電控懸架研究：電控懸架和空氣懸架的四個(gè)發(fā)展趨勢(shì)

懸架和電控懸架的基本概念

懸架（又稱懸掛，英文為Suspension）是汽車的車架（或承載式車身）與車橋（或車輪）之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪與車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并減少由此引起的震動(dòng)，以保證汽車能平順地行駛。

典型的懸架結(jié)構(gòu)由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及減震器等組成，個(gè)別結(jié)構(gòu)還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現(xiàn)代轎車懸架多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，部分高級(jí)轎車則使用空氣彈簧。彈性元件主要用來(lái)承受垂直力并轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能，從而減緩汽車在凹凸路面行駛引起的沖擊。

減震器用來(lái)吸收與釋放彈性元件的彈性勢(shì)能（通常通過(guò)熱能形式排出），從而迅速衰減車架和車身的振動(dòng)，防止車身因彈性元件伸縮造成的反復(fù)顛簸；減震器改變截面實(shí)現(xiàn)阻尼系數(shù)變化，根據(jù)行駛狀態(tài)確定懸架軟硬。電控減震器的主流產(chǎn)品為采埃孚的CDC（Continuous Damping Control，連續(xù)阻尼控制系統(tǒng)），每秒鐘檢驗(yàn)100次路面情況，根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)改變內(nèi)部閥門大小，從而改變流量大小，進(jìn)而改變阻尼影響懸架的軟硬，從而實(shí)現(xiàn)：

1)、轉(zhuǎn)彎的時(shí)候防側(cè)傾；

2)、制動(dòng)的時(shí)候減少點(diǎn)頭；

3)、提升乘坐舒適性等功能。

伴隨電子控制水平發(fā)展，電控懸架應(yīng)運(yùn)而生。電控懸架是指通過(guò)電控系統(tǒng)控制懸架執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)阻尼、高度、剛度，以及施加主動(dòng)力等，改善車輛舒適性和操控穩(wěn)定性的系統(tǒng)。

來(lái)源：一汽研發(fā)總院，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)

電控懸架控制器（ECU）通過(guò)傳感器和CAN總線采集高度、速度、方向盤轉(zhuǎn)角、制動(dòng)輪缸壓力、駕駛模式等作為輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)算法處理，得出使系統(tǒng)控制性能最佳的控制信號(hào)，經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路控制電磁閥通斷電時(shí)間或電流大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)對(duì)空氣彈簧的充氣、放氣，或調(diào)節(jié)減振器阻尼力，達(dá)到調(diào)節(jié)懸架剛度和阻尼的作用。

空氣懸掛工作原理圖

來(lái)源：保隆科技

目前，懸架行業(yè)重點(diǎn)推廣的是空氣懸架系統(tǒng)。通常，配置了空氣彈簧的車型也同步配置MRC或CDC；而配置MRC、CDC的車型不一定配置空氣彈簧。

發(fā)展趨勢(shì)一：空氣懸架在中國(guó)的滲透率還很低，國(guó)內(nèi)乘用車市場(chǎng)滲透率只有0.7%

商用車方面，受法規(guī)強(qiáng)制安裝要求，空氣懸架在商用車中逐步推廣。根據(jù)2017年《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》規(guī)定，自2020年1月1日起，總質(zhì)量≥12000kg的危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸貨車的后軸、所有危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸半掛車以及三軸欄板式、倉(cāng)柵式半掛車配備應(yīng)裝備空氣懸架。海外發(fā)達(dá)地區(qū)商用車空氣懸架滲透率已達(dá) 85%左右，國(guó)內(nèi)商用車滲透率還很低，還有很大發(fā)展空間。

乘用車方面，根據(jù)佐思汽研數(shù)據(jù)中心的統(tǒng)計(jì)，2022年1-4月，進(jìn)口車市場(chǎng)空氣懸掛滲透率約為24%，國(guó)內(nèi)乘用車市場(chǎng)的空氣懸掛滲透率約為0.7%。

