2.1 空氣懸架結構簡介
2.1.1 空氣懸架系統的基本結構
空氣彈簧懸架具有變剛度、剛度小、振動頻率低、車身高度不變等優點。典型的機械式空氣懸架主要包括以下幾個部分：
(1)空氣彈簧
空氣彈簧是由橡膠囊所圍成的乙個密閉容器，在其中貯入壓縮空氣，利用空氣的可壓縮性實現其彈簧的作用。這種彈簧的剛度是可變的，因為作用在彈簧上的載荷增加時，容器內的定量氣體氣壓公升高，彈簧剛度增大。反之，當載荷減小時，彈簧內的氣壓下降，剛度減小，故空氣彈簧具有較理想的彈性特性。
(2)導向機構
導向機構是承受汽車的縱向力、力矩及橫向力。由於空氣懸架只能承受垂直載荷，所以需要安裝導向機構以承受橫向力、縱向力及力矩以使車橋(或者車輪)按一定的軌跡相對車身或車架跳動。
(3)減振裝置
減振裝置主要是用來消耗振動能量，衰減振動。空氣作為空氣彈簧的工作介質，內摩擦極小，與板簧相比空氣彈簧本身只有少量阻尼，所以空氣懸架必須裝有阻尼器，而且其阻尼要相應增加以達到迅速衰減振動的目的。但如果阻尼過大又會使反應遲鈍並向車身傳遞過多的高頻振動和衝擊，所以減振器阻尼的匹配是否合理將影響懸架的效能。
(4)高度控制閥
高度控制閥是空氣彈懸架系統的乙個重要組成部分，其主要功能是：①隨整車載荷變化保持合理的懸架行程；②高速時降低車身高度，保持車身穩定性，減少空氣阻力；⑨在起伏不平的路面上，可以提高車身高度從而提高了汽車的通過性，空氣彈簧的優越性通過安裝高度控制閥充分的顯現出來。
(5)其它附屬裝置
空氣彈簧以壓縮空氣作為介質，所以必須裝有壓氣機以產生壓縮空氣，另外為了進一步提高空氣彈簧的效能大部分空氣懸架還裝有輔助氣室。現如今，隨著科技的迅速發展，很多高檔的客車、轎車以及商用車上已經成功的使用了電控空氣懸架，這種懸架使用高度感測器和電子控制單元來控制空氣彈簧的充氣和排氣，從而更加提高了空氣懸架的控制精度和反應速度。但在功能好的同時也有其缺點：
這種汽車懸架的結構更為複雜，而且成本非常高。
所以在國內應用的還不是很廣泛，但是這是汽車懸架發展的必然趨勢。
2.1.2 空氣彈簧的型別
空氣彈簧的結構可以設計成很多態別，根據壓縮空氣所用容器不同，可以將空氣彈簧分為囊式、膜式兩種形式。
(1)囊式空氣彈簧
囊式空氣彈簧是由夾有簾線的橡膠氣囊、密閉在容器中的壓縮氣體所組成。氣囊的內層用氣密性好的橡膠製成，而外層則用耐油橡膠製成。根據橡膠氣囊曲數不同可將其分為單曲、雙曲和多曲的囊式空氣彈簧。
氣囊各段之間鑲嵌有金屬輪緣，用於承受氣體的內壓張力。囊式空氣彈簧的有效面積變化率較大，剛度較大，振動頻率也較高。所以對於囊式空氣彈簧來說，適當的選擇空氣彈簧的有效面積變化率和輔助氣室容積，可以有效地降低振動頻率。
隨著段數的增加，空氣的彈簧的剛度會變小。主要是由於氣囊的變形可由各個曲部平均分擔，因而曲段數越多，空氣彈簧的有效直徑變化率就會越小。
(2)膜式空氣彈簧
膜式空氣彈簧的構造是在金屬外筒與內筒或缸筒與活塞之間放置橡皮膜，通過膜的變形實現整體伸縮。在外筒的內壁與內筒的外壁上預先給出適當的傾斜或曲面，據此橡皮膜伸縮時可沿該壁面發生變形，受壓面積隨變形而變化。這就可以獲得在標準高度下很軟，而在大位移時變硬的特性，即合適的非線性彈簧特性。
膜式空氣彈簧在國內外大客車上的應用日益廣泛。因膜式空氣彈簧有效直徑變化較小，其剛度較低，自振頻率較低．膜式空氣彈簧的底座同時也是活塞，該空氣彈簧的有效直徑能通過改變活塞的外形從而得到改變。從而可以得到所需的彈性特性。
許多膜式空氣彈簧的底座還作為輔助氣室以增加空氣彈簧的總容積，改善空氣彈簧的效能。這是提高空氣彈簧系統隔振效果的有效措施之一 。
2.1.3 導向機構
