汽车悬架系统 – 电控篇

悬架的种类

被动悬架。刚度和阻尼都是固定值,不能适应变化的行驶路况。为了考空的稳定性和安全性,悬架设计要保持较高的刚度;为了驾乘的舒适性,需要较低的刚度。舒适性和安全性对悬架的要求是相互矛盾的。因此,被动悬架难以兼顾舒适性和行驶安全性,只能在其中找一个平衡点。
全主动悬架。悬架的簧载质量和非簧载质量靠驱动器连接。根据路面的不同状况,通过输入外力控制驱动器,从而使悬架始终处于最好的控制状态。
半主动悬架。根据反馈的信号来调节悬架的弹簧刚度或阻尼器阻尼的电子空子悬架系统,从而使震动保持在较低水平。
主动悬架。主动悬架可以兼顾汽车的平顺性和操控性。普通的非主动悬架只能采取折中的办法。当承载质量发生变化或道路条件发生变化时,主动悬架可以调整自身参数,使车身的离地高度保持在合理的数值上,从而提高汽车的操纵稳定性、平顺性和通过性。

简化模型如下:

电控悬架

电控悬架研究:电控悬架和空气悬架的四个发展趋势_搜狐汽车_搜狐网 (sohu.com)

悬架(又称悬挂,英文为Suspension)是汽车的车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的总称,其作用是传递作用在车轮与车架之间的力和力扭,并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力,并减少由此引起的震动,以保证汽车能平顺地行驶。

典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成,个别结构还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式,而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧,部分高级轿车则使用空气弹簧。弹性元件主要用来承受垂直力并转化为弹性势能,从而减缓汽车在凹凸路面行驶引起的冲击。

减震器用来吸收与释放弹性元件的弹性势能(通常通过热能形式排出),从而迅速衰减车架和车身的振动,防止车身因弹性元件伸缩造成的反复颠簸;减震器改变截面实现阻尼系数变化,根据行驶状态确定悬架软硬。电控减震器的主流产品为采埃孚的CDC(Continuous Damping Control,连续阻尼控制系统),每秒钟检验100次路面情况,根据传感器的数据改变内部阀门大小,从而改变流量大小,进而改变阻尼影响悬架的软硬,从而实现:

1)、转弯的时候防侧倾;

2)、制动的时候减少点头;

3)、提升乘坐舒适性等功能。

伴随电子控制水平发展,电控悬架应运而生。电控悬架是指通过电控系统控制悬架执行机构,调节阻尼、高度、刚度,以及施加主动力等,改善车辆舒适性和操控稳定性的系统。

电控悬架控制器(ECU)通过传感器和CAN总线采集高度、速度、方向盘转角、制动轮缸压力、驾驶模式等作为输入信号,经过算法处理,得出使系统控制性能最佳的控制信号,经由驱动电路控制电磁阀通断电时间或电流大小,进而调节对空气弹簧的充气、放气,或调节减振器阻尼力,达到调节悬架刚度和阻尼的作用。

空气悬挂工作原理图

来源:保隆科技

目前,悬架行业重点推广的是空气悬架系统。通常,配置了空气弹簧的车型也同步配置MRC或CDC;而配置MRC、CDC的车型不一定配置空气弹簧。

发展趋势一:空气悬架在中国的渗透率还很低,国内乘用车市场渗透率只有0.7%

商用车方面,受法规强制安装要求,空气悬架在商用车中逐步推广。根据2017年《机动车运行安全技术条件》规定,自2020年1月1日起,总质量≥12000kg的危险货物运输货车的后轴、所有危险货物运输半挂车以及三轴栏板式、仓栅式半挂车配备应装备空气悬架。海外发达地区商用车空气悬架渗透率已达 85%左右,国内商用车渗透率还很低,还有很大发展空间。

