乘用車懸架系統新技術分析(下)

◆文/江蘇 高惠民

高惠民 (本刊編委會委員)

現任江蘇省常州外汽豐田汽車銷售服務有限公司技術總監，江蘇技術師范學院、常州機電職業技術學院汽車工程運用系專家委員，高級技師。

(接2018年第11期)

2.豐田自適應可調懸架系統

豐田自適應可調懸架系統(AVS系統)屬于半主動型懸架，配備在豐田中高檔轎車上。駕駛員可以通過選擇行駛模式，切換減振器的軟與硬兩種減振力(阻尼力)。由于減振力控制采用非線性H∞的基本控制策略，系統獲得了卓越的響應性能和精確的控制性能，實現了車輛乘坐舒適性以及操縱穩定性的兼容。

(1)AVS系統組成

AVS系統組成如圖31所示。

圖31 AVS系統組成

減振器采用了可調式單筒液壓型減振器，該減振器配備了能夠切換減振力的硬減振閥和軟減振閥，旋轉閥改油液變流進閥的流量，從而改變減振器的阻尼。減振器結構如圖32所示。

圖32 AVS減振器結構

減振器控制執行器采用了分9步切換的步進電機，步進電機由兩組定子和線圈組成。為了控制減振器阻尼力，步進電機根據來自減振器控制ECU的信號，輕微轉到與減振器控制桿直接耦合在一起的磁性轉子。如圖33是減振器控制執行器結構。

圖33 AVS系統減振器控制執行器

根據AVS系統需求，配備了3個微機械型的加速度傳感器，主要用于檢測車身垂直運動。橫擺率傳感器將車輛垂直軸產生的微機械傳感器的電容變化作為旋轉角速度進行檢測；減速度傳感器將微機械傳感器的移動電極和固定電極之間電容變化作為車輛減速度進行檢測，在不帶VDIM上橫擺率傳感器和減速度傳感器置于空氣囊ECU總成內，在帶VDIM的車型上，為實現緊湊性，橫擺率傳感器和減速度傳感器集成為一體，位于中央控制臺下方。

(2)AVS系統控制

表1所示為AVS系統主要零部件的功能與系統控制項目，圖34所示為AVS系統控制框圖。

①側傾姿勢控制

根據轉向傳感器和減速度傳感器信號，控制各車輪減振器以優化轉向時的車輛姿勢狀態。

減振器(用于側傾抑制和彈跳抑制)位于遲滯內側轉向點，以控制2個方向的移動，4個車輪獨自控制內側和外側轉向側的減振力，從而優化了車輛轉向時的姿勢并確保了抓地性能。車輛側傾姿勢控制如圖35所示。

控制減振力以減少側傾角與縱傾角之間的相位差，從而實現與人的感覺相適應的車輛姿勢和舒適的轉向。側傾角與縱傾角之間的相位差如圖36所示。

②反沖控制(非線性H∞控制)

根據加速度傳感器信號，減振器控制ECU檢測車輛(在垂直跳動、側傾和縱傾方向上的振動)，采用非線性H∞邏輯控制4個車輪的減振力。自然平穩控制車輛反沖，從而確保行駛舒適性。圖37所示為AVS系統減振衰減速度控制方法特性對比。

③減振模式選擇

可通過操作選擇車輛行駛模式(NORMAL、ECO、SPORT)。

在NORMAL或ECO模式中，通過根據行駛操作和路面狀況進行減振力控制，優先實現了乘坐舒適性，且精確控制確保操縱穩定性。

與NORMAL或ECO模式相比，SPORT模式在減振力控制采用高減振力范圍，進一步提高車輛運動操縱穩定性。減振力特性如圖38所示。

圖36 AVS減振力側傾角與縱傾角相位差控制

圖37 AVS系統減振衰減速度控制特性對比

圖38 AVS系統減振器減振力特性

3.KDSS互聯懸架系統

互聯懸架系統是指單個車輪運動導致其他車輪或車輪組彈簧力發生變化的懸架系統總稱。根據系統連接介質不同，可分為機械互聯懸架、空氣互聯懸架和液壓互聯懸架。現代汽車上常用的橫向穩定桿，就是最為簡單的機械式被動互聯懸架。這種穩定桿通過增強懸架系統的側傾剛度來抑制左右車輪反向運動。但是，該系統提高了前軸側傾剛度，卻破壞了前后軸側傾剛度的合理分配，使乘坐舒適性降低。

豐田汽車公司針對越野車型研制了一款橫向穩定桿與液壓互聯懸架相結合的系統，并將其命名為Kinetic Dynamic Suspension System(簡稱KDSS)，如圖39所示是雷克薩斯GX470前后連接式穩定桿系統。

圖39 雷克薩斯GX470KDSS組成

系統是將前后穩定桿以液壓方式連接在一起的調整機構。在單側穩定桿的支撐點處設置液壓缸，前后液壓缸以管路連通。如圖41(a)所示，轉向時前后穩定桿同向運動，液壓缸不工作，僅起到普通穩定桿的作用。在崎嶇不平路面的前后懸架處于逆向扭轉狀態時，如圖40(b)所示，液壓缸內活塞自由滑動，液壓油在前后液壓缸之間流動，穩定桿對懸架剛度的影響即被消除，車輛獲得良好的通過性。

圖40 KDSS工作示意圖

綜上所述，KDSS系統實現了車輛側傾運動與其他3種懸架運動的解耦功能，通過合理地設置各部件的動力學參數，KDSS能夠在提供優秀抗側傾性能的同時保證車輛的舒適性和在崎嶇路面上的輪胎抓地效果。表2所示為KDSS系統對車輛各運動模態下的動力學響應匯總。

表2 車輛各運動模態下KDSS系統響應匯總