汽車主動懸架技術特征分析

陳俊杰，李菲，肖鑫，宋建桐

（1.北京電子科技職業學院 汽車工程學院，北京 100176；2. 中國質量認證中心南京分中心，江蘇 南京 210019；3.中國農業大學信息與電氣工程學院，北京 100083）

引言

隨著汽車大規模的增長，人們越來越重視車輛的乘坐安全性和舒適性。懸架是車輛底盤重要組成部分，由彈性元件、阻尼元件和導向機構組成。人們為了追求車輛舒適性，通常會采用降低彈性元件的剛度來實現。這樣雖然可以緩沖來自路面的沖擊，但也會加大車輛的不穩定，尤其增加車輪跳動量，加大車輪離開路面的概率，影響行駛安全性。如果增大彈性元件的剛度，可以減少車身姿態的變形量，保證輪胎良好接地，但是會破壞車輛行駛平順性。在提高車輛行駛安全性和舒適性之間存在矛盾。而傳統的被動懸架由于其懸架性能參數不可調，無法根據實際路況來調節懸架的剛度和阻尼參數，只能針對特定的情況，對懸架進行優化設計。而隨著國家道路條件越來越好，車輛行駛速度也不斷提高，因此，在這種情況下，主動懸架就應運而生。主動懸架通常由傳感器、控制器、執行機構等組成。控制器可以根據加速度傳感器、車速信號、轉向信號等，控制執行機構，改變懸架剛度、懸架阻尼及車身高度等參數，保證車輛乘坐舒適性和行駛安全性。常見的主動懸架有空氣懸架、油氣主動懸架、液力主動懸架和電磁主動懸架等。

1 空氣主動懸架

1.1 空氣主動懸架的構成

奔馳S級汽車空氣懸架由空氣彈簧、壓縮機、壓縮空氣儲氣罐、自適應阻尼減振器、傳感器、控制器、機油熱交換器等組成。壓縮機可以把壓縮空氣泵入到四個空氣彈簧柱中，實現車身高度調節功能。自適應阻尼減振器中的減震閥單元可以通過改變旁通閥的開通量，實現阻尼力調節。控制器可以讀取傳感器的信號，并可以根據傳感器信號，評估輸入因素，控制執行器工作。

1.2 空氣主動懸架的工作過程分析

空氣懸掛系統是空氣懸掛與自適應減振器的組合，此系統可以根據路面狀況和駕駛方式以車輪為單位對減震進行調節。

在正常工況下，空氣懸掛根據負載的不同調節工作壓力。如圖2所示，壓縮機A9/1 用于提供系統工作壓力。空氣懸掛系統控制單元N51-3通過空氣懸掛繼電器K67提供控制電壓，繼電器開關閉合，壓縮機A9/1m1主電路接通，壓縮空氣可以通過空氣懸掛系統閥裝置分配到各個懸掛減震柱中。

空氣懸掛系統裝有一個儲存壓縮空氣的中央儲氣罐，可以獨立于壓縮機的操作實現對車輛水平高度的快速調節。

當車速發生變化時，中央儲氣罐會通過空氣懸掛系統閥裝置中相應的閥門向氣壓彈簧套輸送空氣或者釋放空氣，從而改變車身高度，保證行駛安全性。

2 主動車身控制系統（ABC）

2.1 主動車身控制系統的構成

奔馳CL Coupe為全球第一款配備ABC系統的車型。該懸架系統也是主動式懸架中功能最強的懸架之一。它可以在保證舒適性的同時，保持最好的車身穩定控制。相比傳統的懸架，主動懸架控制系統采用主動車身避振，可以很好的改善車體振動。還可以補償轉彎時車身側傾及加速或制動時的縱傾運動，提高行駛安全。

ABC系統的基本組成如圖3所示。ABC控制系統包括車身高度傳感器、車身加速度傳感器、控制器、主動車身控制系統后軸閥門單元、脈動緩沖器、液壓泵、中央儲壓罐等。其中中央儲壓罐用于儲存200bar的高壓油。脈動緩沖器可以減少系統壓力的波動。車身高度傳感器和加速度傳感器可以測量到車身高度和路面的不平度，并傳遞給控制器。

圖3 ABC系統組成圖

2.2 主動車身控制系統的工作過程分析

主動車身控制系統是一個全支撐懸掛系統，四個液壓懸掛減震柱在各個車輪處主動產生壓力適應路面條件變化。系統壓力由串聯泵3產生，位于串聯泵上的主動車身控制系統（ABC）節氣門Y86/1和轉換閥均由控制系統的控制單元促動。其中，節氣門Y86/1控制串聯泵的供油量。當系統壓力過高時，轉換閥可以將串聯泵轉換至無壓狀態，因此機油不會泵至高壓回路。在懸掛位置處，采用了動態可調式液壓缸1、2，它與懸掛彈簧串聯，并通過位移產生作動力，以消除車輪負荷的波動，這樣可以將車身加速度降至最小，從而可以省去傳統懸架的穩定桿。此外，還可以根據行駛條件持續調節懸掛和減震特性。

當在平滑路面行駛時，ABC的轉換閥在系統壓力大于180bar時打開。如果系統壓力下降，低于170bar時，轉換閥會再次關閉。這時，系統壓力由節氣門Y86/1控制，液壓油經過前軸閥單元Y36/1和后軸閥單元Y36/2進入前后減震柱進行力控制。

圖4 ABC懸架控制系統原理圖

如果路面變化導致機油需求量增加或者在較高的橫向加速度下轉彎時，壓力增長由節氣門控制執行。如果車輛處于靜止狀態并且發動機處于怠速時，轉換閥關閉。液壓油從儲油罐8中抽出，然后通過冷油器4和回流濾清器8.1流回。

液壓油從串聯泵3輸入到前軸閥單元Y36/1時會流經中央儲氣罐5，它可以在ABC系統耗油量急劇上升的情況下，系統可以通過兩個中央儲氣罐緩沖。在回流的過程中，也會經過回流儲液罐 7，它可以防止系統達到壓力峰值和出現噪音。

3 總結

主動懸架相比被動懸架有著很大優勢，但同時也存在著成本，能耗和響應速度等問題。成本方面，我們還需要加大科研投入，研發新材料、新工藝并做好產業化，多方面降低成本。能耗方面，國內有些學者通過在懸架上增設能量回收裝置，在懸架振動時吸收能量，在需要能量時在釋放出來。為提高懸架響應速度，國內外開始研究電磁懸架，這種懸架的響應速度很快，極大提高了車輛行駛的舒適性和安全性。隨著新技術不斷發展，智能、環保、安全將是主動懸架技術發展的重要方向。

參考文獻

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