電控懸架研究：電控懸架和空氣懸架的四個發(fā)展趨勢

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，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、導向機構(gòu)以及減震器等組成，個別結(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，部分高級轎車則使用空氣彈簧。彈性元件主要用來承受垂直力并轉(zhuǎn)化為彈性勢能，從而減緩汽車在凹凸路面行駛引起的沖擊。

減震器用來吸收與釋放彈性元件的彈性勢能（通常通過熱能形式排出），從而迅速衰減車架和車身的振動，防止車身因彈性元件伸縮造成的反復顛簸；減震器改變截面實現(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，進而改變阻尼影響懸架的軟硬，從而實現(xiàn)：

1)、轉(zhuǎn)彎的時候防側(cè)傾；

2)、制動的時候減少點頭；

3)、提升乘坐舒適性等功能。

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

來源：一汽研發(fā)總院，中國汽車工程學會

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

空氣懸掛工作原理圖

來源：保隆科技

目前，懸架行業(yè)重點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)展趨勢一：空氣懸架在中國的滲透率還很低，國內(nèi)乘用車市場滲透率只有0.7%

商用車方面，受法規(guī)強制安裝要求，空氣懸架在商用車中逐步推廣。根據(jù)2017年《機動車運行安全技術(shù)條件》規(guī)定，自2020年1月1日起，總質(zhì)量≥12000kg的危險貨物運輸貨車的后軸、所有危險貨物運輸半掛車以及三軸欄板式、倉柵式半掛車配備應裝備空氣懸架。海外發(fā)達地區(qū)商用車空氣懸架滲透率已達 85%左右，國內(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，2022年1-4月，進口車市場空氣懸掛滲透率約為24%，國內(nèi)乘用車市場的空氣懸掛滲透率約為0.7%。

中國乘用車市場空氣懸掛裝配率

來源：佐思汽研數(shù)據(jù)中心

發(fā)展趨勢二：中國OEM和Tier1正快速拉低空氣懸架的應用門檻

空氣懸架對汽車操控性、舒適性提升明顯，多配置于60萬元以上的進口豪華汽車中，如奔馳、寶馬、奧迪、沃爾沃、路虎、保時捷等高端車型；以蔚來、小鵬、理想為代表的造車新勢力和以吉利、一汽紅旗、長城為代表的的傳統(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，或與空氣懸架供應商合作，引領空氣懸架向下逐步滲透。

國內(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，最后再由主機廠主導集成，這為國內(nèi)零部件供應商單點突破帶來機遇，如保隆科技、中鼎股份、拓普集團、孔輝汽車等，已逐步實現(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值量約1.1-1.6萬元，隨著供應鏈國產(chǎn)化降本，以及產(chǎn)量的提升，預計國產(chǎn)化乘用車空氣懸架整體價格有望降至8000元以內(nèi)。

在消費升級及國產(chǎn)化降本推動下，空氣懸架正從60萬元以上的豪華車滲透至30萬元區(qū)間造車新勢力的選配甚至標配產(chǎn)品。2018 年起，蔚來 ES8、ES6 的上市將空氣懸架配置下探至 40 萬元以內(nèi)。2021 年極氪001 與東風嵐圖FREE將空氣懸架繼續(xù)下探至30萬元以內(nèi)車型。

另外，我國汽車消費升級趨勢顯著，20萬元以上車型銷量占比明顯提升，從2016年的17.3%增長到了2021年的30% 。汽車消費升級也加快了乘用車空氣懸架的導入。

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15萬套。拓普集團首個空氣懸架系統(tǒng)工廠坐落于寧波濱海新區(qū)，總投資約6億元，計劃2022年6月正式投產(chǎn)。新工廠投產(chǎn)后可實現(xiàn)年產(chǎn)量200萬只空氣懸架，滿足每年50萬輛車的配套。

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)10萬臺車空氣彈簧的能力。2023年第二條線和第三條線將投入生產(chǎn)，未來規(guī)劃再建6條產(chǎn)線，2025年實現(xiàn)年產(chǎn)超過50萬臺整車空氣彈簧。

國內(nèi)大批空氣彈簧產(chǎn)線的達產(chǎn)，必將帶動空氣彈簧的大批量上車，為更高級別懸架功能的導入打下硬件基礎——譬如魔毯懸架。

發(fā)展趨勢三：魔毯懸架功能興起

常見的空氣懸架系統(tǒng)往往是手動選擇駕駛模式，不同駕駛模式有不同的懸架設置。魔毯懸架則更進一步，通過攝像頭和雷達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，達到平穩(wěn)通過顛簸路段的效果。魔毯懸架比空氣懸架一般多一套環(huán)境感知系統(tǒng)（視覺和雷達等）和更強大算力的控制器（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系統(tǒng)組成：動態(tài)減震控制系統(tǒng)、整體主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、智能全輪驅(qū)動系統(tǒng)、4個車輪速度傳感器、前后軸的電動主動穩(wěn)定桿、12V蓄電池及逆變器、前擋風玻璃立體攝像頭等。

國內(nèi)的雙目視覺供應商中科慧眼和保隆科技都獲得了魔毯懸架的定點項目。

嵐圖汽車首次將“魔毯”功能引入到MPV（夢想家）。嵐圖夢想家 “魔毯”功能主要由以下單元組成：四支CDC減振器、五個加速度傳感器、攝像頭和控制單元、前雙叉臂+后五連桿+空氣懸架。通過前置攝像頭實時掃描車輛前方5～15米的路面數(shù)據(jù)，識別特殊路況如減速帶、凸起等，同時傳感器用來監(jiān)控車輛運動情況，并將運動的信號傳遞到控制單元，控制單元用來計算傳感器的信號，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)展趨勢四：懸架控制需和轉(zhuǎn)向及制動控制結(jié)合，也將與ADAS功能融合

在豪華品牌的底盤控制中，電控懸架功能從來不是獨立存在的，懸架控制往往和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制以及制動控制系統(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使用了五個多核心處理器、20多個傳感器以及立體攝像頭，可預測不同的駕駛情況。具體功能描述如下：

• 基于48伏的全主動懸掛，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。然后啟動彈簧撐桿，以大大減少穿越顛簸時的車身晃動與震動；在CURVE駕駛模式下，車輛會依狀況主動傾斜。此傾斜功能和舒適的懸掛設置，極大地提高了乘坐舒適性，而對胃部較敏感的乘客感覺特別好(適用于吃飽的狀態(tài))；E-ACTIVE BODY CONTROL主動車身控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了新版PRE-SAFE主動安全功能，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級的轉(zhuǎn)彎幅度最多可減少了2米。這使長軸距S級的轉(zhuǎn)彎直徑可小于11米；透過將后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與更直接的前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相結(jié)合，還可以實現(xiàn)高度的敏捷性與高速穩(wěn)定性；轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)的集成，可使動態(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)，因此兩者可以復用部分傳感器。國內(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。