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油氣懸掛一般是以惰性氣體（氮）作為彈性介質(zhì)，以油液作為傳力介質(zhì)，呈現(xiàn)出很好的非線性特性，對重型越野車輛以及載貨汽車都具有很好的匹配效果，同時儲能比很大，約為330000Nm/kg（以6MPa氮氣充氣壓力為例），重量比鋼板彈簧輕50%，比扭桿彈簧輕2O%，從而使它擁有了廣闊的發(fā)展前景。

1、油氣懸掛性能特點及其研究的必要性
油氣懸掛主要由油氣彈簧組成，集彈性和阻尼元件于一身，同時缸體具有一定的導(dǎo)向作用，所需車體布置空間較小，以其優(yōu)越的非線性彈性特性和良好的減振功能，能夠最大限度地滿足工程車輛的平順性要求。從其整體結(jié)構(gòu)看，目前工程車輛上應(yīng)用的油氣懸掛系統(tǒng)主要有獨立式和互連式兩種類型；從油氣彈簧的形式看，則分為單氣室油氣分離式、雙氣室油氣分離式、多級壓力式和油氣混合式等。與其他懸掛系統(tǒng)相比，油氣懸掛具有如下特點。

1）非線性變剛度特性，油氣懸掛具有非線性變剛度、漸增性的特點。當(dāng)車輛在平坦路面行駛時，懸掛動行程較小，彈性介質(zhì)承受瞬時壓力所產(chǎn)生的剛度也就小，能夠滿足平順性的要求；當(dāng)車輛在起伏地行駛時，彈性力呈非線性變化且幅值增加，可以吸收較多的沖擊能量，發(fā)揮出氣體單位質(zhì)量儲能比大的特點，有效起到緩沖作用，避免了能量直接傳遞到車身以及“懸掛擊穿”現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而提高車輛的越野速度，改善其機動性。例如安裝油氣懸掛與安裝扭桿懸掛的M60坦克在美國阿伯丁試驗場第三號越野跑道（地面不平度為90mm）上進行對比試驗，前者平均時速達到了38.62km/h，而后者僅為14.48km /h。另外，對于載荷變化較大的車輛，其必要性也很明顯。若懸置質(zhì)量變化，剛度不變，則固有頻率會隨著載荷發(fā)生改變。例如解放牌汽車滿載時，后懸掛質(zhì)量約為空車的四倍多，倘若使用線性懸掛系統(tǒng)，則滿載與空載的車身振動頻率分別為1.6HZ和3.2HZ。固有頻率的大范圍變化會導(dǎo)致車輛行駛性能變差；而油氣懸掛的非線性剛度特性能夠有效克服這一缺點，將車身固有頻率保持在一個相對穩(wěn)定的范圍，這對載重型車輛是至關(guān)重要的。

2）非線性阻尼特性，安裝阻尼閥后，與普通液壓減振器相同，油氣彈簧的阻尼系數(shù)也具有非線性特征，懸掛阻尼力和阻尼比均隨著車架與車橋相對速度的變化而變化。

3）車姿調(diào)整功能，可調(diào)式油氣懸掛可以使車體升降，前后俯仰和左右傾斜，但需附加一套車姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要通過對懸掛缸的補油或排油實現(xiàn)上述功能，以改善車輛的越障能力，提高通過性；裝有可調(diào)式油氣懸掛的兩棲作戰(zhàn)車輛涉水時可以將車輪收起，減少水流阻力；另外還可以使行駛系統(tǒng)維修方便，無需液壓千斤頂即可拆裝車輪，但調(diào)節(jié)高度有限，一般不超過300mm。對于車姿調(diào)節(jié)功能通常只有在主動懸掛中才能實現(xiàn)，體現(xiàn)了油氣懸掛的優(yōu)越性能。

4）懸掛閉鎖功能，將油氣懸掛中的動力缸和蓄能器分置，并在連接它們的高壓管路上加裝鎖止閥即可實現(xiàn)懸掛閉鎖功能，這對工程車輛具有重要價值，例如全路面起重機、吊車、挖掘機等，在特殊作業(yè)時通過閉鎖形成剛性懸掛，便于運載和移動重物另外還可以減輕或消除坦克和自行火炮等軍用車輛在射擊時產(chǎn)生的車體俯仰振動，提高射擊精度。