乘用车方面,根据佐思汽研数据中心的统计,2022年1-4月,进口车市场空气悬挂渗透率约为24%,国内乘用车市场的空气悬挂渗透率约为0.7%。

中国乘用车市场空气悬挂装配率

来源:佐思汽研数据中心

发展趋势二:中国OEM和Tier1正快速拉低空气悬架的应用门槛

空气悬架对汽车操控性、舒适性提升明显,多配置于60万元以上的进口豪华汽车中,如奔驰、宝马、奥迪、沃尔沃、路虎、保时捷等高端车型;以蔚来、小鹏、理想为代表的造车新势力和以吉利、一汽红旗、长城为代表的的传统车企为了提升品牌,在高端智能汽车上配置空气悬架;他们或全栈自研,或与空气悬架供应商合作,引领空气悬架向下逐步渗透。

国内车企或逐步倾向于自研空气悬架控制单元及算法(最终集成至底盘域控制器中),并将硬件总成分拆成空气供给单元、空气弹簧、传感器等部件分别采购,最后再由主机厂主导集成,这为国内零部件供应商单点突破带来机遇,如保隆科技、中鼎股份、拓普集团、孔辉汽车等,已逐步实现空气悬架相关部件的量产和配套。

目前空气悬架的总体单车价值量约1.1-1.6万元,随着供应链国产化降本,以及产量的提升,预计国产化乘用车空气悬架整体价格有望降至8000元以内。

在消费升级及国产化降本推动下,空气悬架正从60万元以上的豪华车渗透至30万元区间造车新势力的选配甚至标配产品。2018 年起,蔚来 ES8、ES6 的上市将空气悬架配置下探至 40 万元以内。2021 年极氪001 与东风岚图FREE将空气悬架继续下探至30万元以内车型。

另外,我国汽车消费升级趋势显著,20万元以上车型销量占比明显提升,从2016年的17.3%增长到了2021年的30% 。汽车消费升级也加快了乘用车空气悬架的导入。

孔辉科技自有空气弹簧装配生产线,一期规划年产能15万套。拓普集团首个空气悬架系统工厂坐落于宁波滨海新区,总投资约6亿元,计划2022年6月正式投产。新工厂投产后可实现年产量200万只空气悬架,满足每年50万辆车的配套。

保隆科技投资10亿元在合肥园区打造了一条空气弹簧产线,具备年产10万台车空气弹簧的能力。2023年第二条线和第三条线将投入生产,未来规划再建6条产线,2025年实现年产超过50万台整车空气弹簧。

国内大批空气弹簧产线的达产,必将带动空气弹簧的大批量上车,为更高级别悬架功能的导入打下硬件基础——譬如魔毯悬架。

发展趋势三:魔毯悬架功能兴起

常见的空气悬架系统往往是手动选择驾驶模式,不同驾驶模式有不同的悬架设置。魔毯悬架则更进一步,通过摄像头和雷达扫描车前方路面状况,以调节空气悬挂的阻尼、高度和刚度,达到平稳通过颠簸路段的效果。魔毯悬架比空气悬架一般多一套环境感知系统(视觉和雷达等)和更强大算力的控制器(也可能利用域控制器的算力)。

魔毯悬架系统采用最多的环境感知系统是双目视觉系统。奔驰的魔毯悬架系统叫做MAGIC BODY CONTROL智能车身控制系统,就采用的双目视觉系统。宝马也是利用了立体摄像头作为感知系统。

宝马魔毯悬架主要由以下几个系统组成:动态减震控制系统、整体主动转向系统、智能全轮驱动系统、4个车轮速度传感器、前后轴的电动主动稳定杆、12V蓄电池及逆变器、前挡风玻璃立体摄像头等。

国内的双目视觉供应商中科慧眼和保隆科技都获得了魔毯悬架的定点项目。

发展趋势四:悬架控制需和转向及制动控制结合,也将与ADAS功能融合

在豪华品牌的底盘控制中,电控悬架功能从来不是独立存在的,悬架控制往往和转向系统控制以及制动控制系统相结合的,譬如奔驰的E-Active Body Control系统。

奔驰的E-Active Body Control使用了五个多核心处理器、20多个传感器以及立体摄像头,可预测不同的驾驶情况。具体功能描述如下:

基于48伏的全主动悬挂,在不同的驾驶模式下操纵特性差异比以往更大 ;

E-ACTIVE BODY CONTROL分别调节每只避震器的阻尼力和弹簧力,可以抵消车身的侧倾、俯仰和升力;

在COMFORT驾驶模式下,ROAD SURFACE SCAN使用SMPC立体多功能摄像头监视车辆前方的路面。然后启动弹簧撑杆,以大大减少穿越颠簸时的车身晃动与震动;

在CURVE驾驶模式下,车辆会依状况主动倾斜。此倾斜功能和舒适的悬挂设置,极大地提高了乘坐舒适性,而对胃部较敏感的乘客感觉特别好(适用于吃饱的状态);

E-ACTIVE BODY CONTROL主动车身控制系统,实现了新版PRE-SAFE主动安全功能,能降低侧面碰撞所造成的伤害;

在全轮转向(选配)和后方大转向角(最高10度)的情况下,S级的转弯幅度最多可减少了2米。这使长轴距S级的转弯直径可小于11米;

透过将后轮转向系统与更直接的前轮转向系统相结合,还可以实现高度的敏捷性与高速稳定性;

转向和制动系统的集成,可使动态情况下的操控更加精确和稳定。

由于ADAS系统需要一套环境感知系统,魔毯悬挂也需要一套环境感知系统,因此两者可以复用部分传感器。国内企业中,中科慧眼、保隆科技分别和合作伙伴一起,推出了魔毯悬挂+ADAS的融合感知解决方案。

魔毯悬挂 1

双目立体视觉:魔毯与智驾的不二之选 – 知乎 (zhihu.com)

魔毯底盘革新,舒适与安全的进阶

“魔毯”一词最早是一个消费者用语,学术领域叫路面预瞄。为什么称之为“魔毯”,是因为我们希望得到一个类似于魔毯的体验。怎样让车辆行驶在各种路况下如履平地呢?智能底盘起到关键的作用,而双目立体视觉就是智能底盘的一双智慧的眼睛。

归纳一下我们在驾驶中可能遇到的一些典型场景:(一)各种各样的道路类型,如结冰、泥泞、大雪、山地石子路等,影响车辆安全行驶;

(二)普通道路上的“状况百出”,如凸起的铁板、凹陷的坑洞、减速带、急降陡坡等,遇到这些情况,人类驾驶员的第一反应是要提前减速,或者踩刹车,否则就会有很明显的冲击和颠簸,也会影响行驶安全。

所谓“魔毯”要解决的就是这些问题。配备魔术车身系统的车辆,在经过颠簸坑洼路段时,依然可以平顺通行。它的流程比较简单,可以用三个步骤来解释:(一)配备双目摄像头,实时扫描路面。(二)提取分析车前一定距离内的路面信息,包括粗糙程度、凹凸程度等。(三)底盘自适应调节,缓解颠簸。

实现“魔毯”的系统组成:

(一)配备双目立体视觉[TJ1] 系统

同时获取道路的色彩与深度信息

深度信息能区分路面与井盖、减速带等的高度差(区分能力5mm,测高能力优于1cm@15m)

能识别减速带、井盖、凹坑等高程障碍物

系统实时性至少满足0~120km时速下的底盘响应时间需求

智能判别道路类型(全地形拓展)

(二)配备智能悬架系统

螺簧悬架(含CDC)、空气悬架均可,无需必备奔驰的MBC类全主动悬架

配备高度传感器、轮速、加速度、陀螺仪、方向盘转角等传感器

电控减振器调节时间满足系统实时性与安全性要求

电控减振器与摄像头的通信周期尽量短

具备ESP等车身稳定和四轮动力调节系统更佳(全地形拓展)

“魔毯”的系统测量要求:

路面高程测量分为两类:长波激励和短波激励。长波类似于道路年久使用,特别是大车长期经过之后把路面压出凹陷,车辆进到这样的凹陷时就需要把车头顶起来,保持其行驶平顺。类似奔驰MBC就能够很好地应对这样的情况,但这类悬架控制要求比较高,可以称为全主动悬架,能够控制车身高度。