導向傳力機構是空氣懸架的重要組成部件，要承受汽車的側向力，縱向力及其力矩。因此要有一定的強度，布置的方式要合理。空氣彈簧懸架中空氣彈簧主要承受垂直載荷。
如果導向機構布置的不合理則會給空氣彈簧帶來很大的負擔，使其發生扭曲，摩擦等現象，惡化減震的效果，從而縮短了空氣彈簧的壽命。
汽車空氣懸架導向機構主要有以下幾點作用：①在車架或車橋之間傳遞力矩。②是車橋或車輪按一定軌跡相對車身或車架跳動。這是空氣懸架中導向機構的最重要的乙個作用。
2.1.4 高度控制閥
高度控制閥是空氣懸架系統的重要組成部分，其作用是保證車輛在任何靜載荷下與路面保持一定的高度，而且空氣彈簧的優勢也只有在採用了高度控制閥的情況下才能得到充分的體現。汽車空氣懸架的高度控制閥一般分為機械式和電磁式，按其組成可分為帶延時機構高度控制閥和不帶延時機構高度控制閥-由於目前在國內空氣懸架多採用機械式高度閥，因而在此針對帶延時機構和不帶延時機構的兩種機械式高度闊進行簡單介紹。延時機構由緩衝彈簧和油壓減振器組成。
其作用是：在車輛執行時的正常振動中，保證空氣彈簧的高度雖有變化但不起進、排氣作用，而當靜載荷變化或以極低頻率振動時，保證空氣彈簧進行充、排氣，以使在汽車正常的振動中高度閥的進、排氣閥不會頻繁地開啟，從而減少壓縮空氣的浪費。在使用不帶延時機構的高度閥時，車輛在執行過程中高度閥的進、排氣閣不斷地關閉，空氣消耗量大，為此一般在空氣通道上設定一節流孔，或在排氣通道外加一長橡膠軟管，以便限制空氣流量，避免空氣中的水分和灰塵堵塞小孔。
2.2 空氣懸架系統的工作原理
在理想狀態下，裝有空氣彈簧懸架的汽車通過壓縮空氣的壓力能夠隨載荷和道路條件變化進行自動調節，不論滿載還是空載整車高度幾乎不會發生變化。可以大大提高乘坐的舒適性。空氣懸架的工作原理：
空氣壓縮機供給儲氣筒壓縮空氣，儲氣筒上裝有壓力保護閥，當儲氣筒的壓力超出設定壓力時，壓力保護閥會自動開啟把過載壓力卸掉。當車輛在平直路面上行駛時，高度閥的充氣閥門和排氣閥門均關閉，空氣彈簧氣囊內即不充氣也不放氣，車架高度保持不變。當車輛行駛在不平路面或轉彎時，車輪產生跳動或轉彎離心力都會使車架產生傾斜，連線在車架上的高度控制閥的控制桿就會轉過一定的角度，當車輛載荷增加時，空氣彈簧被壓縮，車架整體下移，高度控制閥控制桿向上旋轉，使控制閥的充氣閥門開啟，壓縮空氣經高度控制閥向氣囊內充氣，在氣壓的作用下，車架回公升，高度控制閥的控制桿隨之向下旋轉，使控制閥的充氣閥門的開度逐漸變小直至關閉，此時車架恢復到設定高度，即空氣彈簧氣囊回公升到原來的高度；當車輛載荷下降時，空氣彈簧氣囊在其腔內壓縮空氣的作用下伸長，車架整體上移，高度控制閥控制桿向下旋轉，使控制閥的放氣閥門開啟，壓縮空氣經高度控制閥向外界排出，車架下降，高度控制閥控制桿隨之向上旋轉，使控制閥的放氣閥門的開度逐漸變小直至關閉，此時車架逐漸恢復到設定高度。
3. 空氣懸架系統結構方案設計
3.1空氣彈簧懸架與機械彈簧懸架比較
3.1.1空氣彈簧懸架與機械彈簧懸架效能的比較
空氣彈簧與機械彈簧懸架的目的是一樣的，都是為了保護車輛不受振動和路面衝擊振動的影響。但是，機械彈簧懸架也可能加強振動，因為一些小的來自路面的跳動都可能引起共振。而空氣彈簧消除振動的效能從而提高車輛的行駛平順性-乘坐柔軟性和舒適性是機械彈簧懸架系統所無法比擬的。
機械彈簧懸架的吸振相差太大，在俯仰擺動時，機械彈簧懸架的減振效果更差，只有空氣彈簧懸架的25%。
3.1.2空氣彈簧的優點
1.效能優點：由於空氣彈簧可以設計得比較柔軟，因而空氣懸架可以得到較低的固有振動頻率，同時空氣彈簧的變剛度特性使得這一頻率在較大的載荷變化範圍內保持不變，從而提高了汽車的行駛平順性。
