汽車空氣懸架的發(fā)展及我國研發(fā)對(duì)策思考
空氣懸架誕生于19世紀(jì)中期,早期用于機(jī)械設(shè)備隔振。1947年,美國首先在普耳曼汽車上使用空氣懸架,歐洲及日本等國家和地區(qū)也相繼對(duì)汽車空氣懸架作了應(yīng)用研究。目前,國外汽車發(fā)達(dá)國家無論是客車還是載重汽車都已經(jīng)比較普遍采用空氣懸架系統(tǒng)。而國內(nèi)卻處于剛剛起步階段,只應(yīng)用在一些豪華客車和少部分重型載貨車上。?
1、空氣懸架的優(yōu)點(diǎn)?
空氣懸架系統(tǒng)以空氣彈簧為彈性元件,利用氣體的可壓縮性實(shí)現(xiàn)彈性作用。不論滿載還是空載,通過壓縮氣體的氣壓能夠隨載荷和道路條件變化而進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),整車高度不會(huì)變化,可以大大提高乘坐的舒適性。隨著人們對(duì)舒適性要求的提高,空氣彈簧懸架因其獨(dú)特的性能和適應(yīng)性,正在逐步替代傳統(tǒng)的鋼板和螺旋彈簧懸架??諝鈴椈傻男阅芴攸c(diǎn)是:(1)負(fù)載能力可調(diào);(2)剛度隨負(fù)載變化;(3)負(fù)載變化時(shí),固有頻率幾乎不變;(4)固有頻率較低。?
空氣彈簧運(yùn)動(dòng)性能的特點(diǎn)決定了空氣懸架具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)乘坐更舒適安全;(2)改善車輛的行駛平順性;(3)延長(zhǎng)輪胎和制動(dòng)片的使用壽命;(4)負(fù)載變化時(shí)車身高度不變;(5)減少電氣、空調(diào)、排氣系統(tǒng)、車橋、車身和底盤的維修成本;(6)減少對(duì)道路的沖擊,保護(hù)路面,降低高速公路的維修費(fèi)用;(7)延長(zhǎng)車輛的使用壽命并提升舊車價(jià)值。
? 2、國外空氣懸架的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀
20世紀(jì)30年代初,美國凡世通輪胎公司首次把空氣彈簧應(yīng)用于汽車工業(yè)。哈維·凡世通(Harvey Firestone)在亨利·福特一世(Henry Ford I)和托馬斯·阿瓦·愛迪生(Thomas Alva Edison)的技術(shù)支持下,在1934年研制出了柱式空氣彈簧懸架系統(tǒng)——AIREDE空氣彈簧。1944年通用汽車公司與凡世通公司合作,在其客車上進(jìn)行了首輪試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示了空氣懸架系統(tǒng)的內(nèi)在優(yōu)越性。通用汽車公司經(jīng)過大量的產(chǎn)品研制開發(fā)工作,1953年開始試生產(chǎn)裝有空氣懸架的客車,這是商用汽車采用空氣彈簧懸架的開始。20世紀(jì)50年代中葉,固特異輪胎公司研制出一種滾動(dòng)凸輪式空氣彈簧,凸輪在活塞的型面上滾動(dòng),從而控制空氣彈簧的負(fù)載變化關(guān)系曲線。同時(shí),空氣控制系統(tǒng)的巨大進(jìn)步也為空氣懸架的應(yīng)用起了很大的推動(dòng)作用。?
隨后不久,空氣懸架技術(shù)在歐洲也得到很快發(fā)展,但歐洲的發(fā)展道路和北美有些不同。歐洲的汽車生產(chǎn)廠商并未將空氣懸架變成單獨(dú)總成,而是各自開發(fā)滿足其獨(dú)特車型需要的空氣懸架。這種不同的發(fā)展道路使歐洲的空氣懸架設(shè)計(jì)只適用于某種具體車型,并采用一些復(fù)雜技術(shù),因而其成本較高。而北美的空氣懸架通用性較強(qiáng),應(yīng)用較簡(jiǎn)單,成本較低。?
美國紐威·安柯洛克國際公司在1951年成立時(shí)即作為一家懸架系統(tǒng)的專業(yè)生產(chǎn)廠家,為公路和非公路行駛的重型車輛設(shè)計(jì)和制造鋼板彈簧懸架系統(tǒng)。不久,紐威公司向商用車市場(chǎng)投放了世界上第一種實(shí)際應(yīng)用的空氣懸架系統(tǒng)。因其通用性強(qiáng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低,迅速占領(lǐng)了北美市場(chǎng)。隨后紐威公司開發(fā)了一系列空氣懸架產(chǎn)品,應(yīng)用于世界各地的客車、貨車、小轎車及鐵道車輛上。?
