奔馳S級(jí)魔術(shù)車(chē)身控制系統(tǒng)介紹

文/福建 林宇清

一、概述

奔馳新型魔術(shù)車(chē)身控制(M A G I C BODY CONTROL)是一個(gè)全支承懸掛系統(tǒng)，在前一代非常成熟的主動(dòng)懸掛控制(ACTIVE BODY CONTROL)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研發(fā)而成，可以整體自動(dòng)的調(diào)節(jié)懸掛，即系統(tǒng)能夠借助于四個(gè)液壓懸掛減振器主動(dòng)調(diào)節(jié)各個(gè)車(chē)輪處的阻力。與傳統(tǒng)懸掛相比，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠使用非常柔軟的被動(dòng)減振器，從而提高舒適性；可以補(bǔ)償轉(zhuǎn)彎時(shí)的車(chē)身側(cè)傾以及加速或制動(dòng)時(shí)的車(chē)身縱傾運(yùn)動(dòng)，從而更有效地減小路面顛簸所引起的振動(dòng)和沖擊；已進(jìn)行的負(fù)荷調(diào)節(jié)在很大程度上有助于補(bǔ)償任何重負(fù)荷產(chǎn)生的影響。該系統(tǒng)主要裝配在S級(jí)車(chē)型上，如S600或S65等，本文將以S600為例簡(jiǎn)要介紹該系統(tǒng)的組成及其基本功能。

圖1 結(jié)構(gòu)圖

二、部件介紹

圖2 油路圖

MAGIC BODY CONTROL系統(tǒng)其實(shí)質(zhì)就是ABC懸掛系統(tǒng)及其增強(qiáng)版，該懸掛與其他懸掛系統(tǒng)相比，不同之處在于其在懸掛減振柱處采用了動(dòng)態(tài)可調(diào)式液壓缸，而未采用傳統(tǒng)懸掛所使用的穩(wěn)定桿。液壓缸與懸掛彈簧串聯(lián)， 并通過(guò)位移產(chǎn)生作用力，以消除車(chē)輪負(fù)荷的波動(dòng)，這樣可以將車(chē)身加速度降至最小，并且在拐彎時(shí)幾乎完全補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)至最大橫向加速度。此外，在行駛時(shí)，ABC控制單元還可以持續(xù)調(diào)節(jié)懸掛和減振特性，使其適應(yīng)于不同的車(chē)速。為便于了解，首先通過(guò)結(jié)構(gòu)圖(圖1)和油路圖(圖2)來(lái)認(rèn)識(shí)該系統(tǒng)的主要部件。

1.減振支柱

內(nèi)部由液壓缸、鋼質(zhì)彈簧及減振器組成，執(zhí)行懸掛、水平控制，減振的所有功能，確保乘坐舒適性和降低底盤(pán)噪音(圖3)。

圖3 懸掛減振柱

2.減振閥

在減振支柱內(nèi)部集成了一個(gè)減振閥體單元，用來(lái)轉(zhuǎn)換減振特性，使減振適應(yīng)于駕駛風(fēng)格和道路表面狀況。

3.ABC控制單元

ABC控制單元(圖4)位于前排乘客腳部位置的地毯下面，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)互相通信，另外，還讀取各傳感器；LIN網(wǎng)絡(luò)等輸入信號(hào)，促動(dòng)執(zhí)行元件。

圖4 ABC控制單元

4.前/后軸閥門(mén)單元

前軸閥門(mén)單元(Y36/1)位于擋風(fēng)玻璃清洗液儲(chǔ)存罐旁邊，后軸閥門(mén)單元(Y36/2)位于左后輪罩的頂部。前后軸閥門(mén)單元通過(guò)來(lái)自N51/2的信號(hào)向減振器供給油壓，控制懸掛系統(tǒng)的功能。另外，在兩個(gè)閥門(mén)單元上分別集成了以下的閥門(mén)和傳感器：左前懸掛滑柱控制閥(Y36/1y1)；左前懸掛滑柱切斷閥(Y36/1y2)；右前懸掛滑柱控制閥(Y36/1y3)；右前懸掛滑柱切斷閥(Y36/1y4)；ABC壓力傳感器(B4/5)；左前ABC壓力傳感器(B4/8)；右前ABC壓力傳感器(B4/9)；左后懸掛滑柱控制閥(Y36/2y1)；左后懸掛滑柱切斷閥(Y36/2y2)；右后懸掛滑柱控制閥(Y 36/2 y 3)；右后懸掛滑柱切斷閥(Y36/2y4)；左后ABC壓力傳感器(B4/10)；右后ABC壓力傳感器(B4/11)。控制閥設(shè)計(jì)為定向閥，通過(guò)閥門(mén)滑塊在中央位置重疊的設(shè)計(jì)來(lái)減少泄漏；切斷閥可以防止由于控制閥的殘余滲漏使車(chē)輛在停車(chē)時(shí)降低或升高。ABC壓力傳感器測(cè)量當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)油壓力，左前/右前/左后/右后ABC壓力傳感器確定各自減振器內(nèi)的壓力，采集的信號(hào)由N51/2讀取，用于主動(dòng)懸掛功能的控制。

