电动化趋势下,汽车悬架发展

电子发烧友网 梁浩斌
汽车悬架的发展可以追溯到汽车诞生之初,早期的汽车悬架系统极为简单,主要是刚性轴和悬挂弹簧组成,由一根刚性轴连接车轮,并通过悬挂弹簧来吸收路面的冲击。这种悬架沿用了很长时间,从汽车发明之初,一直到二十世纪初,都被广泛用在汽车上。

“悬架”在汽车的发展中,一直是一个极为重要的部分,悬架技术的发展与汽车工业的整体进步息息相关。而近年来,随着汽车电气化的发展,更先进的悬架层出不穷,比如比亚迪的云辇-X、下降到30万以下价位的双腔空悬、蔚来的天行全主动悬架等。

那么目前的汽车悬架到底发展到哪种程度了,电气化在悬架的发展中起到什么作用?

汽车悬架的发展历史

汽车悬架的发展可以追溯到汽车诞生之初,早期的汽车悬架系统极为简单,主要是刚性轴和悬挂弹簧组成,由一根刚性轴连接车轮,并通过悬挂弹簧来吸收路面的冲击。这种悬架沿用了很长时间,从汽车发明之初,一直到二十世纪初,都被广泛用在汽车上。

刚性轴和悬挂弹簧由于结构的局限,对不平整路面的适应能力有限。

到了二十世纪三十年代,液压减震器和螺旋弹簧开始在汽车悬架上广泛应用。液压减震器通过控制阻尼力来减少车辆震动,螺旋弹簧提供支撑,两者互相配合,能够达到较好的减震效果,相比以往的刚性轴系统提供更好的行驶性能和舒适性,这也是目前应用最广泛的汽车悬架系统。

液压悬架的本质其实就是通过减震器上的油量变化,来改变硬度和高度,而不同的液压悬架差异,主要就在控制单元的放置形式上。

液压悬架的结构包括:

液压泵:作为液压悬架系统的动力源,液压泵负责提供压力油,是系统的核心部件。

液压缸:液压缸与车轮相连,内部充满液压油。液压缸通过液压油的流动来吸收和减缓路面不平带来的冲击。

液压阀:液压阀控制液压油在系统中的流动,包括流量和压力,从而调节悬挂的软硬和阻尼。

ECU:是液压悬架系统的大脑,根据来自车辆传感器的数据,如车速、车身姿态、路面状况等,计算出最佳的悬挂设置,并通过控制液压阀来实现。

传感器:包括车速传感器、加速度传感器、车身高度传感器等,用于监测车辆的实时状态,并将数据传输给ECU。

比如仰望U8上的云辇-P实际上也属于液压悬架,不过包含了更为先进的主动调整功能。

到二十世纪50年代,气动悬架系统开始受到关注,直到70年代开始在高端汽车上应用。气动悬架的特点是,能够通过调节气压来改变悬架的硬度和高度,可以改变车辆的运动性能或提高舒适性。不过早期气动悬架成本过高,且维护困难,容易出现漏气现象,导致气压不稳,工作寿命短,因此这项技术目前主要在后装改装市场上应用。

而气动悬架系统的改进版本,空气悬架在二十一世纪开始在高端车型上广泛应用。空气弹簧是空气悬架的核心部件,它利用橡胶气囊内部的压缩空气作为弹性恢复力,起到缓冲、减震和承重的作用。空气弹簧可以通过外部气罐来增减充气量来调整刚度和承载力,还能改变车身高度,具有优异的吸振和降噪能力。

另外,空气悬架还包括减震器、空气供给单元(压缩机、分配阀等)、控制器ECU、加速度传感器、储气罐、电磁阀等部件。通过多个部件结合,ECU接收来自传感器的车辆状态信息,通过控制空气供给单元和电磁阀来调节空气弹簧中橡胶气囊的气压,能够快速调节车身高度和悬架刚性。

目前被广泛宣传的双腔空气悬架,实际上也是空气悬架的一种,特别之处在于其空气弹簧中设计成两个气室。通过改变两个气室的气压,能够提供相比单腔空气悬架更广泛的调节范围。

而随着传感器、ECU等的发展,目前的悬架系统已经往更实时的自动调整发展。甚至可以根据激光雷达对前方路面进行扫描,对即将到来的路面提前让悬架系统进行调整,让车辆真正达到如履平地的效果。

更紧凑、带能量回收的电控液压悬架

汽车悬架的本质,是如何快速调整悬架的刚性和高度,延迟越低,调整幅度越大,那么体验的效果就能越好。

蔚来此前在ET9上演示的天行主动悬架,能够完全适应路面上的减速带,及时改变悬挂行程,真正实现如履平地的效果。

而在这背后的功臣,同样是液压悬架。但与市面上其他量产车型不同的是,ET9上使用了一种称为高带宽主动悬架(CM1)的技术。

这种技术是由ClearMotion开发,核心是一个被称为Activalve的电机驱动的液压泵系统,它由几个关键部分组成:噪音消除装置、内啮合齿轮泵、微型无刷直流电机,以及底部的微处理器、功率器件和传感器。

相比其他的主动液压系统,CM1的主要的特点可以概括为三点:能量回收、高度集成化、软件定义。

首先是能量回收,过去悬架在形式过程中的压缩等动作,所产生的能量大部分以热能的形式散发出去,而CM1中的Activalve设备,可以在弹簧收缩时,通过液压油的流动来将压缩动能转化为机械能,并通过电机将这些机械能反向转换为电能,这在电动汽车中更能带来节能的效果。

根据官方介绍,ClearMotion的能量回收系统瞬时功率最大可以达到5kW,这可以大幅降低悬架在整车中的能耗占比,降低对电动汽车续航的影响。

集成化方面,主要在于Activalve的高度集成化,将噪音消除装置、内啮合齿轮泵、微型无刷直流电机,以及底部的微处理器、功率器件和传感器等部件集成到能够附着在避震器上的Activalve。

同时Activalve也是一个以软件为中心的电液装置,用于监测、处理和响应路况,并能够通过软件更新来提升性能和功能,包括与自动驾驶系统的联动。

小结:

汽车电气化的趋势,不仅仅是在智能座舱,“彩电冰箱大沙发”上,驱动能源的改变,也在影响着汽车悬架的发展方向。未来汽车悬架系统也将随着更多新技术的加入,而变得更加智能。

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责编:莎莉
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