短波激励情况下的要求就相对较低,只要有CDC就可以。CDC是一种半主动悬架器件,主要的功能除了稳定车身之外,就在于它可以缓解地面的冲击力(也叫阻尼力)。当车辆经过减速带或者凹坑,在突然上升或下降的过程中会有一个很明显的垂向冲击,CDC可以去缓解这个力。朝着这一方向去发挥CDC的功能,是智能底盘的一个很好的拓展和应用。

一些客户在实际应用中,会把CDC分为8-10个等级,每个等级对应路面的不同凹凸程度,从而调节CDC以不同的阻尼力去缓冲。比如看到前方出现一个或多个减速带,根据凸起程度对应等级调节CDC缓解颠簸,这样从体验感上就能带来明显的收益,是视觉传感器和悬架的一个很好的结合。

元橡科技双目魔毯产品感知效果:

根据元橡与多家主流减振器和悬架Tier 1企业乃至车企客户的接触交流来看,他们对传感器最低的要求是高度区分精确度要达到2cm以内,毫米级更佳。一般的激光雷达能做到3cm,这其实是不太够的,而单目视觉就更加不够了。

元橡目前的项目实测中,以1M像素摄像头为例(根据不同客户需求,元橡可提供1M、2M、8M像素等不同规格产品),路面高程激励指标可以做到目标识别率99%, 在15m处距离检测精度优于15cm,高程测量精度优于1cm,波长测量精度优于10cm。雪地、泥地、沙地等十多种道路类型综合识别准确率优于95%。[TJ2] 

双目智驾感知,极致性价比才是“真香”方案

除了能够帮助底盘进行精准控制从而提高车辆的舒适性和安全性,立体视觉在智驾领域也起着非常重要的作用。中国人非常擅长的一点是能够用很低廉的价格做出好的产品。更低成本更高体验,是整个汽车产业共同追求的目标。

当前,智能驾驶系统的能力正在跨越到城市NOA的阶段。这一阶段就要求系统在城市复杂场景下的感知提升到相应的水平。比如对于某城市路段场景,我们分别以单目和双目的视角做了识别测试。在单目AI标注中,水桶和三角锥等并没有被识别出来,也就是说在行驶的规控视角中,这些目标在世界坐标系中消失了,这就必然带来碰撞的风险。

而在立体视觉的识别视角下,所有的物体都是能够被看到的,它不依赖于AI。

AI的长尾效应导致即使用海量大数据去训练,理论上也还是不可能达到百分之百,它没有见过的东西就无法识别。而立体视觉的好处就是即使我不认识它是一个什么东西,但仍能判断它是不是一个障碍物,获得障碍物的信息。

比如我们开车时经常会遇到的加塞场景。当有车辆突然加塞进来,驾驶员或智能系统的反应速度以及传感器的检测时机就决定了是不是能够平顺避障、刹车。如果依赖于AI技术检测,那么大概率AI要看到至少一个轮子,它才能把这个目标识别为一辆车。如果只是看到一个小小的白色车头就去标注的话,会带来大量的误识别,所以它一定会保守一些,但这会大大延长车辆的响应时间。而双目视觉3D点云会比纯AI目标框更早检测到前插车辆,提升规控横纵向(AEB)响应时间。

此外,全场景下,3D点云信息能计算目标车辆、行人的三维尺寸、运动姿态等信息,提升横向控制鲁棒性;在上下坡场景,3D点云也能提供道路的坡度信号,提升车道保持(LKA)的控制鲁棒性。

从立体视觉对通用障碍物的检测角度拓展,当智能驾驶来到L3、L4阶段,感知层面就绝不仅止于人和车的检测识别,而会有大量的没有见过的目标,这个时候真正的门槛就会变成你是不是有海量的算力和样本,不是所有的企业都能做到这一点。而立体视觉相当于另辟蹊径,不一定要海量数据,也能检测通用障碍物。

