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专家:你了解汽车悬架吗 ?

18 8月 , 2019  

在主动式悬架还没有诞生前,平衡运动性与舒适性这对不可调和的矛盾成为了困扰汽车厂商最大的难题。现在好了,主动控制式悬架发展至今,已形成液压和空气支撑两大派系,运动与舒适性这对不可调和的矛盾自然也得到了很好的解决。
随着人们对汽车乘坐舒适性的不断追求,近年来已有不少豪华轿车和豪华SUV纷纷换装上了性能更优越的电子控制式主动悬架(简称:电控主动悬架)。在豪华轿车上采用电控主动悬架无疑是为追求更平稳、更舒适的乘坐感,而在SUV上采用当然则是为了平衡野外越野与公路行驶的双重需要。通常一套控制堪称精密的电控式主动悬架不论制造成本还是维护保养费用都不菲,所以更多时候我们只能在豪华车型上发现它的身影,也难怪这类车型的乘坐感受与众不同。
主动式悬架在其结构中植入了可人工或自动控制发力的调节机构,并能根据路面情况自动调节减震器刚度和阻尼,以获得更好的行驶舒适性。从这种悬架的组成种类来看,大致又可以分为两大类。一类是电子控制式主动液压悬架,它能通过车载电脑计算出悬架受力大小和加速度,利用液压减震器的伸缩来保持车身平衡;另一类则是电子控制式空气悬架,它也是通过车载电脑计算悬架的受力及感应路面情况,适时调整空气减震器的刚度和阻尼系数,令车身的震动始终保持在一定范围内。这两类电控主动悬架的共同点是:都能实现车身高度调节,能通过改变减震器阻尼来抑制车身姿态变化。不过在性能表现上,电控主动液压悬架和空气悬架却是各有千秋。
电控主动液压悬架
最大特点在于可手动调节悬架高度,并能自动调节减震器的刚度和阻尼
作为研发电控主动液压悬架的佼佼者,雪铁龙早在20世纪50年代初就将电控主动液压悬架运用在当时的雪铁龙15车型上,不过真正实现量产则是在稍后推出的DS车型上。在DS车型上装备的电控主动液压悬架以液压球替代了传统的螺旋弹簧,并且通过液压球实现人工控制车身高度,这在当时是相当先进的装备,因为无论车辆装了多少人或行李,行驶过程中车身高度能始终保持不变。直到1989年推出XM车型后,雪铁龙才正式将液压悬架命名为第一代主动液压悬架系统。1993年,雪铁龙XANTIA车型搭载了第二代主动液压悬架,一上市便受到市场的肯定,新一代的悬架提高了ECU控制单元的计算速度,并且还提供舒适和运动两种模式供选择。
到目前为止,雪铁龙的电控主动液压悬架已发展到第三代,并已装备于C5和C6上。和以前的技术相比,新一代在反应速度上更快,在构成部件上也更精密,因为除了装备最新的电子控制元件外还有全新设计的液压支撑结构。这套主动液压悬架包括:一个电子液压集成模块(包括ECU控制电脑、电磁液压分配阀、液压泵和一个电动机)、4个新型球状液压承重部件、前后减震器调压装置、储液缸、简化液压网和车内显示屏。这其中,电子液压集成模块是整个系统的核心部分,它的作用是采集车速、减震器震动频率等数据信息来决定液压球是增高还是降低车身。而遍布全车的多个纵向、横向加速度以及横摆陀螺仪传感器,还监控着车身跳动、高度、倾斜状态和加速度,然后这些信号传向ECU控制单元,根据预设程序来控制液压减震器里的油缸是增压还是泄压,以保持合适的减震器阻尼和足够支撑力。
例如,当车辆的车速超过110公里/小时后,电控液压集成模块就会使前悬降低15mm,后悬降低11mm,以此缩小离地间隙降低车身重心,增加行驶稳定性。同时,前低后高的车身也降低了迎风阻力。如果当车速逐渐减慢到90公里/小时,车身则自动恢复到标准高度。当然,驾驶者也可通过一个车内旋钮实现车身高度4挡控制,不过安全保护装置会限制挡位的运用时速。
电控主动空气悬架
软硬程度和车身高度可以自行调节控制,空气弹簧和减震器令舒适性更好
早期的空气悬架并不是运用于乘用和商用车辆,并且也没有复杂的电子控制设备。在19世纪中期,空气悬架中的空气弹簧是作为一种隔离震动的设备运用于大型机械上,到20世纪40年代,通用汽车在其生产的客车上首次采用了装备空气弹簧的空气悬架,并由此开始了进行长达9年的验证,最终于1953年顺利装备到量产车上。和电控主动液压悬架不同的是,空气悬架在世界范围内的最大客户为大型客车和商用车,尤其在大型客车上采用空气悬架后较传统的钢板弹簧在舒适性上有较大改善,当然出于成本和用途的考虑,在这类大型车辆上空气悬架多半不具备电子控制功能,更谈不上可升降底盘。
和传统的液压减震器配螺旋弹簧的悬架相比,空气悬架利用气体的压缩性实现弹性作用,在ECU的计算下可根据车重和路面情况来调节压缩气体的压力,空气悬架由此而表现出的特点就是对高频震动和车身平稳控制得很到位。但侧向支撑不足又是空气悬架最大的软肋。
解决这一问题的有效办法就是引入电子控制部件,实现悬架软硬可调。作为研发电控空气悬架的先行者,奔驰率先以空气弹簧和减震器为基础,引入ECU控制单元、转向角度传感器、车身高度传感器、空气压缩机、速度和制动传感器,实现电脑控制、精密计算。电控主动空气悬架可通过改变空气弹簧里的气体容量和压力来实现软硬调节,即电控空气减震器可通过调节气体的压力大小实现阻尼多级化。从而,电控主动空气悬架就兼有舒适性和运动性的特性。并且可实现直线行驶偏软,提高舒适性;转向和高速运动时加硬,增加侧向支撑提供更好的路感。此外还可通过ECU和空气压缩机实现车身的高度自动或手动调节,所以目前市面上几乎大多数的豪华SUV都装备电控主动空气悬架,以完成城市道路行驶和野外越野的双重使命。
虽然两种形式的主动控制悬架能带来很好的舒适性,不过较高的价格令它们难以普及
如果把电控主动液压悬架和电控主动空气悬架放在一起来比较一下,或许更能突出它们各自具备的鲜明特点。对于电控主动液压悬架而言,在舒适性上稍逊于电控主动空气悬架,因为它还是建立在传统的悬架基础之上,只是对车身高度和减震器的阻尼进行调整。它的高频吸震能力比空气悬架要差,因此它的运用车型也仅在PSA集团内的中高级轿车雪铁龙C5、标致407和行政级轿车雪铁龙C6上得到大力推广,其他车型采用的就比较少了。但407所装备的是不具备高度调节的电控主动液压悬架。此外,电控主动液压悬架对于复杂路况的反应也比较吃力,甚至还会导致油压过高影响寿命。
电控主动空气悬架就不会有这样的问题,它采用气压结构来控制车身平衡,并且空气弹簧和减震器能抵消大部份路面传递的短波和长波震动,这也是电控主动液压悬架所不具备的。不过两者的共同性则是能为高速行驶的车辆提供足够的稳定性,当车辆在不平路面行驶时,又能提高车身增加通过能力。但电控主动空气悬架的缺点也很明显,成本高昂、维护保养成本高。

