Influence of Air Spring Pressure on Ride Comfort and Dynamic Response of an Electric Vehicle under Random Road Excitation
本研究探讨了在随机路面激励下，改变空气弹簧压力如何影响电动汽车的乘坐舒适度和动力学响应，揭示了较高的压力会增加悬架刚度和车轮载荷，从而降低舒适度，进而确定了在不同路面等级和车速下平衡这些相互竞争因素的最佳压力范围。
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每一辆在道路上行驶的车辆都必须在两种相互竞争的需求之间进行一场持久的博弈。第一种是需要将乘客与粗糙、不平整的路面纹理隔绝开来，以保持行驶的平顺与舒适；第二种是需要让轮胎紧紧压在地面上，以确保车辆能够安全地转向、制动和加速。如果悬挂系统太软，汽车可能会像在波浪中行驶的船只一样，虽然隔离了驾驶员与路面的冲击，但却面临着因轮胎跳动而失去控制的风险。如果系统太硬，轮胎虽然能保持贴地，但每一次颠簸都会直接传递给乘客，使驾驶变成一种颠簸难耐的体验。对于电动汽车而言，这种平衡更加微妙，因为沉重的电池组和独特的电机配置改变了车辆的重量分布和运动方式，使得传统的悬挂设置效果大打折扣。
在最近的一项研究中，研究人员致力于为配备空气弹簧的电动汽车寻找精确的平衡点。与具有固定刚性的传统钢制弹簧不同，空气弹簧利用压缩气体来支撑车辆重量。通过改变这种气体的压力，工程师可以改变悬挂的感觉是硬还是软。来自越南荣林科技大学的研究团队调查了不同空气压力水平如何影响车辆在不同质量道路（从平坦的高速公路到极其粗糙的路径）上的行驶表现。他们模拟了车辆在 30 到 60 公里/小时的速度下，在四种不同质量的路面上行驶的情况。他们的目标是确定理想的压力设置，既能保持乘坐舒适度，又不会牺牲轮胎与路面的接触安全性。
研究人员建立了一个详细的电动汽车数字化模型，将其视为一个包含七个运动部件的复杂系统，以捕捉车身和车轮对颠簸的反应。他们让这辆虚拟汽车承受模拟现实驾驶条件的随机振动，测试了四种特定的空气压力水平：400,000、600,000、800,000 和 1,000,000 帕斯卡。随着压力的增加，弹簧内部的气体变得更难压缩，从而有效地使悬挂变得更硬。结果在所有路面上都表现得清晰且一致：压力越高，行驶感越颠簸。当压力处于最低水平时，车辆能很好地吸收颠簸；但随着压力升至最高，车身开始剧烈抖动。在测试的最平滑道路上，将压力从最低设置增加到最高设置，乘客感受到的平均振动增加了近 41%。
这种刚性的增加也直接影响了轮胎与路面的交互作用。虽然较硬的悬挂看似能让轮胎更稳固，但模拟显示，在粗糙地形上情况恰恰相反。随着压力的增加，轮胎更容易发生跳动并失去与地面的接触，尤其是在高速行驶时。研究人员使用一个表示轮胎载荷波动程度的因子来衡量这一现象。在最粗糙的道路上，当车辆高速行驶且空气压力较高时，轮胎几乎到了完全脱离地面的危险边缘。这种接触的丧失至关重要，因为轮胎如果不接触地面，就无法有效地进行转向或制动。研究发现，在最不平整的表面上，最高的压力设置显著降低了轮胎的抓地力，造成了车辆可能变得不稳定的局面。
路面质量在很大程度上决定了这些压力设置的表现。在平滑、高质量的道路上，车辆可以承受较宽的压力范围，400,000 到 800,000 帕斯卡之间的设置可以在舒适度与安全性之间提供合理的折中。然而，随着路面变得更加粗糙，容错空间也随之缩小。在质量中等的道路上，研究人员建议将压力降低到 400,000 到 600,000 帕斯卡之间以维持安全。在极差和极其粗糙的道路上，模拟结果表明，只有最低的压力设置才能保持行驶的可接受性并使轮胎与地面保持接触。在这些恶劣条件下，高速行驶结合高空气压力会造成舒适度与危险并存的“完美风暴”：车身剧烈摇晃，轮胎难以维持抓地力。
研究还强调了速度与压力之间并非线性关系。在粗糙道路上以较快速度配合硬悬挂行驶会放大负面影响，导致车辆跳动更频繁，且轮胎失去接触的频率更高。研究人员指出，虽然他们的发现为这些特定条件提供了明确指导，但其基础是计算机模拟而非物理道路测试。该模型并未考虑到所有可能的变量，例如车辆载荷的变化或空气弹簧内部复杂的散热动力学。尽管如此，结果仍为工程师和驾驶员提供了实用的路线图。他们建议，为了让电动汽车保持舒适与安全，空气悬挂的压力不应设定为一个固定的单一数值。相反，应当根据路况恶劣程度或行驶速度进行动态调整——在路面变粗糙或车速加快时降低压力，以确保汽车在保持稳定平台的同时，依然能让“双脚”牢牢抓地。
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