元橡立体视觉产品的另一个优势在于测量精度比较高,因为“魔毯”功能的要求其实比智驾更高,它的测量精度要达到1cm以内甚至是毫米级。对于智驾来说,100m的距离一般的单目做到10%的测距偏差就很好了,但元橡2M像素产品在150m的距离精度可以做到7%以内,这个指标根据客户的要求也可以更高。

而在单车道自动行驶状态下,用一对双目替代1V1R方案,无需依赖高精地图和毫米波雷达,用立体视觉结合AI计算,可以实现更高性价比更安全的自动驾驶体验。

纯双目立体视觉的ADAS+功能:

除了通用的智能驾驶功能外,立体视觉还能做限高、限宽、托底障碍物检测等特色功能。比如有些城中村中是存在限宽墩的,大一点的商务车就可能无法通过。如果车头已经开进去再激活环视用超声波雷达去探测,那实际上人已经先做好了判断能否通过,而双目则是提前测量限宽距离,通过准确的数据帮助判断车辆的可通过性。限高检测也是类似的道理。

托底障碍物是“魔毯”的拓展。当车辆配备了空气悬架,空气悬架可以抬高或者降低车身高度,如果在前方检测到有一个十几厘米高的大石头,超过了底盘的离地间隙,那就可以通过空气悬架提前调好底盘高度,这也是舒适性和安全性相结合的一项改善。

如果算力充足,那么车辆行驶的所有场景都可以三维化,类似于高精地图,但是以不同的技术实现的三维化。这时,行驶的道路类型、路面凹凸、障碍物等情况都能清楚展现,是更完整的立体视觉的应用方向。基于RGBD数据实现的三维空间数据可支持涉水深度、3D路面、路面坡度等检测,让车辆更加平稳舒适地自动驾驶。

因此,双目立体视觉应用到车上,可以增加很多有意思的功能和卖点,同时它也具有相当高的性价比。当下,无论是新能源车、智能车出海,还是面向国内汽车市场消费升级,挖掘卖点提升竞争力都是车企已关注的重点。元橡科技正在紧密地配合我们的客户,发挥我们的优势能力,做好这件事。

而要真正打磨好产品的体验,除了在功能上的精进,也更需要产品可靠性上的把控。这方面双目摄像头的要求会比单个摄像头更高。其一,就像人眼不可能是一只看上一只看下,双目摄像头也必须始终保持左右相机光轴平行。其二,光学、温湿度、振动都可能会对产品效果造成影响,比如工作温度方面,就需要保证产品在-40℃到85℃乃至95℃的范围内都能稳定可靠地工作,否则光学性能发生的微小变化,就会导致产品体验的大幅降低。其三,从影像画质到算法效果,均需全方位评估、管控双目模组的成像质量与稳定性。

元橡科技成立于2017年,核心团队在立体视觉领域已经超过15年的积累,在车载方向上也有超过10年的产品开发经验,我们始终围绕着这一件事专注地去做。在与客户的合作中,元橡始终秉持的理念是全面地服务于客户,做到更懂具体的应用场景,以更好的专业性配合客户。落地层面,元橡科技在国内最早实现商用车双目量产,出货量超20万套,魔毯预瞄量产定点数量行业领先,服务于国内几大知名主机厂。基于车载市场的技术和经验积累,元橡亦拓展至机器人市场,产品应用于割草机、智能轮椅、低速无人车等场景。

守朴见素,久久为功。从一个元点出发,打开想象的空间,做好破除万难的准备,元橡科技将不懈致力于让汽车和更多的移动机器人“看”见三维世界,让立体视觉在宏大的未来图景中创造无限可能。

更多参考信息:

比亚迪云辇与奔驰魔毯:配备立体双目才是真正的主动悬挂 – 与非网 (eefocus.com)

摘要:之所以说比亚迪云辇和奔驰魔毯是真正的主动悬挂是因为它们都配备了立体双目系统,可以探知前方道路的高度变化,提前让悬挂系统做出调整。而没有配备立体双目系统的主动悬挂实际上是被动调整的,是在检测到道路高度变化后才做出调整的。立体双目的高度测量精度极高,奔驰的可以达到3毫米的精度。

