汽车悬架都有哪些？

一、汽车悬架简介

在汽车智能化趋势之下，为了实现对整车的智能控制，整车上那些原本机械化的部件逐渐朝着可控制方向发展，而悬架系统作为智能汽车执行层面的重要组成，它的性能优劣直接影响着用户的用车舒适性。

图1 智能汽车层级功能划分

悬架是汽车底盘系统的核心部件，其分布于车轮与车身之间，是两者间传力连接装置的总称。主要用途便是在为车身提供支撑的同时，为车辆在不平坦路面行驶时所带来的冲击力得以缓冲，由此减少行车过程中的震动、颠簸等不适感，是车辆在操控性、舒适性、安全性等方面的重要参与者。

通常情况下，汽车悬架的构成主要有：弹性元件、减振器以及导向机构。根据汽车应用场景的不同，悬架在车上的结构、控制方式等亦有区别，从不同的维度出发，可将汽车悬架如下分类：

1）结构差异性分类：非独立悬架与独立悬架；

两者的区别主要是看车身两侧的车轮是否独立悬挂于车架之下。非独立悬架结构下，两侧车轮通过车桥硬连接形成一个整体，而独立悬架结构则是采用‘断开式车桥’将两侧的车轮分开。当车辆行驶过程中遇到单侧突起的路面时，由于独立悬架的车轮可单独纵向运动，因此可减少突起带来的颠簸感。目前在追求舒适性的车用车领域，基本都采取了独立悬架，而商用车领域由于成本的原因，大多采用非独立悬架。对比简图如下：

图2 独立/非独立悬架示意简图

2）控制力差异分类：被动悬架、半主动悬架与主动悬架；

悬架的两个核心技术是弹簧的刚度以及减振器的阻尼，根据在行车过程中应对不同的道路情况，是否可对这两参数进行调整，以达到对悬架系统控制，可将其分为可控悬架以及被动悬架。在可控悬架中，根据控制的全面性，又进一步划分出了半主动悬架和主动悬架。

a）被动悬架：悬架系统由弹性元件、减振器等机械零件组成。在行车过程中，当车辆受到不平稳路面的冲击力时，冲击力通过这些机械零部件进行被动吸收而得以缓冲，车辆的驾驶舒适性、可通过性由减震零件的性能决定，车内的颠簸感、平稳度完全取决于外部的道路，其结构简图如下：

图3 被动悬架示意简图

b）半主动悬架：在被动悬架的基础上增加控制系统以达到对悬架的可控。该类型悬架是在被动悬架向主动悬架演化的过程中，由于主动悬架其系统构造的精密度、成本、功耗等方面皆较高，因此处于中间过渡的半主动悬架被得以应用。半主动悬架通常有两种方案：一种是通过传统钢制弹簧配合可控减振器方案，另一种是选择空气弹簧配合普通减振器的方案，但无论采用的是何种方案，半主动悬架在行车过程中都只能对阻尼力或刚度系数中的一种进行调整，这也是‘半’的由来。但尽管如此，半主动悬架相对于被动悬架，其对于车辆在可通过性、舒适性等方面都有了较大的提升。

图4 半主动悬架示意简图

c）主动悬架：在主动悬架系统中，通过传感器等元件主动收集行车过程中的载荷、车速、车高、路面情况等参数的变化，控制单元能根据这些信息自动调整悬架的刚度和阻尼力的大小，从而提升车辆行驶的平顺性与通过性。当前市场中的主动悬架有空气悬架和电磁悬架两类，其中电磁悬架又分为CDC（Continuous Damping Control，电子液力式可调悬架）和MRC（Magnetic Ride Control，电磁悬架）两种。

图5 主动悬架示意简图

由于按照控制力差异对悬架进行分类是业内较为常见的一种，因此对此分类方式下的三种悬架进行简单对比，并整理成如下表格：

表1 主被动悬架特性对比总结

3）控制方式分类：机械悬架和电控悬架。

机械与电控的区别在于前者只能通过自身系统性能实现一定的减振效果，而后者能够根据行车过程中的不同路况，通过传感器采集并由控制单元主动调整悬架系统的刚度、阻尼力、车身高度等参数，以提供行车过程中的通过性和舒适性。如上述的主/被动悬架描述，正常情况下，电控悬架常适配于可控悬架中。

对上述描述的悬架分类进行总结如下图：

图6 悬架分类层级

二、主动悬架

在传统的悬架系统中，由于弹簧、阻尼器参数皆无法调整，因此当两者搭配使用时，若弹簧刚性大、阻尼力大，则驾驶员会感觉整车偏‘硬’，而反之则会觉得‘软’。因此在当前的汽车市场中，主机厂们通过使用可控的悬架系统对整车的驾驶舒适性进行优化。

但基于整车成本、技术条件等诸多方面的考虑，当下汽车市场中主流搭载的还是可调阻尼的半主动悬架，这可很好的应对在目前自动驾驶等级上不高的市场环境。但随着汽车智能化趋势的深入，汽车需要更加自主的应对各种复杂路况，因此对于车身系统、底盘系统的控制亦需更加精细化，而作为汽车智能底盘的关键组成，悬架系统的智能化亦不可忽视。半主动悬架由于不可调节整车车身高度、调节范围受到限制、调节精度不足、可调节频次低等情况，或将逐渐被主动悬架所替代。

空气悬架：该系统是在可调阻尼的半主动悬架的基础上使用空气压缩机和空气弹簧来取代传统的线圈弹簧，目的是以空气弹簧为调节器，并通过对电磁阀和空气压缩机的控制，实现向空气弹簧气腔内充气的目的，再借由空气密度的改变对空气弹簧的刚度进行调节，以此来实现车身高度的变化即整车的弹性变化。

目前电控式空气悬架的电磁阀响应时间通常在5ms左右，减振器变阻尼时间小于10ms，气囊变刚度时间小于100ms。在智能化来临之际，整车可根据实际情况，在行车过程中对弹簧刚度与减振阻尼进行自主调节，通过两者间的合理搭配使得行车过程获得更佳的体验，其架构示意如下图。

图7 空气悬架系统架构

如上图所示，在空气悬架的系统组成中，除在传统悬架结构中所必需的结构外，电控部分的主要组成整理如下：

图8 电控空气悬架系统主要组成

但由于当前市场中空气悬架的价格较之传统的悬架要高出数倍，在其成本尚未下降之前，主要被应用于一些中高端车型中。

电磁悬架：就阻尼力与刚度的控制而言，其最终的目的与其他悬架是一样的，但电磁悬架在应用原理上与空气悬架则有所不同，其是通过提高磁流变液对汽车稳定性进行调节，在车辆稳定性的控制方面比空气悬架要更出色。

空气悬架是目前市场上主流采用的一种主动悬架结构，但由于成本较高的原因，其渗透率一直较低。至2022年底，在我国的汽车市场中，空气悬架在乘用车领域的渗透率仅0.7%，而在商用车领域，由于轻卡等小型商用车对成本控制更为严格，因此主动悬架在此基本未被应用，但对于中/重型卡车、客车则有部分应用，据统计，空悬在此领域的渗透率约为5%。

在如今的市场环境下，国内主机厂对整车成本进一步压缩，空悬高成本若得不到缓解，那么在未来的市场渗透上想必依然难以提升。作为主动悬架中的一种，CDC悬架在成本上具有绝对优势，以此作为切入点，其在未来汽车市场中的应用或将得到扩大。目前国内已搭载CDC悬架的有星途瑶光、极氪009等车型。

对几种主动悬架性能进行简单对比，并整理成表，如下：

表2 几种主动悬架对比