基于主動橫向穩(wěn)定桿的車身側傾控制技術研究

楊梁 章國棟

摘 要：文章首先進行了主動橫向穩(wěn)定桿結構和應用現(xiàn)狀分析，研究了主動橫向穩(wěn)定桿核心零部件和系統(tǒng)的先進技術進展，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;研究車身側傾控制技術更重要的意義在于降低車輪的側傾轉向角和側傾外傾角，進而使轉向更加中性并且提升汽車在彎道的極限性能。

關鍵詞：車身側傾;主動控制;懸架控制

中圖分類號：U463.8? 文獻標識碼：A? 文章編號：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

平順性與抗側傾性能往往是矛盾的，現(xiàn)在絕大部分車輛在設計時往往是根據(jù)車輛市場定位以及對標車的性能表現(xiàn)取折中的參數(shù)，并不能使車輛同時擁有絕佳的抗側傾性能與平順性;在高檔車領域，一些復雜、高成本的技術得到了運用，例如：全主動油氣懸架系統(tǒng)、液壓互連系統(tǒng)、主動橫向穩(wěn)定桿、多氣室空氣彈簧等，其中主動橫向穩(wěn)定桿側傾控制技術已有一定的裝機市場，本文將著重介紹主動橫向穩(wěn)定桿側傾控制技術。

1 主動橫向穩(wěn)定桿發(fā)展現(xiàn)狀及結構分析

主動橫向穩(wěn)定桿的結構為圖1所示，該系統(tǒng)可以降低車身的側傾度;同時由于前后橫向穩(wěn)定桿可以獨立控制，在轉向時通過調節(jié)前后執(zhí)行器的輸出力，增加前后軸側傾剛度之比，增加不足轉向梯度;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]，與通用集團所使用的系統(tǒng)區(qū)別在于結構形式與控制策略;圖2為其結構圖，可以歸為圖1中的類型（c）;旨在降低高質心越野車在急轉彎工況的側翻幾率。

舍弗勒于2015年展出了基于48V系統(tǒng)的主動橫向穩(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橫向穩(wěn)定桿技術，如圖4所示，但是結構區(qū)別于奧迪Q7[2]。

1.1 主動橫向穩(wěn)定桿技術要點分析

主動橫向穩(wěn)定桿側傾控制系統(tǒng)涉及到車輛的安全性，基于液壓技術的主動橫向穩(wěn)定桿，對密封件的性能要求是很高的;由于內部泄露的存在，會影響實際的使用性能[3]。對于以電機為執(zhí)行元件的產(chǎn)品，其對電機可靠性、控制器安全等級、防水性能等，都有很高的要求。同時由于執(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償以滿足急轉彎時的抗側傾性能目標，補償方式以及補償量需要實驗標定。

1.2 技術優(yōu)越性分析

主動橫向穩(wěn)定桿側傾控制系統(tǒng)擁有高度集成化和緊湊的體積，可根據(jù)原車底盤空間進行不同形式的結構設計且不會對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);主動橫向穩(wěn)定桿側傾控制系統(tǒng)可有效降低車身側傾角，從而降低車輛的側傾轉向和側傾外傾，有降低車輛轉向時的干擾因素，提高車輛側滑極限，降低輪胎磨損;該系統(tǒng)可以獨立控制前后執(zhí)行器，因此可以使左右輪的載荷轉移在前后軸之間進行分配，調節(jié)前后軸的側傾剛度之比，使車輛呈現(xiàn)不同的轉向特性，從而增加懸架系統(tǒng)的設計自由度。

2 液壓互聯(lián)側傾控制技術

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，蓄能器提供抗側傾剛度。

液壓互聯(lián)系統(tǒng)的工作工作模式分為側傾模式和扭轉模式，針對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，為某越野車設計匹配了液壓互聯(lián)系統(tǒng)，實車測試結果表明，車輛的抗側傾性能、平順性及越野性能都有不同幅度的提升。伴隨著技術的發(fā)展和市場日益增加的需求，車輛性能的設計要求與目標也越有挑戰(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用于乘用車輛。

2.1 Bose電磁懸架技術

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

2.2 奔馳ABC主動車身控制技術

奔馳從代號為W220時期的S級開始開始使用一種叫做ABC（Acitie Body Control）的懸架技術，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，動力源來自于發(fā)動機驅動的機械液壓泵，用主動的液壓力來抵消路面的沖擊，實現(xiàn)絕佳的車輛平順性;此外，主動液壓力同時可以抵抗車身的側傾和俯仰，使得車輛擁有極小的側傾和俯仰角，達到絕佳的運動性能[8]。由于價格較為昂貴，且功率消耗較大，因此只搭載在裝備了V8和V12發(fā)動機的奔馳S級和奔馳CL級頂尖豪華車型上[9]。

3 總結與展望

正如轉向助力系統(tǒng)從機械液壓助力發(fā)展為電子液壓助力，進而發(fā)展為如今廣泛運用的電動助力那樣，主動橫向穩(wěn)定桿的執(zhí)行機構已經(jīng)從液壓驅動變?yōu)殡姍C驅動，可以有效減小系統(tǒng)體積、質量和能耗，有利于整車布置及燃油經(jīng)濟性。同樣地，奔馳的ABC系統(tǒng)也從機械液壓轉變?yōu)槿缃竦碾娮右簤?，提高了燃油?jīng)濟性。隨著汽車電子技術的飛速發(fā)展，

很多主動系統(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;但這也對每個組件的可靠性提出了更高的要求，使得主動橫向穩(wěn)定桿未來的發(fā)展充滿了機遇與挑戰(zhàn)。

參考文獻

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[2] 夏如艇，武馬修一.采用電機作動器的主動懸架系統(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].長沙：湖南大學，2018.

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[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：中國勞動社會保障出版社， 2010：232.

[8] 范繼春.汽車液壓主動式車身電子控制系統(tǒng)研究[J].蘭州文理學院學報（自然科學版），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.