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你真正了解半挂车空气悬挂吗?带您彻底了解空气悬挂!

半挂车空气悬架是一种专门应用于半挂车的复合式空气悬架。随着近年来我国政府对道路安全的不断关注和半挂车行业技术的不断进步,国家强制性标准GB 7258-2017《机动车运行安全技术条件》要求危险物品运输半挂车和三轴栏板式,仓栅式半挂车应装备空气悬架,这使得空气悬架在半挂车上的应用得到进一步推广。

空气悬挂结构

国内使用的半挂车空气悬架基本上是欧式空气悬架,主要由前支承架、后支承架、弹簧梁、弹簧梁轴、空气弹簧、减振器、U形螺栓组成。

你真正了解半挂车空气悬挂吗?带您彻底了解空气悬挂!

空气弹簧是半挂车空气悬架的核心部件,空气弹簧的性能直接决定了悬架的性能。空气弹簧上端与半挂车车架连接,下端与弹簧梁连接。弹簧梁的两端分别与空气弹簧和前支承架饺点连接,中间通过U型螺栓组与车轴固连。减振器通过饺点,与弹簧梁和前支承架连接。

空气悬挂工作原理

工作时,半挂车空气悬架与半挂车供气系统连接。供气系统内包括高度调节阀。当汽车载荷增加、悬架高度减小时,高度调节阀控制供气系统向空气弹簧内送气,气囊内压力上升;当汽车载荷减小时,高度调节阀控制气囊泄气,以使悬架高度能维持在设计位置。

空气悬挂重要参数

刚度

悬架刚度是衡量悬架抵抗变形的能力的一种量度,是指车轮中心相对于车架和车身向上移动的单位距离(即使悬架产生单位垂直压缩变形)所需要加于悬架上的垂直载荷。半挂车实际工作过程中,对刚度的主要约束来自侧倾角限制。

耐久性

空气悬架耐久性指的是空气悬架在一定负荷下保持质量和功能的使用寿命,一般用振动次数表示。从结构上分析,半挂车空气悬架在车轴(车桥)与车架间传递力与力矩,空气悬架与车轴的工作负载情况高度一致。

平顺性

平顺性是汽车在行驶过程中,保持振动和冲击对乘员舒适性和货物完好性的影响在一定范围内的能力。半挂车平顺性与悬架性能紧密相关。

案例分析-冷藏肉挂车空气悬挂改善方法

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近几年我国冷链运输行业蓬勃发展,冷藏车市场需求量呈爆发式增长。空气悬架冷藏车具有自重轻、舒适性好、车架高度可调等优点,同钢板弹簧悬架车型相比,在单车运输量、平均运行车速以及颠簸路面对载荷的保护等方面具有显著优势。但由于空气悬架冷藏车装载质心高,悬架的垂直刚度与侧倾刚度较小,当车辆处于高速变道超车、紧急避让、持续弯道行驶等工况时,往往存在侧倾过大的问题,特别是冷藏肉挂车,载荷为吊挂式,当车辆转向行驶时,载荷会自由摆动加剧车辆的侧倾,甚至会引起侧倾失稳,发生翻车事故。

针对以上问题,参考文献《空气悬架肉挂冷藏车侧倾稳定性分析及改进》,一汽解放研究院提出了一种有效的方法,可以解决容易发生侧翻等问题。

优化方案

悬架系统与车辆多个系统耦合,关系到汽车的平顺性、操稳性能、加速和制动性能。单纯改变悬架结构以增加侧倾刚度的方法会带来其他性能的改变。横向稳定杆与悬架的侧倾角刚度密切相关,稳定杆在工作过程中主要依靠自身的扭转和弯曲产生反侧倾力矩在不变更车辆悬架设计的前提下,通过横向稳定杆改善车辆侧倾稳定性是较为有效的途径。

改善空气悬架方法:一二桥加装横向稳定杆,增大一二桥侧倾角刚度;将车辆三四桥原有空心稳定杆加强为实心稳定杆,三四桥的侧倾角刚度得到提升。具体改善方法如下表所示。

状态横向顶杆配置一二桥侧倾角刚度三四桥侧倾角刚度悬架侧倾角刚度
原状态一二桥无横向稳定杆,三四桥空心横向稳定杆2089951203
方案一一二桥加装横向稳定杆,三四桥空心横向稳定杆6449951639
方案二一二桥加装横向稳定杆,三四桥实心横向稳定杆64412531897

在不考虑吊挂载荷的冲量及对横摆运动的影响等条件下,方案一与原状态相比侧倾度减小44% ,侧倾角响应最大值减小44% ,最大侧倾角均值减小41% 。方案二与原状态相比侧倾度减小56% ,侧倾角响应最大值减小56%,最大侧倾角均值减小52%。两种方案侧倾稳定性均有提升且方案二的提升效果明显优于方案一。

结论:方案二在方案一的基础上侧倾角刚度进一步加强、侧倾稳定性进一步得到提升,能够满足车辆典型工况下行车安全的需求。

空气悬挂未来发展方向之电控空气悬架

交通运输部宣布自 2020 年 5 月 6 日零时起,经依法批准的收费公路恢复收费。这标志着中国交通运输行业基本脱离新冠病毒疫情的影响,全面向常态化运营迈进。在疫情带来的经济压力和法规升级的推动下,提高车辆在长途运输和物流业务中的竞争力成了当务之急。其中,提升货物运输的经济效益、效率、安全性和驾驶员舒适度成为了重点关注领域,而成熟完善的电控空气悬挂系统 ( 简称 ECAS) 将成为车辆配置升级、降低车辆生命周期成本的重点技术产品之一。

