汽車空氣懸架系統控制詳解

06-16

作者：小黃/cartech8

車輛的舒適性和操控性一直是衡量汽車性能的兩大核心標準，要舒適性懸架就要求相對軟，懸架軟就會造成車輛過度傾側，過度傾側就會帶來操控性問題，在汽車發展的很長一段時間內兩者很難彼此兼顧。對此，眾多汽車設計大師們研究出各種技術來解決這一問題，但其中最具里程碑意義的還數空氣懸架技術的問世。今天cartech8將和大家共同探討這個技術。

一．概述

奧迪A6L空氣前懸架系統

奧迪A6L空氣後懸架系統

普通由螺旋彈簧與減震筒組成的懸架系統並不能調整軟硬和高低。螺旋彈簧的長度與彈性係數定下來之後，車身的高度跟懸架的軟硬特性也就固化下來無法改變了；減震筒的阻尼定下來以後，懸架的響應速度與吸震特性同樣也變不了。而空氣懸架是以空氣彈簧為彈性元件的懸架系統，它的最大特點是變剛度與易於調整。空氣彈簧與其它以鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧等鋼製彈簧為彈性元件的懸架的主要優點和缺點如下：(汽車工程師之家小黃/cartech8)

空氣彈簧為彈性元件

1.彈性特性可以呈明顯的非線性，利於在不同載荷下保持較為恆定的偏頻；

2.較容易改變車身高度；

3.由於空氣彈簧本身只能承受垂直力，所以需要布置足夠的桿件來傳遞各種力以及扭矩；

4.需要有產生壓縮空氣的裝置；

5.靠空氣彈簧本身產生的抗側傾力矩一般不夠，需要加裝橫向穩定桿等裝置。

6.改善路面不平度激勵向車身的傳遞，減少不良振動造成汽車零部件的早期損壞。

7.重卡對道路的磨損量可以減少50%。

8.當汽車發生偏載時，汽車仍可以保持水平。

9.延長汽車及其零部件的使用壽命，減少維修停工時間，提高汽車的營運效率。

二、空氣懸架組成：

空氣懸架系統包括空氣彈簧、減振器、空氣供給單元（如空氣壓縮機、單項閥、氣路、儲氣罐等）、導向機構和車身高度控制系統。

1. 空氣彈簧按氣囊結構型式可以分成囊式、膜式和複合式三種。一般採用囊式空氣彈簧，它由夾有簾線的橡膠氣囊和密閉空氣組成，如下圖，氣囊有單節和多節式，節數越多彈性越好，但密封性差。空氣彈簧的特性在前面已經介紹了。

2.減振器主要用來衰減車身的振動，後面有詳細介紹。

3.導向機構由縱向推力桿和橫向推力桿等組成，用來傳遞車身和車橋之間的縱向力、側向力以及驅動、制動時產生的力矩。彌補空氣彈簧只能承受垂直載荷的缺點。

4.空氣供給單元包括空氣壓縮機、單項閥、氣路、儲氣罐、電磁閥等。主要用作產生、儲存、控制壓縮空氣。

5.車身高度控制系統分為機械式控制系統和電控控制系統。高度控制感測器安裝在前後左右四個懸架附近。他的作用是檢測車身高度（汽車懸架裝置的位移），並將它轉化成電子信號，輸入控制裝置ECU。通過電子技術控制和空氣懸架系統的完美結合，使得空氣懸架系統的性能得以完美展現。電子控制ECU採集分析車高、轉向角、加速度、路況預測等感測器信息，控制懸架執行器動作。系統的控制功能通常有以下三個：

a.車高調整：當汽車在起伏不平的路面行駛時，可以使車身抬高，以便於通過，在良好路面高速行駛時，可以降低車身，以降低重心，提高操縱穩定性。

b.阻尼力控制：用來提高汽車的操縱穩定性，在急轉彎、急加速和緊急制動情況下，可以抑制車身姿態的變化。

c.彈簧剛度控制：改變彈簧剛度，使懸架滿足運動或舒適的要求。

新舊奧迪A6L懸架對比圖1

新舊奧迪A6L懸架對比圖2

三、空氣懸架高度調整

1、現代汽車對懸架系統的要求

在汽車行駛過程中，由於路面的不平整或汽車自身運動狀態的改變，會使汽車表現出各種運動形態，包括車身的垂直振動、俯仰運動和側傾運動等。

垂直運動前後運動左右運動

（路面不平）（加速、制動）（轉彎）

(汽車工程師之家作者：小黃/cartech8)

