油氣懸掛的性能特點及研究現狀

旺旺貍

油氣懸掛一般是以惰性氣體（氮）作為彈性介質，以油液作為傳力介質，呈現出很好的非線性特性，對重型越野車輛以及載貨汽車都具有很好的匹配效果，同時儲能比很大，約為330000Nm/kg（以6MPa氮氣充氣壓力為例），重量比鋼板彈簧輕50%，比扭桿彈簧輕2O%，從而使它擁有了廣闊的發展前景。

1、油氣懸掛性能特點及其研究的必要性
9 N5 L) D, g1 |9 `# t5 U油氣懸掛主要由油氣彈簧組成，集彈性和阻尼元件于一身，同時缸體具有一定的導向作用，所需車體布置空間較小，以其優越的非線性彈性特性和良好的減振功能，能夠最大限度地滿足工程車輛的平順性要求。從其整體結構看，目前工程車輛上應用的油氣懸掛系統主要有獨立式和互連式兩種類型；從油氣彈簧的形式看，則分為單氣室油氣分離式、雙氣室油氣分離式、多級壓力式和油氣混合式等。與其他懸掛系統相比，油氣懸掛具有如下特點。

1）非線性變剛度特性，油氣懸掛具有非線性變剛度、漸增性的特點。當車輛在平坦路面行駛時，懸掛動行程較小，彈性介質承受瞬時壓力所產生的剛度也就小，能夠滿足平順性的要求；當車輛在起伏地行駛時，彈性力呈非線性變化且幅值增加，可以吸收較多的沖擊能量，發揮出氣體單位質量儲能比大的特點，有效起到緩沖作用，避免了能量直接傳遞到車身以及“懸掛擊穿”現象的出現，從而提高車輛的越野速度，改善其機動性。例如安裝油氣懸掛與安裝扭桿懸掛的M60坦克在美國阿伯丁試驗場第三號越野跑道（地面不平度為90mm）上進行對比試驗，前者平均時速達到了38.62km/h，而后者僅為14.48km /h。另外，對于載荷變化較大的車輛，其必要性也很明顯。若懸置質量變化，剛度不變，則固有頻率會隨著載荷發生改變。例如解放牌汽車滿載時，后懸掛質量約為空車的四倍多，倘若使用線性懸掛系統，則滿載與空載的車身振動頻率分別為1.6HZ和3.2HZ。固有頻率的大范圍變化會導致車輛行駛性能變差；而油氣懸掛的非線性剛度特性能夠有效克服這一缺點，將車身固有頻率保持在一個相對穩定的范圍，這對載重型車輛是至關重要的。
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2）非線性阻尼特性，安裝阻尼閥后，與普通液壓減振器相同，油氣彈簧的阻尼系數也具有非線性特征，懸掛阻尼力和阻尼比均隨著車架與車橋相對速度的變化而變化。
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" Y: [, P" }3 i! x7 K4 L3）車姿調整功能，可調式油氣懸掛可以使車體升降，前后俯仰和左右傾斜，但需附加一套車姿調節系統，主要通過對懸掛缸的補油或排油實現上述功能，以改善車輛的越障能力，提高通過性；裝有可調式油氣懸掛的兩棲作戰車輛涉水時可以將車輪收起，減少水流阻力；另外還可以使行駛系統維修方便，無需液壓千斤頂即可拆裝車輪，但調節高度有限，一般不超過300mm。對于車姿調節功能通常只有在主動懸掛中才能實現，體現了油氣懸掛的優越性能。

4）懸掛閉鎖功能，將油氣懸掛中的動力缸和蓄能器分置，并在連接它們的高壓管路上加裝鎖止閥即可實現懸掛閉鎖功能，這對工程車輛具有重要價值，例如全路面起重機、吊車、挖掘機等，在特殊作業時通過閉鎖形成剛性懸掛，便于運載和移動重物另外還可以減輕或消除坦克和自行火炮等軍用車輛在射擊時產生的車體俯仰振動，提高射擊精度。

