汽车主动悬架技术特征分析

陈俊杰，李菲，肖鑫，宋建桐

（1.北京电子科技职业学院 汽车工程学院，北京 100176；2. 中国质量认证中心南京分中心，江苏 南京 210019；3.中国农业大学信息与电气工程学院，北京 100083）

引言

随着汽车大规模的增长，人们越来越重视车辆的乘坐安全性和舒适性。悬架是车辆底盘重要组成部分，由弹性元件、阻尼元件和导向机构组成。人们为了追求车辆舒适性，通常会采用降低弹性元件的刚度来实现。这样虽然可以缓冲来自路面的冲击，但也会加大车辆的不稳定，尤其增加车轮跳动量，加大车轮离开路面的概率，影响行驶安全性。如果增大弹性元件的刚度，可以减少车身姿态的变形量，保证轮胎良好接地，但是会破坏车辆行驶平顺性。在提高车辆行驶安全性和舒适性之间存在矛盾。而传统的被动悬架由于其悬架性能参数不可调，无法根据实际路况来调节悬架的刚度和阻尼参数，只能针对特定的情况，对悬架进行优化设计。而随着国家道路条件越来越好，车辆行驶速度也不断提高，因此，在这种情况下，主动悬架就应运而生。主动悬架通常由传感器、控制器、执行机构等组成。控制器可以根据加速度传感器、车速信号、转向信号等，控制执行机构，改变悬架刚度、悬架阻尼及车身高度等参数，保证车辆乘坐舒适性和行驶安全性。常见的主动悬架有空气悬架、油气主动悬架、液力主动悬架和电磁主动悬架等。

1 空气主动悬架

1.1 空气主动悬架的构成

奔驰S级汽车空气悬架由空气弹簧、压缩机、压缩空气储气罐、自适应阻尼减振器、传感器、控制器、机油热交换器等组成。压缩机可以把压缩空气泵入到四个空气弹簧柱中，实现车身高度调节功能。自适应阻尼减振器中的减震阀单元可以通过改变旁通阀的开通量，实现阻尼力调节。控制器可以读取传感器的信号，并可以根据传感器信号，评估输入因素，控制执行器工作。

1.2 空气主动悬架的工作过程分析

空气悬挂系统是空气悬挂与自适应减振器的组合，此系统可以根据路面状况和驾驶方式以车轮为单位对减震进行调节。

在正常工况下，空气悬挂根据负载的不同调节工作压力。如图2所示，压缩机A9/1 用于提供系统工作压力。空气悬挂系统控制单元N51-3通过空气悬挂继电器K67提供控制电压，继电器开关闭合，压缩机A9/1m1主电路接通，压缩空气可以通过空气悬挂系统阀装置分配到各个悬挂减震柱中。

空气悬挂系统装有一个储存压缩空气的中央储气罐，可以独立于压缩机的操作实现对车辆水平高度的快速调节。

当车速发生变化时，中央储气罐会通过空气悬挂系统阀装置中相应的阀门向气压弹簧套输送空气或者释放空气，从而改变车身高度，保证行驶安全性。

2 主动车身控制系统（ABC）

2.1 主动车身控制系统的构成

奔驰CL Coupe为全球第一款配备ABC系统的车型。该悬架系统也是主动式悬架中功能最强的悬架之一。它可以在保证舒适性的同时，保持最好的车身稳定控制。相比传统的悬架，主动悬架控制系统采用主动车身避振，可以很好的改善车体振动。还可以补偿转弯时车身侧倾及加速或制动时的纵倾运动，提高行驶安全。

ABC系统的基本组成如图3所示。ABC控制系统包括车身高度传感器、车身加速度传感器、控制器、主动车身控制系统后轴阀门单元、脉动缓冲器、液压泵、中央储压罐等。其中中央储压罐用于储存200bar的高压油。脉动缓冲器可以减少系统压力的波动。车身高度传感器和加速度传感器可以测量到车身高度和路面的不平度，并传递给控制器。

图3 ABC系统组成图

2.2 主动车身控制系统的工作过程分析

主动车身控制系统是一个全支撑悬挂系统，四个液压悬挂减震柱在各个车轮处主动产生压力适应路面条件变化。系统压力由串联泵3产生，位于串联泵上的主动车身控制系统（ABC）节气门Y86/1和转换阀均由控制系统的控制单元促动。其中，节气门Y86/1控制串联泵的供油量。当系统压力过高时，转换阀可以将串联泵转换至无压状态，因此机油不会泵至高压回路。在悬挂位置处，采用了动态可调式液压缸1、2，它与悬挂弹簧串联，并通过位移产生作动力，以消除车轮负荷的波动，这样可以将车身加速度降至最小，从而可以省去传统悬架的稳定杆。此外，还可以根据行驶条件持续调节悬挂和减震特性。

当在平滑路面行驶时，ABC的转换阀在系统压力大于180bar时打开。如果系统压力下降，低于170bar时，转换阀会再次关闭。这时，系统压力由节气门Y86/1控制，液压油经过前轴阀单元Y36/1和后轴阀单元Y36/2进入前后减震柱进行力控制。

图4 ABC悬架控制系统原理图

如果路面变化导致机油需求量增加或者在较高的横向加速度下转弯时，压力增长由节气门控制执行。如果车辆处于静止状态并且发动机处于怠速时，转换阀关闭。液压油从储油罐8中抽出，然后通过冷油器4和回流滤清器8.1流回。

液压油从串联泵3输入到前轴阀单元Y36/1时会流经中央储气罐5，它可以在ABC系统耗油量急剧上升的情况下，系统可以通过两个中央储气罐缓冲。在回流的过程中，也会经过回流储液罐 7，它可以防止系统达到压力峰值和出现噪音。

3 总结

主动悬架相比被动悬架有着很大优势，但同时也存在着成本，能耗和响应速度等问题。成本方面，我们还需要加大科研投入，研发新材料、新工艺并做好产业化，多方面降低成本。能耗方面，国内有些学者通过在悬架上增设能量回收装置，在悬架振动时吸收能量，在需要能量时在释放出来。为提高悬架响应速度，国内外开始研究电磁悬架，这种悬架的响应速度很快，极大提高了车辆行驶的舒适性和安全性。随着新技术不断发展，智能、环保、安全将是主动悬架技术发展的重要方向。

参考文献

[1] 陈龙,施德华,汪若尘,钱金刚.馈能悬架自适应离线神经网络逆控制[J].农业机械学报. 2015(2)∶281-287.

[2] 陈星.基于电磁执行器的智能悬架能量回收研究[D].重庆∶重庆大学,2011.

[3] 袁春元.电子控制空气悬架研究和发展[J].拖拉机与农用运输车,2008(3)∶1-3.

[4] 麻友良.汽车底盘电子控制系统原理与检修[M].沈阳∶辽宁科学技术出版社,1999.

[5] 杨柳青,陈无畏,高振刚,等.基于电磁阀减振器的1/4车辆半主动悬架非线性控制[J].农业机械学报,2014(4)∶1-7.