商用车构造培训（商用车半主动悬架系统开发方法及应用研究）

摘 要： 本文基于商用车半主动悬架开发及应用现状，提出了技术路线、实现路径，差异性方法探索的半主动悬架开发方法，结合开发方法进行了实践。在多工况试验下，半主动悬架对车辆平顺性较传统悬架提升10%提上。本文所进行的研究和实践对于商用车智能化悬架的开发及应用有一定的借鉴性。

关键词：商用车 半主动悬架 技术路线 平顺性

1引言

汽车悬架系统在车辆行驶过程中对保证车体的稳定性起着关键作用。在汽车工业中都在努力改进汽车的操控稳定性和平顺性，随着人们对汽车驾驶性能要求日益重视的情况下，实现操控稳定性和平顺性平衡愈现迫切。智能化悬架可通过半主动或主动控制在不同工况和路面下保证汽车获得最优性能，实现车辆操控稳定性和平顺性完美协调，为用户提供最优的驾乘体验。

2商用车半主动悬架开发及应用现状

随着用户对驾乘舒适性、操稳性需求，车辆运载货物对车辆平顺性要求日益增加；物联网的发展对于车辆底盘智能化及底盘零部件耐久性需求迫切。从产品前瞻性和技术领先性方面考虑，被动悬架的潜力几乎接近极限了，逐渐无法满足发展需求。根据行业调研，结合悬架系统历史发展及借鉴乘用车发展趋势，商用车领域中，半主动悬架既能满足产品性能要求且附加值高，市场应用前景良好，可应用至轻量化牵引车、载货车等车型。半主动悬架技术路线目前都选用阻尼可变减振器实现。阻尼可调减振器在乘用车领域已批量应用，国际某知名品牌商用车、国际农业机械已应用半主动悬架技术。半主动悬架系统开发的关键是控制系统，目前主机厂大多采用的方式是减振器与控制系统打包供货。

3商用车半主动悬架开发方法研究

3.1 技术路线的确定

技术路线的论证确定用于指导产品开发方向。从技术成熟度，目前商用车领域智能悬架系统应用均为半主动悬架，半主动悬架技术采用调节阻尼的方式实现半主动控制；从成本上，主动悬架成本高出半主动悬架3-5倍，与商用车用户价值不符，性价比不如半主动悬架；从汽车智能化发展上，半主动悬架可实现电动控制，从传感器精度、安全性、可靠性足以支撑辅助驾驶和有条件自动驾驶。从商用车行业发展趋势来看，判断悬架系统发展基本趋势为：半主动-主动-智能化；控制方面：功能实现过程为：多档位可调-自适应连续可调-预见性智能控制。

3.2 关键技术实现路径的确定

半主动悬架系统的关键技术为机电一体化控制技术，目前行业主流路径是硬件与软件打包由供应商提供，包括后期悬架系统调校均有相关供方承担进行。由供方提供软硬件技术意味着主机厂完全没有自主技术权，没有主导设计的话语权，关键核心参数均由供方掌握，属主机厂黑匣子件，且成本高昂。随着国际形势的变化，国家鼓励自主创新，鼓励企业掌握核心关键技术。自主开发控制系统是未来主机厂考虑选用的开发模式，与供方进行硬件及变阻尼减振器的联合开发或联合调校。

3.3 较传统悬架开发的差异性方法探索

传统悬架系统的开发是在一个知识领域内容开展的系统设计，而半主动悬架系统是机电一体化系统的设计，开发设计的过程包括建模和仿真、样机原型系统和部署三个阶段[1]。开发过程是跨学科设计；包含了四门基础的学科：电学、机械学、计算机科学及信息技术。设计阶段，从涉及的设计职能部门也能看出跨学科的差异，传统悬架系统的开发涉及部门有整车级部门、底盘、试制试验部门、采购部门等；而半主动悬架系统开发的部门增加了电控部门、电器部门等。基于传统悬架的差异，需要在开发初期确定好协同设计的策略，跨部门的沟通模式等关键事项。