双目立体视觉:魔毯遇见ADAS_车家号_发现车生活_汽车之家 (autohome.com.cn)

魔毯悬架,看不穿就是谎话,看穿了就是笑话_车家号_发现车生活_汽车之家 (autohome.com.cn)

摘要:

首先,要判断真假,得知道其原理。简单来说,一套完整的魔毯悬架工作路径分为四步:

1、看:摄像头扫描路面,通过计算,得出视差图;

2、算:通过内置算法,将视差图转换为数字高程模型;

3、预测:利用数字高程模型,算出车轮即将经过路面的高度变化趋势,预测车轮滚动轨迹;

4、调节:将前方路面的起伏波动预知给悬架系统,后者会自动改变液压柱中的液压油量,调节软硬程度,适配路面,减少颠簸。

自动驾驶里的单目/双目/三目到底有什么区别?-有驾 (yoojia.com)

车载摄像头之单目、双目摄和三目摄像头有哪些区别? (baidu.com)

①单目摄像头:通过摄像头拍摄的平面图像来感知和判断周边环境,识别车辆、路标、行人等固定物体和移动物体,是目前汽车摄像头的主流解决方案,其依靠复杂算法进行测距,准确度低;

②双目摄像头:通过模仿人眼的功能实现对物体距离和大小的感知,进而感知周边环境,可通过视差和立体匹配计算精准测距;– 两个摄像头

③三目摄像头:通过三个摄像头覆盖不同范围的场景,解决了摄像头无法切换焦距的问题,相比于单目摄像头和双目摄像头,其拥有更好的视野广度和精度。三目摄像头由于计算量大,对芯片的数据处理能力要求高,目前成本相对较高。– 三个摄像头FOV不同,覆盖不同的范围

【自有技术大讲堂】双目立体视觉技术介绍 (qq.com)


 单目视觉行不行?

魔毯悬架 [TJ2]对感知的要求:

能识别道路类型,如雪地、泥地、沙地等。单目摄像头即可满足要求。
能识别道路坑洼,且高程测量精度达到2cm以内。高程信息对应着不同的路面凹凸程度,需要不同等级的CDC阻尼去缓冲。激光雷达和单目视觉做不到如此精度,双目立体视觉高程精度可达1cm以内。

魔毯悬挂 2

魔毯悬挂是一个通俗的叫法,具体怎么实现,没有标准。 参考车型:奔驰S级,宝马7系。

宝马魔毯智能空气悬挂系统是什么?宝马7系标配吗?一文带你了解_懂车帝 (dongchedi.com)

BMW魔毯智能空气悬挂系统工作原理图

魔毯智能空气悬挂系统(以下简称:魔毯悬挂),实际为带有道路预览(Road Preview)功能的主动舒适驾驶系统(Active Comfort Drive)。相较于之前的自适应驾驶系统(Adaptive Drive),装配有最新魔毯悬挂的车型,在应对各种复杂路面及车辆行驶状态下,都可实现出色乘坐舒适性与卓越驾控体验的完美结合。

魔毯悬挂,主要由以下几个系统组成:1,动态减振控制系统;2,整体主动转向系统;3,智能全轮驱动系统。另外,包括以下部件:4个车轮速度传感器;前后轴的电动主动稳定杆;12V蓄电池及逆变器;前挡风玻璃立体摄像头,等等。

10个Q&A,岚博士揭秘岚图梦想家的“魔毯”功能_易车 (yiche.com)

主动悬挂进阶篇–魔毯悬挂 – 知乎 (zhihu.com)

关键悬架子系统

空簧

ECAS

组成结构:

车身高度调节控制单元、4个空气弹簧支柱、4个车身高度传感器、4个车轮垂直加速度传感器、3个车身垂直加速度传感器、供气单元、储压器等部件组成。

CDC减震器

CDC(Continuous Damping Control) 连续减震控制系统CDC全名为Continuous Damping Control,意为连续减震控制系统,也可称其为全时主动式液力减震稳定系统,这套技术来自德国汽车零部件供应商ZF(采埃孚)。

