【摘 要】悬架系统是汽车重要的组成部分，其重要的组成弹性元件有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而空气弹簧因其特点应用越来越广泛，空气弹簧材料一个重要发展方向就是磁敏橡胶材料。
【关键词】悬架；空气弹簧；磁敏橡胶
0 概述
悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。而其中弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，它们各自的特点如下：
（1）钢板弹簧：由多片不等长和不等曲率的钢板叠合而成。安装好后两端自然向上弯曲。钢板弹簧除具有缓冲作用外，还有一定的减振作用，纵向布置时还具有导向传力的作用。非独立悬挂大多采用钢板弹簧做弹性元件，可省去导向装置和减振器，结构简单。
（2）螺旋弹簧：只具备缓冲作用，多用于轿车独立悬挂装置。由于没有减振和传力的功能，还必须设有专门的减振器和导向装置。
（3）扭杆弹簧：将用弹簧杆做成的扭杆一端固定于车架，另一端通过摆臂与车轮相连，利用车轮跳动时扭杆的扭转变形起到缓冲作用，适合于独立悬挂使用。
（4）空气弹簧：以气体作为弹性介质，液体作为传力介质，它利用气体的可压缩性实现其弹性作用的。通过压缩气体的气压能够随载荷和道路条件变化进行自动调节，不论满载还是空载，整车高度没有变化，可以大大提高乘坐的舒适性。随着车辆减振性能的提高，空气弹簧悬架因其独特的性能和适应性，正在逐步取代钢板弹簧悬架。
1 空气弹簧的发展
1934年，费尔斯通公司研制出膜片式空气弹簧并首先在美国通用客车上试应用成功。20世纪50年代中期，空气弹簧产品经过多年的研发和试验，有关技术逐步成熟，装有空气悬架的客车开始在美国、德国得到大批量推广应用。20世纪80年代以来，世界上主要的发达国家为了减少车辆对道路的破坏和增加车辆的舒适性，在客车上几乎全部使用了空气弹簧，重型商用车上的使用率也超过了80%。
我国早在20世纪50年代就对空气弹簧进行了研究。那时，我国空气弹簧的研究主要侧重于火车和造纸机的配套和应用，用于商用车上的空气弹簧的研究起步较晚。自20世纪80年代以来，我国部分科研院所、高校和企业对商用车空气弹簧进行了大量的研究，从总体上来看，我国的商用车空气弹簧在设计和制造上与发达国家相比还有相当大的差距。随着空气悬架在商用车上应用的推广，空气弹簧的研究也受到了重视。
通过研究发现空气弹簧有如下的性能：
（1）空气弹簧具有非线性特性，刚度和承载能力可以调节，其刚度随载荷的变化而变化。空气弹簧的特性曲线可按实际需要进行理想设计，使其在额定载荷附近具有较低的刚度值，并使空气悬架获得较低的固有频率，因而工作柔和。
（2）利用高度阀可以改变或保持空气弹簧的高度。压缩气体的气压能够随载荷和道路条件的变化进行自动调节，不论满载还是空载保证车身高度不随载荷的变化而变化，大大提高了乘坐的舒适性。升高车身以提高车辆在极差路面上的通过性，降低车身以方便人员或货物上下，提高高速行驶车辆的安全性。
（3）空气弹簧具有高的吸振和降噪能力，不仅可以提高商用车的舒适性，而且对车辆本身和运输的货物有一定的保护作用。
（4）空气弹簧可以有效减轻汽车悬架的质量。
（5）空气弹簧具有较高的疲劳寿命，其疲劳寿命可达300万次以上，实际使用寿命可达5年以上。而钢板弹簧的疲劳寿命一般只有20万次。
