重型货车空气悬架模块化设计

金银花，张志龙

（510640广东省 广州市 广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院）

0 引言

重型货车包括多种驱动形式（4×2，6×2，6×4，8×4等），车型种类多（如牵引车、搅拌车、自卸车等），研发周期长，研发成本高，同时又需响应客户的高个性化需求。在重型货车的研发上推广模块化设计不仅可以提高零部件通用化率、降低成本、提高生产效率，还可以有效解决维修不便、维修成本高的问题，同时，由于缩短了研发周期，更可以快速响应市场需求，占领市场。

在国家宏观政策的引导下，重型货车使用空气悬架的配置率不断上涨[1]，在空气悬架的研发和生产上推广模块化理念意义重大。

1 空气悬架模块定义

1.1 空气悬架模块的组成

空气悬架主要应用在重型货车的后悬架上。根据弹性元件的不同，可以分为全空气悬架（车架与车轴之间的垂向载荷全部由空气弹簧承受）、复合空气悬架（车架与车轴之间的垂向载荷部分由空气弹簧承受）2类[2]。

以全空气悬架为例，空气悬架模块主要由空气弹簧、减振器、横向稳定杆、I型推力杆、V型推力杆、限位块、大支架、悬架托臂等组成，如图1所示。

图1 空气悬架模块Fig.1 Air suspension module

1.2 空气悬架模块的控制参数

空气悬架模块的性能控制参数包括轴荷、轴距、轮距、质心高度等，可以通过调整弹簧刚度、减振器阻尼、稳定杆直径等方法满足不同车型的性能需求。

空气悬架模块的尺寸控制参数包括车架宽度、轴距、轮距、悬架安装高度等。

在进行空气悬架模块设计时，要满足不同驱动形式车型的通用性，同时需考虑牵引车、载货车和工程专用车平台同步开发的要求。以下针对尺寸控制参数对空气悬架模块的设计定义进行举例说明。

空气悬架模块适用于一定范围的车架宽度，通过调整气囊托臂中心距实现，并对应采用不同的安装支架将悬架部件连接至车架上。

单个空气悬架模块用于单后桥车型，在相对大支架中心对称后，可用于双后桥上，双后桥用2个空气悬架模块，见图2。因此，空气悬架模块的大支架中心到车桥中心的距离应为轴距的一半。

图2 空气悬架模块对称后用于双后桥上Fig.2 Air suspension module used on double rear axle after symmetry

相对于鼓式制动器，盘式制动器的制动气室占据更大的X向布置空间，部分车型根据法规要求必须匹配盘式制动器。为了达到空气悬架模块对于不同车型的不同制动器形式要求均通用的目的，进行空气悬架模块设计时，采用盘式制动器进行布置，同时，要考虑车架宽度、双后桥的轴距、轮距等，设计空气弹簧在X向和Y向的相对位置。一般来说，设计结果为前后空气弹簧的中心距不同，前后空气弹簧中心至车桥中心的距离不同。

1.3 模块的接口定义

模块需具有标准的几何连接接口，连接接口的标准化设计有利于减少设计人员的工作量，提高研发效率[3]。

空气悬架模块与车架和车桥进行连接，需对模块接口部位结构、尺寸、参数等进行标准化。

与车架连接的部件包括前后空气弹簧支架、减振器支架、V型推力杆支架、大支架、限位块支架、稳定杆支架。标准化的内容包括统一同类支架的结构、统一同类支架的安装孔中心距等[4]。

与车桥连接的部件包括V型推力杆、气囊托臂。标准化的内容包括：推力杆安装孔中心距、V型推力杆安装点相对车桥中心的位置等。

空气悬架模块对外接口的定义见表1。

表1 外部接口定义Tab.1 External interface definition

1.4 主要的零部件设计注意事项

（1）空气弹簧

悬架模块在不同安装高度使用时，前后空气弹簧的安装高度均应在其安装高度设计范围内。

（2）减振器

减振器除了考虑其阻尼作用外，须同时考虑行程校核及限位计算。此外，鉴于目前减振器供应商主要供应乘用车和钢板弹簧悬架的商用车，提供给重型货车空气悬架的减振器产品较少（空气悬架的减振器需要有限位功能），在设计减振器时应对现有产品进行充分的分析。

（3）大支架

空气悬架大支架，在双后桥上的受力及使用工况相对单桥更为恶劣，考虑分别进行设计和使用。同时可以考虑设计双排I型推力杆安装孔，以满足不同悬架安装高度的需要[5]。

（4）悬架托臂

悬架托臂与车桥的连接面，在设计时考虑留出足够的长度，以尽量满足不同车桥不同布置倾角时的安装使用需求，如图3所示。

图3 悬架托臂安装孔Fig.3 Mounting holes of suspension beam

（5）各类安装支架

不同车型平台的轴荷有一定的差异，单后桥和后双桥的受力也不同，在设计各类安装支架时，应进行充分的计算校核，必要时设计2组支架以对应不同的使用需求。

2 空气悬架模块的应用

2.1 应用于不同车辆高度

空气悬架模块应用于不同车辆高度时，可以通用以下方式进行调整：

（1）使用大支架高低不同的安装孔；

（2）调整减振器安装支架的位置；

（3）调整稳定杆拉杆；

（4）调整限位块的位置等。

2.2 应用于不同驱动形式

空气悬架模块应用于不同驱动形式时，其主要差异在单后桥和双后桥上，单后桥的空气悬架上一般采用轻量化的部件（如大支架、V型推力杆支架、限位块支架等）。

2.3 应用于不同车型种类

牵引车所用部件相对轻量化；搅拌车为防止车辆侧翻，可以采用侧倾角刚度更大的横向稳定杆；对于自卸车，国外采用空气悬架的产品很少,且多用于提升桥上，国内基本均使用钢板弹簧悬架。

3 结束语

本文从空气悬架模块的定义和空气悬架模块的应用两个方向，对重型货车空气悬架的模块化设计进行了介绍，重点说明了空气悬架模块的组成、控制参数、接口定义等内容，并就空气悬架模块的具体应用方式进行了分类说明。

通过空气悬架的模块化设计，有效实现了悬架零部件通用化，明显缩短了系统开发周期，并可满足不同平台车型的开发需求。