5）結(jié)構(gòu)緊湊，加裝阻尼閥后，油氣懸掛不再需要單獨的減振器，尤其針對單缸式油氣彈簧，結(jié)構(gòu)上更加簡便，通常把氣室設(shè)在活塞桿內(nèi)，通過浮動活塞將油氣分離，以適應(yīng)重型越野車輛動行程大的特點，克服了膜片隔離式油氣彈簧動行程小的缺點。同時該套系統(tǒng)體積小，重量輕，便于拆裝。

6）不足之處，由于工作壓力較高，需選用性能良好的組合密封，同時還要配備專用充氣裝置。對加工精度和裝配工藝要求嚴(yán)格，增加了生產(chǎn)和維護成本。隨著機械加工等相關(guān)技術(shù)的不斷完善和成熟，上述不足一定能夠被有效解決，也必將使油氣懸掛得到更大范圍的推廣和應(yīng)用�？傊�，油氣懸掛與其它懸掛系統(tǒng)相比能夠充分改善車輛的機動性、舒適性以及操縱穩(wěn)定性，尤其能滿足特種車輛、工程車輛和軍用車輛的指標(biāo)要求，具有良好的發(fā)展前景，成為國內(nèi)外同行研究的主要方向之一。

2、國內(nèi)外油氣懸掛研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

2.1 國外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用
在理論方面，國外定性定量的研究工作已經(jīng)開展得比較全面，并已有較為完善的CAD軟件可供產(chǎn)品研發(fā)，但由于涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，屬于企業(yè)核心技術(shù)，所以很難看到相關(guān)的資料。
從所掌握的信息表明，國外學(xué)者曾對如何建立油氣彈簧合理的數(shù)學(xué)模型進行了大量的理論探討，油氣彈簧數(shù)學(xué)模型通常可以分為參數(shù)化和非參數(shù)化兩種形式，worden較為系統(tǒng)地介紹了單缸式油氣彈簧的參數(shù)化和非參數(shù)化建模方法，指出參數(shù)化建模需要以油氣彈簧內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)和有關(guān)物理定律為依據(jù)，能夠較為準(zhǔn)確地描述懸掛缸工作時的內(nèi)特性，清楚地分析相關(guān)因素對系統(tǒng)外特勝的影響規(guī)律，從而為油氣彈簧的設(shè)計提供參考，但由于其所含參數(shù)較多，往往存在校準(zhǔn)時間長、計算速度慢等缺點；非參數(shù)化模型實際上具有反求的性質(zhì)，通常利用預(yù)先確定的函數(shù)表達形式對試驗數(shù)據(jù)進行擬合來描述油氣彈簧的非線性特性，克服了參數(shù)化模型待定系數(shù)多以及校準(zhǔn)和計算慢的缺點，但非參數(shù)化模型的建立往往需要對系統(tǒng)進行大量的試驗研究，消耗成本巨大。由于各種分析和識別方法都有其各自的特點和局限勝，因此必須針對具體問題，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽ο到y(tǒng)進行理論分析和參數(shù)識別。
在油氣懸掛的技術(shù)應(yīng)用方面，國外自20世紀(jì)50年代后期由美國WABCO公司首次提出以來，人們從實踐中逐漸認(rèn)識到該項技術(shù)重大的開發(fā)潛力，后經(jīng)過多年努力，已經(jīng)有了長足的發(fā)展和進步。從國家知識產(chǎn)權(quán)局檢索到的信息表明，國外在涉及油氣懸掛方面的各項發(fā)明專利多達幾千項，占據(jù)了這一領(lǐng)域的絕對主導(dǎo)地位，并且主要集中在上世紀(jì)80年代，說明其早已進人了成熟和實用階段，從搜集的資料來看，國外在以下車輛中應(yīng)用了油氣懸掛系統(tǒng)。

