從2016北京車展看我國重卡空氣懸架發展

唐 波|文

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從2016北京車展看我國重卡空氣懸架發展

唐 波|文

我國重卡都以歐洲重卡為標桿，4氣囊空氣懸架結構將占主流，2氣囊空氣懸架結構也有一定的市場空間。

Abstract

A Review of the Development of Domestic Air-Suspension of Heavy-duty Truck

Many models of heavy-duty trucks presented on Auto China 2016 were installed with air-suspension, which indicated that air-suspensions have been widely recognized by many heavy-duty truck companies and applied to new generation of heavy-duty trucks. In terms of the structure of airsuspension products, most domestic heavy-duty trucks were installed with European 4-airbag structure. Therefore, the suspension of 2-airbag structure would probably have a potential market in China.

我國重卡懸架系統現狀

懸架是卡車底盤上一個非常重要的承上啟下系統，發揮著重要的承載和多個方向的力學傳遞作用。懸架中的彈性元件在車架與車橋之間承受和傳遞垂直載荷，緩和及抑制不平路面所引起的沖擊，減振器用以加快振動的衰減，限制車輪的振動。隨著車輛節能減排要求的日益提升，重卡懸架系統正在不斷升級和降低質量。

目前我國重卡懸架系統以多片板簧為主，該結構不僅平順性和舒適性較差，而且在惡劣路況時對貨物的沖擊較大，極易導致易碎貨物在運輸過程中損壞。另外，板簧的質量大，尤其是目前最常用的多片等截面板簧，其單個質量超過300 kg，相對空氣懸架的空氣彈簧而言，前者質量是后者的3倍以上。如果將多片板簧懸架系統改為空氣懸架系統，總質量可降低300～500 kg，其降重效果非?？捎^。同時，空氣懸架還具有很多優點：第一，有利于甩掛運輸的推廣。通常車輛滿載時，由于車輛前部重量緊緊壓在鞍座上，摩擦力非常大，將牽引車和掛車分開十分困難，稍有不慎會造成事故。而使用空氣懸架則可以自由調整牽引車鞍座的高度，便于牽引車和掛車的連接和拆分；第二，可以根據不同路況調整整車的離地間隙和整車高度。例如在高速公路上，可以把整車高度降低10 cm，從而降低整車風阻5％～8％，有利于減少燃油消耗，提高經濟效益。而在稍微惡劣的路況上，可以把整個高度適當提高5 cm，防止發動機油底殼刮擦到地面障礙物；第三，在車輛卸貨時，可以調整車廂高度與月臺保持一致，有利于人員或者叉車裝卸貨物。

目前歐美重卡除工程車之外的公路運輸車幾乎全部采用空氣懸架，我國重卡企業也早在多年前就已經進行了重卡空氣懸架的研究和開發工作，但是由于價格高，自主開發的空氣懸架可靠性差，一直沒有進行大規模推廣。但隨著高速物流的快速發展，我國重卡懸架系統也必然從傳統的多片等截面板簧向少片變截面板簧轉變，然后再向空氣懸架轉變。在2016北京車展上，各大重卡企業的高端車型都采用了空氣懸架，由此可見，空氣懸架正逐漸被卡車企業重視并應用到新一代產品平臺上，有望成為我國重卡懸架系統未來的主流。

歐洲主流的4氣囊懸架系統

美國主流的2氣囊懸架系統

歐洲和美國重卡空氣懸架差異

筆者對歐洲重卡和美國重卡的懸架系統進行深入研究發現，歐洲85％的重卡懸架為空氣懸架，每個后橋安裝4個空氣彈簧，另外15％的板簧懸架應用在工程車上，并且以少片變截面板簧為主。而美國重卡空氣懸架的比例則超過90％，但與歐洲不同的是，每個后橋安裝2個空氣彈簧。造成這一差異的主要原因是因為美國的道路非常平整，路況相對于歐洲、亞洲和非洲要好很多，對路面沖擊力吸收的要求相對較低，2個空氣彈簧完全能夠滿足日常使用要求，并且整個系統質量更輕、價格更低，有利于大批量推廣使用。