5）結構緊湊，加裝阻尼閥后，油氣懸掛不再需要單獨的減振器，尤其針對單缸式油氣彈簧，結構上更加簡便，通常把氣室設在活塞桿內，通過浮動活塞將油氣分離，以適應重型越野車輛動行程大的特點，克服了膜片隔離式油氣彈簧動行程小的缺點。同時該套系統體積小，重量輕，便于拆裝。

0 ]" q" S: N% o! p4 c6）不足之處，由于工作壓力較高，需選用性能良好的組合密封，同時還要配備專用充氣裝置。對加工精度和裝配工藝要求嚴格，增加了生產和維護成本。隨著機械加工等相關技術的不斷完善和成熟，上述不足一定能夠被有效解決，也必將使油氣懸掛得到更大范圍的推廣和應用。總之，油氣懸掛與其它懸掛系統相比能夠充分改善車輛的機動性、舒適性以及操縱穩定性，尤其能滿足特種車輛、工程車輛和軍用車輛的指標要求，具有良好的發展前景，成為國內外同行研究的主要方向之一。

' g* s3 J; Z; b2、國內外油氣懸掛研究現狀及應用

" `' i* M- E4 m  I9 ?& u2.1 國外研究現狀及應用
8 k" I; ?' p. s/ _, C在理論方面，國外定性定量的研究工作已經開展得比較全面，并已有較為完善的CAD軟件可供產品研發，但由于涉及結構設計的關鍵環節，屬于企業核心技術，所以很難看到相關的資料。
0 E3 _& }$ T! z從所掌握的信息表明，國外學者曾對如何建立油氣彈簧合理的數學模型進行了大量的理論探討，油氣彈簧數學模型通常可以分為參數化和非參數化兩種形式，worden較為系統地介紹了單缸式油氣彈簧的參數化和非參數化建模方法，指出參數化建模需要以油氣彈簧內部結構參數和有關物理定律為依據，能夠較為準確地描述懸掛缸工作時的內特性，清楚地分析相關因素對系統外特勝的影響規律，從而為油氣彈簧的設計提供參考，但由于其所含參數較多，往往存在校準時間長、計算速度慢等缺點；非參數化模型實際上具有反求的性質，通常利用預先確定的函數表達形式對試驗數據進行擬合來描述油氣彈簧的非線性特性，克服了參數化模型待定系數多以及校準和計算慢的缺點，但非參數化模型的建立往往需要對系統進行大量的試驗研究，消耗成本巨大。由于各種分析和識別方法都有其各自的特點和局限勝，因此必須針對具體問題，采用適當的方法對系統進行理論分析和參數識別。