目前國外高級(jí)大客車幾乎全部使用空氣懸架,重型載貨車使用空氣懸架的比例也已達(dá)80%以上,空氣懸架在輕型汽車上的應(yīng)用量也在迅速上升。部分轎車也逐漸安裝使用空氣懸架,如美國的林肯、德國的Benz300SE和Benz600等。在一些特種車輛(如對(duì)防振要求較高的儀表車、救護(hù)車、特種軍用車及要求高度調(diào)節(jié)的集裝箱運(yùn)輸車等)上,空氣懸架的使用幾乎為唯一選擇。?
國外汽車空氣懸架發(fā)展經(jīng)歷了“鋼板彈簧?氣囊復(fù)合式懸架→被動(dòng)全空氣懸架→主動(dòng)全空氣懸架(即ECAS電控空氣懸架系統(tǒng))”的型式變化。主動(dòng)全空氣懸架應(yīng)用了電子控制系統(tǒng),使傳統(tǒng)的空氣懸架系統(tǒng)的性能得到很大改善,汽車在各種路面、各種工況條件下能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)調(diào)節(jié)、主動(dòng)控制,并增加了許多輔助功能(如故障診斷功能等)。目前ECAS系統(tǒng)在歐洲一些國家的大客車上已經(jīng)大量應(yīng)用。隨著人們生活水平的提高,對(duì)汽車舒適性的要求越來越高,可以預(yù)見,ECAS這一先進(jìn)的空氣懸架系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用將越來越普及。?
3、我國空氣懸架的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀
目前國內(nèi)擁有空氣懸架項(xiàng)目的公司為數(shù)眾多,但真正擁有空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)、制造的寥寥無幾,規(guī)模也十分有限。目前國內(nèi)具有代理性質(zhì)但無實(shí)際設(shè)計(jì)能力的公司居多,主要以代理美國、德國、韓國、日本產(chǎn)品為主,公司規(guī)模一般不大,產(chǎn)品有限。由于代理公司主要是以追求經(jīng)營利潤為導(dǎo)向,對(duì)設(shè)計(jì)匹配等技術(shù)環(huán)節(jié)往往存在先天不足,導(dǎo)致主機(jī)廠出現(xiàn)問題時(shí)無法及時(shí)解決等問題,影響被代理產(chǎn)品的聲譽(yù)及市場(chǎng),因此,國外的制造公司也紛紛以不同的方式直接介入中國市場(chǎng)。比如,美國FIRESTON公司在允許一定代理的同時(shí),在上海設(shè)立了銷售辦事處,日本NHK彈簧公司在重慶合資成立NHK重慶公司,韓國大圓鋼業(yè)會(huì)社在天津合資成立大圓天津公司,丹麥丹拂斯公司在天津合資成立丹拂斯天津公司,美國固特異公司在大連、青島相繼建立工廠。另外,整車廠為降低成本,把空氣懸架系統(tǒng)細(xì)分成氣囊、推力桿、直拉桿、穩(wěn)定桿、高度閥、平衡閥、線束、減振器、導(dǎo)向臂等項(xiàng)目采購,也導(dǎo)致了國內(nèi)空氣懸架產(chǎn)品的部件加工、制造正在往高度離散的方向發(fā)展。?
空氣懸架在我國的應(yīng)用已經(jīng)落后國外幾十年,直到近幾年隨著高檔客車制造技術(shù)的引進(jìn)以及人們對(duì)舒適性要求的提高,加上國家對(duì)客車等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)要求,空氣懸架才開始逐步應(yīng)用起來。目前空氣懸架主要集中應(yīng)用在高等級(jí)客車上,但是受多方面因素的制約,空氣懸架的配置率還很低,基本上還屬于“導(dǎo)入”階段。據(jù)掌握的不完全資料,國內(nèi)部分?jǐn)?shù)量相對(duì)較大的應(yīng)用主要集中在鄭州宇通、廈門金龍、蘇州金龍、揚(yáng)州亞星、一汽客底、東風(fēng)杭汽等規(guī)模較大的主要客車及底盤廠家。2002~2004年的大致情況:鄭州宇通有部分自主開發(fā)的產(chǎn)品,主要選配Newway及ReycoReyco的空氣懸架;揚(yáng)州亞星主要選用Neway及Reyco的空氣懸架;東風(fēng)杭汽近兩年先后采用Neway和科曼的空氣懸架;一汽客底主要選用Neway或Reyco的空氣懸架;廈門金龍、蘇州金龍一邊選用Neway、科曼或其他國外公司的產(chǎn)品,一邊在進(jìn)行自主開發(fā)。此外,國內(nèi)其它一些客車廠家也都是少批量、以選裝國外空氣懸架產(chǎn)品為主。目前汽車空氣懸架在載重貨車的應(yīng)用國內(nèi)尚處于起步階段。?
