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技術(shù)

懸架的未來 汽車電子控制式主動懸架

2025China.cn   2008年04月09日

文章來源:奧杰汽車網(wǎng)
       
        在主動式懸架還沒有誕生前,平衡運動性與舒適性這對不可調(diào)和的矛盾成為了困擾汽車廠商最大的難題?,F(xiàn)在好了,主動控制式懸架發(fā)展至今,已形成液壓和空氣支撐兩大派系,運動與舒適性這對不可調(diào)和的矛盾自然也得到了很好的解決。

        隨著人們對汽車乘坐舒適性的不斷追求,近年來已有不少豪華轎車和豪華SUV紛紛換裝上了性能更優(yōu)越的電子控制式主動懸架(簡稱:電控主動懸架)。在豪華轎車上采用電控主動懸架無疑是為追求更平穩(wěn)、更舒適的乘坐感,而在SUV上采用當然則是為了平衡野外越野與公路行駛的雙重需要。通常一套控制堪稱精密的電控式主動懸架不論制造成本還是維護保養(yǎng)費用都不菲,所以更多時候我們只能在豪華車型上發(fā)現(xiàn)它的身影,也難怪這類車型的乘坐感受與眾不同。

        主動式懸架在其結(jié)構(gòu)中植入了可人工或自動控制發(fā)力的調(diào)節(jié)機構(gòu),并能根據(jù)路面情況自動調(diào)節(jié)減震器剛度和阻尼,以獲得更好的行駛舒適性。從這種懸架的組成種類來看,大致又可以分為兩大類。一類是電子控制式主動液壓懸架,它能通過車載電腦計算出懸架受力大小和加速度,利用液壓減震器的伸縮來保持車身平衡;另一類則是電子控制式空氣懸架,它也是通過車載電腦計算懸架的受力及感應路面情況,適時調(diào)整空氣減震器的剛度和阻尼系數(shù),令車身的震動始終保持在一定范圍內(nèi)。這兩類電控主動懸架的共同點是:都能實現(xiàn)車身高度調(diào)節(jié),能通過改變減震器阻尼來抑制車身姿態(tài)變化。不過在性能表現(xiàn)上,電控主動液壓懸架和空氣懸架卻是各有千秋。

電控主動液壓懸架

        最大特點在于可手動調(diào)節(jié)懸架高度,并能自動調(diào)節(jié)減震器的剛度和阻尼

        作為研發(fā)電控主動液壓懸架的佼佼者,雪鐵龍早在20世紀50年代初就將電控主動液壓懸架運用在當時的雪鐵龍15車型上,不過真正實現(xiàn)量產(chǎn)則是在稍后推出的DS車型上。在DS車型上裝備的電控主動液壓懸架以液壓球替代了傳統(tǒng)的螺旋彈簧,并且通過液壓球?qū)崿F(xiàn)人工控制車身高度,這在當時是相當先進的裝備,因為無論車輛裝了多少人或行李,行駛過程中車身高度能始終保持不變。直到1989年推出XM車型后,雪鐵龍才正式將液壓懸架命名為第一代主動液壓懸架系統(tǒng)。1993年,雪鐵龍XANTIA車型搭載了第二代主動液壓懸架,一上市便受到市場的肯定,新一代的懸架提高了ECU控制單元的計算速度,并且還提供舒適和運動兩種模式供選擇。

        到目前為止,雪鐵龍的電控主動液壓懸架已發(fā)展到第三代,并已裝備于C5和C6上。和以前的技術(shù)相比,新一代在反應速度上更快,在構(gòu)成部件上也更精密,因為除了裝備最新的電子控制元件外還有全新設計的液壓支撐結(jié)構(gòu)。這套主動液壓懸架包括:一個電子液壓集成模塊(包括ECU控制電腦、電磁液壓分配閥、液壓泵和一個電動機)、4個新型球狀液壓承重部件、前后減震器調(diào)壓裝置、儲液缸、簡化液壓網(wǎng)和車內(nèi)顯示屏。這其中,電子液壓集成模塊是整個系統(tǒng)的核心部分,它的作用是采集車速、減震器震動頻率等數(shù)據(jù)信息來決定液壓球是增高還是降低車身。而遍布全車的多個縱向、橫向加速度以及橫擺陀螺儀傳感器,還監(jiān)控著車身跳動、高度、傾斜狀態(tài)和加速度,然后這些信號傳向ECU控制單元,根據(jù)預設程序來控制液壓減震器里的油缸是增壓還是泄壓,以保持合適的減震器阻尼和足夠支撐力。

