基于主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿的車身側(cè)傾控制技術(shù)研究

楊梁 章國(guó)棟

摘 要：文章首先進(jìn)行了主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)和應(yīng)用現(xiàn)狀分析，研究了主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿核心零部件和系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)展，接著分別介紹了汽車液壓互聯(lián)系統(tǒng)、電磁懸架、奔馳ABC懸架技術(shù);研究車身側(cè)傾控制技術(shù)更重要的意義在于降低車輪的側(cè)傾轉(zhuǎn)向角和側(cè)傾外傾角，進(jìn)而使轉(zhuǎn)向更加中性并且提升汽車在彎道的極限性能。

關(guān)鍵詞：車身側(cè)傾;主動(dòng)控制;懸架控制

中圖分類號(hào)：U463.8? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-53-03

Abstract： the application status and structural analysis of the active stabilizer bar are? analyzed first ，and the advanced technology and progress of the active stabilizer bar core components are studied， and then the automotive hydraulic interconnection system， electromagnetic suspension， and Mercedes-Benz ABC suspension technology are introduced; The more important significance of studying the body roll control technology is to reduce the wheel's roll steering angle and roll camber angle， thereby making the steering significance more neutral and improving the car's extreme performance in corners.

Keywords： Vehicle body roll; Active control; Suspension control

CLC NO.： U463.8? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-53-03

引言

平順性與抗側(cè)傾性能往往是矛盾的，現(xiàn)在絕大部分車輛在設(shè)計(jì)時(shí)往往是根據(jù)車輛市場(chǎng)定位以及對(duì)標(biāo)車的性能表現(xiàn)取折中的參數(shù)，并不能使車輛同時(shí)擁有絕佳的抗側(cè)傾性能與平順性;在高檔車領(lǐng)域，一些復(fù)雜、高成本的技術(shù)得到了運(yùn)用，例如：全主動(dòng)油氣懸架系統(tǒng)、液壓互連系統(tǒng)、主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿、多氣室空氣彈簧等，其中主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿側(cè)傾控制技術(shù)已有一定的裝機(jī)市場(chǎng)，本文將著重介紹主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿側(cè)傾控制技術(shù)。

1 主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿發(fā)展現(xiàn)狀及結(jié)構(gòu)分析

主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿的結(jié)構(gòu)為圖1所示，該系統(tǒng)可以降低車身的側(cè)傾度;同時(shí)由于前后橫向穩(wěn)定桿可以獨(dú)立控制，在轉(zhuǎn)向時(shí)通過調(diào)節(jié)前后執(zhí)行器的輸出力，增加前后軸側(cè)傾剛度之比，增加不足轉(zhuǎn)向梯度;路虎公司聯(lián)合TRW公司在旗下的越野車上搭載了名為Active Roll Control（ARC）的系統(tǒng)[1]，與通用集團(tuán)所使用的系統(tǒng)區(qū)別在于結(jié)構(gòu)形式與控制策略;圖2為其結(jié)構(gòu)圖，可以歸為圖1中的類型（c）;旨在降低高質(zhì)心越野車在急轉(zhuǎn)彎工況的側(cè)翻幾率。

舍弗勒于2015年展出了基于48V系統(tǒng)的主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿，如圖3所示。電壓的大幅提升，使得該產(chǎn)品有足夠的功率，可以同時(shí)搭載于車輛的前后懸架。作為旗艦轎車的奧迪A8，在2017年發(fā)布的最新一代車型中也搭載了主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿技術(shù)，如圖4所示，但是結(jié)構(gòu)區(qū)別于奧迪Q7[2]。

1.1 主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿技術(shù)要點(diǎn)分析

主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿側(cè)傾控制系統(tǒng)涉及到車輛的安全性，基于液壓技術(shù)的主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿，對(duì)密封件的性能要求是很高的;由于內(nèi)部泄露的存在，會(huì)影響實(shí)際的使用性能[3]。對(duì)于以電機(jī)為執(zhí)行元件的產(chǎn)品，其對(duì)電機(jī)可靠性、控制器安全等級(jí)、防水性能等，都有很高的要求。同時(shí)由于執(zhí)行器不可避免地存在滯后問題，因此必須在控制策略中加入一定量的補(bǔ)償以滿足急轉(zhuǎn)彎時(shí)的抗側(cè)傾性能目標(biāo)，補(bǔ)償方式以及補(bǔ)償量需要實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。

1.2 技術(shù)優(yōu)越性分析

主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿側(cè)傾控制系統(tǒng)擁有高度集成化和緊湊的體積，可根據(jù)原車底盤空間進(jìn)行不同形式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)且不會(huì)對(duì)底盤布置有不利的影響，使得開發(fā)成本得到有效控制;該系統(tǒng)無需增加多余傳感器，只需從總線中獲取參數(shù);主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿側(cè)傾控制系統(tǒng)可有效降低車身側(cè)傾角，從而降低車輛的側(cè)傾轉(zhuǎn)向和側(cè)傾外傾，有降低車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的干擾因素，提高車輛側(cè)滑極限，降低輪胎磨損;該系統(tǒng)可以獨(dú)立控制前后執(zhí)行器，因此可以使左右輪的載荷轉(zhuǎn)移在前后軸之間進(jìn)行分配，調(diào)節(jié)前后軸的側(cè)傾剛度之比，使車輛呈現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)向特性，從而增加懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自由度。