由于國內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的空氣懸架部件,以此為支撐,汽車主機(jī)廠開始自己設(shè)計(jì)空氣彈簧懸架產(chǎn)品。其產(chǎn)品符合中國道路狀況和車輛實(shí)際條件,并選裝國內(nèi)優(yōu)秀的部件,成本降低。以鄭州宇通客車股份有限公司為例,2000年以前采用北京柯布克公司代理的產(chǎn)品,由于該產(chǎn)品與中國車輛、道路匹配出現(xiàn)了一系列問題,后來部分采用其他公司代理的產(chǎn)品,同樣出現(xiàn)了問題,而且存在成本昂貴的因素。所以宇通公司成立了“鄭州百特零部件公司”,自己設(shè)計(jì)匹配,分散采購。2002年宇通公司本部生產(chǎn)空氣懸架客車235輛,除“猛獅”系列屬德國進(jìn)口底盤外,國產(chǎn)車空氣懸架各部件大多為國內(nèi)加工制造。由于一些主機(jī)廠本身在空氣懸架系統(tǒng)方面無研制開發(fā)能力,完全依賴于外部市場(chǎng),從而采取了直接進(jìn)口國外成熟的空氣懸架系統(tǒng)產(chǎn)品,或是依靠國內(nèi)的有關(guān)公司。以安凱、西沃為典型代表。
? 4、我國空氣懸架的市場(chǎng)前景?
我國公路條件的改善為汽車空氣懸架創(chuàng)造了基本的使用條件。到2003年底,我國高速公路通車?yán)锍探咏?0 000 km,位居世界第二,僅次于美國。而且高速公路正以每年4 000 km的速度增長(zhǎng)。按照規(guī)劃,我國到2020年將建成70 000 km的高速公路,完成我國現(xiàn)代化交通網(wǎng)絡(luò)的基本骨架。國內(nèi)高速公路的發(fā)展對(duì)空氣懸架國內(nèi)市場(chǎng)產(chǎn)生了很大的促進(jìn)作用。我國高速公路的迅速發(fā)展和運(yùn)輸量的增加以及對(duì)高性能客車的需求,都對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性、平順性、安全性提出了更高的要求,空氣懸架客車將逐漸得到廣泛的應(yīng)用。此外,重型汽車對(duì)路面破壞機(jī)理的研究及認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深,政府對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)的重視,2004年6月國家治理限制超載政策的出臺(tái),使空氣懸架在重型車市場(chǎng)的應(yīng)用也正在進(jìn)一步擴(kuò)大,為適應(yīng)高速公路運(yùn)輸?shù)男枰?,高?jí)客車和重型載貨車都必須使用空氣懸架。?
高級(jí)客車市場(chǎng)的快速發(fā)展將大大拉動(dòng)空氣懸架產(chǎn)品的需求增長(zhǎng)。近幾年,空氣懸架的需求主要是與高等級(jí)客車的銷售量直接相關(guān),2002年高級(jí)客車銷售量為4 000輛左右,2003年突破6 000輛,據(jù)統(tǒng)計(jì)高級(jí)客車的需求以每年15%的速度增長(zhǎng)。根據(jù)國家汽車行業(yè)“十五”規(guī)劃要求,我國的客車將“重點(diǎn)發(fā)展適應(yīng)高速公路需要的大中型客車、專用客車底盤及關(guān)鍵總成”并“根據(jù)市場(chǎng)需求適當(dāng)發(fā)展高檔旅游客車”。專家預(yù)測(cè),2005年大中型客車年需求量為7.7萬~8.2萬輛(其中大型客車為3.1萬~3.4萬輛,中型客車為4.6萬~4.8萬輛)。2004年,交通部頒布實(shí)施《營運(yùn)客車類型劃分及等級(jí)評(píng)定》(JT/T 325-2004)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),新頒布實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)里面對(duì)大中型客車配置懸架類型作了規(guī)定,其中高級(jí)大中型客車必須采用空氣懸架。這為空氣懸架產(chǎn)品的推廣使用創(chuàng)造了一個(gè)良好的外部環(huán)境。?
