电控悬架研究:电控悬架和空气的四个发展趋势

发布时间:2022-09-08 14:21:12 来源:鼎博app官网版下载 作者:鼎博在线登录

简介:
技术参数

  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:

  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。

  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%。

  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。

  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。

  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:

  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;

  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。

  1.2.4 2020-2022年中国乘用车市场配备空气悬架车型的销量趋势

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