7 U9 f1 J- ?  Y3 B$ t$ b: g在油氣懸掛的技術應用方面，國外自20世紀50年代后期由美國WABCO公司首次提出以來，人們從實踐中逐漸認識到該項技術重大的開發潛力，后經過多年努力，已經有了長足的發展和進步。從國家知識產權局檢索到的信息表明，國外在涉及油氣懸掛方面的各項發明專利多達幾千項，占據了這一領域的絕對主導地位，并且主要集中在上世紀80年代，說明其早已進人了成熟和實用階段，從搜集的資料來看，國外在以下車輛中應用了油氣懸掛系統。
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1）軍事特種車輛
包括輪式輸送車、裝甲車、坦克及導彈運輸車等。例如美國和德國合作研制的MBT-70坦克裝有可調式油氣懸掛，還可實現懸掛的液壓閉鎖；美國 UET-A型萬能履帶式裝甲工程牽引車，采用的油氣懸掛具有閉鎖功能，在推土作業時可保持車身呈水平穩定狀態；美國M107自行火炮具有懸掛閉鎖裝置，發射時可實現懸掛閉鎖；美國HSTV-L輕坦克試驗樣車以及AAV7AI兩棲裝甲戰車也采用了可調式油氣懸掛；前蘇聯自T-72坦克裝備部隊后，大力改善其懸掛裝置，在后來研制的T-80坦克、“雷神”導彈防空車、別拉斯和SSU-20移動式導彈發射車以及空降兵部隊使用的BMD車上也采用了可調式油氣懸掛；法國AMX-10RC（帶炮）輪式戰車（6*6）、AMX-10C履帶式戰車和輪式“響尾蛇”導彈發射車（4*4）均裝有可調式油氣懸掛，前者重15T，正常行駛時最小離地距離為0.35m，可在0.21-0.47m范圍內調節，后者振動頻率可降低到1HZ以下，平順性接近轎車水平；日本74式主戰坦克裝有可調式油氣懸掛，車體可上下升降200mm，前后俯仰6度，左、右側傾9度，是目前唯一能夠全面實現上下升降、左右側傾和前后俯仰的坦克；瑞典無炮塔的STRV103式S坦克上，采用了可調式油氣懸掛，是最早以可調式油氣懸掛裝備部隊的坦克。另據報道，英國的“挑戰者”主戰坦克、法國的勒克萊爾主戰坦克、日本的90式主戰坦克、韓國的88式主戰坦克、瑞士的“鋸脂鯉”，包括4*4、6*6、8*8 等多種輪式裝甲車、巴西的EETI奧索里奧坦克、意大利的“半人馬座”24T輪式裝甲車（最大時速可達108km/h)，均采用了可調式油氣懸掛系統。

