从 2016 北京车展看我国重卡空气悬架发展
唐波 文
我国重卡都以欧洲重卡为标杆，4气囊空气悬架结构将占主流，2气囊空气悬架结构也有一定的市场空间。
A Review of the Development of Domestic AirSuspension 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.
我国重卡悬架系统现状
悬架是卡车底盘上一个非常重要的承上启下系统，发挥着重要的承载和多个方向的力学传递作用。悬架中的弹性元件在车架与车桥之间承受和传递垂直载荷，缓和及抑制不平路面所引起的冲击，减振器用以加快振动的衰减，限制车轮的振动。随着车辆节能减排要求的日益提升，重卡悬架系统正在不断升级和降低质量。
目前我国重卡悬架系统以多片板簧为主，该结构不仅平顺性和舒适性较差，而且在恶劣路况时对货物的冲击较大，极易导致易碎货物在运输过程中损坏。另外，板簧的质量大，尤其是目前最常用的多片等截面板簧，其单个质量超过300 kg，相对空气悬架的空气弹簧而言，前者质量是后者的3倍以上。如果将多片板簧悬架系统改为空气悬架系统，总质量可降低300～500 kg，其降重效果非常可观。同时，空气悬架还具有很多优点：第一，有利于甩挂运输的推广。通常车辆满载时，由于车辆前部重量紧紧压在鞍座上，摩擦力非常大，将牵引车和挂车分开十分困难，稍有不慎会造成事故。而使用空气悬架则可以自由调整牵引车鞍座的高度，便于牵引车和挂车的连接和拆分；第二，可以根据不同路况调整整车的离地间隙和整车高度。例如在高速公路上，可以把整车高度降低10 cm，从而降低整车风阻5%~8%，有利于减少燃油消耗，提高经济效益。而在稍微恶劣的路况上，可以把整个高度适当提高5 cm，防止发动机油底壳刮擦到地面障碍物；第三，在车辆卸货时，可以调整车厢高度与月台保持一致，有利于人员或者叉车装卸货物。
目前欧美重卡除工程车之外的公路运输车几乎全部采用空气悬架，我国重卡企业也早在多年前就已经进行了重卡空气悬架的研究和开发工作，但是由于价格高，自主开发的空气悬架可靠性差，一直没有进行大规模推广。但随着高速物流的快速发展，我国重卡悬架系统也必然从传统的多片等截面板簧向少片变截面板簧转变，然后再向空气悬架转变。在2016北京车展上，各大重卡企业的高端车型都采用了空气悬架，由此可见，空气悬架正逐渐被卡车企业重视并应用到新一代产品平台上，有望成为我国重卡悬架系统未来的主流。
欧洲主流的4气囊悬架系统
美国主流的2气囊悬架系统
欧洲和美国重卡空气悬架差异
笔者对欧洲重卡和美国重卡的悬架系统进行深入研究发现，欧洲85%的重卡悬架为空气悬架，每个后桥安装4个空气弹簧，另外15%的板簧悬架应用在工程车上，并且以少片变截面板簧为主。而美国重卡空气悬架的比例则超过90%，但与欧洲不同的是，每个后桥安装2个空气弹簧。造成这一差异的主要原因是因为美国的道路非常平整，路况相对于欧洲、亚洲和非洲要好很多，对路面冲击力吸收的要求相对较低，2个空气弹簧完全能够满足日常使用要求，并且整个系统质量更轻、价格更低，有利于大批量推广使用。
图1所示为欧洲主流的4气囊空气悬架系统。该系统下部由刚性托架固定后轮车桥，然后前后左右安装4个空气弹簧，均匀地吸收地面冲击，整车平顺性和舒适性更好，车架受力比较均匀，但其结构比较复杂，成本较高。图2所示为美国主流的2气囊空气悬架系统，该系统则更像板簧和空气弹簧的复合产品，车桥前部由一个刚性很大的板簧发挥承载和前后方向传力的作用，后部则采用空气弹簧，发挥上下方向的承载作用。2气囊空气悬架系统相对4气囊空气悬架系统而言，结构简单，成本较低，但对车架强度要求较高，尤其是前吊耳位置，要承受多个方向的作用力。
2气囊空气悬架结构也有一定的市场空间。图为东风柳汽T7重卡采用的2气囊空气悬架
我国重卡都以欧洲重卡为标杆，4气囊空气悬架结构将占主流。图为北汽福田EST重卡采用的4气囊空气悬架
从 2016 北京车展看我国重卡悬架发展趋势
在2016北京车展上，北汽福田、一汽、东风、四川现代、徐工等企业的高端车型上都采用了4气囊空气悬架。随着6×2(单转向桥+驱动桥+浮动桥)车型的广泛应用，第3轴浮动桥则采用4气囊加提升气囊的空气悬架。由于我国重卡企业广泛与欧洲重卡企业合资或者合作，因此在设计中大都采用了欧洲主流的4气囊空气悬架。目前4气囊空气悬架系统的配套厂家已经非常成熟，并且关键部件已经全部国产化，价格也随之大幅降低，4气囊空气悬架的匹配率逐渐提高。
在东风柳汽展台，笔者注意到，其最新推出的高端重卡H7和T7则采用了美国主流的2气囊悬架系统，结构非常简单：前部板簧发挥下推力杆的作用，增加横向推力杆，去掉上推力杆，后部采用2个气囊进行支撑。这种2气囊空气悬架结构从零部件的数量看，相对4气囊空气悬架结构减少了下部主托架、上部V字型推力杆、横向稳定杆等部件，只增加了一个横向推力杆，其总质量减少100 kg以上。除了东风柳汽的H7和T7外，笔者查询资料显示，江淮最新开发的高端重卡(本届车展未展出)也采用了2气囊空气悬架结构。2气囊空气悬架结构最大的问题是对车架连接位置的应力偏大，车轮在上下运动时有前后方向和左右方向的微量运动，对各个运动副当中的衬套性能要求比较高，如果设计不当很容易造成衬套的过度磨损。
目前我国重卡企业在开发空气悬架方面遇到的最大困难是缺乏设计经验和验证手段。相对于传统的板簧悬架，空气悬架技术含量更高，需要针对客户实际使用工况进行路谱采集，然后把这些信息进行迭代分析，转化为空气悬架设计的输入信息，进行车辆动力学分析和FEA分析。空气弹簧的参数是这2项分析的核心参数，必须通过大量零部件试验获取，针对不同压强、不同速度测试空气弹簧的刚度和阻尼。最后进行台架试验，把整个车桥和空气悬架固定在台架下，在车桥两端施加各种冲击，通过路谱采集六分力仪得到冲击参数，相当于复原实际道路行驶受力状况，以确保试验和设计的一致性。通过这样的测试之后，再安装到整车上进行试验场和实际道路测试。需要强调的是，目前我国重卡推广空气悬架的最大阻力是车辆超载，由于空气悬架的承载力是固定值，一旦超载后会造成空气弹簧损坏，车辆无法正常行驶。
在本届北京车展上，笔者与多家重卡企业的设计人员沟通后认为，随着我国道路日益改善和高端物流运输快速发展，以及高端客户对运输品质的需求，高速物流车型的比例会逐渐增大，这必然成为我国重卡空气悬架的突破口。对于4气囊和2气囊的空气悬架结构，我国重卡都以欧洲重卡为标杆，4气囊空气悬架结构将占主流，2气囊空气悬架结构也有一定的市场空间。