汽車行駛時的運動形式

綜合考慮上述因素，現代汽車對懸架提出的要求有：

（1）具有足夠的強度；

（2）具有適當的彈簧鋼度、且能根據載荷的變化而變化；

（3）具有足夠的側傾度；

（4）具有良好的吸振能力；

（5）能夠保證車輪正確的定位參數。

2、懸架系統的高度控制

懸架的高度控制系統：可根據車內乘員人數或汽車裝載情況自動調節車身高度，以保持車身穩定的行駛姿態。

電控懸架的結構布置圖

工作模式避震器行駛高度

（1）舒適舒適為主 0mm-15mm

（2）自動根據駕駛員環境自動調節 0mm-28/35mm

(3) 動態運動為主 -15mm-28/35mm

（4）越野根據駕駛環境自動調節 25mm，直到100km/h

（5）高位根據駕駛環境自動調節（劇烈越野模式） 60mm,直到40km/h

3、典型的車高控制有以下3種

1）停車水平控制

停車後，當車上載荷減少而車身上抬時，控制系統能自動地降低高度，以減少懸架系統的負荷，改善汽車外觀形象。

2）特殊行駛工況高度控制

當汽車高速行駛時，主動降低車身高度，以改善行車的操縱性和啟動特性。

汽車行駛於起伏不平較大的路面時，主動升高車身，避免與地面或懸架的磕碰。

3）自動水平控制，保持高度恆定

車身高度不受載荷影響，保持基本恆定，姿態水平，使乘坐更加平穩，前大燈光束方向保持不變，提高行車安全性。

常見的控制方式有兩種：

方式1：高度感測器控制車身高度

在該控制系統中，高度感測器的信號用於控制空氣壓縮機向空氣彈簧輸送壓縮空氣，抬高車身。

同時該信號（高度感測器）也被用來控制空氣彈簧上的排氣電磁閥，釋放空氣彈簧中已有的氣體，從而達到維持彈簧內的壓力和降低車身高度的目的。

乾燥器內的乾燥劑（硅的化合物）吸收進氣過程中壓縮空氣的水分，這些水分可以通過進乾燥器排出的氣體帶走，以使乾燥劑能得以重複使用。(汽車工程師之家小黃/cartech8)

方式2：ECU控制車身高度

在空氣壓縮機與空氣彈簧之間設置了高壓的儲氣筒，空氣壓縮機輸出的高壓氣體儲存在該儲氣筒中，壓力開關感受儲氣筒內的壓力，最終通過電腦控制空氣壓縮機的運轉。

下圖是帶雙氣罐（高壓儲氣罐低壓儲氣罐）閉環控制邏輯圖，現在的車輛大多採用的是只有高壓罐的開環控制模式：閉環懸架系統,可以有效地減少能量損失並降低空氣彈簧排氣時造成的雜訊污染。

在控制系統中，高度感測器是檢測部分，裝在車身與懸架之間，用來檢測某一車輪或車軸上方車身高度的變化，向電腦提供車身高度信息，電腦通過綜合信息控制懸架高度。

四、空氣懸架阻尼調整

通過調節減振器阻尼大小，實現懸架阻尼軟、中、硬之間進行自動調節。從而使懸架剛度和阻尼最優配合。抑制車身姿態變化，使汽車或得良好的操作穩定性和乘坐舒適性

目前可變阻尼減震器主要有兩個發展方向，一個是在減震器結構上做文章，另一種則是在減震器油液上做文章。

在減震器結構上做文章是目前比較主流的方式，這類減震器通過在活塞或減震器內外腔室間增加電磁閥來改變減震器動作時流體流動的阻力，進而使減震器消耗的振動能量增加或減少，使其阻尼特性發生變化。ZF的連續減震控制系統，在奧迪、寶馬、別克、凱迪拉克等品牌上都有使用。系統根據車輛上的車身加速度感測器、車輪加速度感測器、以及橫向加速度感測器等感測器的數據判斷車輛行駛狀態，由中央控制單元ECU進行運算，隨後ECU對減震器上的控制閥發出相應的指令，控制閥門的開度來提供適應當前狀態的阻尼，也可以在車內由駕駛者選擇預設的模式（響應特性曲線）來工作。這類系統通過使用高精度的電磁閥可以實現不同的性能要求，從每秒鐘反饋/調整100次到每秒反饋/調整1000次的產品都有。

在減震器油液上做文章：就是以電流控制減震內液體的黏度，使之根據駕駛狀況的不同而改變減震回彈力的速度和大小。減振器活塞桿中帶有電磁線圈，產生的可變磁流穿過液體。當線圈電流關閉時，磁流變液體沒有磁化，軟鐵顆粒隨機地分散在液體中，懸浮液的性能和普通的減震器油液一樣。通電後，磁場使鐵顆粒沿流體方向形成纖維結構排列，懸浮液的流動性因此產生變化。所以改變電流就改變阻尼性能，變化範圍很寬。