汽車懸架,是如何把“主動權(quán)”握在自己手里的
北京車展現(xiàn)場,一輛理想L9 Livis現(xiàn)場表演了“單手俯臥撐”。
看似科幻的場景又一次把汽車主動懸架的熱度拉升了起來。
但我們知道,汽車主動懸架也不是一個新鮮概念,從奔馳、保時捷的原地跳舞、仰望的騰空一躍、蔚來的香檳塔、尊界的白沙不揚、玻璃不碎,汽車主動懸架就已經(jīng)走進了現(xiàn)實。
那么汽車懸架又是如何從被動走向主動的?
主動懸架的不同技術(shù)路徑又有什么區(qū)別?
自主品牌們在主動懸架這個賽道如何從追趕者逐漸超越?
從被動懸架到半主動懸架?
首先還是從被動懸架開始說起,懸架的本質(zhì)很簡單:就在車輪和車身之間加一層“緩沖器”。
否則可能就像上古時代的馬車一樣,太清晰的路感會讓屁股吃不消。
最早的懸架是貨車上的鋼板彈簧,后來變成了螺旋彈簧,再后來變成了彈簧+減震的組合。
彈簧本質(zhì)是抵抗/存儲車身上下位移變形的能力,減震提供的是抵抗車身運動速度的能力。
但彈簧只存儲垂向沖擊的能量,壓縮后還要回彈的,沒有減震器的話,車身會像彈簧娃娃一樣晃個不停,所以需要減震器來消耗能量。
這里有兩個概念,一個是剛度,一個是阻尼,前者對應彈簧特性,后者指減震器,通俗的說:一個決定顛不顛,一個決定了晃不晃。
而運用不同阻尼+剛度的組合,就是工程師們把汽車底盤調(diào)軟和調(diào)硬的手段。
但多少年來,底盤工程師們一直都在“軟”和“硬”,也就是“舒適”和“操控”之間極限拉扯。
原因很簡單,道路場景和需求是事實變化的,但機械參數(shù)是固定的。
調(diào)軟了過彎側(cè)傾大、剎車點頭大;調(diào)硬了,底盤顛細碎路感全傳進車里,代步很累。
如果減震的阻尼參數(shù),不固定呢?
我們熟悉的FSD自適應減震就登場了。
最常見的液壓減震器,實現(xiàn)阻尼的原理就是通過油液穿過小孔的方式,通過利用油液的粘性和節(jié)流效應產(chǎn)生阻力,把機械能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉,阻尼大小則由減震器的閥門孔徑和油液粘度決定。
FSD的核心是機械頻率感應閥,當車輪碾過不同路面時震動頻率不一,F(xiàn)SD通過開閉不同孔徑實現(xiàn)阻力調(diào)節(jié)。
雖然FSD自適應調(diào)節(jié)的范圍很小,只有軟硬兩擋,還是感受顛簸后才被動相應,但也算是半主動懸架的狀態(tài)了。
比FSD自適應減震更高級的是CDC連續(xù)可變阻尼減震。
CDC連續(xù)可變阻尼減震,比FSD的變化在于增加了一個電磁比例電磁閥。
相比FSD的基本原理沒變,但進步的地方是,其電磁閥可以實時改變閥門孔徑的開度,而不是只能選大小,從而在一定范圍內(nèi)能連續(xù)調(diào)節(jié)油液的流通面積,實現(xiàn)阻尼的實時相應、無級調(diào)節(jié)。
比如現(xiàn)在車企說的雙閥CDC則是指用兩個獨立的電磁閥,讓懸架的壓縮和回彈的阻尼可以各自單獨調(diào)節(jié),這樣調(diào)節(jié)阻尼的響應比讓一個電磁閥同時調(diào)節(jié)壓縮和回彈的阻尼,的確要更快了。
其實這里還有MRC磁流變減震器的技術(shù)方向,最早是量產(chǎn)搭載在凱迪拉克上,原理是用含鐵顆粒的特殊油液,通電瞬間改變粘度。
MRC的響應速度非??欤挥屑s1毫秒左右,要比CDC快5到10倍。
但問題是成本高,同時無法調(diào)高度,只有少部分更追求快速響應的性能車型搭載,主流產(chǎn)品還是CDC方案。
而雙閥CDC+空懸,就是半主動懸架的天花板了。
把彈簧換成空氣彈簧,不僅能調(diào)剛度,還能調(diào)車身高度,低速升高提升通過性,高速降低減少風阻。
搭配CDC后,就是高度、剛度、阻尼三項全能實時調(diào)節(jié)了。
但雙閥CDC+空懸和主動懸架相比,依然還是代際差距。
核心還是在“主動”和“被動”上,半主動懸架無論怎么進化,都有一個無法突破的天花板:它只能被動的緩沖/承受沖擊力。
就像一個拳擊手,如果只會防守不會進攻,肯定當不了拳王。
什么是全主動懸架?
