1 空氣懸架發(fā)展概述
空氣彈簧誕生于19世紀(jì)中期,早期用于機(jī)械設(shè)備隔振。1947年，美國首先在普爾曼車上使用空氣彈簧，到目前為止，美國在重型載貨車上空氣懸架的占有率是85%，比1988年增長了54％；大約82%的拖掛車使用空氣懸架，比10年前增長了15%，歐洲大約與之保持相同的增長速度?？諝鈶壹茉谳p型貨車上的應(yīng)用目前雖然只占市場份額的5%，但已呈現(xiàn)出快速增長的趨勢，金威囊減空氣懸架在輕型車市場占有率將達(dá)到10%，2008年將達(dá)到40%?？諝鈶壹茉诼糜诬嚒㈤L途客車及高速客車市場也占有極大的份額，到1994年，聯(lián)邦德國生產(chǎn)的55種大、中型公共汽車中，已有38種使用了空氣懸架，國外高級大客車幾乎全部使用空氣懸架；部分轎車也逐漸安裝空氣彈簧懸架，如Benz300SE和Benz600。
2 空氣懸架系統(tǒng)的特性
2.1 空氣彈簧的特點(diǎn)
（1）空氣彈簧具有非線性特性，可將其特性曲線設(shè)計成理想形狀?？諝鈴椈伸o、動剛度隨著載荷的增加而增大。
（2）空氣彈簧質(zhì)量輕，內(nèi)摩擦極小，對高頻振動有很好的隔振、消聲能力。
（3）空氣彈簧的剛度和承載能力可以通過調(diào)節(jié)橡膠氣囊內(nèi)的壓力來調(diào)整。
（4）空氣彈簧制造工藝復(fù)雜，費(fèi)用高。
2.2 空氣懸架對整車性能的影響
（1）空氣懸架為剛度可變的非線性懸架。當(dāng)簧載質(zhì)量變化時，剛度隨之變化，以保持空載和滿載時車身高度相同，懸架固有頻率基本不變。根據(jù)需要，可以選擇不同的氣囊工作高度，獲得理想的固有頻率，從而得到良好的行駛平順性。
（2）空氣懸架質(zhì)量輕，彈簧剛度低,高速行駛時，輪胎與地面的附著能力強(qiáng)，制動距離短；轉(zhuǎn)向時，過多轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向傾向減小，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性強(qiáng)，提高了整車的操縱穩(wěn)定性。
（3）空氣彈簧內(nèi)的空氣壓力直接反映了簧載質(zhì)量，可取空氣壓力作為信號，控制制動缸內(nèi)的氣壓，來控制制動時的制動力，更好地保證了行駛安全性。
（4）可通過給空氣彈簧氣囊充氣或放氣來調(diào)節(jié)車身高度。在平坦的路面上，降低車身高度，保持空氣阻力系數(shù)為最佳值，可以減小油耗或在功率不變的情況下獲得最大車速。在崎嶇不平的道路上，為了通過障礙物，可以提高車身高度。
（5）減少整車的振動噪聲,提高汽車零部件使用壽命。
（6）由于空氣懸架剛度低，輪胎動載荷小，能夠降低載重汽車對高速公路的破壞。
3 空氣懸架系統(tǒng)的組成
空氣懸架系統(tǒng)主要由空氣彈簧、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、高度控制閥、減振器、橫向穩(wěn)定器和緩沖限位塊等組成。
3.1 空氣彈簧的類型和特性
空氣彈簧是橡膠、簾布結(jié)構(gòu)的氣囊，以空氣為介質(zhì)，利用空氣具有壓縮彈性的性質(zhì)制成的彈簧，其剛度呈非線性變化，通常是當(dāng)載荷加大時剛度也增大。由于空氣彈簧的空氣介質(zhì)內(nèi)摩擦極小，工作時幾乎沒有噪聲，對于高頻振動的吸收和隔音性能極好。
根據(jù)橡膠氣囊工作時的變形方式，空氣彈簧分為囊式空氣彈簧和膜式空氣彈簧兩種。圖2中左邊為囊式空氣彈簧，右邊為膜式空氣彈簧。
橡膠空氣彈簧圖2 兩種不同形式的空氣彈簧
囊式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形，膜式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形。囊式空氣彈簧壽命較長、制造方便、剛度較大，常用于載貨汽車上，膜式空氣彈簧尺寸較小，彈性特性曲線更理想，剛度較小，常用于轎車上。
3.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
由于空氣彈簧只能承受垂直載荷，所以在汽車空氣懸架中必須設(shè)計導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來傳遞縱向力和側(cè)向力，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計在空氣彈簧懸架設(shè)計中一個非常重要的方面，如果設(shè)計得不合理，會增加空氣彈簧的負(fù)擔(dān)，甚至?xí)l(fā)生扭曲、摩擦等現(xiàn)象，惡化減振效果，縮短彈簧的壽命。
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式很多，各有利弊，在設(shè)計時要分局整車的布置和性能要求進(jìn)行。
