悬架的过去现在和将来

悬架的过去，现在，和将来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，其作用是把作用于车轮的垂直反力、纵向反力和侧向力以及这些反力引起力矩传递到车架，并使车辆具有良好的乘坐舒适性、平顺性和行驶稳定性。汽车悬架一般都由弹性元件、阻尼元件（减振器、导向杆系）三部分组成。在一些车辆上还要加装横向稳定器。悬架的过去悬架“年表”年份悬架与元件18世纪马车：扁平状的单片弹簧的钢质悬架1763螺旋弹簧悬架的第一个专利1804叶片弹簧悬架1878片簧做前轮独立悬架1886世界第一辆汽车的悬架系统，钢板弹簧1900减震器出现，奥兹莫比尔轿车1908螺旋弹簧作为弹性元件1921扭杆弹簧悬架1933空气弹簧20世纪30-40年代独立悬架，双向筒液压减震器20世纪50年代麦弗逊式悬架诞生，主动悬架概念提出1973半主动悬架的研究开始1984主动悬架，MAGICBODYCONTROL

悬架的历史要比汽车要悠久的多，在马车出现的时候，为了乘坐更舒适，人类就开始对马车的悬架—叶片弹簧进行孜孜不倦的探索。早在18世纪，法国人便发明了使用一种扁平状的单片弹簧的钢质悬架系统，用在当时的马车之上。而1763年,美国的特雷德韦尔取得螺旋弹簧悬架的第一个专利。1804年,英国伦敦的奥巴代亚·艾略特发明了叶片弹簧悬架，但只是简单地把一块块钢板叠起来夹紧,再在两端与车子用钩环连接。1878年,法国勒芒的大阿米迪·博利发明了采用片簧做前轮独立悬架的装置。而1886年诞生的世界第一辆汽车的悬架系统采用的是是马车的悬架系统，使用钢板弹簧作为弹性元件。1900年，减震器开始出现，并装在奥兹莫比尔轿车上。1908年使用螺旋弹簧作为弹性元件的悬架出现随着时代的发展，多种弹性元件开始出现。1908年螺旋弹簧开始用于轿车，而1921年采用扭杆弹簧悬架的汽车在英国利兰德汽车公司诞生。1933年，实用的空气弹簧也开始在汽车上首次使用。到了三四十年代，独立悬架开始出现，并得到很大发展。减振器也采用了双向筒液压减震器，这种结构也被一直沿用至今。1933年空气弹簧悬架在车上使用诞生于20世纪50年代

麦弗逊悬架20世纪50年代，液压悬架系统出现在了汽车上。而现在汽车采用最为广泛的一种悬架:麦弗逊式悬架诞生。主动悬架的概念是1954年美国通用汽车公司在悬架设计中率先提出的。它在被动悬架的基础上，增加可调节刚度和阻尼的控制装置，使汽车的悬架在任何路面上保持最佳的运行状态。控制装置通常由测量系统、反馈控制系统、能源系统等组成。半主动悬架的研究工作开始于1973年，由D.A.Crosby和D.C.Karnopp首先提出。半主动悬架以改变悬架的阻尼为主，一般较少考虑改变悬架的刚度。工作原理是：根据簧上质量相对车轮的速度响应、加速度响应等反馈信号，按照一定的控制规律调节弹簧的阻尼力或者刚度。半主动悬架产生力的方式与被动悬架相似，但其阻尼或刚度系数可根据运行状态调整，这和主动悬架极为相似。随着电子控制水平的发展，1984年，电控悬架也就是主动悬架开始出现，林肯汽车也是第一个采用可调整的空气悬架系统的汽车。而刚刚发布的奔驰新一代S级采用的MAGICBODYCONTROL悬架系统则是主动悬架的发展带到了一个新的台阶。悬架的现在经过一百余年的发展，汽车悬架系统也得到长足的发展。现在的汽车悬架种类繁多，名称也是五花八门，如拖曳臂悬架、多连杆悬架、麦弗逊悬架等等。而评价悬架好坏的几个参数却是一成不变的。悬架的几个常用的参数主要有侧倾高度、车轮定位参数、悬架侧倾角刚度、横向刚度和占用空间等。随着汽车科技的发展，为了能够更好的兼顾舒适、操控与安全，汽车悬架技术也日新月异，不断的在优化，以更好的满足各种类型车型的不同需求。以下是几种目前最新开发出的悬架系统。1.\o"本田"本田主动可调后悬架系统可以根据车辆的载重情况来设定后悬架的工作模式，主要作用是提升车辆的稳定性，对于运动性的提升则不明显。有三种模式的ADS主动可调后悬架系统首次搭载到本田思域旅行车上在不久前刚刚发布的本田全新思域旅行车（CivicTourer）上，本田首次将一套名为ADS主动可调后悬架系统搭载到车上。实际上，现在市场上能够根据路况和车辆载重自动调整的主动式避震系统并不少见，特别是在豪华车和性能车上面，不过仅对后轮进行控制的主动式后悬架系统却是不多见的。