5.ABC液壓泵

通過(guò)皮帶由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從儲(chǔ)油罐中抽出液壓油，在正常駕駛模式下， 產(chǎn)生約200bar(1bar=105Pa)的油壓，集成在泵上的脈動(dòng)緩沖器可以吸收液壓系統(tǒng)振動(dòng)(圖5、圖6)。

圖5 脈動(dòng)阻尼器

6.節(jié)流閥和轉(zhuǎn)換閥

節(jié)流閥和轉(zhuǎn)換閥位于液壓泵上，均由控制單元促動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)換閥關(guān)閉時(shí)，N51/2促動(dòng)節(jié)流閥，調(diào)節(jié)ABC泵的供油量，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。根據(jù)工作情況，轉(zhuǎn)換閥也可將泵轉(zhuǎn)換至無(wú)壓狀態(tài)， 因此機(jī)油不會(huì)被泵至高壓回路。

7.前/后軸中央儲(chǔ)液罐

前/后軸中央儲(chǔ)液罐位于前軸閥門(mén)裝置(Y36/1)上，后軸中央儲(chǔ)油罐位于備胎艙內(nèi)(圖7)。高壓油儲(chǔ)存在兩個(gè)中央儲(chǔ)油罐內(nèi)，在主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)耗油量急劇上升的情況下， 例如，當(dāng)補(bǔ)償緊急制動(dòng)時(shí)， 系統(tǒng)通過(guò)兩個(gè)中央儲(chǔ)油罐進(jìn)行緩沖。

8.側(cè)向加速度傳感器

左前側(cè)向加速度傳感器(B24/3)和右前側(cè)向加速度傳感器(B24/4)分別裝在各自的避振座上， 后車(chē)身加速感應(yīng)器(B24/6)位于右后懸掛減振柱圓頂區(qū)域，3個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)車(chē)身的垂直加速度，并將相應(yīng)的信號(hào)傳遞給N51/2評(píng)估，用于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和車(chē)身減振的控制。注：圖8所示為借用上一代S600的部件位置來(lái)理解該內(nèi)容。

9.ABC橫向加速度傳感器(B24/12)

ABC橫向加速度傳感器(B24/12)位于駕駛員腳坑處，監(jiān)測(cè)車(chē)輛在橫向上的加速度，并將相應(yīng)的信號(hào)傳遞給N51/2評(píng)估，用于確定車(chē)輛的橫向動(dòng)態(tài)和正作用于車(chē)輛的橫向加速度。注：圖9所示為借用上一代S600的部件位置來(lái)理解該內(nèi)容。

10.水平傳感器

水平傳感器監(jiān)測(cè)當(dāng)前的車(chē)身水平高度，所監(jiān)測(cè)的信號(hào)由控制單元讀取，用于主動(dòng)懸掛功能的控制。左前水平傳感器(B22/8)和右前水平傳感器(B22/9)裝在上橫向控制臂上(圖10)，左后水平傳感器(B22/7)和右后水平傳感器(B22/10)裝在橫向控制臂上(圖11)。

圖6 回流儲(chǔ)液罐

圖8 車(chē)身加速感應(yīng)器

圖9 B24/12 ABC橫向加速度傳感器

圖10 前部水平傳感器

圖11 后部水平傳感器

三、功能和電氣原理

ABC控制單元借助大量的傳感器和執(zhí)行元件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估；監(jiān)視和控制，懸掛控制功能在最高約f = 5Hz的頻率范圍內(nèi)有效。為更好地了解智能車(chē)身控制系統(tǒng)，借助相應(yīng)的原理圖(圖12)來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明該系統(tǒng)的各種功能，圖中CAN總線和LIN總線都具有雙向性，即能傳輸又能接收信息。

1.喚醒模式功能

點(diǎn)火開(kāi)關(guān)直接啟用主動(dòng)ABC控制單元，所需數(shù)據(jù)(來(lái)自左前車(chē)第一檔位置微動(dòng)開(kāi)關(guān))由電子點(diǎn)火開(kāi)關(guān)從后SAM控制單元；左前車(chē)門(mén)控制單元；右前車(chē)門(mén)控制單元；左后車(chē)門(mén)控制單元和右后車(chē)門(mén)控制單元接收.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)， 喚醒模式就會(huì)取消， 且ABC控制單元切換至正常模式。