全主動懸架的出現(xiàn),在于改變了懸架的工作邏輯。它不再是被動承受沖擊,而是主動輸出一個相反的力,直接把顛簸抵消掉。
比如全主動懸架配備了獨立的動力執(zhí)行器,能主動主動推拉車輪、主動托舉/壓制車身、四輪獨立控制每一條輪胎。
加上攝像頭、雷達等預瞄系統(tǒng)提前掃描前方路面,在顛簸到達輪子之前就設定好懸架狀態(tài)。通俗點理解就是:被動懸架只能硬扛,半主動懸架事后微調(diào),全主動懸架是提前備戰(zhàn)。
常規(guī)場景中,就像過彎時主動把車身往彎心壓,實現(xiàn)零側(cè)傾甚至負側(cè)傾;剎車時主動把車頭抬起來,實現(xiàn)不點頭;過減速帶時主動抬輪,消解沖擊力。
前幾天理想L9 Livis和25款理想L9同時過起伏路時的車身姿態(tài)對比,也是體現(xiàn)全主動懸架優(yōu)勢很直觀的例子。
而全主動懸架目前基本上是兩大類:電動液壓泵方案、直線電機方案。
直線電機方案就是仰望U7搭載的云輦-Z,目前行業(yè)獨有。
主流的電動液壓泵方案,則包括蔚來48V全主動、理想800V全主動、云輦-X的800V,包括保時捷400V方案和更早的奔馳的E-ABC主動懸架等。
但目前討論的比較多得主要是48V全主動、800V全主動懸架的差異。
48V方案是將電機+液壓泵+減振器高度集成在輪端,控制鏈路極短,沒有長液壓管路延遲。
800V方案是把大功率的液壓泵站集中布置在車身上,用高壓管路把高壓油輸送到四個車輪的執(zhí)行器。
依托整車800V高壓平臺供電,800V方案能提供非常大的輸出力。
比如全新理想L9 Livis上,單輪舉升力超過1噸,是傳統(tǒng)48V主動懸架的3倍,也徹底取消了機械防傾桿,完全可以靠液壓系統(tǒng)約束車身姿態(tài)。
而48V的特點是,雖然功率不大,最高功率為5kW, 但能做非常高頻的小幅度調(diào)節(jié)。
比如蔚來ET9所搭載的“天行智能底盤”,1毫秒內(nèi)完成信息處理和執(zhí)行響應,在應對城市粗糙路面、接縫、井蓋等高頻細碎振動路面上,響應速度更快就具有優(yōu)勢了。
但對比800V可以實現(xiàn)10 kN的最大主動作動力,48V僅約7kN,這個力抑制日常顛簸足夠,但對于現(xiàn)在動輒3噸的大型SUV來說,想要實現(xiàn)高速過彎零側(cè)傾、飛坡落地的大行程控制,或許還是有些力不從心。
關(guān)于這個問題此前我們也采訪過理想汽車整車電動研發(fā)高級副總裁劉立國,理想認為:
同樣功率下,800V電壓平臺的電流更小,產(chǎn)熱顯著降低,對線束要求大幅降低,整車負載更優(yōu)。
電壓平臺提升后,電機的功率密度提高,自身重量和體積都會變小。
最重要的是,未來整車平臺趨勢就是800V,尤其超快充場景下整車本就是800V架構(gòu)。
如果用48V,中間必須加一個DCDC降壓轉(zhuǎn)換,多一個環(huán)節(jié),就多一層損耗,也多一個故障點,集成度也上不去。所以從一套原生于高壓平臺的方案這個邏輯是清晰的。
其實48V主動懸架也非新事物,早之前奧迪、奔馳等也有各種方案。
而48V把電機和液壓泵裝在輪端,確實會增加簧下質(zhì)量,主動懸架四個執(zhí)行器峰值功率達10千瓦以上,若用48V供電,也存在電流過大、效率偏低的問題。
但相比起800V方案,48V的優(yōu)勢除了響應速度,也存在在供應鏈成熟度和低壓安全上的優(yōu)勢。
從另一角度來看,800V對比48V,也是整車效率、懸架性能邊界優(yōu)先,還是懸架控制精度、響應速度和布局靈活性優(yōu)先的不同路線區(qū)分。
而在48V、800V這類電動液壓泵方案之外,比亞迪仰望U7搭載的云輦Z則是另一個思路。
這也是目前全主動懸架里最激進的技術(shù)路線——直接扔掉液壓油,用懸浮電機直驅(qū)。
電機直接產(chǎn)生推力和拉力,來控制懸架運動。沒有油液,沒有管路,沒有電磁閥。
仰望U9搭載的云攆-X主動懸架
甚至當車輪應對沖擊上下跳動時,直線電機還能作為發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能,進行能量回收。
但這套方案目前也不是完美的,成本高、極限工況下耐久性如何,就像大電流通過直線電機時會產(chǎn)生大量的熱,散熱會是一個挑戰(zhàn),以及懸架具備更快、更細膩的調(diào)節(jié)精度之后,對車企本身的底盤調(diào)校能力,應該也是一個很大的挑戰(zhàn)。
寫在最后
從被動到主動,汽車懸架迎來的是一個質(zhì)的跨越,但邁入全主動懸架的門檻之后,對于車企們來說,真正挑戰(zhàn)才剛剛開始。
尤其是只有全主動懸架就夠嗎?
畢竟全主動懸架也只是底盤電動化的第一步,全線控制動和線控轉(zhuǎn)向也已經(jīng)站在了不遠的前方。
已經(jīng)集成了全主動懸架、EMB線控制動和線控轉(zhuǎn)向三大系統(tǒng)的理想L9 Livis算是首個實現(xiàn)的“完全體線控底盤”的車型,在車輛運動的X、Y(垂向)、X(橫向)三維上都實現(xiàn)了線控,并以全棧自研軟件統(tǒng)一協(xié)同控制,其實相比僅僅是主動懸架來說,這也會帶來一些革命性的變化。
而未來隨著車輛外部環(huán)境感知能力、座艙用戶意圖識別能力、包括道路檢測精度的提升等,主動懸架包括全線控底盤,也必然會涌現(xiàn)出更多新的體驗在等著我們。
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