懸架：重要連接裝置，決定操穩(wěn)性與平順性

• 陳博 2023年10月26日 來(lái)源：中研網(wǎng) 1246 81
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空氣懸架區(qū)別于傳統(tǒng)懸架的根本原因在于使用可變剛性的空氣彈簧代替了固定剛性的硬質(zhì)彈簧。空氣彈簧是由內(nèi)外層橡膠、簾線層和鋼絲圈，經(jīng)硫化工藝?yán)喂陶澈显谝黄鸬南鹉z金屬?gòu)?fù)合物，通過(guò)控制密封容器中的氣體量及壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)彈簧性能，其結(jié)構(gòu)型式主要包括囊式（多見(jiàn)于商用車(chē)）

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一、獨(dú)立懸架是行業(yè)主流，半主動(dòng)/主動(dòng)懸架常見(jiàn)于商用車(chē)及高端乘用車(chē)

懸架是汽車(chē)的車(chē)輪和車(chē)身之間的傳力連接裝置的總稱(chēng)，用于傳遞作用在車(chē)輪與車(chē)架之間的力和力扭，在提供支撐的同時(shí)緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車(chē)架或車(chē)身的沖擊力，并減少由此引起的震動(dòng)，進(jìn)而起到承載、衰減震動(dòng)和導(dǎo)向等核心作用;在車(chē)輛操控性、舒適性和安全性等方面具有至關(guān)重要的地位，是底盤(pán)系統(tǒng)的核心部件，也是汽車(chē)最重要的三大總成之一。

典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、減振器以及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等組成，個(gè)別結(jié)構(gòu)還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。由于懸架類(lèi)型繁多，可以從三個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有懸架產(chǎn)品進(jìn)行分類(lèi)：(1)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的差異，分為非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架;(2)根據(jù)控制力的不同，分為被動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架;(3)根據(jù)控制方式的區(qū)別，分為機(jī)械控制懸架系統(tǒng)和電子控制懸架系統(tǒng)。

獨(dú)立與非獨(dú)立懸架的區(qū)別在于兩側(cè)車(chē)輪是否獨(dú)立懸掛于車(chē)架之下，當(dāng)單側(cè)車(chē)輪遇到突起路面時(shí)，獨(dú)立懸架可保證兩側(cè)車(chē)輪的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，從而減少車(chē)身的傾斜和震動(dòng)，從而提高車(chē)輪的地面附著力。因此，除了需要嚴(yán)格控制成本的商用車(chē)外，絕大部分乘用車(chē)都采用獨(dú)立式懸架系統(tǒng)，以獲得更好的駕駛操縱性和乘坐舒適性。

主動(dòng)與被動(dòng)懸架的區(qū)別在于彈簧的剛度和減振器的阻尼是否可以調(diào)節(jié)，以及能否根據(jù)外界輸入來(lái)進(jìn)行主動(dòng)的最優(yōu)控制與調(diào)整。主動(dòng)懸架系統(tǒng)中包括加速度、位移、高度傳感器等測(cè)量元件和反饋控制元件，當(dāng)汽車(chē)載荷、行駛速度、路面狀況等行使條件發(fā)生變化時(shí)，能夠根據(jù)主動(dòng)收集的信息自動(dòng)調(diào)整懸架剛度和阻尼力大小，從而提升通過(guò)性，同時(shí)滿(mǎn)足行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等各方面的要求。但是由于主動(dòng)懸架系統(tǒng)成本較高且構(gòu)造精密，對(duì)構(gòu)件要求高且使用過(guò)程中功率消耗較大，因此在由被動(dòng)式向主動(dòng)式進(jìn)化的過(guò)程中，也衍生出了半主動(dòng)式懸架，即不需要單獨(dú)動(dòng)力源(如油壓、空氣壓)，主要采用可變阻尼的減振器來(lái)根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的優(yōu)化參數(shù)指令進(jìn)行調(diào)節(jié)，以應(yīng)對(duì)不同路況環(huán)境。

機(jī)械控制與電子控制懸架的區(qū)別在于后者能夠根據(jù)不同的路況、載質(zhì)量和行駛速度等外部條件，通過(guò)電子控制單元(ECU)來(lái)控制執(zhí)行結(jié)構(gòu)，使懸架系統(tǒng)的剛度、減振器阻尼及車(chē)身高度等參數(shù)隨之進(jìn)行改變，以適應(yīng)不同工況和行駛狀態(tài)。通常而言，電控系統(tǒng)往往適配于半主動(dòng)式及主動(dòng)式懸架結(jié)構(gòu)，使汽車(chē)具有良好的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性以及通過(guò)性。

二、傳統(tǒng)懸架結(jié)構(gòu)：固定剛度彈簧與固定阻尼減振器的相互搭配

在傳統(tǒng)汽車(chē)懸架結(jié)構(gòu)中，設(shè)有彈性元件(即彈簧，起緩沖作用)、減震元件(即減振器，起減震作用)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(包括控制臂等，起力的傳導(dǎo)作用)和橫向穩(wěn)定器(即橫向防傾桿等，用以減少車(chē)身側(cè)傾，保持平衡)。

