空气悬架概述

dingcj74

悬架是连接车身和车轮之间一切传力装置的总称，主要由弹簧（如钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧、扭杆等）、减振器和导向机构三部分组成。当汽车在不同路面上行驶时，由于悬架系统实现了车身和车轮之间的弹性支承，有效地降低了车身与车轮的振动，从而改善了汽车行驶的平顺性和操纵稳定性。
采用空气悬架是提高整车技术水平的关键技术之一，采用空气悬架，汽车的乘坐舒适性、使用性能可以得到很大的提高，从而汽车的其它技术水平也可以相应提高。国家在制定十五计划时明确强调要提高我国汽车制造水平，空气悬架必将得到广泛的应用和发展。随着我国加入WTO，中国汽车工业必将经受巨大的挑战和机遇，空气悬架汽车可以和外国同类汽车抗衡，增加国产汽车竞争力。随着汽车工业的发展，空气悬架必将显示出它强大的生命力。
空气悬架系统一般由空气弹簧、减振器、导向结构，高度控制阀、空气弹簧辅助装置（如空气压缩机、单项阀、气路、贮气筒等）组成。如图所示，空气弹簧悬架系统主要由空气弹簧、空气弹簧悬架的减振阻尼器和高度控制阀系统三部分组成。其工作原理为：车体1和转向器2之间的空气弹簧4通过节流空5与附加空气室3沟通。用导管将附加空气室和高度控制阀8连接，高度控制阀固定在车体上，并通过杠杆6和拉杆7与转向架连接，空气经主风缸（贮气筒）引至高度控制阀。
假定空气弹簧上的载荷增加，这时，车体将下降，并且高度控制阀的杠杆在拉杆的作用下按顺时针方向转动，因此与主风缸（贮气筒）连接的高度控制阀的进气阀被打开。这时，空气因压力差而开始流入附加空气室和空气弹簧，一直到车体升高到原来位置为止。于是杠杆恢复到原来的水平位置，并且高度控制阀的进气阀被关闭。
假定空气弹簧上的载荷减少，这时车体将上升，而高度控制阀的杠杆按逆时针方向转动。通往大气的高度控制阀的排气阀被打开，空气从空气弹簧和附加空气室排出，一直到车体下降到原来的位置，并且排气阀被关闭。
所以，在高度控制阀的作用下，空气弹簧的高度可以保持不变。如果阀中再设置一个油压减振器和一个缓冲弹簧，起时间滞后作用，则可以使高度控制阀对动载荷没有反应，只在静载荷变化时才起作用，这样，可以避免车辆在运行时空气的损耗。
电子控制悬架系统
汽车行驶的平顺性和操纵稳定性是衡量悬架性能好坏的主要指标，但二者性能要求又相互排斥。平顺性一般通过车身或车身某各部位的加速度响应来评价，操纵稳定性可借助车轮动载来度量。例如：降低弹簧刚度，可使车身加速度减小，平顺性变好，但同时会导致车体位移增加，对操纵稳定性产生不良影响；另一方面，增加弹簧刚度会提高操纵稳定性，但也将导致汽车对路面不平度很敏感，是平顺性降低。因此，理想的悬架应在不同的使用条件下具有不同的弹簧刚度和减振器阻尼，既能满足平顺性要求又能够满足操纵稳定性要求。被动悬架因具有固定的悬架刚度和阻尼系数，在结构设计上只能在满足平顺性和操纵稳定性之间进行矛盾折衷，无法达到悬架控制的理想目标。
为了克服传统的被动悬架系统对其性能改善的限制，在现代汽车中采用了电子控制悬架系统，该系统可以根据不同路面条件，不同的簧载质量，不同的行驶速度等来控制悬架系统的刚度，调节减振器阻尼力的的大小，甚至可以调整车身高度，从而使车辆的平顺性和操纵稳定性在各种行驶条件下达到最佳组合。
电子控制悬架系统主要有班主动悬架和主动悬架两种。半主动悬架是指悬架元件中的弹簧刚度和减振器阻尼系数之一可以根据需要进行调节。为减少执行元件所需的功率，主要采用调节减振器阻尼系数法，只需提供调节控制阀、控制器和反馈调节器所消耗的功率即可。主动悬架是一种具有做功能力的悬架，通常包括产生力和转矩的主动作动器（液压缸、气缸、伺服电机、电磁铁等）、测量元件（加速度、位移和力传感器等）和反馈控制器等。主动悬架系统需要一个动力源（液压泵或空气压缩机等）为悬架系统提供连续的动力输入。当汽车载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件发生变化后，主动悬架系统能自动调整悬架刚度（整车调整和单轮调整），从而能同时满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性等各方面的要求。
主动式悬架其设计的基本工作原理就是指在汽车行驶过程中，根据实际需要，使悬架的基本参数如刚度、阻尼随时调节，从而达到最佳的行驶平顺性和操纵稳定性。例如：在好路面上正常行驶时，希望软一点，在坏路面或起步制动时，希望硬一点；低速时软一点，以满足乘坐的舒适性，高速时则希望硬一点，以提高操纵稳定性，同时可以根据路面状况随时对车身高度进行控制。比如：当汽车行驶在良好路面上高速行驶时，可使整车高度下降，使空气阻力系数达到最小，降低油耗，增加行驶稳定性，而在较差路面上行驶时，可让车体高度上升，以改善行驶性能，如提高越野汽车的通过性等。使车身高度不随乘员人数和装载质量的变化而变化。
主动悬架系统能根据车身高度、车速、转向角度及速率、制动等信号，由电子控制单元（ECU）接收这些信号，发出相应的指令控制悬架执行机构，从而改变悬架系统的刚度、减振器的阻尼力及车身高度等参数，从而使汽车具有良好的乘坐舒适性、操纵稳定性和越野情况下的汽车通过性。
电子控制主动式空气悬架系统，主要有空气压缩机、干燥器、空气电磁阀、车身高度传感器、带有减振器的空气弹簧、悬架控制执行器、悬架控制选择开关以及ECU等组成。空气压缩机由直流电机驱动产生压缩空气，压缩空气经干燥器干燥后，有空气管道经空气电磁阀送至空气弹簧的主气室。如图所示：当车身需要降低时，ECU控制电磁阀使空气弹簧主气室中压缩空气排到大气中去，空气弹簧压缩，车身降低；当车身需要升高时，ECU控制空气电磁阀使压缩空气进入空气弹簧的主气室，使空气弹簧伸长，车身升高。
在空气弹簧的主、辅气室之间有一连通阀，空气弹簧的上部装有悬架控制执行器。ECU根据各传感器输出信号，控制悬架执行器，一方面使空气悬架主、辅气室之间的连通阀发生改变，使主、辅气室之间的气体流量发生变化，因此改变悬架的弹簧刚度；另一方面，执行器驱动减振器的阻尼调节杆，改变减振器的阻尼力。在主动使空气悬架系统中车身高度、弹簧刚度可以同时得到控制，具体数值由ECU根据当时的运行条件和驾驶员选定的控制方式决定。以车身控制高度来说：通过车身高度传感器，将车身高度的变化转变为电信号，并输入电子控制单元（ECU）。ECU接收左右前轮和左后轮三个车身传感器发出的车高信号，经过处理后对执行器发出指令，对车身高度进行调整，之所以只装三个，其原因是三点确定一个平面，如多于三个，则会出现调整干涉现象。