1）軍事特種車輛
包括輪式輸送車、裝甲車、坦克及導(dǎo)彈運輸車等。例如美國和德國合作研制的MBT-70坦克裝有可調(diào)式油氣懸掛，還可實現(xiàn)懸掛的液壓閉鎖；美國 UET-A型萬能履帶式裝甲工程牽引車，采用的油氣懸掛具有閉鎖功能，在推土作業(yè)時可保持車身呈水平穩(wěn)定狀態(tài)；美國M107自行火炮具有懸掛閉鎖裝置，發(fā)射時可實現(xiàn)懸掛閉鎖；美國HSTV-L輕坦克試驗樣車以及AAV7AI兩棲裝甲戰(zhàn)車也采用了可調(diào)式油氣懸掛；前蘇聯(lián)自T-72坦克裝備部隊后，大力改善其懸掛裝置，在后來研制的T-80坦克、“雷神”導(dǎo)彈防空車、別拉斯和SSU-20移動式導(dǎo)彈發(fā)射車以及空降兵部隊使用的BMD車上也采用了可調(diào)式油氣懸掛；法國AMX-10RC（帶炮）輪式戰(zhàn)車（6*6）、AMX-10C履帶式戰(zhàn)車和輪式“響尾蛇”導(dǎo)彈發(fā)射車（4*4）均裝有可調(diào)式油氣懸掛，前者重15T，正常行駛時最小離地距離為0.35m，可在0.21-0.47m范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，后者振動頻率可降低到1HZ以下，平順性接近轎車水平；日本74式主戰(zhàn)坦克裝有可調(diào)式油氣懸掛，車體可上下升降200mm，前后俯仰6度，左、右側(cè)傾9度，是目前唯一能夠全面實現(xiàn)上下升降、左右側(cè)傾和前后俯仰的坦克；瑞典無炮塔的STRV103式S坦克上，采用了可調(diào)式油氣懸掛，是最早以可調(diào)式油氣懸掛裝備部隊的坦克。另據(jù)報道，英國的“挑戰(zhàn)者”主戰(zhàn)坦克、法國的勒克萊爾主戰(zhàn)坦克、日本的90式主戰(zhàn)坦克、韓國的88式主戰(zhàn)坦克、瑞士的“鋸脂鯉”，包括4*4、6*6、8*8 等多種輪式裝甲車、巴西的EETI奧索里奧坦克、意大利的“半人馬座”24T輪式裝甲車（最大時速可達108km/h)，均采用了可調(diào)式油氣懸掛系統(tǒng)。

2）工程、礦山機械（車輛）
主要包括各類礦用自卸卡車、全地面起重機、鏟運機械和輪式挖掘機等。如美國卡特彼勒(Caterpillar）、日本小松（Komatsu）等公司的重型礦用自卸車，德國利勃海爾（Liebherr）、美國格魯夫（Gove）、德國克虜伯(Krupp）等公司的全地面起重機，日本神戶鋼鐵株式會社（KOBELCO）的越野輪胎起重機，美國卡特彼勒(Caterpillar）公司的TS-24B型鏟運機，日本日立建筑機械有限公司（Hitachi）的輪式挖掘機等。

3）賽車及轎車，如法國雪鐵龍（Citroen）公司Citroen DS19、ID-19型賽車，德國的BENZ 450EL6.9，法國的Citron CS、CX系列轎車等。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用
國內(nèi)對油氣懸掛的研究也始于20世紀(jì)50年代末期，北京工業(yè)學(xué)院率先在1959年做出了樣件，進行了臺架試驗，1960年又進行了裝車試驗，取得了國內(nèi)最早的第一手資料。但直到80年代初期國內(nèi)才真正有實際產(chǎn)品出現(xiàn)，技術(shù)儲備與國外相比整體差距較大，仍舊處在引進樣機、測繪和類比仿真階段，自主研發(fā)能力較弱。資料顯示，武漢水運工程學(xué)院陶又同教授的文章是較早用示功圖法研究油氣懸掛的文獻，1984年上海重型汽車廠測繪了美國的單氣室油氣懸掛，并應(yīng)用于上海重型汽車廠生產(chǎn)的SH380\SH382礦用自卸車上，但使用效果并不理想，主要是密封險能不好，可靠性差；90年代初中期，徐州工程機械集團有限公司（1992年）、湖南浦玩工程機械廠（1994年）先后從德國利勃海爾公司引進LTM1025、LTM1032、LTM1050全地面底盤汽車起重機，促進了油氣懸掛技術(shù)的推廣應(yīng)用。而后在我國期刊雜志上出現(xiàn)了許多介紹油氣懸掛系統(tǒng)的文獻，國內(nèi)一些高校也開始進行油氣懸掛技術(shù)的研究。

