汽車空氣懸架的發(fā)展及我國研發(fā)對策思考
空氣懸架誕生于19世紀中期,早期用于機械設(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)也相繼對汽車空氣懸架作了應(yīng)用研究。目前,國外汽車發(fā)達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?
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行自動調(diào)節(jié),整車高度不會變化,可以大大提高乘坐的舒適性。隨著人們對舒適性要求的提高,空氣彈簧懸架因其獨特的性能和適應(yīng)性,正在逐步替代傳統(tǒng)的鋼板和螺旋彈簧懸架。空氣彈簧的性能特點是:(1)負載能力可調(diào);(2)剛度隨負載變化;(3)負載變化時,固有頻率幾乎不變;(4)固有頻率較低。?
空氣彈簧運動性能的特點決定了空氣懸架具有以下優(yōu)點:(1)乘坐更舒適安全;(2)改善車輛的行駛平順性;(3)延長輪胎和制動片的使用壽命;(4)負載變化時車身高度不變;(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)減少對道路的沖擊,保護路面,降低高速公路的維修費用;(7)延長車輛的使用壽命并提升舊車價值。
? 2、國外空氣懸架的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀
20世紀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,在其客車上進行了首輪試驗。試驗結(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50年代中葉,固特異輪胎公司研制出一種滾動凸輪式空氣彈簧,凸輪在活塞的型面上滾動,從而控制空氣彈簧的負載變化關(guān)系曲線。同時,空氣控制系統(tǒng)的巨大進步也為空氣懸架的應(yīng)用起了很大的推動作用。?
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總成,而是各自開發(fā)滿足其獨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,應(yīng)用較簡單,成本較低。?
美國紐威·安柯洛克國際公司在1951年成立時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)計和制造鋼板彈簧懸架系統(tǒng)。不久,紐威公司向商用車市場投放了世界上第一種實際應(yīng)用的空氣懸架系統(tǒng)。因其通用性強,結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,迅速占領(lǐng)了北美市場。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(如對防振要求較高的儀表車、救護車、特種軍用車及要求高度調(diào)節(jié)的集裝箱運輸車等)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→被動全空氣懸架→主動全空氣懸架(即ECAS電控空氣懸架系統(tǒng))”的型式變化。主動全空氣懸架應(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現(xiàn)主動調(diào)節(jié)、主動控制,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,對汽車舒適性的要求越來越高,可以預(yù)見,ECAS這一先進的空氣懸架系統(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)擁有空氣懸架項目的公司為數(shù)眾多,但真正擁有空氣懸架系統(tǒng)設(shè)計開發(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)但無實際設(shè)計能力的公司居多,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,對設(shè)計匹配等技術(shù)環(huán)節(jié)往往存在先天不足,導(dǎo)致主機廠出現(xiàn)問題時無法及時解決等問題,影響被代理產(chǎn)品的聲譽及市場,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。比如,美國FIRESTON公司在允許一定代理的同時,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)的引進以及人們對舒適性要求的提高,加上國家對客車等級劃分的標(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)部分數(shù)量相對較大的應(yīng)用主要集中在鄭州宇通、廈門金龍、蘇州金龍、揚州亞星、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,汽車主機廠開始自己設(shè)計空氣彈簧懸架產(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,從而采取了直接進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,我國高速公路通車里程接近30 000 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。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)展對空氣懸架國內(nèi)市場產(chǎn)生了很大的促進作用。我國高速公路的迅速發(fā)展和運輸量的增加以及對高性能客車的需求,都對汽車的操縱穩(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,重型汽車對路面破壞機理的研究及認識進一步加深,政府對高速公路養(yǎng)護的重視,2004年6月國家治理限制超載政策的出臺,使空氣懸架在重型車市場的應(yīng)用也正在進一步擴大,為適應(yīng)高速公路運輸?shù)男枰呒壙蛙嚭椭匦洼d貨車都必須使用空氣懸架。?
高級客車市場的快速發(fā)展將大大拉動空氣懸架產(chǎn)品的需求增長。近幾年,空氣懸架的需求主要是與高等級客車的銷售量直接相關(guān),2002年高級客車銷售量為4 000輛左右,2003年突破6 000輛,據(jù)統(tǒng)計高級客車的需求以每年15%的速度增長。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)市場需求適當(dāng)發(fā)展高檔旅游客車”。專家預(yù)測,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,交通部頒布實施《營運客車類型劃分及等級評定》(JT/T 325-2004)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),新頒布實施的標(biāo)準(zhǔn)里面對大中型客車配置懸架類型作了規(guī)定,其中高級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)造了一個良好的外部環(huán)境。?
載貨汽車必將成為空氣懸架市場的支撐點。根據(jù)國家汽車行業(yè)“十五”規(guī)劃要求,載貨汽車的重點是發(fā)展重型載貨汽車。專家預(yù)測,2005年重型載貨汽車年需求將達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)計劃來分析,預(yù)計未來幾年“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,預(yù)計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較快地增長,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)計有5%~10%的比例,即20 000~40 000輛將采用空氣懸架系統(tǒng)。?
5、我國空氣懸架的研發(fā)現(xiàn)狀及對策思考
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,也是現(xiàn)實的客觀要求。目前,擺在國內(nèi)商用車廠商面前的形勢是: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)商用車市場的先機和主動。因此,對于我國汽車業(yè)界而言,空氣懸架項目不僅僅是一個難得的商機,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)水平和市場競爭力,縮短與國外商用車的技術(shù)、等級差距,鞏固和擴大國產(chǎn)商用車的市場份額。? 我國長春汽車研究所早在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)致許多有價值的研究沒能繼續(xù)堅持和深入下去。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、仿制或直接購買產(chǎn)品階段。懸架產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)滯后,一方面表現(xiàn)在設(shè)計手段落后,計算機應(yīng)力分析、動態(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)計評價體系。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、制造的懸架專業(yè)公司。我國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《營運客車類型劃分及等級評定》已經(jīng)規(guī)定,高級大、中型客車要采用空氣懸架,但既沒有一家整車廠能獨立設(shè)計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)計出并向市場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)會全面融入全球經(jīng)濟一體化,汽車行業(yè)可以實現(xiàn)全球采購,但是不能擁有懸架設(shè)計和制造的關(guān)鍵技術(shù),整車的市場競爭力肯定會削弱。?
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)計開發(fā)的權(quán)限與分工,由研發(fā)部門負責(zé)研發(fā)方向、確定系統(tǒng)特性參數(shù),指定具體的二級開發(fā)單位,實現(xiàn)產(chǎn)品的快速研發(fā)和升級換代;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,積極開展與國外強勢企業(yè)的合資合作,加快融入空氣懸架領(lǐng)域的國際競爭、合作和發(fā)展,最終實現(xiàn)我國商用汽車整體技術(shù)水平及競爭實力的提升。
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