重型貨車空氣懸架模塊化設(shè)計(jì)

金銀花，張志龍

（510640廣東省 廣州市 廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院）

0 引言

重型貨車包括多種驅(qū)動(dòng)形式（4×2，6×2，6×4，8×4等），車型種類多（如牽引車、攪拌車、自卸車等），研發(fā)周期長(zhǎng)，研發(fā)成本高，同時(shí)又需響應(yīng)客戶的高個(gè)性化需求。在重型貨車的研發(fā)上推廣模塊化設(shè)計(jì)不僅可以提高零部件通用化率、降低成本、提高生產(chǎn)效率，還可以有效解決維修不便、維修成本高的問題，同時(shí)，由于縮短了研發(fā)周期，更可以快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，占領(lǐng)市場(chǎng)。

在國(guó)家宏觀政策的引導(dǎo)下，重型貨車使用空氣懸架的配置率不斷上漲[1]，在空氣懸架的研發(fā)和生產(chǎn)上推廣模塊化理念意義重大。

1 空氣懸架模塊定義

1.1 空氣懸架模塊的組成

空氣懸架主要應(yīng)用在重型貨車的后懸架上。根據(jù)彈性元件的不同，可以分為全空氣懸架（車架與車軸之間的垂向載荷全部由空氣彈簧承受）、復(fù)合空氣懸架（車架與車軸之間的垂向載荷部分由空氣彈簧承受）2類[2]。

以全空氣懸架為例，空氣懸架模塊主要由空氣彈簧、減振器、橫向穩(wěn)定桿、I型推力桿、V型推力桿、限位塊、大支架、懸架托臂等組成，如圖1所示。

圖1 空氣懸架模塊Fig.1 Air suspension module

1.2 空氣懸架模塊的控制參數(shù)

空氣懸架模塊的性能控制參數(shù)包括軸荷、軸距、輪距、質(zhì)心高度等，可以通過調(diào)整彈簧剛度、減振器阻尼、穩(wěn)定桿直徑等方法滿足不同車型的性能需求。

空氣懸架模塊的尺寸控制參數(shù)包括車架寬度、軸距、輪距、懸架安裝高度等。

在進(jìn)行空氣懸架模塊設(shè)計(jì)時(shí)，要滿足不同驅(qū)動(dòng)形式車型的通用性，同時(shí)需考慮牽引車、載貨車和工程專用車平臺(tái)同步開發(fā)的要求。以下針對(duì)尺寸控制參數(shù)對(duì)空氣懸架模塊的設(shè)計(jì)定義進(jìn)行舉例說明。

空氣懸架模塊適用于一定范圍的車架寬度，通過調(diào)整氣囊托臂中心距實(shí)現(xiàn)，并對(duì)應(yīng)采用不同的安裝支架將懸架部件連接至車架上。

單個(gè)空氣懸架模塊用于單后橋車型，在相對(duì)大支架中心對(duì)稱后，可用于雙后橋上，雙后橋用2個(gè)空氣懸架模塊，見圖2。因此，空氣懸架模塊的大支架中心到車橋中心的距離應(yīng)為軸距的一半。

圖2 空氣懸架模塊對(duì)稱后用于雙后橋上Fig.2 Air suspension module used on double rear axle after symmetry

相對(duì)于鼓式制動(dòng)器，盤式制動(dòng)器的制動(dòng)氣室占據(jù)更大的X向布置空間，部分車型根據(jù)法規(guī)要求必須匹配盤式制動(dòng)器。為了達(dá)到空氣懸架模塊對(duì)于不同車型的不同制動(dòng)器形式要求均通用的目的，進(jìn)行空氣懸架模塊設(shè)計(jì)時(shí)，采用盤式制動(dòng)器進(jìn)行布置，同時(shí)，要考慮車架寬度、雙后橋的軸距、輪距等，設(shè)計(jì)空氣彈簧在X向和Y向的相對(duì)位置。一般來說，設(shè)計(jì)結(jié)果為前后空氣彈簧的中心距不同，前后空氣彈簧中心至車橋中心的距離不同。