空氣懸架的另乙個優點在於通過調節車身高度使大客車的地板高度隨載荷的變化基本保持不變。此外，空氣懸架還具有空氣彈簧壽命長，質量小以及噪音低等一些優點。而這些都明顯優越於機械彈簧懸架。
2. 空氣彈簧的剛性導向臂與車架支架用橡膠襯套相連線，在加速和剎車時，允許車橋有控制的運動，以減少橋殼應力，防止損壞。對於高扭矩/低轉速發電機車輛而言，這是乙個重要考慮因素。
剎車時，車橋略向前和向下運動，保持輪胎貼近地面，縮短剎車距離『剎車不跑偏，從而更安全。輪胎和剎車片壽命增加。
3.系統簡單，沒有大的衝擊載荷。
3.2空氣彈簧的種類及布置問題
空氣彈簧有三大類，包括囊式，膜式和複合式空氣彈簧。
3.2.1膜式空氣彈簧的特點
可以把它看成是囊式空氣彈簧下蓋板變成乙個活塞而形成的。由於這種改變大大改善了空氣彈簧的彈性特性，得到了比囊式空氣彈簧更為理想的反「s」形彈簧特性曲線。可看出膜式空氣彈簧在其正常工作範圍內，彈簧剛度變化要比囊式空氣彈簧小，因而就振動效能來說，膜式空氣彈簧要比囊式空氣彈簧優越的多。
但是載荷不高。
3.2.2囊式空氣彈簧和複合式空氣彈簧的特點：
囊式有可以分為圓形膜式和橢圓形膜式，還可以分為單節式，雙節式和三節式，節數越多，彈簧顯的越柔軟。囊式較膜式壽命長，載荷高，製造方便，但剛度大。空氣彈簧的剛度與彈簧的有效面積的變化率df/dx有關，所以對於有效面積變化率較大的囊式空氣彈簧來說，彈簧剛度較大，振動頻率較高。
複合式空氣彈簧兼有膜式空氣彈簧和囊式空氣彈簧的優點，但是結構複雜，製作成本較高，在此選用囊式空氣彈簧。
3.2.3空氣彈簧的選用及布置問題
由於大客車軸載荷很大，所以我在這裡選用囊式的空氣彈簧，由於囊式彈簧的剛度較大，最好解決這方面的問題，有乙個辦法比較好，就是採用2個空氣彈簧，可以有效的減低空氣彈簧的剛度，並且，2個空氣彈簧可以增加負荷，提高客車的效能。對於囊式空氣彈簧振動頻率高的問題，由空氣彈簧頻率計算公式可以看出，當空氣彈簧的容積愈大時，其剛度愈低。因此，採用輔助氣室能減小空氣彈簧的剛度。
在壓力較高的情況下，增加輔助氣室的容積對剛度的影響更明顯。但這種影響將隨容積的增加而減小。所以，對囊式空氣彈簧來說，適當選擇彈簧的有效面積變化率和輔助氣室的容積，可得到較低的振動頻率。
所以可以選用囊式空氣彈簧。
關於布置方面的問題， 對比各種布置方法和理論，可以知道，空氣彈簧的中心距在考慮到車身及車架尺寸時可以做的越大越好，因為這樣，可以提高汽車的抗側傾效能，關於這方面的理論，在後面關於側傾剛度的計算中可以有更加明確的解釋
3.3高度控制閥
在大客車的空氣懸架中，都裝有高度控制閥。高度控制閥安裝在車身上，根據車輛載荷，調節氣囊氣壓以保持車身高度為一恆定指。
當車輛載荷增加時，裝有高度控制閥的車身將下移，連線車橋和高度控制閥的擺桿轉動，帶動凸輪轉軸轉動，從而使活塞和頂桿上移，將排氣關閉，進氣門開啟，。隨著氣囊內氣壓的上公升，空氣彈簧高度增加，車身也隨之上公升，進氣門則因為擺桿的移動而關閉，此時高度控制閥處於乙個平衡狀態。當車輛載荷減少時，因氣囊內多餘的氣壓，使空氣彈簧公升高，從而車身也上公升，因此，擺桿轉動，帶動凸輪轉動，從而使活塞和頂桿下移，使排氣門開啟，進氣門關閉，氣囊中多餘的氣壓排至大氣。
車身又回到正常水平，此時，頂桿又上移，將排氣門關閉，高度閥又處於乙個平衡狀態。
它的主要作用時：
1) 保證汽車高度不隨汽車的載荷而變化，汽車高度可以調整，保持一定高度，便於乘客上下車。
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