1994年北京理工大學(xué)的高凌風(fēng)對互連式油氣懸掛動剛度和車輛振動響應(yīng)進行了分析計算，同年同濟大學(xué)的孫求理對單筒式油氣懸掛缸進行了理論研究和優(yōu)化設(shè)計；1998年大連理工大學(xué)的趙春明利用功率鍵合圖法建立了描述全路面起重機互連式油氣懸掛系統(tǒng)的動態(tài)模型，利用數(shù)字仿真對車輛在路面不平度激勵下的振動響應(yīng)進行了研究；2000年浙江大學(xué)的吳仁智對LTM1032型汽車起重機雙氣室油氣彈簧進行了計算機仿真和試驗研究，建立了雙氣室油氣彈簧的非線性數(shù)學(xué)模型；2003年吉林大學(xué)的趙登峰以3303B型自卸汽車油氣懸掛系統(tǒng)作為研究對象，對其動態(tài)特性進行了研究；2005年吉林大學(xué)的周德成對礦用自卸車油氣懸掛系統(tǒng)進行了動力學(xué)仿真與試驗研究，并運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了油氣彈簧的數(shù)學(xué)模型；中國礦業(yè)大學(xué)的封士彩對德國CXPIO32型汽車起重機油氣懸掛單元動態(tài)性能進行了研究。清華大學(xué)的金達峰等開展了主動油氣懸掛的研究。
使用油氣懸掛的車輛幾個廠家的工程自卸車外，主要集中在軍工方面，如：航天15所研制的固定型號移動式導(dǎo)彈發(fā)射車，采用了混合式油氣彈簧，無車高調(diào)整功能，并使用了簡易的負(fù)荷平衡措施，即將車輛兩側(cè)油氣彈簧的氣腔連通；重慶256廠研制的自行榴彈炮車采用了隔離式油氣彈簧，具備靜態(tài)車姿調(diào)節(jié)功能，主要用于調(diào)整車輛的發(fā)射狀態(tài)；北京理工大學(xué)研制的某型裝甲輸送車，采用了雙缸式帶反壓氣室的油氣彈簧，并附加了整車調(diào)節(jié)系統(tǒng)，同時能夠?qū)崿F(xiàn)懸掛的剛性閉鎖；北方車輛研究所研制的某型導(dǎo)彈發(fā)射車，吸收了俄羅斯相關(guān)車輛的底盤技術(shù)，具有整車車姿調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
從國內(nèi)油氣懸掛的研究現(xiàn)狀來看，主要存在以下問題：

l）由于缺乏試驗設(shè)備和經(jīng)費，以及國外取得的先進理論成果和應(yīng)用經(jīng)驗很少見諸于文獻的緣故，只有少量研究單位有能力對油氣懸掛進行基礎(chǔ)性和系統(tǒng)性的研究，但所得結(jié)論要達到指導(dǎo)設(shè)計和生產(chǎn)實際產(chǎn)品的要求還有一定距離；

2）目前國內(nèi)的研究工作更多地還是停留在引進成熟樣機的基礎(chǔ)上開展相關(guān)理論分析，導(dǎo)致自主研發(fā)能力不強。到目前為止，只有徐工集團、北方車輛研究所等少數(shù)單位研制的產(chǎn)品達到了裝車要求，但要與世界先進水平接軌，還有很長的路要走。
綜上所述，導(dǎo)致了國內(nèi)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方面研究的匾乏，安裝有油氣懸掛的車輛品種較少，而且更多地還是應(yīng)用在軍工方面。

