乘用車懸架系統新技術分析(中)

◆文/江蘇 高惠民

(接上期)

2.比例電磁閥(豐田AVS系統采用步進電機調整減振器阻尼力)調整阻尼力減振器

奧迪A8轎車配備了自適應空氣懸架。它利用電子阻尼力調控裝置，可以通過實時跟蹤車輛當前的行駛狀態，來測得車輪的運動狀態(簧下質量)和車身的運動狀態(簧上質量)。在自適應懸架的自動、舒適、動態、高位四個可選模式范圍內實現不同的阻尼力特性曲線，每個減振器都具有可以單獨進行調控功能。因此，在設定好的每種模式(舒適型或運動型)下均能夠保證車輛具有最佳的乘坐舒適性和操縱穩定性。并且在設定的模式的框架下，車身高度自動調控程序和減振器阻尼特性曲線被整合成一個系統。

該車輛采用了一個無級電子雙管充氣式減液壓振器(無級減振控制系統——CDC減振器)，減振器結構如圖17所示。

圖17 CDC減振器結構

活塞上的主阻尼閥門通過平衡彈簧機械預緊。閥門上方安裝有電磁線圈，連接導線經由活塞桿的空腔與外部連接。減振器阻尼力主要取決于閥門的流通阻力，流過的油液的阻力越大，減振器阻尼力就越大。如圖18所示減振器活塞1在缸套2內以速度向下運動，空腔內主阻尼閥門5下的油壓上升。電磁線圈4通電，電磁力FM對平衡彈簧彈力FF有反作用力并將其部分提升。當電磁力和油液壓力的總和(FM+FP)超過彈簧力FF時，就會形成一個合力FR，通過此合力阻尼閥閥門被打開。通過電流強度的高低調控電磁力的大小。電流強度越大，流通阻尼力就越小，當電磁線圈上沒有電流通過時，阻尼力達到最大。阻尼力最小時電磁線圈上的電流大約為1.8A，在緊急運行時不對電磁線圈通電。這樣就設定了最大阻尼力來保證車輛行駛時動態穩定。

圖18 CDC減振器工作原理

3.磁流變減振器(MRC減振器)

MR減振器是利用磁流變效應，即磁流變液的流變特性可以通過磁場的方法加以控制，從而使減振器的阻尼力發生變化。近年來這種電磁減振器在乘用車上得到應用，例如奧迪TT跑車和通用汽車等車型。

磁流變減振器中的工作介質磁流變液是由碳氫化合物為基體的合成油中加入3～10μm的軟磁顆粒材料和保持液體穩定性的添加劑組成。這種俗稱“液態鐵”油液在外加磁場的的作用下，黏度會發生很大的變化，根據磁場強度大小可呈半固體或固態體狀態，具有很大的抗剪切力。當外加磁場被撤去時磁流變液又恢復到原來的液體狀態，表現為牛頓流體特性。

與傳統減振器相比，磁流變減振器結構簡單，如圖19所示為奧迪TT跑車使用的磁變流減振器，取消了復雜的阻尼閥，以活塞孔替代，如圖20所示。

圖19 奧迪TT跑車磁流變減振器結構

圖20 磁流變減振器工作原理

電磁線圈不通電時，軟磁微顆粒隨油液自由散布在減振器中，當活塞運動時，活塞將油液及軟磁微顆粒壓過活塞孔，這時軟磁微顆粒相對活塞運動釋放的阻力很小，因此減振器阻尼力就小。電磁線圈進行通電控制時，軟磁微顆粒朝向磁區線，在活塞周圍形成微顆粒長鏈橫向分布狀態，當活塞運動時，各軟磁微顆粒要從鏈體上分離，被連同油液壓向活塞孔，而活塞孔要穿過這些軟磁微顆粒鏈，需要活塞克服的阻力大于電磁線圈未通電時的阻力，該阻力大小取決于電磁線圈通電電流產生的磁場的大小，由此減振器產生較大的阻尼力。如圖21所示是奧迪磁變流減振器與傳統減振器阻尼力比較。

圖21 磁流變減振器與傳統減振器阻尼特性對比

圖22 所示為2015款的凱迪拉克XTS主動電磁懸架系統的磁變流減振器采用了兩組電磁線圈。

圖22 凱迪拉克磁流變減振器兩組電磁線圈

這兩組線圈繞向相反，消除了線圈的渦流損耗，進一步加強了磁場的磁流變液的控制強度及速度，使得懸架響應特性大幅度提升，每秒能達到1 000次調整。采用磁變流減振器結合空氣懸架，能實時對車輛運動特性以及各個獨立懸架上的振動阻尼力進行單獨調整，因此，①當車輛急加速時，MRC系統會瞬間增加后減震器阻尼，以抑制車輛后仰。②當車輛急剎車時，MRC系統會瞬間增加前減震器阻尼，以抑制車輛點頭。③當車輛急轉彎時，MRC系統會瞬間增加外側減震器阻尼，以抑制車輛側傾及橫向位移。④當遇到顛簸路況時，MRC系統會實時調節四輪懸掛軟硬度，以最大程度增加輪胎抓地力。

四、懸架控制系統

懸架系統按照功能原理不同可以分為被動懸架系統(PassiveSuspensionSystem)、主動懸架系統(FullactiveSuspensionSystem)、半主動懸架系統(SemiactiveSuspensionSystem)三種系統。

被動懸架系統：懸架的彈性特性和阻尼特性受到外界激勵時，被動作出響應的懸架。被動懸架的剛度和阻尼系數被限定，不可以調整，駕駛員難體驗駕車的舒適性和穩定性以及靈活性。被動懸架系統結構及原理如圖23所示。