中國(guó)乘用車市場(chǎng)空氣懸掛裝配率

來(lái)源：佐思汽研數(shù)據(jù)中心

發(fā)展趨勢(shì)二：中國(guó)OEM和Tier1正快速拉低空氣懸架的應(yīng)用門檻

空氣懸架對(duì)汽車操控性、舒適性提升明顯，多配置于60萬(wàn)元以上的進(jìn)口豪華汽車中，如奔馳、寶馬、奧迪、沃爾沃、路虎、保時(shí)捷等高端車型；以蔚來(lái)、小鵬、理想為代表的造車新勢(shì)力和以吉利、一汽紅旗、長(zhǎng)城為代表的的傳統(tǒng)車企為了提升品牌，在高端智能汽車上配置空氣懸架；他們或全棧自研，或與空氣懸架供應(yīng)商合作，引領(lǐng)空氣懸架向下逐步滲透。

國(guó)內(nèi)車企或逐步傾向于自研空氣懸架控制單元及算法（最終集成至底盤域控制器中），并將硬件總成分拆成空氣供給單元、空氣彈簧、傳感器等部件分別采購(gòu)，最后再由主機(jī)廠主導(dǎo)集成，這為國(guó)內(nèi)零部件供應(yīng)商單點(diǎn)突破帶來(lái)機(jī)遇，如保隆科技、中鼎股份、拓普集團(tuán)、孔輝汽車等，已逐步實(shí)現(xiàn)空氣懸架相關(guān)部件的量產(chǎn)和配套。

目前空氣懸架的總體單車價(jià)值量約1.1-1.6萬(wàn)元，隨著供應(yīng)鏈國(guó)產(chǎn)化降本，以及產(chǎn)量的提升，預(yù)計(jì)國(guó)產(chǎn)化乘用車空氣懸架整體價(jià)格有望降至8000元以內(nèi)。

在消費(fèi)升級(jí)及國(guó)產(chǎn)化降本推動(dòng)下，空氣懸架正從60萬(wàn)元以上的豪華車滲透至30萬(wàn)元區(qū)間造車新勢(shì)力的選配甚至標(biāo)配產(chǎn)品。2018 年起，蔚來(lái) ES8、ES6 的上市將空氣懸架配置下探至 40 萬(wàn)元以內(nèi)。2021 年極氪001 與東風(fēng)嵐圖FREE將空氣懸架繼續(xù)下探至30萬(wàn)元以內(nèi)車型。

另外，我國(guó)汽車消費(fèi)升級(jí)趨勢(shì)顯著，20萬(wàn)元以上車型銷量占比明顯提升，從2016年的17.3%增長(zhǎng)到了2021年的30% 。汽車消費(fèi)升級(jí)也加快了乘用車空氣懸架的導(dǎo)入。

孔輝科技自有空氣彈簧裝配生產(chǎn)線，一期規(guī)劃年產(chǎn)能15萬(wàn)套。拓普集團(tuán)首個(gè)空氣懸架系統(tǒng)工廠坐落于寧波濱海新區(qū)，總投資約6億元，計(jì)劃2022年6月正式投產(chǎn)。新工廠投產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量200萬(wàn)只空氣懸架，滿足每年50萬(wàn)輛車的配套。

保隆科技投資10億元在合肥園區(qū)打造了一條空氣彈簧產(chǎn)線，具備年產(chǎn)10萬(wàn)臺(tái)車空氣彈簧的能力。2023年第二條線和第三條線將投入生產(chǎn)，未來(lái)規(guī)劃再建6條產(chǎn)線，2025年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)超過(guò)50萬(wàn)臺(tái)整車空氣彈簧。

國(guó)內(nèi)大批空氣彈簧產(chǎn)線的達(dá)產(chǎn)，必將帶動(dòng)空氣彈簧的大批量上車，為更高級(jí)別懸架功能的導(dǎo)入打下硬件基礎(chǔ)——譬如魔毯懸架。

發(fā)展趨勢(shì)三：魔毯懸架功能興起

常見(jiàn)的空氣懸架系統(tǒng)往往是手動(dòng)選擇駕駛模式，不同駕駛模式有不同的懸架設(shè)置。魔毯懸架則更進(jìn)一步，通過(guò)攝像頭和雷達(dá)掃描車前方路面狀況，以調(diào)節(jié)空氣懸掛的阻尼、高度和剛度，達(dá)到平穩(wěn)通過(guò)顛簸路段的效果。魔毯懸架比空氣懸架一般多一套環(huán)境感知系統(tǒng)（視覺(jué)和雷達(dá)等）和更強(qiáng)大算力的控制器（也可能利用域控制器的算力）。