: ~2 W. h# Q1 b/ ^2 p- n6 \2）工程、礦山機械（車輛）
& I, o4 f. e1 u5 _* @$ H主要包括各類礦用自卸卡車、全地面起重機、鏟運機械和輪式挖掘機等。如美國卡特彼勒(Caterpillar）、日本小松（Komatsu）等公司的重型礦用自卸車，德國利勃海爾（Liebherr）、美國格魯夫（Gove）、德國克虜伯(Krupp）等公司的全地面起重機，日本神戶鋼鐵株式會社（KOBELCO）的越野輪胎起重機，美國卡特彼勒(Caterpillar）公司的TS-24B型鏟運機，日本日立建筑機械有限公司（Hitachi）的輪式挖掘機等。

0 _8 K, E0 o* n  M3 ?& j8 a3）賽車及轎車，如法國雪鐵龍（Citroen）公司Citroen DS19、ID-19型賽車，德國的BENZ 450EL6.9，法國的Citron CS、CX系列轎車等。

4 `- h; r& }8 O* R% L$ e2.2 國內研究現狀及應用
國內對油氣懸掛的研究也始于20世紀50年代末期，北京工業學院率先在1959年做出了樣件，進行了臺架試驗，1960年又進行了裝車試驗，取得了國內最早的第一手資料。但直到80年代初期國內才真正有實際產品出現，技術儲備與國外相比整體差距較大，仍舊處在引進樣機、測繪和類比仿真階段，自主研發能力較弱。資料顯示，武漢水運工程學院陶又同教授的文章是較早用示功圖法研究油氣懸掛的文獻，1984年上海重型汽車廠測繪了美國的單氣室油氣懸掛，并應用于上海重型汽車廠生產的SH380\SH382礦用自卸車上，但使用效果并不理想，主要是密封險能不好，可靠性差；90年代初中期，徐州工程機械集團有限公司（1992年）、湖南浦玩工程機械廠（1994年）先后從德國利勃海爾公司引進LTM1025、LTM1032、LTM1050全地面底盤汽車起重機，促進了油氣懸掛技術的推廣應用。而后在我國期刊雜志上出現了許多介紹油氣懸掛系統的文獻，國內一些高校也開始進行油氣懸掛技術的研究。
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* q: C! ?/ b; R1 A; P1994年北京理工大學的高凌風對互連式油氣懸掛動剛度和車輛振動響應進行了分析計算，同年同濟大學的孫求理對單筒式油氣懸掛缸進行了理論研究和優化設計；1998年大連理工大學的趙春明利用功率鍵合圖法建立了描述全路面起重機互連式油氣懸掛系統的動態模型，利用數字仿真對車輛在路面不平度激勵下的振動響應進行了研究；2000年浙江大學的吳仁智對LTM1032型汽車起重機雙氣室油氣彈簧進行了計算機仿真和試驗研究，建立了雙氣室油氣彈簧的非線性數學模型；2003年吉林大學的趙登峰以3303B型自卸汽車油氣懸掛系統作為研究對象，對其動態特性進行了研究；2005年吉林大學的周德成對礦用自卸車油氣懸掛系統進行了動力學仿真與試驗研究，并運用神經網絡建立了油氣彈簧的數學模型；中國礦業大學的封士彩對德國CXPIO32型汽車起重機油氣懸掛單元動態性能進行了研究。清華大學的金達峰等開展了主動油氣懸掛的研究。
使用油氣懸掛的車輛幾個廠家的工程自卸車外，主要集中在軍工方面，如：航天15所研制的固定型號移動式導彈發射車，采用了混合式油氣彈簧，無車高調整功能，并使用了簡易的負荷平衡措施，即將車輛兩側油氣彈簧的氣腔連通；重慶256廠研制的自行榴彈炮車采用了隔離式油氣彈簧，具備靜態車姿調節功能，主要用于調整車輛的發射狀態；北京理工大學研制的某型裝甲輸送車，采用了雙缸式帶反壓氣室的油氣彈簧，并附加了整車調節系統，同時能夠實現懸掛的剛性閉鎖；北方車輛研究所研制的某型導彈發射車，吸收了俄羅斯相關車輛的底盤技術，具有整車車姿調節系統。
5 h  ~0 @9 D7 r, \, r2 X9 O5 n7 [1 Z從國內油氣懸掛的研究現狀來看，主要存在以下問題：
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/ v+ k3 X9 a8 Hl）由于缺乏試驗設備和經費，以及國外取得的先進理論成果和應用經驗很少見諸于文獻的緣故，只有少量研究單位有能力對油氣懸掛進行基礎性和系統性的研究，但所得結論要達到指導設計和生產實際產品的要求還有一定距離；

, F) H/ b7 g9 g* G2）目前國內的研究工作更多地還是停留在引進成熟樣機的基礎上開展相關理論分析，導致自主研發能力不強。到目前為止，只有徐工集團、北方車輛研究所等少數單位研制的產品達到了裝車要求，但要與世界先進水平接軌，還有很長的路要走。
/ q1 h+ M! y8 K5 {5 J綜上所述，導致了國內在系統結構設計方面研究的匾乏，安裝有油氣懸掛的車輛品種較少，而且更多地還是應用在軍工方面。