从控制力的角度划分,悬架可分为被动悬架,半主动悬架和主动悬架。

目前,大多数汽车的悬架系统装有弹簧和减振器,悬架系统内无能源供给装置,其弹性和阻尼不能随外部工况变化,因此称这种悬架是被动悬架。

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主动悬架有作为直接力发生器的动作器,可以根据输入与输出进行最优的反馈控制,使悬架有最好的减震特性,以提高汽车的平顺性和操纵稳定性。它由弹性元件C和一个力发生器Fe组成。

半主动悬架可看作由可变特性的弹簧和减振器组成的悬架系统,虽然它不能随外界的输入进行最优的控制和调节,但它可按存储在计算机的各种条件下最优弹簧和减振器的优化参数指令来调节弹簧的刚度和减振器的阻尼状态。它由弹性元件C和一个一个阻尼系数能在较大范围内调节的阻尼器组成。

电子技术控制汽车悬架系统主要由(车高、转向角、加速度、路况预测)传感器、电子控制ECU、悬架控制的执行器等组成。系统的控制功能通常有以下三个:

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1车高调整
当汽车在起伏不平的路面行驶时,可以使车身抬高,以便于通过;在良好路面高速行驶时,可以降低车身,以减少空气助力,提高操纵稳定性。

男篮世界杯投注网站,2阻尼力控制
用来提高汽车的操纵稳定性,在急转弯、急加速和紧急制动情况下,可以抑制车身姿态的变化。

3弹簧刚度控制 改变弹簧刚度,使悬架满足运动或舒适的要求。

采用主动式悬架后,汽车对侧倾、俯仰、横摆跳动和车身的控制都能更加迅速、精确,汽车高速行驶和转弯的稳定性提高,车身侧倾减少。制动时车身前俯小,启动和急加速可减少后仰。即使在坏路面,车身的跳动也较少,轮胎对地面的附着力提高。


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