1.3 模塊的接口定義

模塊需具有標(biāo)準(zhǔn)的幾何連接接口，連接接口的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)有利于減少設(shè)計(jì)人員的工作量，提高研發(fā)效率[3]。

空氣懸架模塊與車架和車橋進(jìn)行連接，需對(duì)模塊接口部位結(jié)構(gòu)、尺寸、參數(shù)等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

與車架連接的部件包括前后空氣彈簧支架、減振器支架、V型推力桿支架、大支架、限位塊支架、穩(wěn)定桿支架。標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容包括統(tǒng)一同類支架的結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一同類支架的安裝孔中心距等[4]。

與車橋連接的部件包括V型推力桿、氣囊托臂。標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容包括：推力桿安裝孔中心距、V型推力桿安裝點(diǎn)相對(duì)車橋中心的位置等。

空氣懸架模塊對(duì)外接口的定義見表1。

表1 外部接口定義Tab.1 External interface definition

1.4 主要的零部件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）空氣彈簧

懸架模塊在不同安裝高度使用時(shí)，前后空氣彈簧的安裝高度均應(yīng)在其安裝高度設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

（2）減振器

減振器除了考慮其阻尼作用外，須同時(shí)考慮行程校核及限位計(jì)算。此外，鑒于目前減振器供應(yīng)商主要供應(yīng)乘用車和鋼板彈簧懸架的商用車，提供給重型貨車空氣懸架的減振器產(chǎn)品較少（空氣懸架的減振器需要有限位功能），在設(shè)計(jì)減振器時(shí)應(yīng)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行充分的分析。

（3）大支架

空氣懸架大支架，在雙后橋上的受力及使用工況相對(duì)單橋更為惡劣，考慮分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和使用。同時(shí)可以考慮設(shè)計(jì)雙排I型推力桿安裝孔，以滿足不同懸架安裝高度的需要[5]。

（4）懸架托臂

懸架托臂與車橋的連接面，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮留出足夠的長(zhǎng)度，以盡量滿足不同車橋不同布置傾角時(shí)的安裝使用需求，如圖3所示。

圖3 懸架托臂安裝孔Fig.3 Mounting holes of suspension beam

（5）各類安裝支架

不同車型平臺(tái)的軸荷有一定的差異，單后橋和后雙橋的受力也不同，在設(shè)計(jì)各類安裝支架時(shí)，應(yīng)進(jìn)行充分的計(jì)算校核，必要時(shí)設(shè)計(jì)2組支架以對(duì)應(yīng)不同的使用需求。

2 空氣懸架模塊的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用于不同車輛高度

空氣懸架模塊應(yīng)用于不同車輛高度時(shí)，可以通用以下方式進(jìn)行調(diào)整：

（1）使用大支架高低不同的安裝孔；

（2）調(diào)整減振器安裝支架的位置；

（3）調(diào)整穩(wěn)定桿拉桿；

（4）調(diào)整限位塊的位置等。

2.2 應(yīng)用于不同驅(qū)動(dòng)形式

空氣懸架模塊應(yīng)用于不同驅(qū)動(dòng)形式時(shí)，其主要差異在單后橋和雙后橋上，單后橋的空氣懸架上一般采用輕量化的部件（如大支架、V型推力桿支架、限位塊支架等）。

2.3 應(yīng)用于不同車型種類

牽引車所用部件相對(duì)輕量化；攪拌車為防止車輛側(cè)翻，可以采用側(cè)傾角剛度更大的橫向穩(wěn)定桿；對(duì)于自卸車，國(guó)外采用空氣懸架的產(chǎn)品很少,且多用于提升橋上，國(guó)內(nèi)基本均使用鋼板彈簧懸架。

3 結(jié)束語

本文從空氣懸架模塊的定義和空氣懸架模塊的應(yīng)用兩個(gè)方向，對(duì)重型貨車空氣懸架的模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)說明了空氣懸架模塊的組成、控制參數(shù)、接口定義等內(nèi)容，并就空氣懸架模塊的具體應(yīng)用方式進(jìn)行了分類說明。

通過空氣懸架的模塊化設(shè)計(jì)，有效實(shí)現(xiàn)了懸架零部件通用化，明顯縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期，并可滿足不同平臺(tái)車型的開發(fā)需求。