本田这套主动式后悬架系统拥有Dynamic(动态)、Normal(一般)以及Comfort(舒适)共三种模式切换，它的最大特点就是可以根据后轴的载重来进行主动调整，从而为车辆提供更好的稳定性以及更好的乘坐舒适性。从思域旅行车的后悬架设定来看，它主要是以行李箱的载重为主要参考数据，然后根据载重来主动调整悬架性能，从带来更好的支撑性，而对于运动性能的提升倒是其次。2.ZF的动能回收悬架系统除了完成传统悬架的固有特性，ZF的动能回收悬架系统还可以帮助车辆减少能量消耗，同时它较为简单的设计能够让成本得到更好的控制，更利于日后的大规模应用。ZF目前正在加紧开封的主动式动能回收悬架系统可以看做是自家的CDC(ContinousDampingControl)连续性主动式悬架系统经过改良的产物。所以了解动能回收悬架前我们先来了解一下CDC。ZF于1994年发布的CDC系统已经推出了第4代产品，包含德国三驾马车、\o"保时捷"保时捷、\o"大众"大众以及\o"法拉利"法拉利等都在应用这套系统。在CDC系统中，ECU电子控制单元可以说是让系统顺利运作的神经中枢，它会搜集整理各传感器回传的行车信息，来判定最适合于当下的悬架阻尼特性，并下达指令驱动电子控制阀门，透过阀门持续开闭来调整减震筒液压油流量，以改变组尼特性，让车辆能够在不同的行车环境中达到稳定车身，保证驾乘舒适度。减震筒外附加的模块是ZFGenShock技术的核心不过由于主动式悬架系统往往具备相当多的电子控制驱动器、传感器与电子控制单元，组成相当复杂、成本高昂之外，也拥有较高的耗电量，同时在阻尼运作的过程之中，车辆上下运动的能量则被转换为热能而浪费掉。所以，ZF想到了将这些悬架消耗的能量回收起来，开发出全新的动能回收悬架系统，除了利用更简单的设计减少耗电量之外，还可将浪费的热能转换为电能储存利用，提升能源效率。CDC系统中的ECU负责收集悬架数据，进而调整悬架硬度ZF将这个应用于悬架系统的动能回收科技称之为GenShock，减震筒外附加的模块就是这套系统的核心。这个模块主要由专属的电子控制单元、电动马达与全新开发的电子液压齿轮所构成，与CDC最主要的差异在于，电子液压齿轮替代了原本的电子控制阀门，不但可以同样达到调整减震筒内的液压油流量的目的，也可省下电子控制阀门持续开闭所耗费的电力，并保留了原本主动式悬架持续独立调整每个车轮阻尼特性的优点。除此之外，新开发的电子液压齿轮还可做为发电机，当车辆上下振动时，通过减震筒内活塞的压缩，让液压油去推动齿轮泵发电、再将电能储存于电池当中，从而将动能转换成电能，减少热能的浪费，并将能量回收再利用。所以当减震筒内活塞运动量越大，发电量也就相对提升，因此在车辆行驶在不平整道路的时候，发电量就会越高。目前ZF官方还没有透露动能回收悬架系统何时能够应用到车型上面，它们只是表示这主要取决于汽车厂家，同时它们也很有信心能够在未来被广泛应用，因为只要实现大规模生产，那么这套悬架系统的成本也能够得到很好的控制。3.\o"凯迪拉克"凯迪拉克MRC主动电磁感应悬架系统利用减震器筒内的磁流变体新材料来控制减震器的硬度，并由传感器来获取悬架所需的阻尼状态。凯迪拉克XTS装配了一套高端的MRC主动电磁感应悬架系统，这套系统可以根据驾驶模式选项以及实际驾驶情况来对减震器的阻尼进行实时调整，显而易见，这对于提升车辆的舒适性和操控性有着非常重要的作用。MRC主动电磁感应悬架系统第一次被运用是在凯迪拉克\o"STS车型资料"STS上。MRC主动电磁感应悬架系统机构图MRC主动电磁感应悬架系统主要是利用电子反馈技术，使悬架根据获取的信息，快速的切换到相应模式进行工作，其技术核心是减震器筒内的一种磁流变体新材料。减振器活塞杆中带有电磁线圈，减振器内的磁流液是可磁化的软铁颗粒悬浮在碳氢化合物溶液中的悬浮液体。当电磁线圈接通电流后，原处于分散状态的磁性体便会重新排列，结构中粒子之间结合的强度与磁场强度成正比，所以只要改变电流就能改变阻尼性能。当电流增强，结构中粒子之间结合的强度增强，从而增加减震器的阻尼，用通俗一点的话说就是减震器的阻尼变硬。反之，当电流变弱时，减震器则变软。不仅如此，减震器的阻尼可随着磁场强弱无级变化。