魔毯懸架系統(tǒng)采用最多的環(huán)境感知系統(tǒng)是雙目視覺(jué)系統(tǒng)。奔馳的魔毯懸架系統(tǒng)叫做MAGIC BODY CONTROL智能車身控制系統(tǒng)，就采用的雙目視覺(jué)系統(tǒng)。寶馬也是利用了立體攝像頭作為感知系統(tǒng)。

寶馬魔毯懸架主要由以下幾個(gè)系統(tǒng)組成：動(dòng)態(tài)減震控制系統(tǒng)、整體主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、智能全輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、4個(gè)車輪速度傳感器、前后軸的電動(dòng)主動(dòng)穩(wěn)定桿、12V蓄電池及逆變器、前擋風(fēng)玻璃立體攝像頭等。

國(guó)內(nèi)的雙目視覺(jué)供應(yīng)商中科慧眼和保隆科技都獲得了魔毯懸架的定點(diǎn)項(xiàng)目。

嵐圖汽車首次將“魔毯”功能引入到MPV（夢(mèng)想家）。嵐圖夢(mèng)想家 “魔毯”功能主要由以下單元組成：四支CDC減振器、五個(gè)加速度傳感器、攝像頭和控制單元、前雙叉臂+后五連桿+空氣懸架。通過(guò)前置攝像頭實(shí)時(shí)掃描車輛前方5～15米的路面數(shù)據(jù)，識(shí)別特殊路況如減速帶、凸起等，同時(shí)傳感器用來(lái)監(jiān)控車輛運(yùn)動(dòng)情況，并將運(yùn)動(dòng)的信號(hào)傳遞到控制單元，控制單元用來(lái)計(jì)算傳感器的信號(hào)，依據(jù)內(nèi)部的控制算法向四支CDC減振器上的電磁閥輸出控制電流，從而控制阻尼力的大小，使車輛獲得更好的駕乘舒適性。

發(fā)展趨勢(shì)四：懸架控制需和轉(zhuǎn)向及制動(dòng)控制結(jié)合，也將與ADAS功能融合

在豪華品牌的底盤控制中，電控懸架功能從來(lái)不是獨(dú)立存在的，懸架控制往往和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制以及制動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合的，譬如奔馳的E-Active Body Control系統(tǒng)。

奔馳的E-Active Body Control使用了五個(gè)多核心處理器、20多個(gè)傳感器以及立體攝像頭，可預(yù)測(cè)不同的駕駛情況。具體功能描述如下：

• 基于48伏的全主動(dòng)懸掛，在不同的駕駛模式下操縱特性差異比以往更大 ；E-ACTIVE BODY CONTROL分別調(diào)節(jié)每只避震器的阻尼力和彈簧力，可以抵消車身的側(cè)傾、俯仰和升力；在COMFORT駕駛模式下，ROAD SURFACE SCAN使用SMPC立體多功能攝像頭監(jiān)視車輛前方的路面。然后啟動(dòng)彈簧撐桿，以大大減少穿越顛簸時(shí)的車身晃動(dòng)與震動(dòng)；在CURVE駕駛模式下，車輛會(huì)依狀況主動(dòng)傾斜。此傾斜功能和舒適的懸掛設(shè)置，極大地提高了乘坐舒適性，而對(duì)胃部較敏感的乘客感覺(jué)特別好(適用于吃飽的狀態(tài))；E-ACTIVE BODY CONTROL主動(dòng)車身控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了新版PRE-SAFE主動(dòng)安全功能，能降低側(cè)面碰撞所造成的傷害；在全輪轉(zhuǎn)向(選配)和后方大轉(zhuǎn)向角(最高10度)的情況下，S級(jí)的轉(zhuǎn)彎幅度最多可減少了2米。這使長(zhǎng)軸距S級(jí)的轉(zhuǎn)彎直徑可小于11米；透過(guò)將后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與更直接的前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相結(jié)合，還可以實(shí)現(xiàn)高度的敏捷性與高速穩(wěn)定性；轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)的集成，可使動(dòng)態(tài)情況下的操控更加精確和穩(wěn)定。

由于ADAS系統(tǒng)需要一套環(huán)境感知系統(tǒng)，魔毯懸掛也需要一套環(huán)境感知系統(tǒng)，因此兩者可以復(fù)用部分傳感器。國(guó)內(nèi)企業(yè)中，中科慧眼、保隆科技分別和合作伙伴一起，推出了魔毯懸掛+ADAS的融合感知解決方案。