載貨汽車必將成為空氣懸架市場(chǎng)的支撐點(diǎn)。根據(jù)國家汽車行業(yè)“十五”規(guī)劃要求,載貨汽車的重點(diǎn)是發(fā)展重型載貨汽車。專家預(yù)測(cè),2005年重型載貨汽車年需求將達(dá)35萬~38萬輛。僅從東風(fēng)汽車有限公司2002年4月公開發(fā)布的2004~2007年中期事業(yè)計(jì)劃來分析,預(yù)計(jì)未來幾年“東風(fēng)有限”系列商用車的空氣懸架配置數(shù)量約在15 000~30 000套規(guī)模;一汽集團(tuán)的系列商用車的空氣懸架配置數(shù)量也大約不低于此數(shù)量。綜合分析預(yù)測(cè),預(yù)計(jì)2005年全年在國家宏觀產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)下,適應(yīng)高速公路需要的大中型客車、高檔旅游客車,使用空氣懸架彈簧的配置率將會(huì)較快地增長(zhǎng),其中大型客車占年產(chǎn)量30%比例,中型客車占5%比例,將有10 000~12 000輛客車采用空氣懸架彈簧;?重型載貨汽車預(yù)計(jì)有5%~10%的比例,即20 000~40 000輛將采用空氣懸架系統(tǒng)。?
?。怠⑽覈諝鈶壹艿难邪l(fā)現(xiàn)狀及對(duì)策思考
以空氣彈簧懸架取代傳統(tǒng)的鋼板彈簧懸架,既是必然趨勢(shì),也是現(xiàn)實(shí)的客觀要求。目前,擺在國內(nèi)商用車廠商面前的形勢(shì)是:誰先掌握了汽車空氣懸架的開發(fā)技術(shù) ,誰領(lǐng)先開發(fā)出配置空氣懸架的成熟車型,誰就掌握了今后若干年內(nèi)商用車市場(chǎng)的先機(jī)和主動(dòng)。因此,對(duì)于我國汽車業(yè)界而言,空氣懸架項(xiàng)目不僅僅是一個(gè)難得的商機(jī),更重要的意義在于空氣懸架的廣泛應(yīng)用可以較快提升我國商用車的檔次、技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,縮短與國外商用車的技術(shù)、等級(jí)差距,鞏固和擴(kuò)大國產(chǎn)商用車的市場(chǎng)份額。? 我國長(zhǎng)春汽車研究所早在1957年就開始了空氣懸架技術(shù)的研究,不少高校的相關(guān)專家及研究機(jī)構(gòu)多年來也做了大量富有成效的工作,并取得了許多重要研究成果。但是由于種種原因,這些研究成果大多還停留在理論上,產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化率非常低,導(dǎo)致許多有價(jià)值的研究沒能繼續(xù)堅(jiān)持和深入下去。我國汽車懸架技術(shù)的研究和應(yīng)用與歐美等發(fā)達(dá)國家相比處于明顯的落后地位。?
目前,我國在汽車懸架系統(tǒng)方面,除了鋼板彈簧懸架的設(shè)計(jì)及應(yīng)用比較成熟以外,其它懸架技術(shù)的應(yīng)用絕大部分還處于車型引進(jìn)、仿制或直接購買產(chǎn)品階段。懸架產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)滯后,一方面表現(xiàn)在設(shè)計(jì)手段落后,計(jì)算機(jī)應(yīng)力分析、動(dòng)態(tài)仿真在企業(yè)中應(yīng)用還較少;另一方面沒有建立一套完善的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系。在美國,由于空氣懸架的普遍應(yīng)用,已經(jīng)成就了一批專門從事空氣懸架設(shè)計(jì)、制造的懸架專業(yè)公司。我國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《營運(yùn)客車類型劃分及等級(jí)評(píng)定》已經(jīng)規(guī)定,高級(jí)大、中型客車要采用空氣懸架,但既沒有一家整車廠能獨(dú)立設(shè)計(jì)出空氣懸架并成功地應(yīng)用于整車,也沒有一家懸架專業(yè)公司能夠設(shè)計(jì)出并向市場(chǎng)提供成熟的空氣懸架產(chǎn)品。雖然我國加入WTO之后,汽車及零部件產(chǎn)業(yè)會(huì)全面融入全球經(jīng)濟(jì)一體化,汽車行業(yè)可以實(shí)現(xiàn)全球采購,但是不能擁有懸架設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵技術(shù),整車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力肯定會(huì)削弱。?
根據(jù)這種狀況,我國汽車零部件企業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇,加快研發(fā)空氣懸架產(chǎn)品。首先必須明確劃分空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的權(quán)限與分工,由研發(fā)部門負(fù)責(zé)研發(fā)方向、確定系統(tǒng)特性參數(shù),指定具體的二級(jí)開發(fā)單位,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速研發(fā)和升級(jí)換代;其次,要從產(chǎn)品的工藝路線入手,制定合理的開發(fā)配套模式,集中于一家公司采取“二級(jí)開發(fā)、總成集配、模塊供貨”。
最后,應(yīng)摒棄狹隘的自主開發(fā)理念,積極開展與國外強(qiáng)勢(shì)企業(yè)的合資合作,加快融入空氣懸架領(lǐng)域的國際競(jìng)爭(zhēng)、合作和發(fā)展,最終實(shí)現(xiàn)我國商用汽車整體技術(shù)水平及競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的提升。
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