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      2021年8月6日

      赋予更舒适的乘车体验 —— 空气弹簧系统如何提升现代城市移动出行

      • 电动公共交通在全球各地逐年增长。
      • 电池组在电动公交车中的独特布置对空气弹簧等悬架部件形成特殊挑战。
      • 设计布局和材料方面的专业知识对未来移动出行有着重要的支持作用。

      纵观世界各地,从阿姆斯特丹到智利圣地亚哥,许多城市都在追随深圳的脚步,纷纷订购电动公交 车,并逐渐扩大电气化车队的规模。因此,商用车制造商正在加大该领域的研发力度,制造安全性 和舒适度至少能够媲美老式柴油动力车的电动公交车。而大陆集团的工程师们在这一领域发挥着至 关重要的支持作用。

      公交车悬架系统:从过去到现在

      对于大多数人而言,负责给公交车乘客提供平稳、安全乘坐体验的部件空气弹簧只是隐藏在幕后的 英雄。几十年来,商用车制造商在底盘、驾驶室及驾驶员座椅使用由橡胶、帘子布制成的空气弹簧 取代传统钢板弹簧。原因很简单:除了在极端温度或高湿度下保持可靠性外,空气弹簧还能够在适 应载荷的不断变化的同时保持固有频率恒定。就城市公交车而言,这意味着无论是高峰期满负荷运 行,还是夜间仅运载几名乘客,车辆始终能够保持良好的舒适度和安全水平。正因如此,如今欧洲 所有公交车和世界其他地区城市的大多数公交车(包括内燃机驱动型和电力驱动型)均配备自适应 空气弹簧系统。

      然而,这并不意味着工程师在为电动交通工具设计空气弹簧时不会面临额外挑战。尽管基本物理原 理保持不变,但是工程师除了考虑基本要求外,还需要考虑主机厂的相应需求等因素。

      首先是电动公交车通常比过去的柴油动力公交车更重。每个电池组最高重达 450 公斤,导致整车增 重 3 吨甚至更高——具体取决于电动公交车的尺寸、设计行驶里程及车型等因素。第二个因素是电 池组的位置。电动乘用车中的电池组通常安装在乘客舱下方,与之不同的是,出于实际原因,公交 车中的电池组安装在车顶上。首先,位于乘客舱下方的动力总成组件(包括电池组)越少,地板离 地面越近,从而提高上下车的方便性。其次,增加的空间使制造商能够更加灵活地设计汽车内饰, 例如增设更大的窗户。第三,公交车在顶部进行温度管理,更容易消散电池组产生的热量——快速 消散热量至关重要,因为电池在 20 至 40 摄氏度之间工作效率最高。

      工程师面临的挑战

      公交车顶部位置对其稳定性和静态性带来额外挑战,还将影响总体安全性和乘客舒适度。顶部的额 外重量将公交车的重心提升到更高高度,导致侧倾和俯仰运动中的力增加。底盘悬架空气弹簧必须 抵消更大的力才能保证公交车在转弯或刹车时保持稳定。为了能够提供更重的荷载,电动公交车及 其他商用车必须配备尺寸更大的空气弹簧:空气弹簧的直径每增加一毫米,弹簧刚度都会相应提高, 以承受电动公交车在调整重量分布的过程中产生的力。

      但是尺寸增大也意味着空气弹簧需要更多空间——这是工程师面临的另一个挑战。特别是如果制造 商决定让电动汽车搭载轮毂电机,车轮周围的空间将更加有限。在这里,空气弹簧必须与制动器、 转向系统及其他部件“争夺”狭小空间。资深工程师在技术和材料开发方面拥有丰富的经验和深厚 的专业知识,能够为每家制造商提供定制化解决方案,全面满足主机厂的特定需求。

      橡胶及其他领域的材料专业知识

      材料专业知识在空气弹簧开发过程中起着重要作用。橡胶气囊的囊皮由一种基于天然橡胶或合成橡 胶的高性能胶料与双层帘子布制成,这种结构使得囊皮兼具柔韧性和耐磨性的同时无惧高浓度臭氧 和极端温度的恶劣环境。

      此外,材料知识在很大程度上决定轻量化结构和设计布局的实际效果,对提高能效和减少二氧化碳 排放更是至关重要。因此,大陆集团开发出一种配备全附加气室的轻量化空气弹簧,该产品的活塞 采用玻璃纤维增强型聚酰胺制成,替代了传统的钢和铝材料。热塑性工程塑料提供了极高的设计自 由度,让研发人员能够设计出定制化的舒适型空气弹簧。特别是在电动交通领域,轻量化是一项关 键优势,因为轻量化空气弹簧能够抵消电池组产生的额外负荷,从而延长车辆续航里程。结果喜人: 在配备这款轻量化空气弹簧的城市公交车和客车里,每个空气弹簧模块最高减重 3 公斤,实际减重 幅度取决于公交车的车轴类型。

      大陆集团研发的各类部件助力城市交通出行迈向更加可持续的未来,轻量化空气弹簧是其中一个范 例。目前,全球已有 50 多万辆电动公交车投入使用,这个数字还在逐年上升。未来,大陆集团产品 必将发挥日益重要的作用。

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