圖23 被動懸架系統結構與原理圖

主動懸以架系統：懸架ECU根據傳感器反饋的車輛行駛信息，進行分析計算，得到最優的控制結果，并且依靠自身能源，通過執行器閉環控制汽車懸架彈簧的剛度和減振阻尼。主動懸架系統結構及原理如圖24所示。

圖24 主動懸架系統結構與原理圖

半主動懸架系統：介于主、被動懸架系統性能之間，系統減振阻尼力可根據汽車行駛狀態和動力系統要求進行無級調節的。半主動懸架不僅能量消耗較低而且結構簡單、成本低廉、可靠性高，在大多數情況下具有與主動懸架相近的特性。半主動懸架系統結構及原理如圖25所示。

圖25 半主動懸架系統結構與原理圖

1.奔馳空氣懸架系統

奔馳空氣懸架系統是一種全承重式主動空氣懸架系統，所有靜態以及動態支撐都由車輪上的四個氣囊提供。它具有以下額外功能：車身水平高度調節可以手動操作，也可以根據車速自動升高/降低車身水平高度；車身水平高度電子調節裝置在前后軸上控制車身水平高度并根據駕駛與車輛載荷情況相應地將其保持在一個恒定的水平高度上；“自動減振適應系統”(ADS)可根據道路及駕駛方式設置減振力；道路狀況由車身上的垂直加速度傳感器來判定；駕駛方式(水平加速度)則根據車速與轉向角計算出來。這個系統的優點表現在：

①通過以下特點提高了駕駛安全性和乘坐舒適性：根據道路狀況和駕駛風格調節減震；較低的重心；較低的風阻；前軸提升較少。

②單獨調節：在粗糙路面上或進入車庫時提升車身水平高度；可根據舒適型或運動型駕駛風格調節減振級別。

③駕駛員獲得信息方式：通過開關面板中的功能指示燈顯示升高后的車身水平高度等級以及運動型減振的等級；在多功能顯示屏中顯示車身水平高度過低的信息。

(1)系統構成

奔馳空氣懸架系統主要由傳感器、控制器、執行器3大部分組成。如圖26所示。

圖26 奔馳懸架系統組成

傳感器主要有：壓力傳感器，右、左前車身加速度傳感器，右、左前水平高度傳感器，右后車身加速度傳感器，后軸水平傳感器，轉向角傳感器等。控制器主要有：帶自動減振適應系統(ADS)的空氣懸掛系統控制單元。執行器主要有：壓縮空氣單元，水平高度控制閥單元，左右前減振閥單元，左右后減振閥單元。

(2)系統工作原理

如圖27所示空氣懸架氣動/液壓裝置圖，空氣壓縮機m1由直流電動機驅動，形成壓縮空氣，壓縮空氣經干燥器c干燥后，由空氣管道經水平高度控制閥送至空氣彈簧的主氣室。當車身需要升高時，空氣懸掛系統控制單元(N51)控制水平高度控制單元(y36/6)的4個電磁閥(y36/6y1、y36/6y2、y36/6y3、y36/6y4)，使壓縮空氣進入空氣彈簧的主氣室，于是空氣彈簧伸長，車身升高。當車身需要降低時，空氣懸掛系統控制單元控制電磁閥使空氣彈簧主氣室中壓縮空氣經水平高度控制單元至傾翻/剩余壓力保持閥(b)、壓力釋放閥(yl)排到空氣濾清器處，于是空氣彈簧壓縮，車身降低。車輛的升高或降低取決于行駛速度與水平高度調節按鈕的設置。有三種可能的車身水平高度級別與行駛速度關系。如圖28所示。

圖28 奔馳空氣懸架車身水平高度調整標準

(3)懸架滑柱

如圖28所示，懸架滑柱是集空氣彈簧、液壓減振器和減振閥單元以及極限限位機構為一體的綜合機構，安裝于橫臂與車身之間。懸架滑柱的上腔充入氣體(或排除氣體)，用于升高(降低)車身水平高度，起到彈簧(支撐和緩解振動)的作用。懸架滑柱的下腔充入的油液，由減振閥單元來控制液壓力大小，以改變阻尼的大小，適應路面對車輛的沖擊引起振動。減振閥單元(Y51，Y52，Y53，Y54)包括一個殼體和2個活塞簧片閥總成(p)。每個活塞簧片閥總成上都有一個簧載電磁閥活塞，閥門活塞與電磁線圈組成了電磁閥總成(y1，y2)，如圖29所示。

如果電磁閥線圈(y1，y2)沒有通電，則簧載電磁閥活塞(y1，y2)使下面的小孔保持關閉。液壓油通過簧片閥總成(p)以及外殼中的橫流油道排出，減振器阻尼力減小。如果電磁閥線圈(y1)通電，則電磁閥活塞(y1)打開小孔，讓液壓油流過。活塞簧片閥總成(p)中僅有極小的液壓油限制通過，則減振器阻尼力就增大。減振等級是通過電磁閥開啟比例控制實現的。

(4)控制系統

系統通過各個傳感器、控制開關、防滑控制模塊、驅動力控制模塊、發動機控制模塊所給的信號傳給帶自動減振適應系統(ADS)的空氣懸掛系統控制單元，經過帶自動減振適應系統(ADS)的空氣懸掛系統控制單元的計算分析，并發出指令來調節空氣彈簧硬度和減振器阻尼力，從而達到車輛運動最理想的狀態。由于該計算分析過程所需時間只有幾十微秒，因此，空氣懸架系統對車輪的每一個微小動作都能做出快速恰當的反應。如圖30所示是懸架控制原理框圖。

圖29 奔馳懸掛滑柱(減振閥單元)總成結構圖

圖30 奔馳懸掛滑柱(減振閥單元)總成結構圖