3.3 高度控制機(jī)構(gòu)
車架高度控制機(jī)構(gòu)包括一個高度傳感器、控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其功能為：
（1） 隨車載變化保持合理的懸架行程；
（2） 高速時降低車身，保持汽車穩(wěn)定性，減少空氣阻力；
（3） 在起伏不平的路面情況下，提高車身高度以提高汽車通過性。
金威囊減在空氣彈簧懸架中，高度閥是用來控制空氣彈簧內(nèi)壓的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，高度閥固定在車架上，其進(jìn)、排氣口分別與儲氣筒和空氣彈簧相接。當(dāng)空氣彈簧上的載荷增加時，彈簧被壓縮，儲氣筒內(nèi)的氣體通過高度閥的進(jìn)氣口向氣囊注入，氣囊內(nèi)氣壓增加，空氣彈簧升高直至恢復(fù)到原來的位置，進(jìn)氣口關(guān)閉為止；當(dāng)空氣彈簧上的載荷減少，彈簧伸張，氣體通過高度閥的排氣口排出，直至空氣彈簧下降到原來的位置，排氣口關(guān)閉為止。所以在高度閥的作用下，空氣彈簧的高度可以保持在平衡位置附近波動，從而保證車身不隨載荷變化而變化。
3.4 減振器
空氣作為空氣彈簧的工作介質(zhì)，內(nèi)摩擦極小。與板簧相比，空氣彈簧本身只有少量阻尼，所以空氣懸架要安裝減振器，以達(dá)到迅速衰減振動的目的
3.5 橫向穩(wěn)定器
安裝橫向穩(wěn)定器的目的是為了提高汽車抗側(cè)傾能力和保證汽車具有良好的轉(zhuǎn)向特性。如果空氣懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有足夠的側(cè)傾角剛度時可以沒有橫向穩(wěn)定器。
3.6 緩沖限位塊
空氣懸架系統(tǒng)中緩沖限位塊的安裝形式有兩種，一種為安裝在空氣彈簧的蓋板或底座上，另一種為安裝在空氣彈簧以外的車架或車橋上。緩沖塊的作用是避免車架和車橋或?qū)驐U件之間的剛性沖擊。在車輛行駛過程中，緩沖塊經(jīng)常受到間斷性的沖擊壓縮，因此，緩沖塊應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度且內(nèi)部應(yīng)力分布要均勻。當(dāng)空氣彈簧漏氣或氣囊損壞時，緩沖塊起到橡膠彈簧的作用。
4 汽車空氣彈簧懸架基本理論
4.1 空氣彈簧剛度特性
空氣彈簧誕生于19世紀(jì)中期,早期用于機(jī)械設(shè)備隔振。1947年，美國首先在普爾曼車上使用空氣彈簧，到目前為止，美國在重型載貨車上空氣懸架的占有率是85%，比1988年增長了54％；大約82%的拖掛車使用空氣懸架，比10年前增長了15%，歐洲大約與之保持相同的增長速度?？諝鈶壹茉谳p型貨車上的應(yīng)用目前雖然只占市場份額的5%，但已呈現(xiàn)出快速增長的趨勢，金威囊減空氣懸架在輕型車市場占有率將達(dá)到10%，2008年將達(dá)到40%?？諝鈶壹茉诼糜诬嚒㈤L途客車及高速客車市場也占有極大的份額，到1994年，聯(lián)邦德國生產(chǎn)的55種大、中型公共汽車中，已有38種使用了空氣懸架，國外高級大客車幾乎全部使用空氣懸架；部分轎車也逐漸安裝空氣彈簧懸架，如Benz300SE和Benz600。
2 空氣懸架系統(tǒng)的特性
2.1 空氣彈簧的特點(diǎn)
（1）空氣彈簧具有非線性特性，可將其特性曲線設(shè)計成理想形狀?？諝鈴椈伸o、動剛度隨著載荷的增加而增大。
（2）空氣彈簧質(zhì)量輕，內(nèi)摩擦極小，對高頻振動有很好的隔振、消聲能力。
（3）空氣彈簧的剛度和承載能力可以通過調(diào)節(jié)橡膠氣囊內(nèi)的壓力來調(diào)整。
（4）空氣彈簧制造工藝復(fù)雜，費(fèi)用高。
2.2 空氣懸架對整車性能的影響
（1）空氣懸架為剛度可變的非線性懸架。當(dāng)簧載質(zhì)量變化時，剛度隨之變化，以保持空載和滿載時車身高度相同，懸架固有頻率基本不變。根據(jù)需要，可以選擇不同的氣囊工作高度，獲得理想的固有頻率，從而得到良好的行駛平順性。
（2）空氣懸架質(zhì)量輕，彈簧剛度低,高速行駛時，輪胎與地面的附著能力強(qiáng)，制動距離短；轉(zhuǎn)向時，過多轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向傾向減小，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性強(qiáng)，提高了整車的操縱穩(wěn)定性。
（3）空氣彈簧內(nèi)的空氣壓力直接反映了簧載質(zhì)量，可取空氣壓力作為信號，控制制動缸內(nèi)的氣壓，來控制制動時的制動力，更好地保證了行駛安全性。
（4）可通過給空氣彈簧氣囊充氣或放氣來調(diào)節(jié)車身高度。在平坦的路面上，降低車身高度，保持空氣阻力系數(shù)為最佳值，可以減小油耗或在功率不變的情況下獲得最大車速。在崎嶇不平的道路上，為了通過障礙物，可以提高車身高度。