        例如,當車輛的車速超過110公里/小時后,電控液壓集成模塊就會使前懸降低15mm,后懸降低11mm,以此縮小離地間隙降低車身重心,增加行駛穩(wěn)定性。同時,前低后高的車身也降低了迎風阻力。如果當車速逐漸減慢到90公里/小時,車身則自動恢復到標準高度。當然,駕駛者也可通過一個車內(nèi)旋鈕實現(xiàn)車身高度4擋控制,不過安全保護裝置會限制擋位的運用時速。 

電控主動空氣懸架

        軟硬程度和車身高度可以自行調(diào)節(jié)控制,空氣彈簧和減震器令舒適性更好

        早期的空氣懸架并不是運用于乘用和商用車輛,并且也沒有復雜的電子控制設備。在19世紀中期,空氣懸架中的空氣彈簧是作為一種隔離震動的設備運用于大型機械上,到20世紀40年代,通用汽車在其生產(chǎn)的客車上首次采用了裝備空氣彈簧的空氣懸架,并由此開始了進行長達9年的驗證,最終于1953年順利裝備到量產(chǎn)車上。和電控主動液壓懸架不同的是,空氣懸架在世界范圍內(nèi)的最大客戶為大型客車和商用車,尤其在大型客車上采用空氣懸架后較傳統(tǒng)的鋼板彈簧在舒適性上有較大改善,當然出于成本和用途的考慮,在這類大型車輛上空氣懸架多半不具備電子控制功能,更談不上可升降底盤。

        和傳統(tǒng)的液壓減震器配螺旋彈簧的懸架相比,空氣懸架利用氣體的壓縮性實現(xiàn)彈性作用,在ECU的計算下可根據(jù)車重和路面情況來調(diào)節(jié)壓縮氣體的壓力,空氣懸架由此而表現(xiàn)出的特點就是對高頻震動和車身平穩(wěn)控制得很到位。但側(cè)向支撐不足又是空氣懸架最大的軟肋。

        解決這一問題的有效辦法就是引入電子控制部件,實現(xiàn)懸架軟硬可調(diào)。作為研發(fā)電控空氣懸架的先行者,奔馳率先以空氣彈簧和減震器為基礎,引入ECU控制單元、轉(zhuǎn)向角度傳感器、車身高度傳感器、空氣壓縮機、速度和制動傳感器,實現(xiàn)電腦控制、精密計算。電控主動空氣懸架可通過改變空氣彈簧里的氣體容量和壓力來實現(xiàn)軟硬調(diào)節(jié),即電控空氣減震器可通過調(diào)節(jié)氣體的壓力大小實現(xiàn)阻尼多級化。從而,電控主動空氣懸架就兼有舒適性和運動性的特性。并且可實現(xiàn)直線行駛偏軟,提高舒適性;轉(zhuǎn)向和高速運動時加硬,增加側(cè)向支撐提供更好的路感。此外還可通過ECU和空氣壓縮機實現(xiàn)車身的高度自動或手動調(diào)節(jié),所以目前市面上幾乎大多數(shù)的豪華SUV都裝備電控主動空氣懸架,以完成城市道路行駛和野外越野的雙重使命。

        雖然兩種形式的主動控制懸架能帶來很好的舒適性,不過較高的價格令它們難以普及

        如果把電控主動液壓懸架和電控主動空氣懸架放在一起來比較一下,或許更能突出它們各自具備的鮮明特點。對于電控主動液壓懸架而言,在舒適性上稍遜于電控主動空氣懸架,因為它還是建立在傳統(tǒng)的懸架基礎之上,只是對車身高度和減震器的阻尼進行調(diào)整。它的高頻吸震能力比空氣懸架要差,因此它的運用車型也僅在PSA集團內(nèi)的中高級轎車雪鐵龍C5、標致407和行政級轎車雪鐵龍C6上得到大力推廣,其他車型采用的就比較少了。但407所裝備的是不具備高度調(diào)節(jié)的電控主動液壓懸架。此外,電控主動液壓懸架對于復雜路況的反應也比較吃力,甚至還會導致油壓過高影響壽命。

        電控主動空氣懸架就不會有這樣的問題,它采用氣壓結(jié)構(gòu)來控制車身平衡,并且空氣彈簧和減震器能抵消大部份路面?zhèn)鬟f的短波和長波震動,這也是電控主動液壓懸架所不具備的。不過兩者的共同性則是能為高速行駛的車輛提供足夠的穩(wěn)定性,當車輛在不平路面行駛時,又能提高車身增加通過能力。但電控主動空氣懸架的缺點也很明顯,成本高昂、維護保養(yǎng)成本高。

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