控制感应电脑以每秒钟1000次的频率来收集信息并迅速做出反应，从而保证车辆在复杂路面行驶时，将一些不必要的晃动进行过滤，控制车辆的重心转移和前倾后仰程度，尽可能的增加轮胎与地面的接触，从而保证车辆的稳定性。当然，在车辆急转弯或做出激烈的闪躲动作时该系统同样能够很好地控制车身摇摆。微妙级的反应速度也使得凯迪拉克的MRC主动电磁感应系统成为目前全球响应最快的主动悬架系统。4.克尔维特C7钢板弹簧式悬架可以有效降低簧下质量，提高悬架的响应，同时还能起到防倾杆的功效。雪佛兰新一代克尔维特C7Stingray采用了独特的板簧式悬架雪佛兰新一代克尔维特C7Stingray的悬架系统是一大特色，它的前后双叉臂式悬架系统的减震弹性单元均采用的是板簧结构，这在轿车里非常少见，更不用说在以性能为诉求的运动型车上。与载重卡车所使用的若干片不等长的合金弹簧钢所组成的板簧结构不同，克尔维特C7Stingray采用的是单片式结构。而且更重要的是它们的功效也完全不同，前者主要的作用在于负重和缓冲作用，后者的好处在于可以有效降低簧下质量，提高悬架的响应，同时还能起到防倾杆的功效。三、悬架的未来1.轻量化未来传统燃料车型悬架在材质选择上会趋于更加轻量化且结构强度比较好的材质。鉴于节能减排轻量化已经成为汽车行业发展的新趋势，采埃孚也相应地提出了许多解决方案。其展出的半独立后桥悬挂由钢材和碳纤维强化塑料材质共同制成，它与采埃孚的轻量化减振器配合使用时，能够达到更好的轻量化效果。相较于传统的减振器，采埃孚轻量化减振器使用铝材和涂塑支承，并在优化设计下能够减轻25%的重量。主要的应用材料或是工艺的变化，如镁铝合金、铝合金等。通过材料的变化体现轻量化，但前提要保证其强度与耐用度不能变差，目前这项技术对于自主品牌来说还是一项难题。这种材料变更会带来成本的上升，因此技术发展也是逐步的，会逐渐由高端车型到低端车型普及。2.减震器的发展前景汽车的前后悬挂系统包括弹簧和减震器两个部分。减震系统除了常见的钢板、弹簧减震器系统外，当前电子控制悬架技术最具有代表性的技术有空气弹簧减震系统、液气复合式减震系统、电磁减震系统。这三种减震效果要比钢板与弹簧减震器好，能够提供更好的承载、乘坐舒适性，但结构复杂，维修费用高。从国外悬架技术发展历程来看，目前乘用车上运用比较多的还是空气悬架系统。电磁减震多用在高端的运动车型上。液气复合减震多数运用在商用车上。这也是未来我国悬架技术发展的趋势。电磁减震系统解决了长期以来汽车舒适性与运动性之间的矛盾。减震效果比空气减震与液气复合减震更好，但因为成本较高，目前这项配置只应用在高端运动车型或是注重路面舒适性的豪华SUV车型上。作为一种连续的自适应系统，它能在几毫秒内调整阻尼特性使其更加适应路面情况和驾驶员的习惯。比较三种减震系统，空气与油压系统容易出现渗漏或泄露，容易造成污染。技术发展还有一定缺陷。电磁控制系统虽不会引起上述问题，但电磁线圈的可靠性还有待提高，然而它的成本较高，维修较困难。3.能量回收目前来看\o"汽车"汽车在行驶中流失的能量极大，以现今的科技水平来看，大幅提升能效显得不那么现实。而动能回收\o"悬架"悬架系统则是一个很好的发展方向，虽然提升的能效有限，但可行性非常高。动能回收悬架系统还可以帮助车辆减少能量消耗，同时它较为简单的设计能够让成本得到更好的控制，更利于日后的大规模应用。如果将细节处流失的能量加以利用，相信节能减排将得到突破性的进展。清洁的绿色智能悬架将是今后汽车悬架发展的趋势。4.被动、半主动、主动三种悬架的研究方向被动悬架是传统的机械结构，刚度和阻尼都是不可调的，依照随机振动理论，它只能保证在特定的路况下达到较好效果。但它的理论成熟、结构简单、性能可靠、成本相对低廉且不需额外能量，因而应用最为广泛。在我国现阶段，仍然有较高的研究价值。被动悬架性能的研究主要集中在三个方面：通过对汽车进行受力分析后，建立数学模型，然后再用计算机仿真技术或有限元法寻找悬架的最优参数；研究可变刚度弹簧和可变阻尼的减振器，使悬架在绝大部分路况上保持良好的运行状态；研究导向机构，使汽车悬架在满足平顺性的前提下，稳定性有较大的提高。半主动悬架的研究集中在两个方面：执行策略的研究；执行器的研究。阻尼可调减振器主要有两种，一种是通过改变节流孔的大小调节阻尼；一种是通过改变减振液的粘性调节阻尼。节流孔的大小一般通过电磁阀或步进电机进行有级或无级的调节，这种方法成本较高，结构