圖1所示為歐洲主流的4氣囊空氣懸架系統。該系統下部由剛性托架固定后輪車橋，然后前后左右安裝4個空氣彈簧，均勻地吸收地面沖擊，整車平順性和舒適性更好，車架受力比較均勻，但其結構比較復雜，成本較高。圖2所示為美國主流的2氣囊空氣懸架系統，該系統則更像板簧和空氣彈簧的復合產品，車橋前部由一個剛性很大的板簧發揮承載和前后方向傳力的作用，后部則采用空氣彈簧，發揮上下方向的承載作用。2氣囊空氣懸架系統相對4氣囊空氣懸架系統而言，結構簡單，成本較低，但對車架強度要求較高，尤其是前吊耳位置，要承受多個方向的作用力。

2氣囊空氣懸架結構也有一定的市場空間。圖為東風柳汽T7重卡采用的2氣囊空氣懸架

我國重卡都以歐洲重卡為標桿，4氣囊空氣懸架結構將占主流。圖為北汽福田EST重卡采用的4氣囊空氣懸架

從2016北京車展看我國重卡懸架發展趨勢

在2016北京車展上，北汽福田、一汽、東風、四川現代、徐工等企業的高端車型上都采用了4氣囊空氣懸架。隨著6×2（單轉向橋+驅動橋+浮動橋）車型的廣泛應用，第3軸浮動橋則采用4氣囊加提升氣囊的空氣懸架。由于我國重卡企業廣泛與歐洲重卡企業合資或者合作，因此在設計中大都采用了歐洲主流的4氣囊空氣懸架。目前4氣囊空氣懸架系統的配套廠家已經非常成熟，并且關鍵部件已經全部國產化，價格也隨之大幅降低，4氣囊空氣懸架的匹配率逐漸提高。

在東風柳汽展臺，筆者注意到，其最新推出的高端重卡H7和T7則采用了美國主流的2氣囊懸架系統，結構非常簡單：前部板簧發揮下推力桿的作用，增加橫向推力桿，去掉上推力桿，后部采用2個氣囊進行支撐。這種2氣囊空氣懸架結構從零部件的數量看，相對4氣囊空氣懸架結構減少了下部主托架、上部V字型推力桿、橫向穩定桿等部件，只增加了一個橫向推力桿，其總質量減少100 kg以上。除了東風柳汽的H7和T7外，筆者查詢資料顯示，江淮最新開發的高端重卡（本屆車展未展出）也采用了2氣囊空氣懸架結構。2氣囊空氣懸架結構最大的問題是對車架連接位置的應力偏大，車輪在上下運動時有前后方向和左右方向的微量運動，對各個運動副當中的襯套性能要求比較高，如果設計不當很容易造成襯套的過度磨損。

目前我國重卡企業在開發空氣懸架方面遇到的最大困難是缺乏設計經驗和驗證手段。相對于傳統的板簧懸架，空氣懸架技術含量更高，需要針對客戶實際使用工況進行路譜采集，然后把這些信息進行迭代分析，轉化為空氣懸架設計的輸入信息，進行車輛動力學分析和FEA分析?？諝鈴椈傻膮凳沁@2項分析的核心參數，必須通過大量零部件試驗獲取，針對不同壓強、不同速度測試空氣彈簧的剛度和阻尼。最后進行臺架試驗，把整個車橋和空氣懸架固定在臺架下，在車橋兩端施加各種沖擊，通過路譜采集六分力儀得到沖擊參數，相當于復原實際道路行駛受力狀況，以確保試驗和設計的一致性。通過這樣的測試之后，再安裝到整車上進行試驗場和實際道路測試。需要強調的是，目前我國重卡推廣空氣懸架的最大阻力是車輛超載，由于空氣懸架的承載力是固定值，一旦超載后會造成空氣彈簧損壞，車輛無法正常行駛。

在本屆北京車展上，筆者與多家重卡企業的設計人員溝通后認為，隨著我國道路日益改善和高端物流運輸快速發展，以及高端客戶對運輸品質的需求，高速物流車型的比例會逐漸增大，這必然成為我國重卡空氣懸架的突破口。對于4氣囊和2氣囊的空氣懸架結構，我國重卡都以歐洲重卡為標桿，4氣囊空氣懸架結構將占主流，2氣囊空氣懸架結構也有一定的市場空間。