m/s

q──拉、壓阻力比，q = 2

FR──速度為0.52m/s時的復原阻力，即額定復原阻尼力

FB── 速度為0.52m/s時的壓縮阻力，即額定壓縮阻尼力

根據以上行程及阻尼的計算結果，選定合適的減振器。最終性能曲線如圖4。

圖4 減振器性能曲線

1.6 控制策略

圖5 系統電路原理圖

左右各配置1個高度閥或高度傳感器，使左右氣囊分隔，增加懸架的側傾角剛度。在管路中安裝有壓力開關，當儲氣筒內的氣壓小于5bar時自動開啟電動壓縮機，當氣壓大于9bar時自動關閉電動壓縮機。當壓力開關損壞，無法自動開啟電動壓縮機時，還可通過駕駛室內的開關手動開啟，保證車輛能正常運行。還可在管路中選裝電磁閥來實現控制車輛高度的動作。

2、性能對比

按標準對整車進行滿載偏頻和平順性試驗，并將數據進行對比，可以看出升級后的空氣復合懸架平順性能大幅提高，可以滿足市場對高端車型的需求。

表3 試驗偏頻數據對比

圖6 后排座椅等效均值

3、結束語

在開發成本和周期的高標準條件下，通過模塊化、通用化最優方案組合，取得了良好的性能目標，創造了良好的社會效益，并對后續項目的開發提供了借鑒和參考。

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Development of Air Composite Suspension

Zhou Leilei
( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., AnhuiHefei 230601 )

This paper summarizes the development process of upgrading the traditional leaf spring suspension into air composite suspension，includinghow to select the airbag by calculation，how to calculate the stiffness of air composite suspension, also the strength of the leaf spring, how to develop the electronic control unit, and so on. At last,we will compare the ride comfort data by means of equipment measurement with the performance of a conventional leaf spring suspension.< class="emphasis_bold">Keywords: Development; Air composite suspension

Development; Air composite suspension

U461.9

A

1671-7988 (2017)05-51-03

周磊磊（1986-），男，工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司，研究方向為懸架系統零部件開發與匹配。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.017