2 液壓互聯(lián)側(cè)傾控制技術(shù)

液壓互聯(lián)系統(tǒng)的原理圖如圖5所示，左右油缸上下腔交叉連通，前后油缸同腔連通，形成兩條封閉的油路。此外，該系統(tǒng)還包括阻尼閥、蓄能器和管路，阻尼閥產(chǎn)生阻尼力用以取代原車減振器，蓄能器提供抗側(cè)傾剛度。

液壓互聯(lián)系統(tǒng)的工作工作模式分為側(cè)傾模式和扭轉(zhuǎn)模式，針對(duì)車輛不同的行駛工況以及路面環(huán)境，可選擇不同的工作模式。盛企豪[4]基于越野車的性能需求特性，從提升綜合性能的角度，為某越野車設(shè)計(jì)匹配了液壓互聯(lián)系統(tǒng)，實(shí)車測(cè)試結(jié)果表明，車輛的抗側(cè)傾性能、平順性及越野性能都有不同幅度的提升。伴隨著技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)日益增加的需求，車輛性能的設(shè)計(jì)要求與目標(biāo)也越有挑戰(zhàn)，液壓互聯(lián)懸架以其良好的非線性剛度特性以及非線性阻尼特性被逐漸應(yīng)用于乘用車輛。

2.1 Bose電磁懸架技術(shù)

Bose公司對(duì)電磁懸架技術(shù)的研究始于上世紀(jì)80年代，該技術(shù)被應(yīng)用于在一臺(tái)上世紀(jì)90年代生產(chǎn)的雷克薩斯LS轎車用以測(cè)試其可靠性。圖6為對(duì)比測(cè)試照片[5][6]。該技術(shù)使車輛同時(shí)擁有絕佳的抗側(cè)傾性能和平順性，但由于能耗和成本巨大，未能大規(guī)模應(yīng)用。

2.2 奔馳ABC主動(dòng)車身控制技術(shù)

奔馳從代號(hào)為W220時(shí)期的S級(jí)開始開始使用一種叫做ABC（Acitie Body Control）的懸架技術(shù)，其原理圖如圖7所示[7]。該懸架為油氣懸架，基于液壓伺服技術(shù)，動(dòng)力源來自于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械液壓泵，用主動(dòng)的液壓力來抵消路面的沖擊，實(shí)現(xiàn)絕佳的車輛平順性;此外，主動(dòng)液壓力同時(shí)可以抵抗車身的側(cè)傾和俯仰，使得車輛擁有極小的側(cè)傾和俯仰角，達(dá)到絕佳的運(yùn)動(dòng)性能[8]。由于價(jià)格較為昂貴，且功率消耗較大，因此只搭載在裝備了V8和V12發(fā)動(dòng)機(jī)的奔馳S級(jí)和奔馳CL級(jí)頂尖豪華車型上[9]。

3 總結(jié)與展望

正如轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)從機(jī)械液壓助力發(fā)展為電子液壓助力，進(jìn)而發(fā)展為如今廣泛運(yùn)用的電動(dòng)助力那樣，主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿的執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)從液壓驅(qū)動(dòng)變?yōu)殡姍C(jī)驅(qū)動(dòng)，可以有效減小系統(tǒng)體積、質(zhì)量和能耗，有利于整車布置及燃油經(jīng)濟(jì)性。同樣地，奔馳的ABC系統(tǒng)也從機(jī)械液壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃竦碾娮右簤海岣吡巳加徒?jīng)濟(jì)性。隨著汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展，

很多主動(dòng)系統(tǒng)共用傳感器、數(shù)據(jù)甚至部分算法，這有利于整車的協(xié)同控制;但這也對(duì)每個(gè)組件的可靠性提出了更高的要求，使得主動(dòng)橫向穩(wěn)定桿未來的發(fā)展充滿了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] Jing Shen Tang. Active Roll and Stability Control. SAE 2008-01- 1457.

[2] 夏如艇，武馬修一.采用電機(jī)作動(dòng)器的主動(dòng)懸架系統(tǒng)的仿真[J].汽車工程，2013，35（5）：445-450.

[3] Edmund F.Gaffney III， James C. Keane， Jonathan T. Nicols. High Efficiency 2 Channel Active Roll Control System. SAE 2009-01- 0222.

[4] 盛企豪.匹配液壓車身姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)的越野車多工況行駛性能分析[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2018.

[5] 曉天.聲音以外BOSE創(chuàng)新懸掛系統(tǒng). 汽車知識(shí)，2012（6）：88-91.

[6] Jones WD.Easy ride： Bose Corp uses speaker technology to give cars adaptive suspension[J].Spectrum IEEE，2005，42（5）：12-14.

[7] 馮兆凱，李清明.汽車底盤檢修[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社， 2010：232.

[8] 范繼春.汽車液壓主動(dòng)式車身電子控制系統(tǒng)研究[J].蘭州文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，28（2）.

[9] Cytrynski S，Neerpasch U，Bellmann R，et al.The active suspension of the new mercedes-benz GLE[J].ATZ Worldwide，2018，120（12）： 42- 45.