（5）減少整車的振動噪聲,提高汽車零部件使用壽命。
（6）由于空氣懸架剛度低，輪胎動載荷小，能夠降低載重汽車對高速公路的破壞。
3 空氣懸架系統(tǒng)的組成
空氣懸架系統(tǒng)主要由空氣彈簧、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、高度控制閥、減振器、橫向穩(wěn)定器和緩沖限位塊等組成。
3.1 空氣彈簧的類型和特性
空氣彈簧是橡膠、簾布結(jié)構(gòu)的氣囊，以空氣為介質(zhì)，利用空氣具有壓縮彈性的性質(zhì)制成的彈簧，其剛度呈非線性變化，通常是當(dāng)載荷加大時剛度也增大。由于空氣彈簧的空氣介質(zhì)內(nèi)摩擦極小，工作時幾乎沒有噪聲，對于高頻振動的吸收和隔音性能極好。
根據(jù)橡膠氣囊工作時的變形方式，空氣彈簧分為囊式空氣彈簧和膜式空氣彈簧兩種。圖2中左邊為囊式空氣彈簧，右邊為膜式空氣彈簧。
橡膠空氣彈簧圖2 兩種不同形式的空氣彈簧
囊式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形，膜式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形。囊式空氣彈簧壽命較長、制造方便、剛度較大，常用于載貨汽車上，膜式空氣彈簧尺寸較小，彈性特性曲線更理想，剛度較小，常用于轎車上。
3.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
由于空氣彈簧只能承受垂直載荷，所以在汽車空氣懸架中必須設(shè)計導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來傳遞縱向力和側(cè)向力，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計在空氣彈簧懸架設(shè)計中一個非常重要的方面，如果設(shè)計得不合理，會增加空氣彈簧的負(fù)擔(dān)，甚至?xí)l(fā)生扭曲、摩擦等現(xiàn)象，惡化減振效果，縮短彈簧的壽命。
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式很多，各有利弊，在設(shè)計時要分局整車的布置和性能要求進(jìn)行。
3.3 高度控制機(jī)構(gòu)
車架高度控制機(jī)構(gòu)包括一個高度傳感器、控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其功能為：
（1） 隨車載變化保持合理的懸架行程；
（2） 高速時降低車身，保持汽車穩(wěn)定性，減少空氣阻力；
（3） 在起伏不平的路面情況下，提高車身高度以提高汽車通過性。
金威囊減在空氣彈簧懸架中，高度閥是用來控制空氣彈簧內(nèi)壓的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，高度閥固定在車架上，其進(jìn)、排氣口分別與儲氣筒和空氣彈簧相接。當(dāng)空氣彈簧上的載荷增加時，彈簧被壓縮，儲氣筒內(nèi)的氣體通過高度閥的進(jìn)氣口向氣囊注入，氣囊內(nèi)氣壓增加，空氣彈簧升高直至恢復(fù)到原來的位置，進(jìn)氣口關(guān)閉為止；當(dāng)空氣彈簧上的載荷減少，彈簧伸張，氣體通過高度閥的排氣口排出，直至空氣彈簧下降到原來的位置，排氣口關(guān)閉為止。所以在高度閥的作用下，空氣彈簧的高度可以保持在平衡位置附近波動，從而保證車身不隨載荷變化而變化。
3.4 減振器
空氣作為空氣彈簧的工作介質(zhì)，內(nèi)摩擦極小。與板簧相比，空氣彈簧本身只有少量阻尼，所以空氣懸架要安裝減振器，以達(dá)到迅速衰減振動的目的
3.5 橫向穩(wěn)定器
安裝橫向穩(wěn)定器的目的是為了提高汽車抗側(cè)傾能力和保證汽車具有良好的轉(zhuǎn)向特性。如果空氣懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有足夠的側(cè)傾角剛度時可以沒有橫向穩(wěn)定器。
3.6 緩沖限位塊
空氣懸架系統(tǒng)中緩沖限位塊的安裝形式有兩種，一種為安裝在空氣彈簧的蓋板或底座上，另一種為安裝在空氣彈簧以外的車架或車橋上。緩沖塊的作用是避免車架和車橋或?qū)驐U件之間的剛性沖擊。在車輛行駛過程中，緩沖塊經(jīng)常受到間斷性的沖擊壓縮，因此，緩沖塊應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度且內(nèi)部應(yīng)力分布要均勻。當(dāng)空氣彈簧漏氣或氣囊損壞時，緩沖塊起到橡膠彈簧的作用。
4 汽車空氣彈簧懸架基本理論
4.1 空氣彈簧剛度特性
由于空氣彈簧的支承、彈性作用取決于空氣彈簧內(nèi)的壓縮空氣，可采用氣體定律來描述氣體壓力Ｐ和容積Ｖ的關(guān)系
