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盘点制动系统与空气悬架系统的相似之处

发布日期:2021-08-24 浏览次数:225

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随着汽车技术的发展,常规螺旋弹簧和减振器的设计已经不能满足人们对舒适性和操控性要求的不断提高。空气弹簧+主动减震器这一功能结构被工程师开发出来。空气弹簧的弹簧刚度可调节,解决了舒适性要求悬架刚度低,操控性要求悬架刚度高的矛盾。今天我们聊聊空气弹簧+主动减震器一整套装置的结构。同时把制动系统装置的结构也拿进来,分析一下这两套系统装置的相似性。


1.系统装置组成


首先我们对比一下这两套系统装置结构组成的相似性。


1.1制动系统主要有



1制动踏板 2真空助力器带制动主缸 3电子液压控制单元 4液压制动管路5/6制动器 7 轮速传感器


1.2 空气弹簧系统


再看空气弹簧系统的结构组成:



1.3 相似性


一张表说明问题



空气悬架系统的运行过程:空气通过空气滤清器去除杂质吸入气泵,气泵将空气加压送入储气筒,控制器根据高度传感器和加速度传感器以及整车型号的处理,将储气筒中的高压空气通过气路分配阀输送到各轮边空气弹簧系统,以达到调整悬架高度,悬架刚度的目的。


空气悬架是一种可调节式的车辆悬架。使用空气悬架很容易实现悬架高度调节,自水平调节机构一般就集成在悬架系统内。


悬架高度调节的根本优点在于:


• 静态压缩量与载荷无关,总保持恒定,这样的话就可以大大减小车轮拱罩内为车轮自由转动而预留的空间,对总体的空间利用很有好处。

• 车身可以支承在较软的弹簧上,这就可以提高行车舒适性。

• 不论载荷多大,均可以保证回弹和压缩的整个行程不变。

• 不论载荷多大,均可保证相应的离地间隙。

• 加载时不需变动前束和外倾角。

• 不会恶化Cw值(风阻系数)和车辆外形。

• 由于偏转角较小,所以球头连接的磨损也小。

• 必要时载荷可以高一些。


空气悬架系统会比制动系统复杂很多,包括零部件组成和控制策略,后面大概聊一聊。


2.执行装置


空气悬架系统和制动系统我们最直观看到的零部件就是空气弹簧和卡钳制动盘,我们将它们归类为系统执行装置。来看一下他们结构的相似性


2.1空气弹簧


空气弹簧配置的车型,大都带减振器阻尼可调节功能,具体结构各个大厂都能做(采埃孚 天纳克 马瑞利),空气弹簧目前主要有威巴克供货。带减振器阻尼可调整(一般指CDC)不一定配置空气弹簧,自己去汽车之家的参数表能查到,你看看X5和X7. 不多说,看下空气弹簧的结构:



这里说一下减振器里的回位簧,它能降低悬架到达下极限状态时的冲击和噪音,在侧倾过程中,对侧倾刚度的增加也有一定作用。这个弹簧的存在可以从KC报告中读出来,如图这个拐点,就是回位簧接触的点:




减振器与弹簧不同心布置的方案:



空气弹簧的结构如下:




2.2多腔空气弹簧VS固定钳式制动器


空气弹簧改变弹簧刚度是通过充放气实现的,这个需要时间。多腔的空气弹簧,可以迅速改变空气弹簧的空气体积,从而迅速改变弹簧刚度,下图是威巴克的技术:


如图,电磁阀可以改变空弹簧中V1与V2的联通情况,迅速改变空气弹簧作用体积,改变弹簧刚度。(V1与V2联通,体积变大,刚度变小)。


2.4 相似点总结


电磁阀的原理类似于EPB驻车电机,他也是同样仿照制动系统固定式卡钳比浮动式卡钳响应快的特性,也可以考虑为多活塞卡钳提供制动力大的特性。


浮动式卡钳只在一侧有活塞,当踩刹车时,活塞将一侧的刹车片推向刹车盘,而卡钳的另一侧因为反作用力而产生轴向移动,将另一侧的刹车片也压向刹车盘(这个我有一期有动画演示,链接)。固定式卡钳的两侧都有活塞,在踩刹车时,两侧活塞同时作用,将刹车片压向刹车盘,响应速度更快。


