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比較普遍采用空氣懸架系統(tǒng)。而國內卻處于剛剛起步階段,只應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;(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、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。試驗結果顯示了空氣懸架系統(tǒng)的內在優(yōu)越性。通用汽車公司經過大量的產品研制開發(fā)工作,1953年開始試生產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用起了很大的推動作用。?
隨后不久,空氣懸架技術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計只適用于某種具體車型,并采用一些復雜技術,因而其成本較高。而北美的空氣懸架通用性較強,應用較簡單,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)生產廠家,為公路和非公路行駛的重型車輛設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用的空氣懸架系統(tǒng)。因其通用性強,結構簡單,成本較低,迅速占領了北美市場。隨后紐威公司開發(fā)了一系列空氣懸架產品,應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)展經歷了“鋼板彈簧?氣囊復合式懸架→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大量應用。隨著人們生活水平的提高,對汽車舒適性的要求越來越高,可以預見,ECAS這一先進的空氣懸架系統(tǒng)在汽車上的應用將越來越普及。?
3、我國空氣懸架的應用發(fā)展現(xiàn)狀
目前國內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)設計開發(fā)、制造的寥寥無幾,規(guī)模也十分有限。目前國內具有代理性質但無實際設計能力的公司居多,主要以代理美國、德國、韓國、日本產品為主,公司規(guī)模一般不大,產品有限。由于代理公司主要是以追求經營利潤為導向,對設計匹配等技術環(huán)節(jié)往往存在先天不足,導致主機廠出現(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、導向臂等項目采購,也導致了國內空氣懸架產品的部件加工、制造正在往高度離散的方向發(fā)展。?
空氣懸架在我國的應用已經落后國外幾十年,直到近幾年隨著高檔客車制造技術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準要求,空氣懸架才開始逐步應用起來。目前空氣懸架主要集中應用在高等級客車上,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“導入”階段。據(jù)掌握的不完全資料,國內部分數(shù)量相對較大的應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品,一邊在進行自主開發(fā)。此外,國內其它一些客車廠家也都是少批量、以選裝國外空氣懸架產品為主。目前汽車空氣懸架在載重貨車的應用國內尚處于起步階段。?
由于國內已經能夠生產優(yōu)質的空氣懸架部件,以此為支撐,汽車主機廠開始自己設計空氣彈簧懸架產品。其產品符合中國道路狀況和車輛實際條件,并選裝國內優(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品,由于該產品與中國車輛、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”,自己設計匹配,分散采購。2002年宇通公司本部生產空氣懸架客車235輛,除“猛獅”系列屬德國進口底盤外,國產車空氣懸架各部件大多為國內加工制造。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)產品,或是依靠國內的有關公司。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)代化交通網絡的基本骨架。國內高速公路的發(fā)展對空氣懸架國內市場產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用也正在進一步擴大,為適應高速公路運輸?shù)男枰?,高級客車和重型載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,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)展適應高速公路需要的大中型客車、專用客車底盤及關鍵總成”并“根據(jù)市場需求適當發(fā)展高檔旅游客車”。專家預測,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)標準,新頒布實施的標準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。專家預測,2005年重型載貨汽車年需求將達35萬~38萬輛。僅從東風汽車有限公司2002年4月公開發(fā)布的2004~2007年中期事業(yè)計劃來分析,預計未來幾年“東風有限”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。綜合分析預測,預計2005年全年在國家宏觀產業(yè)政策引導下,適應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;?重型載貨汽車預計有5%~10%的比例,即20 000~40 000輛將采用空氣懸架系統(tǒng)。?
?。?、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 ,誰領先開發(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用可以較快提升我國商用車的檔次、技術水平和市場競爭力,縮短與國外商用車的技術、等級差距,鞏固和擴大國產商用車的市場份額。? 我國長春汽車研究所早在1957年就開始了空氣懸架技術的研究,不少高校的相關專家及研究機構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,產業(yè)轉化率非常低,導致許多有價值的研究沒能繼續(xù)堅持和深入下去。我國汽車懸架技術的研究和應用與歐美等發(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計及應用比較成熟以外,其它懸架技術的應用絕大部分還處于車型引進、仿制或直接購買產品階段。懸架產品的設計開發(fā)滯后,一方面表現(xiàn)在設計手段落后,計算機應力分析、動態(tài)仿真在企業(yè)中應用還較少;另一方面沒有建立一套完善的設計評價體系。在美國,由于空氣懸架的普遍應用,已經成就了一批專門從事空氣懸架設計、制造的懸架專業(yè)公司。我國交通行業(yè)標準《營運客車類型劃分及等級評定》已經規(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計出空氣懸架并成功地應用于整車,也沒有一家懸架專業(yè)公司能夠設計出并向市場提供成熟的空氣懸架產品。雖然我國加入WTO之后,汽車及零部件產業(yè)會全面融入全球經濟一體化,汽車行業(yè)可以實現(xiàn)全球采購,但是不能擁有懸架設計和制造的關鍵技術,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)應當抓住機遇,加快研發(fā)空氣懸架產品。首先必須明確劃分空氣懸架系統(tǒng)設計開發(fā)的權限與分工,由研發(fā)部門負責研發(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)產品的快速研發(fā)和升級換代;其次,要從產品的工藝路線入手,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水平及競爭實力的提升。
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