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电控空气悬挂系统组成

ECAS一般由电子控制单元控制,通过高度、压力传感器和电磁阀实时监测并控制空气气囊的压力,从而实现智能高度控制,改善车辆的空气动力学特性。其具备的高度记忆功能, 可实现快速接驳,提高车辆运行效率;最佳的行车水平高度减少了传动系的振动和磨损,并且在行驶过程中没有持续的空气消耗,提高燃油经济性。

电控空气悬挂优势

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GB 1589 规定,当驱动轴为每轴每侧双轮胎且装备空气悬架时,最大允许总质量限制增加 1 t。若车辆配备ECAS,可以实现车辆的空载和满载的高度保持一致以及车辆高度的智能调节,车辆可实现增加载货重量和载货体积的需求。同时,ECAS 还可辅助整车实现轴荷监测功能,并可实现轴荷分配功能,从而减少车轮磨损。此外,ECAS 带来的车辆驾驶平顺性可以更好地保护货物,提高卡车的操作稳定性,使车辆和道路交通的安全性大大提高。

空气悬挂未来发展方向之油气悬架(液力空气悬架)

挂车和商用车 ( 卡车、客车 ) 的悬架一直主要采用钢板弹簧悬架 ( 各吨位商用车、挂车前 / 后桥 )、螺旋弹簧悬架 ( 轻型商用车前桥、后桥 ) 和普通空气悬架 ( 挂车车桥及轻 /中 / 重型商用车后桥 ),少部分采用橡胶悬架 ( 轻 / 中 / 重型商用车后桥 ) ;而近年来,曾一直主要应用于大型矿用汽车和多轴特种越野汽车的油气悬架 ( 实际上属于空气悬架的一种 ) 也开始在半挂车和部分商用车上得到应用。

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油气悬架的工作原理

油气悬架由油气弹簧和导向臂组成。油气弹簧由气体弹簧和相当于液力减振器的液压缸,以及储能器所组成,液压缸与储能器联通。油气弹簧以惰性气体作为弹性介质,以液体作为传力介质。装配时,分别由气泵、油泵将压缩气体和油液泵入油气弹簧的密闭容器 ( 液压缸 ) 中;当车轮 ( 悬架 ) 跳动时,外部载荷驱动液压缸的活塞压缩液体,由液体挤压气体,利用气体的可压缩性实现弹簧作用。以 3 轴半挂车的油气悬架为例,3 个轴的悬架的液压系统是联通的,因此可以实现 3 轴承载的平衡。

油气悬架优势

油气悬架其实是空气悬架的一种,相对于普通空气悬架 ( 一般简称为空气悬架 )、板簧悬架,具有独特的优势。

板簧悬架非常便宜,维修也很方便,但它减振性能是非常差的,只要路面一颠簸,振动就比较厉害 ;而运输精密仪器、瓜果、家具等易碎易损物品的运输户,对车辆减振性的要求非常高,近些年来一般不再选择板簧悬架。空气悬架的减振性能还是不错的,但一般来讲,减振性能比较好的,刚性就比较低,其抗侧倾特性相对来说也比较差,比如过一些弯道时,整车的侧倾比较大,第一会影响车辆自身的安全,第二会影响其他车辆的安全。

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油气悬架,融合了两者的优点,不但具有良好的缓冲能力,减振性能好,而且抗侧倾性能也比较好 ( 刚性较好 )。与空气悬架做过对比测试,它的减振性能跟空气悬架基本相当,但抗侧倾性能比空气悬架要好很多;油气悬架的刚度大概是空气悬架的 4 倍以上;同时它的制动距离比空气悬架大概可以缩短 0.5~0.6 m(50~60 km/h 时紧急制动 )。此外,油气悬架在重载领域的优势更加明显。

油气悬架比较省胎

油气悬架的轮胎的跳动比较小。半挂车悬架型式基本都是单摆臂结构,那么( 板簧 / 空气悬架的 ) 车轮围绕一个基点 ( 轴 ) 的摆动比较大,轮胎不仅上下跳动,也前后窜动 ( 轴距变化 )。跳动越大,窜动越大,轮胎磨损也就越快。采用油气悬架的轮胎跳动量比较小,轮胎 ( 前后 / 轴向 ) 的窜动就较小,那么轮胎的磨损就越慢。

油气悬架的各轴之间可以实现液压传递,从而实现一个力的平衡,使各轴受力比较均衡,从而可以减少轮胎的磨损 ( 而板簧悬架是一个纯机械的悬架,无法实现均衡 )。

编后语

小编查阅交通部相关法规时,发现2020年发布的法规 JT/T 1285-2020 规定,危险货物运输半挂车牵引车后轴 ( 非转向轴 )、总质量大于或等于12000kg的危险货物运输货车的后轴及危险货物运输半挂车的所有车轴应装备空气悬架。GB 7258-2017 规定,总质量大于或等于12000kg的危险货物运输货车的后轴,所有危险货物运输半挂车,以及3轴栏板式、仓栅式半挂车应装备空气悬架。这些规定暗示着空气悬架必定迎来良好的发展前景,司机朋友也要多对空气悬架了解,以便顺应时代的变化!

参考文献

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[3]姜舒.法规与市场双擎助力,ECAS电控空气悬架系统应用日趋广泛[J].商用汽车,2020(05):85+89.

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