3.4 全新产品研发中风险管控思维的运用

全新产品研发中风险管控思维的运用：随着智能化悬架系统产品的复杂度提升，风险管控思维需前置，从设计初期就应开始渗透到设计当中。该风险包含两方面内容，一是主观上的不确定，半主动悬架系统为全新开发的产品，缺乏类似开发的经验，开发阶段各个环节存在主观考虑不全面；二是客观上的不确定，半主动悬架系统是跨学科的系统，系统本身存在不确定性。针对风险需实施风险管理，降低风险。基于目标的确定的，开始风险识别，风险分析评价，风险决策及风险实施，最终按照PDCA流程进行。

4开发实践

4.1 半主动悬架行业调研

通过三种方式开展行业调研，确定半主动悬架系统技术路线。方式一：通过网络手段进行信息的查找和整合，了解国际、国内半主动悬架系统发展现状。方式二：通过知名供应商技术交流，邀请供应商技术人员进行技术交流，必要的时候主动找供方去了解相关技术。方式三：通过参会悬架系统技术创新论坛，与同行进行技术交流和沟通。每种方式获取的信息都是互相佐证，为技术路线的确定和需求调研提供支撑。开发立项有了充分的论证。

4.2 半主动悬架开发立项设计方案确定

（1）总体开发过程见图1，从目标及车型确定到设计、测试及验证全程成。关键部分设计方案为：①半主动悬架控制系统主要由ECU、可变阻尼减振器、舒适度选择开关（两档翘板开关）、CAN接口等组成。其中可变阻尼减振器替代原空气悬架减振器，ECU安装在驾驶室内并设有CAN通讯端口，ECU需直接给可变阻尼减振器阻尼调整电磁阀供电。②硬件部分-变阻尼减振器设计，设计原则：机械接口部分保持与传统减振器的互换性，明确电控接口；空间上基于未来可计划匹配设计进行校核，确保设计动态间隙，同时需关注线路部分的运动空间，与周边件避免磨损和异常的打结缠绕。③控制部分，设计原则：为缩短开发周期及降低开发费用，第一阶段设计时尽可能采用现有产品，控制策略上采用现有车辆可借用的传感器等。

图1 开发过程

（2）半主动悬架控制系统具体工作原理见图2。车辆状态在驾驶员操作和外界激励下不断发生变化，驾驶员根据车辆动态响应情况，通过自身认知、判断最终做出相应操作，驾驶员操作引起车辆制动强度、油门位置、行驶速度、转向盘转角、气囊压力、舒适度选择开关位置等的变化，ECU根据这些变量的变化，经过相应的算法，调整可变阻尼减振器的阻尼力，使车辆具有更好的行驶状态，从而提高汽车平顺性和操纵稳定性。

图2 工作原理简图

4.3 性能验证

策划被动悬架与半主动悬架性能验证项目含减振器特性试验，隔振率，各工况下振动试验，功能验证及操纵及舒适性主观评价等对比试验。整车试验中隔振率提升＞5%；各测点振动加速度提升平均10%以上如图3所示，测点1为座椅处，测点2为导轨处[2]；主观评价得分＞8分。整体操控、舒适性、稳定性能的综合提升，与理论分析及预期是相符的。随着智能化汽车的发展，半主动悬架系统在提升用户驾乘体验的同时，也能为车辆传感器的精确度提供低振动及高稳定的保证。成了新的竞争点和面临的挑战，谁掌握了关键核心技术，谁就引领行业发展。对于智能化悬架系统，自主研发控制系统是提升竞争力的关键，需投入一定的资源进行研发，抢占技术和价值高地，实现技术引领。

图3 制动工况下各测点加速度

5技术发展趋势

全球严峻的形势影响着各行各业，随着商用车发展，技术与功能迭代加速；结构类部件系统技术逐渐成熟，技术追随及技术超越的周期大大缩短，趋于同质化、低价值；传统汽车行业以零部件直接成本为竞争点的优势已逐渐下降，自主关键核心技术的掌握