3、研究方向
人們對油氣懸掛的評價主要體現在性能和使用壽命兩個方面，性能通常是指油氣彈簧的力學特性，包括阻尼特性和彈性特性；使用壽命則包括懸掛缸零部件抗沖擊的可靠性及密封件的耐久性等。現有技術中，國內學者在產品力學性能方面的研究居多，不過方法和手段較為單一，集中在測繪或引進樣件的仿真與試驗分析上，且精確度不高，雖然所得結論具有一定的參考價值，但還無法有效指導產品的設計工作，所以只有對不同閥系結構的受力狀態及其節流現象進行系統研究，并歸納出完整的解析計算方法，才能有效逼近減振裝置的標準阻尼特性，從而達到準確設計相關結構參數的目的；在彈性特性方面，國內學者普遍使用絕熱狀態下的理想氣體狀態方程展開研究，但絕熱指數與溫度等諸多客觀因素有關，為便于分析人們通常取其中的某一平均值，容易造成較大誤差，后來有人參照國外研究成果使用8個常數的BWR實際氣體狀態方程對彈隆力值進行推算，由于參數過多且方程形式復雜，也不利于工程應用。另外，國內在產品使用壽命方面的理論探討還很匱乏，相關報道和成果也較少，實踐表明，由于阻尼閥承擔著衰減來自地面隨機激勵的作用，其所處工作環境相對惡劣，且易受到頻繁的交變沖擊，所以研究如何減小沖擊力值及其交變次數對提高阻尼閥的疲勞強度具有重要價值；同時油氣彈簧的泄漏問題也是限制其發展的主要瓶頸之一，這與缸體的溫升有很大關系，需要開展較為系統的熱學研究，并分析內在機理，找出規律，減小其對密封件耐久性的影響。
油氣懸掛與其它懸掛形式相比雖然具有明顯的優越性，但仍舊屬于傳統的被動懸掛范疇，其阻尼參數一經選定，便無法再進行更改，從車輛的舒適性和操縱穩定性來看，只能針對不同路況采取某種折中方案，限制了系統性能的充分發揮。現有技術中，半主動懸掛的研究主要體現在對阻尼參數的控制方面，通過調節減振裝置的阻尼系數，改變阻尼比，以達到懸掛系統動態性能與車輛行駛狀態實時匹配的目的，這樣的方式簡單、可靠且易于實現，是取代傳統懸掛的新型產品。
: M$ R5 k/ t! t7 Y1 z9 o6 X. w國外對半主動油氣懸掛的研究重點已從理論探討轉入實際應用階段，并制訂了明確的規劃和進度要求。資料顯示，美軍規劃中的“未來作戰系統” (FCS）將安裝最先進的智能油氣懸掛（HASS)，提出的戰技指標是使坦克的機動性提高50％、車身平穩性提高30%，公路時速達120km/h，最高越野速度達100kln/h；另外，韓國的88式坦克已經安裝了半主動肘內式油氣懸掛系統，俄羅斯也進行了將油氣懸掛發展為可控懸掛的研究。
6 \" v; I+ y# ?. G4 y% `& A, [由于國內在半主動油氣懸掛方面的研究還處于起步階段，所以急需開展相關工作以提高自身的能力和水平。

. Z' ]) z/ u. U5 ^% Z6 v/ a4、結論
總的來講，油氣懸掛從理論的提出至今已經有幾十年的歷史，而且也應該是今后相當長一段時期業內人士所研究的重點、熱點課題。國內的眾多專家學者在懸掛系統設計方面做了大量工作，理論上的探討也常見于各大期刊，為我國的車輛懸掛事業做出了很大貢獻。有人說我們在油氣懸掛的理論研究方面已經很成熟，但從嚴格意義上來講，我們的理論還遠不能用“成熟”二字來形容，還不能很好地指導設計工作，還需要進一步的探索，需要一種“百花齊放”的現象出現，從而帶動整個行業的發展。

車輛半主動懸架技術發展現狀和趨勢

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　懸架系統是汽車的重要組成部分之一。汽車懸架系統是指連接車身和車輪之間全部零部件的總稱，主要由彈簧、減振器和轉向機構三大部分組成，其作用是傳遞車輪和車架之間的一切力和力矩，并且緩和由不平路面傳給車架(或車身)的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統的振動，以保證汽車的平順行駛。

半主動懸架是指懸架彈性元件剛度和減振器阻尼力之一或兩者均可根據需要進行調節的懸架。由于半主動懸架在控制品質上接近于主動懸架，且結構簡單，能量損耗小，成本低，因而具有巨大的發展潛力。

