汽车的半主动悬架你知道吗？

 悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，悬架的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆本身的动载荷。典型的汽车悬架结构由弹性元件、减震器以及导向机构等组成，这三部分分别起缓冲、减振和力的传递作用。

下表对比了不同可控悬架的特性调节范围、控制带宽及功耗三方面的性能。从车辆动力学控制角度来看，不同的可控悬架系统的功能简述为：

1) 车身高度调节系统，仅用于调节车身高度，使其不随静载变化而变化；

2) 阻尼自适应悬架和慢主动悬架，适用于改善车身动力学性能（频带1-5 Hz），但不能改善车轮动力学性能（频带10 Hz左右）；

3) 半主动悬架和全主动悬架，响应迅速，适用于改善车身和车轮动力学性能；全主动悬架具有主动作动的能力，故能取得最好的综合性能，但这需要极大的功耗，且控制不当容易引起系统失稳；而半主动悬架由于被动约束，在各种条件下均是稳定的，且能实现较好的综合性能。

上世纪七十年代，Crosby和Karnopp等提出了半主动悬架（Semi-Active Suspension, SAS），仅通过调整减振器的阻尼来提高车辆不同工况下的平顺性和操纵稳定性。该悬架形式结构简单、响应快，相对于主动悬架能耗和成本低。目前常见的半主动悬架常采用阻尼连续可调的减振器（如电/磁流变减振器、阀控阻尼可调减振器），在量产车型上得到了广泛应用，如Audi TT、Buick LaCrosse、Cadillac全系车型、Range Rover等。实际使用中，还常将阻尼可调减振器与车身高度调节系统结合，使半主动悬架适应更复杂的汽车行驶工况，例如奥迪A8、奔驰S600、宝马7系等车型使用的CDC空气悬架。

        上世纪九十年代初，智能材料开始应用到半主动悬架上。磁流变减振器作为磁流变液最重要的应用之一，其阻尼特性可通过调节磁场强度实现阻尼力连续调节。由于磁流变液具有无接触、性能调节范围大、响应快、能耗  低、机械系统与电子控制系统接口简单等特点，磁流变减振器能为结构减振提供优异的解决途径。1994年，Carlson等发明了磁流变减振器，并将其应用于汽车座椅的隔振。

除了智能材料减振器之外，目前市面上阀控减振器也占很大比重。阀控减振器与普通被动减振器主体部分相似，但其多一个电控阀液压阀控减振器的核心元件为比例溢流阀或先导溢流阀。下图图为两款SACHS CDC减振器：

(a)为集成式液压阀，其控制阀集成在活塞内

(b)为旁通式的先导溢流阀，

        与传统双筒减振器相比增加中间缸实现油液的单向流动[]。该类减振器能实现很大的阻尼力调节范围，响应迅速，控制频率为1000 Hz；同时ZF公司还开发了匹配的自适应天棚控制策略，在整车上实现了良好的垂向、俯仰和侧倾控制效果。

Tenneco公司旗下的智能悬架品牌Monroe推出了三款轻量化的阻尼可调减振器，如下图：CVSA2，CVSA2/ KINETIC及ACOCAR，其减振器缸体采用高强度的铝合金，控制频率为100 Hz；CVSA2采用与SACHS CDC减振器类似的旁通阀结构，但采用两个液压阀分别对拉伸和压缩行程的阻尼力进行调节；CVSA2/KINETIC在CVSA2的基础上集成了交联的油路，用来控制车身姿态的变化；ACOCAR进一步增加了外部液压套件，实现了全主动的悬架控制。

 在开关型控制的减振器中，如下图分别是在奔驰上安装的两种开关型阀控减振器。这类减振器的响应时间更快，同时是针对天棚控制算法设计的“天棚”减振器。

  下面介绍大众汽车开发了DCC系统，DCC（Dynamic Chassis Control）动态底盘控制系统，是大众为其本家品牌所装配的一套相对亲民一些的半主动悬架系统，它的主要功能是为了应对不同路况，实现悬架软硬调节，让你随时切换运动与舒适模式。

由于采用了电磁阀执行减振器软硬的调节，故其调节速度还是十分可观的（可以达到毫秒级）。除了驾驶员可以手动执行悬架软硬的选择之外，对于路面反馈回来的一些路况数据，它还可以执行实时调整，也就是说，手动选择的悬架软硬仅仅是选定了减振阻尼范围，而具体减振器阻尼反馈是一个时刻都在调整的过程。

　这样的减振器与DCC悬架系统最大的不同，就是在改变阻尼特性方面，采用了不一样的原理。虽然从效果上来看，二者都是改变了阻尼大小，但从反应速度上来说，电磁悬架所用的减振器有着绝对优势：一旦电磁场发生变化，内部磁流体就会瞬间产生变化，而CDC减振器的电磁阀开闭理论上是需要时间的，即便达到了毫秒级，它也无法媲美电磁变化的速度（电磁悬架可以达到每秒千次改变）。

参考文献：李志华.磁流变阀控减振器特性及其半主动控制策略研究.吉林大学硕士论文.2015

                 汽车之家.究竟有没有那么神，解析大众DCC主动悬架.微信公号：汽车工程师之家