浅显易懂的CDC减震系统解析 (baidu.com)

CDC减震系统主要由电子控制单元、CDC减震器、车身加速度传感器、车轮加速度传感器、CDC控制阀构成。

CDC减震系统工作原理:

首先,在说明CDC减震之前需要普及下汽车减震原理,减震系统主要由减震弹簧和减震器组成,二者相互配合完成车辆的减震作用。当车辆行驶在不平路面时,弹簧受到地面冲击后发生变形(压缩或拉伸),由于弹簧恢复原形时会出现来回震动的现象,减震器则对弹簧起到阻尼的作用,抑制弹簧来回摆动。

减震器的阻尼大小可以理解为通常所说的悬架的硬和软,如果减震器的阻尼大小可以针对不同路况进行调节,就实现了悬架的软硬调节。如行驶在不平的路面是需要悬架软一些,而高速过弯时需要悬架硬一些,这样的话就会给车辆带来更好的舒适性和操控性。

那么CDC减震器是如何实现阻尼调节的呢?

CDC减震器分为内外两个腔室,里面充满液压油。内外腔室的油液可以通过之间的小孔流动。当车轮在颠簸时,减震器内的活塞会在套筒内上下移动,腔内的油液便在活塞的作用力下在内外腔室间流动,同时油液也会对活塞产生阻力,只要改变油液流动过程阻力的大小,就可以改变活塞的阻力大小,也就是减震器阻尼的大小。

MRC减震器

MRC电磁悬架跟CDC可变悬架在技术上有什么本质区别,以及各有什么优劣? (qq.com)

CDC悬架和MRC悬架都属于半主动式悬架领域两位顶流,100次扫描/s一个是1000次/s,表明CDC响应时间为10ms,MRC为1ms,从响应时间来看,MRC的阻尼调整性能会更好。

连续阻尼控制减振器(ContinuousDampingControl,CDC),是萨克斯(SACHS)开发的一种阻尼力可调阻尼器。以CDC减震器为核心,辅以电子控制单元、电磁控制比例阀、车身加速度传感器、车轮加速度传感器等法器,便构成了一套完整的半主动式CDC悬架。

CDC减震器分为内外两个腔室,里面充满液压油。内外腔室的油液可以通过之间的空隙流动。而当车轮在颠簸时,减震器内的活塞会在套筒内上下移动,腔内的油液便在活塞的作用力下在内外腔室间流动。在这个过程中,内外腔室间的小孔的大小决定了减震器的阻尼特性。玩过针筒的人会深有体会,带针头和不带针头时,推动针筒所需的力是不一样的,CDC悬架之所以可以改变阻尼的大小,就是通过控制两个腔室间小孔的大小来实现的。而控制过程的实现就得仰赖上文提到的法器。电子控制单元首先基于外部输入数据及内部算法算出控制信号,并向CDC悬架中的电磁控制比例阀发送控制信号,驱动电磁控制比例阀里的阀芯做上、下移动。上下移动过程中阀体的节流面积会发生改变,从而实现阻尼力的改变。

磁流体变阻尼控制减振器(Magneto-rheoloicaldamper,MRD),是通用和德尔福联姻生下的皇子,曾在1999获得世界一百大科技成果奖。这位皇子天生怪异,不爱耍刀、枪、剑、棒,只爱耍磁流变液(Magneto-rheologicalFluid,MRF),读起来都拗口的玩意。

磁流变液主要由磁性微粒悬浮体(高磁导率、低矫顽力的微小磁性微粒)、母液(磁性微粒悬浮的载体,低粘度、高沸点、低凝固点和较高密度)、表面活性剂三部分组成。磁流变液有一种显著的特性,就是在外加磁场下,可在短时间内(10ms)由低粘度的牛顿流体变为粘度较高的Bingham半固体,外界称其为磁流变效应。