　半主動懸架技術發展現狀

根據懸架的阻尼和剛度是否隨著行駛條件的變化而變化，可將懸架分為被動懸架、半主動懸架和主動懸架。隨著生活水平的不斷提高，用戶對汽車舒適性的要求也越來越高，傳統的汽車懸架系統已不能滿足人們的要求。人們希望汽車車身的高度、懸架的剛度、減振器的阻尼大小能隨汽車行駛速度以及路面狀況等行駛條件的變化而自動調節，從而達到乘坐舒適性的提高。

1973年，美國加州大學戴維斯分校的D.A.Crosby和D.C.Karnopp首先提出了半主動懸架的概念。其基本原理是：用可調剛度彈簧或可調阻尼的減振器組成懸架，并根據簧載質量的加速度響應等反饋信號，按照一定的控制規律調節彈簧剛度或減振器的阻尼，以達到較好的減振效果。半主動懸架分為剛度可調和阻尼可調兩大類。目前，在半主動懸架的控制研究中，以對阻尼控制的研究居多。阻尼可調半主動懸架又可分為有級可調半主動懸架和連續可調半主動懸架，有級可調半主動懸架的阻尼系數只能取幾個離散的阻尼值，而連續可調半主動懸架的阻尼系數在一定的范圍內可連續變化。

有級可調減振器

有級可調減振器阻尼可在2-3檔之間快速切換，切換時間通常為10-20ms。有級可調減振器實際上是在減振器結構中采用較為簡單的控制閥，使通流面積在最大、中等或最小之間進行有級調節。通過減振器頂部的電機控制旋轉閥的旋轉位置，使減振器的阻尼在“軟、中、硬”三檔之間變化。有級可調減振器的結構及其控制系統相對簡單，但在適應汽車行駛工況和道路條件的變化方面有一定的局限性。
連續可調減振器
連續可調減振器的阻尼調節可采取以下兩種方式：

1.節流孔徑調節

早期的可調阻尼器主要是節流孔可實時調節的油液阻尼器。通過步進電機驅動減振器的閥桿，連續調節減振器節流閥的通流面積來改變阻尼，節流閥可采用電磁閥或其它形式的驅動閥來實現。這類減振器的主要問題是節流閥結構復雜，制造成本高。

2.減振液粘性調節

使用黏度連續可調的電流變或磁流變液體作為減振液，從而實現阻尼無級變化，是當前的研究熱點。電流變液體在外加電場作用下，其流體材料性能，如剪切強度、粘度等會發生顯著的變化，將其作為減振液，只需通過改變電場強度，使電流變液體的粘度改變，就可改變減振器的阻尼力。

電流變減振器的阻尼可隨電場強度的改變而連續變化，無須高精度的節流閥，結構簡單，制造成本較低，且無液壓閥的振動、沖擊與噪聲，不需要復雜的驅動機構，作為半主動懸架的執行器是一個非常好的選擇。但電流變液體存在著一些問題，如電致屈服強度小，溫度工作范圍不寬，零電場粘度偏高，懸浮液中固體顆粒與基礎液體之間比重相差較大，易分離、沉降，穩定性差，對雜質敏感等。要使電流變減振器響應迅速、工作可靠，必須解決以下幾個問題：①設計一個體積小、重量輕、能任意調節的高壓電源。②為保證電流變液體的正常工作溫度，有一個散熱系統。③高壓電源的絕緣與封裝。國外如德國Bayer公司和美國Lord公司都已有電流變減振器產品。

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窗體頂端

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小蝦1111

我感覺。我國的油氣懸掛系統瓶頸在液壓密封。

qb5952181

回帖是美德，又能賺威望！！！

811258097

回帖是美德，又能賺威望！！！

zhenhua1978

樓主了解的比較細呀佩服                    

306969554

油氣懸掛發展不好主要是在認識不上去。

306969554

懸架是解決車輛品質的關鍵。我國汽車只是解決有無問題。下一階段就看懸架的表現了。

cken

輕型車已經發展到線性馬達主動懸掛了

小憩の港灣

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西山向日葵

這東西在我國還很前衛啊，哈哈