单活塞卡钳就时只有一个活塞的卡钳,这种卡钳一定时浮动式的,目前市面上销售的大多数乘用车都采用单活塞浮动式卡钳。也有双活塞浮动式刹车卡钳,但比较少见。一般多活塞刹车卡钳都采用固定式设计,多用于动力较强的跑车或改装车。常规乘用车一般最多双活塞。理论上,可以认为卡钳的活塞数量越多刹车片施加到刹车盘上的力量分配越均匀。但其所产生的制动力未必越大,这要取决于活塞的总面积大小(但一般来说是会变大的)。一般来说随着活塞数量的增多(活塞的总面积变大),制动力越大卡钳的尺寸也越大,所匹配的刹车盘的直径也越大。



3.管路构成


这里只讲开环空气悬架系统,管路构成如图:



4.动力源


4.1 空气弹簧压缩机与储气罐



4.2 制动系统助力


此处不多讲,我别的文章有



4.3 相似点总结


空气弹簧压缩机一般和分配阀集成到一起,而分配阀受控制器工作,其工作集成更像一个制动系统的ESP。


5.控制单元及控制策略


5.1 空气弹簧


空气悬架电子控制单元(ECU)一般布置在副仪表板下方,驾驶员肘靠位置下方的白车身钣金。ECU通过管理空气悬架系统内部的气压来控制车辆的高度。通过接收从前后轴两侧的高度传感器接收到的高度信号,车身加速度传感器信号,同时结合整车CANS信号,给气路分配阀,以实现各种功能。



驾驶员可以使用中控面板或触摸屏在高度级别之间进行手动选择。车辆行驶时的高度高度也会根据车辆的速度降低而自动改变。常见的空气弹簧控制策略,下面捡几条说一说:


●最直接的就是兼顾了操控性和舒适性。

●悬架高度的自适应补偿,最常见的就是高度保持了,空气悬架能将车辆空半满等各个载荷状态调整到一个设计高度,诸多好处前面已经提到了。

●悬架高度等级匹配不同驾驶模式和路面模式,例如可设置不同悬架高度,既能满足在涉水,越野等路况下悬架将车身抬起,也能支持在装卸货物,乘员上下车时将车身降低。

●悬架高度的随速调节,这个你懂;休眠后重启的高度补偿,车辆在驾驶结束锁车/休眠后,空气弹簧内压力可能会因为环境(如温度)的变化而发生一定波动,导致车身难以保持水平。

●悬架控制器应能在睡眠模式下自我唤醒一定次数,进行高度调节。

●自动识别举升工况并关闭悬架高度控制功能,当车辆举升进行维修时,可自动识别并关闭悬架高度控制功能。

●悬架阻尼的自适应调节,通过阻尼控制减弱车辆在收到外部冲击后的垂向,侧倾,俯仰运动。

●等等等。


5.2 和制动相似点总结


同样的,制动系统存在一个ESP系统,其策略网上能查到一大堆,此处不再多说。


6.其他附件


空气弹簧系统需要比较复杂的传感器系统,一般有高度传感器(高度可调整大灯也用),加速度传感器,车身IMU传感器。而制动系统需要轮速传感器信号,车身IMU传感器,这个目前博世将其与气囊控制器集成到一起。



高度传感器与加速度传感器


7.总结


走马观花式的说了一堆,主要再研究这两个系统是发现其共同点,国内主机厂工程师已经在将空气弹簧慢慢引进,国产车型也在向世界顶尖技术艰难迈进。

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