3、研究方向
人們對油氣懸掛的評價主要體現(xiàn)在性能和使用壽命兩個方面，性能通常是指油氣彈簧的力學(xué)特性，包括阻尼特性和彈性特性；使用壽命則包括懸掛缸零部件抗沖擊的可靠性及密封件的耐久性等�，F(xiàn)有技術(shù)中，國內(nèi)學(xué)者在產(chǎn)品力學(xué)性能方面的研究居多，不過方法和手段較為單一，集中在測繪或引進樣件的仿真與試驗分析上，且精確度不高，雖然所得結(jié)論具有一定的參考價值，但還無法有效指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計工作，所以只有對不同閥系結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)及其節(jié)流現(xiàn)象進行系統(tǒng)研究，并歸納出完整的解析計算方法，才能有效逼近減振裝置的標(biāo)準(zhǔn)阻尼特性，從而達到準(zhǔn)確設(shè)計相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)的目的；在彈性特性方面，國內(nèi)學(xué)者普遍使用絕熱狀態(tài)下的理想氣體狀態(tài)方程展開研究，但絕熱指數(shù)與溫度等諸多客觀因素有關(guān)，為便于分析人們通常取其中的某一平均值，容易造成較大誤差，后來有人參照國外研究成果使用8個常數(shù)的BWR實際氣體狀態(tài)方程對彈隆力值進行推算，由于參數(shù)過多且方程形式復(fù)雜，也不利于工程應(yīng)用。另外，國內(nèi)在產(chǎn)品使用壽命方面的理論探討還很匱乏，相關(guān)報道和成果也較少，實踐表明，由于阻尼閥承擔(dān)著衰減來自地面隨機激勵的作用，其所處工作環(huán)境相對惡劣，且易受到頻繁的交變沖擊，所以研究如何減小沖擊力值及其交變次數(shù)對提高阻尼閥的疲勞強度具有重要價值；同時油氣彈簧的泄漏問題也是限制其發(fā)展的主要瓶頸之一，這與缸體的溫升有很大關(guān)系，需要開展較為系統(tǒng)的熱學(xué)研究，并分析內(nèi)在機理，找出規(guī)律，減小其對密封件耐久性的影響。
油氣懸掛與其它懸掛形式相比雖然具有明顯的優(yōu)越性，但仍舊屬于傳統(tǒng)的被動懸掛范疇，其阻尼參數(shù)一經(jīng)選定，便無法再進行更改，從車輛的舒適性和操縱穩(wěn)定性來看，只能針對不同路況采取某種折中方案，限制了系統(tǒng)性能的充分發(fā)揮�，F(xiàn)有技術(shù)中，半主動懸掛的研究主要體現(xiàn)在對阻尼參數(shù)的控制方面，通過調(diào)節(jié)減振裝置的阻尼系數(shù)，改變阻尼比，以達到懸掛系統(tǒng)動態(tài)性能與車輛行駛狀態(tài)實時匹配的目的，這樣的方式簡單、可靠且易于實現(xiàn)，是取代傳統(tǒng)懸掛的新型產(chǎn)品。
國外對半主動油氣懸掛的研究重點已從理論探討轉(zhuǎn)入實際應(yīng)用階段，并制訂了明確的規(guī)劃和進度要求。資料顯示，美軍規(guī)劃中的“未來作戰(zhàn)系統(tǒng)” (FCS）將安裝最先進的智能油氣懸掛（HASS)，提出的戰(zhàn)技指標(biāo)是使坦克的機動性提高50％、車身平穩(wěn)性提高30%，公路時速達120km/h，最高越野速度達100kln/h；另外，韓國的88式坦克已經(jīng)安裝了半主動肘內(nèi)式油氣懸掛系統(tǒng)，俄羅斯也進行了將油氣懸掛發(fā)展為可控懸掛的研究。
由于國內(nèi)在半主動油氣懸掛方面的研究還處于起步階段，所以急需開展相關(guān)工作以提高自身的能力和水平。

4、結(jié)論
總的來講，油氣懸掛從理論的提出至今已經(jīng)有幾十年的歷史，而且也應(yīng)該是今后相當(dāng)長一段時期業(yè)內(nèi)人士所研究的重點、熱點課題。國內(nèi)的眾多專家學(xué)者在懸掛系統(tǒng)設(shè)計方面做了大量工作，理論上的探討也常見于各大期刊，為我國的車輛懸掛事業(yè)做出了很大貢獻。有人說我們在油氣懸掛的理論研究方面已經(jīng)很成熟，但從嚴(yán)格意義上來講，我們的理論還遠(yuǎn)不能用“成熟”二字來形容，還不能很好地指導(dǎo)設(shè)計工作，還需要進一步的探索，需要一種“百花齊放”的現(xiàn)象出現(xiàn)，從而帶動整個行業(yè)的發(fā)展。

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