MRD使用精密设计的电磁线圈作为活塞。当活塞杆向下运动时,腔内磁流变液受到挤压后通过活塞的环形阻尼通道、常通孔和环形间隙由压缩腔流动到拉伸腔,反之类似。当磁流变液在活塞中阻尼通道中流动时,通过改变活塞电磁线圈磁场的大小,可以控制其流动特性,从而阻尼力大小的控制。

在MRD的身边,再配上加速度传感器、控制器及配件等一众随从,便构成了完整的一套凯迪拉克的专有的MRC(MagneticRideControl)系统,一种半主动式悬架系统。MRC因可以实时调节阻尼力,能够兼顾到汽车的操控性和舒适性。MRC的响应时间可达1ms,比以CDC为核心的半主动式悬架响应快,性能更好。

好的代价就是贵,MRC过万的价格,不仅远高于传统减振器的不到千元,也高于以CDC为核心的减振系统的大几千元价格。贵带来的系统复杂,导致故障率居高不下。发热量大导致油封失效带来的漏液问题;磁流变液的颗粒物杂志堵塞活塞空隙导致性能下降的问题;磁流变液本身的环境问题……。

主动稳定杆

汽车悬架的稳定杆/防倾杆是干嘛用的? – 知乎 (zhihu.com)

【 评估必备知识 】第二期 :横向稳定杆 – 知乎 (zhihu.com)

图文展示汽车悬架如何工作和其机械原理,直观易懂! – 知乎 (zhihu.com)

主动稳定杆通过主动输出力矩,改变左右车轮的垂向载荷,进而改变车辆操纵性。当前稳定杆输出力矩变化量大于后稳定杆输出力矩变化量时,有利于增加车辆不足转向趋势。当前稳定杆输出力矩变化量小于后稳定杆输出力矩变化量时,有利于增加车辆过度转向趋势。

悬挂控制算法

天棚算法Skyhook

一步一步正向推导Skyhook天棚阻尼控制原理 – 知乎 (zhihu.com)

一步一步正向推导Skyhook天棚阻尼控制原理-有驾 (yoojia.com)

天棚控制算法原理及仿真-CSDN博客

天棚阻尼控制是一种阻尼控制方法。基本形式如下:

在半主动悬架控制理论中,最经典最广泛应用的是Skyhook天棚阻尼控制。

通过判断簧上质量的垂向速度和减振器行程速度的方向符号(v1/v2是垂向速度),来决定可控阻尼减振器的阻尼系数。控制框图如下,车身加速度、悬架动挠度、车轮动载荷等信息在仿真和测试中用于评价控制效果。

地棚算法Groundhook

改进的地棚半主动控制算法及其性能分析 优先出版 – 道客巴巴 (doc88.com)

天棚算法侧重于簧上运动,控制车身运动,改善乘坐舒适性。地棚算法侧重于簧下运动,控制车轮跳动,改善操控稳定性。

CDC主要通过PWM控制阻尼的软硬。

悬架相关小知识

汽车的侧倾

相对地面转动时的瞬时轴线称为车厢的侧倾轴线。该轴线通过车厢前后轴上横断面上的瞬时转动中心,这两个瞬时转动中心称为侧倾中心。侧倾中心的位置取决于悬架的导向机构,可以图解法或实验法求得。侧倾中心不等于质心。通常侧倾中心比质心位置低。

绕侧倾轴线转动的力矩,称为侧倾力矩。

车厢在侧向力作用下绕侧倾轴线的转角,称为车厢侧倾角

单横臂独立悬架是最简单的形式。地面与左右两侧车轮接地点转动速度的交点即为侧倾中心。如下图点Om。

原则上,各种独立悬架都能找到等效单横臂悬架。

随着车厢侧倾程度的增加,侧倾中心的位置是变化的。

悬架的线刚度,指的是车轮保持在地面上而车厢做垂直运动时,单位车厢位移下,悬架系统作用给车厢的总弹性恢复力。单位为Nm/m.

悬架的侧倾角刚度,指的是侧倾时(车轮保持在地面上),单位车厢转角下,悬架系统施加给车厢总的弹性恢复力偶矩, K = dT/dφ.

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