其中，最核心的部件是彈簧及減振器。彈簧有兩點(diǎn)作用：一是承受車(chē)身重量，高彈簧剛度能夠抵消額外的重量負(fù)載，避免在彈跳時(shí)載荷過(guò)重壓毀車(chē)輛;二是吸收路面作用在車(chē)輪上的沖擊，以保證更為舒適的駕乘體驗(yàn)。實(shí)際上，彈簧是利用自身形變來(lái)吸收地面沖擊的，因此在力與能量的不斷轉(zhuǎn)換下，彈簧會(huì)出現(xiàn)來(lái)回震動(dòng)的現(xiàn)象以求恢復(fù)原狀，該過(guò)程將持續(xù)一定時(shí)間并給駕乘舒適性帶來(lái)不利影響。因此，彈性元件往往和減振元件搭配使用，活塞帶動(dòng)下減振器內(nèi)油液的內(nèi)外摩擦能夠起到阻尼作用，在短時(shí)間內(nèi)將彈簧勢(shì)能轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到大氣中，以抑制彈簧來(lái)回?cái)[動(dòng)，防止車(chē)身因路面不平而出現(xiàn)持續(xù)抖動(dòng)。

決定懸架性能的關(guān)鍵在于彈簧剛度與減震器阻尼之間的搭配：(a)彈簧剛度大，減振器阻尼大，懸架系統(tǒng)偏"硬"：有利于車(chē)身姿態(tài)保持和整車(chē)彎道運(yùn)行的支撐，進(jìn)而提高整車(chē)操控性，但由于對(duì)震動(dòng)處理相對(duì)較弱，會(huì)犧牲乘坐舒適性。(b)彈簧剛度小，減震器阻尼小，懸架系統(tǒng)偏"軟"：車(chē)輛行駛過(guò)程中路面沖擊帶來(lái)的共振越小，整車(chē)舒適性就會(huì)提高，但是路面反饋的敏感度隨之降低，整體操控穩(wěn)定性會(huì)被削弱，太小的剛度會(huì)使得車(chē)輛姿態(tài)難以保證，帶來(lái)高速過(guò)彎側(cè)傾嚴(yán)重等問(wèn)題。由于彈簧減震單元特性是預(yù)先設(shè)定且無(wú)法改變的，因此傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)往往面臨著操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性的取舍。為了獲得更好的舒適性，就需要緩沖汽車(chē)的震動(dòng)，因此彈簧需要設(shè)計(jì)更軟，但彈簧剛度偏小就易導(dǎo)致汽車(chē)發(fā)生剎車(chē)"點(diǎn)頭"、加速"抬頭"以及嚴(yán)重側(cè)傾偏向等現(xiàn)象，不利于汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。

三、空氣懸架系統(tǒng)：以空氣彈簧取代鋼彈簧，實(shí)現(xiàn)駕乘體驗(yàn)新升級(jí)

空氣懸架是指采用空氣彈簧并搭配可調(diào)阻尼減振器的懸架系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)的鋼制懸架系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，空氣懸架的優(yōu)勢(shì)在于能夠自發(fā)調(diào)節(jié)彈簧剛度與減振器阻尼系數(shù)，以滿(mǎn)足不同情形下對(duì)于車(chē)輛操縱性或舒適性的訴求。

空氣懸架區(qū)別于傳統(tǒng)懸架的根本原因在于使用可變剛性的空氣彈簧代替了固定剛性的硬質(zhì)彈簧。空氣彈簧是由內(nèi)外層橡膠、簾線層和鋼絲圈，經(jīng)硫化工藝?yán)喂陶澈显谝黄鸬南鹉z金屬?gòu)?fù)合物，通過(guò)控制密封容器中的氣體量及壓強(qiáng)實(shí)現(xiàn)彈簧性能，其結(jié)構(gòu)型式主要包括囊式(多見(jiàn)于商用車(chē))和膜式(多見(jiàn)于乘用車(chē))。目前，在高端乘用車(chē)領(lǐng)域，主要采用的是空簧減振器總成。

除了傳統(tǒng)懸架結(jié)構(gòu)中所必需的結(jié)構(gòu)外，空懸系統(tǒng)主要是通過(guò)氣泵來(lái)調(diào)整空氣彈簧中氣缸的空氣量和壓力，進(jìn)而改變空簧的硬度和彈性系數(shù);而通過(guò)控制泵入的空氣量可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)空氣彈簧氣缸活塞的行程和長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛底盤(pán)的升高或降低，保障不同路況下的通過(guò)率。具體而言，電控空氣懸架系統(tǒng)的構(gòu)成部件及主要作用如下：氣源裝置：空壓機(jī)、干燥器、排氣閥、儲(chǔ)氣罐和懸置;控制元件：控制電磁閥及其他閥門(mén);執(zhí)行元件：空氣彈簧和可調(diào)阻尼減振器(核心元件);傳感器：用來(lái)檢測(cè)氣源狀態(tài)的壓力和溫度傳感器、檢測(cè)車(chē)身水平的車(chē)高傳感器、車(chē)身加速度傳感器等;控制單元：ECU用于接收來(lái)自各傳感器、CAN和駕駛員輸入信息，綜合處理后輸出指令以調(diào)節(jié)空簧氣囊的充放氣及減振器阻尼系數(shù)。目前，電子控制空氣懸架系統(tǒng)(ECAS)電磁閥的響應(yīng)時(shí)間通常在5ms左右，電控減振器變阻尼時(shí)間小于10ms，氣囊變剛度時(shí)間小于100ms，能夠?qū)崿F(xiàn)懸架性能在不同路況及車(chē)身狀態(tài)下的實(shí)時(shí)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

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