（6）空气弹簧能适应多种刚度或载荷的要求，因此经济效果较好。
2 橡胶空气弹簧
橡胶空气弹簧是一种由橡胶、网线贴合成的曲形胶囊，俗称气胎、波纹气胎、气囊、皮老虎等。胶囊两端部需用两块钢板相连接，形成一个压缩空气室。橡胶与网线本身不提供对负荷的承载力，而是由充入胶囊内的压縮空气来完成。其曲囊数通常为1至3曲囊，但根据需要也可以设计制造成4曲或5曲以上，还可以在一定条件下将两个空气弹簧叠加使用，橡胶空气弹簧按形状分为囊式、膜式和袖筒式三大类。
橡胶空气弹簧装配成总成后，向空气弹簧内充入压缩空气，利用空气的可压缩性实现弹性作用，是具有弹簧作用的非金属弹簧，同时橡胶空气弹簧拥有许多优越金属弹簧的特点：橡胶空气弹簧具有非线性特性，可根据需要将它的特性线设计成比较理想的曲线；橡胶空气弹簧的刚度随载荷而变，使弹簧装置具有理想的特性：橡胶空气弹簧能同时承受轴向和径向载荷，也能传递扭矩：橡胶空气弹簧通过调整内压力，可以得到不同的承载能力，因此适应多种载荷的需求：橡胶空气弹簧的重量轻，使用寿命长：橡胶空气弹簧的高频隔振和隔音性能好。橡胶空气弹簧所需安装空间小，更换方便。
以橡胶空气弹簧为弹性元件的悬架方式叫做空气悬架系统。目前国外高档客车、轿车及牵引车上几乎都装有空气悬架系统，国内中高档客车正在试制性使用或准备使用空气悬架系统。当车辆采用空气悬架系统后，可以实现车身高度的自动调节，使车身高度保持不变，橡胶空气弹簧的自然频率低，减振和隔音效果好，可以大大提高车辆行驶的平顺行，乘座的柔软性和舒适性，同时可有效保护车上自身的和运输的精密仪器和电器设备，减少维修次数和降低维修费用，延长车辆使用寿命，并大大降低车辆对路面的冲击，延长路面的使用寿命。随着国内空气悬架系统应用技术的成熟，以及国家对客车质量等级评审新规定的执行，空气弹簧在车辆上的应用前景将越来越普遍和广阔。
将现有的橡胶空气弹簧的橡胶囊主体材料改进成磁敏橡胶材料，保持现有的橡胶空气弹簧的空气调节系统不变，并在控制单元模块中加入磁场强度调节系统，磁敏橡胶外囊的控制单元模块接收振动传感器和高度传感器发送的信号后，实时地改变电磁体与线圈产生的电磁场强度从而对橡胶空气弹簧的外囊的刚度进行实时调整。据此，磁敏橡胶空气弹簧是一种在磁场变化条件下可以实时改变高度和刚度的空气弹簧，它是性能高于橡胶空气弹簧的新一代优秀高新技术制品。车辆动态姿态的控制需要具有高度控制特性的空气弹簧来实现，而磁流变体阻尼器在磁场变化条件下可以实时改变阻尼，从而可以将两者集成为一种实时改变高度，刚度和阻尼的智能型车辆主动悬架系统，达到实时控制车辆的动态姿态，减小车辆振动，增加舒适性与安全性。磁敏橡胶空气弹簧将成为目前车辆弹簧的新一代换代产品，可以广泛应用于各类汽车（工程机械、军用特种车辆）、火车、飞机、摩托车和农业机械等各种悬架系统。
3 小结
目前空气悬架系统多以空气弹簧为弹性元件，空气弹簧通过压缩气体的气压能够随载荷和道路条件变化进行自动调节，可以大大提高乘坐的舒适性。随着科技的进步，磁敏橡胶由于其独特的性能，以后必将更广泛的应用于空气弹簧及其他场合。
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[责任编辑：丁艳]
※基金项目：江西省教育厅青年科学基金项目研究成果（GJJ11243）。
作者简介：郑冬喜（1979—），男，讲师，研究方向为机械电子工程。