圖12 控制框圖

2.壓力供給功能

徑向活塞泵產(chǎn)生整個(gè)系統(tǒng)所必需的壓力，液壓油按要求被輸送至前軸閥門(mén)單元；后軸閥門(mén)單元；前軸中央儲(chǔ)液罐；后軸中央儲(chǔ)液罐和4個(gè)懸掛減振器中。多余的機(jī)油經(jīng)冷卻器散熱后回流至儲(chǔ)油罐中。此外，為緩解回流管中的大量液流，在回流管路中還安裝了回流儲(chǔ)液罐， 防止達(dá)到壓力峰值和出現(xiàn)噪音。ABC壓力傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力，一旦系統(tǒng)壓力降至170bar以下，轉(zhuǎn)換閥將立即關(guān)閉。通過(guò)集成的節(jié)流閥和轉(zhuǎn)換閥，可以降低內(nèi)燃機(jī)至液壓泵的動(dòng)力輸出， 從而實(shí)現(xiàn)節(jié)油。

3.ABC閉環(huán)控制功能

立體探測(cè)多功能攝像頭記錄路面畫(huà)面，然后根據(jù)車(chē)輛左右兩側(cè)的車(chē)道計(jì)算高度情況，并將該數(shù)據(jù)通過(guò)底盤(pán) FlexRay發(fā)送至ABC控制單元，后者借助該數(shù)據(jù)促動(dòng)左前懸掛減振柱控制閥；右前懸掛減振柱控制閥；左后懸掛減振柱控制閥和右后懸掛減振柱控制閥，對(duì)懸掛預(yù)先進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)預(yù)期的路況。

當(dāng)按下COMAND控制面板中的車(chē)身水平高度按鈕時(shí)，可在正常高度(NN)和升高高度(EN)之間進(jìn)行與車(chē)速相匹配的選擇，每按下一次都會(huì)改變至另一不同高度。車(chē)身高度按鈕的信號(hào)由COMAND控制面板讀取，然后通過(guò)CAN A；主機(jī)；CAN HMI；點(diǎn)火開(kāi)關(guān)和懸掛FlexRay 傳送至ABC控制單元，后者據(jù)此升高車(chē)身高度。車(chē)身水平高度按鈕中LED指示燈的促動(dòng)則以相反的方式進(jìn)行。

升高高度會(huì)隨著車(chē)速提高而降低，例如：車(chē)速超過(guò)80km/h且持續(xù)時(shí)間達(dá)到3min或車(chē)速超過(guò)120km/h，在此過(guò)程中，駕駛員的高度選擇被取消。當(dāng)下一次打開(kāi)電門(mén)時(shí)，ABC控制單元在正常高度啟動(dòng)。正常高度和升高高度的高度特性是根據(jù)車(chē)速而定的，這表明ABC控制單元會(huì)隨著車(chē)速的提高而不斷降低車(chē)身高度或隨著車(chē)速的降低而升高車(chē)身高度。

4.側(cè)風(fēng)補(bǔ)償功能

側(cè)風(fēng)造成的橫向力可通過(guò)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角；橫擺率；橫向加速度；車(chē)速和車(chē)輛的質(zhì)量慣性信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，這些信號(hào)由相應(yīng)的傳感器或控制單元傳遞給ABC控制單元，根據(jù)計(jì)算得到的側(cè)風(fēng)產(chǎn)生的橫向作用力，懸掛可以主動(dòng)拉緊，以減少車(chē)輛相對(duì)于車(chē)道的偏離。當(dāng)車(chē)軸兩側(cè)的車(chē)輪載荷不同時(shí)，前軸和后軸的前束設(shè)置會(huì)在車(chē)輛中產(chǎn)生抵抗側(cè)風(fēng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

5.懸掛調(diào)節(jié)功能

駕駛員可以通過(guò)按下COMAND控制面板中的舒適型/運(yùn)動(dòng)型按鈕，可以在舒適型和運(yùn)動(dòng)型模式之間進(jìn)行選擇模式由集成在按鈕上的LED燈進(jìn)行指示。舒適型/運(yùn)行型按鈕的促動(dòng)信號(hào)由COMAND控制面板讀取，控制面板將該信號(hào)通過(guò)CAN A、COMAND控制單元、CAN HMI、電子點(diǎn)火開(kāi)關(guān)和底盤(pán)FlexRay發(fā)送至ABC控制單元。按鈕中的L E D 被反向促動(dòng)ABC控制單元保存按鈕位置， 以便在下次啟動(dòng)時(shí)，可以確認(rèn)為與點(diǎn)火關(guān)閉之前相同的特性圖。