基于主动横向稳定杆的车身侧倾控制技术研究

杨梁 章国栋

摘 要：文章首先进行了主动横向稳定杆结构和应用现状分析，研究了主动横向稳定杆核心零部件和系统的先进技术进展，接着分别介绍了汽车液压互联系统、电磁悬架、奔驰ABC悬架技术;研究车身侧倾控制技术更重要的意义在于降低车轮的侧倾转向角和侧倾外倾角，进而使转向更加中性并且提升汽车在弯道的极限性能。

关键词：车身侧倾;主动控制;悬架控制

中图分类号：U463.8  文献标识码：A  文章编号：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

平顺性与抗侧倾性能往往是矛盾的，现在绝大部分车辆在设计时往往是根据车辆市场定位以及对标车的性能表现取折中的参数，并不能使车辆同时拥有绝佳的抗侧倾性能与平顺性;在高档车领域，一些复杂、高成本的技术得到了运用，例如：全主动油气悬架系统、液压互连系统、主动横向稳定杆、多气室空气弹簧等，其中主动横向稳定杆侧倾控制技术已有一定的装机市场，本文将着重介绍主动横向稳定杆侧倾控制技术。

1 主动横向稳定杆发展现状及结构分析

主动横向稳定杆的结构为图1所示，该系统可以降低车身的侧倾度;同时由于前后横向稳定杆可以独立控制，在转向时通过调节前后执行器的输出力，增加前后轴侧倾刚度之比，增加不足转向梯度;路虎公司联合TRW公司在旗下的越野车上搭载了名为Active Roll Control（ARC）的系统[1]，与通用集团所使用的系统区别在于结构形式与控制策略;图2为其结构图，可以归为图1中的类型（c）;旨在降低高质心越野车在急转弯工况的侧翻几率。

舍弗勒于2015年展出了基于48V系统的主动横向稳定杆，如图3所示。电压的大幅提升，使得该产品有足够的功率，可以同时搭载于车辆的前后悬架。作为旗舰轿车的奥迪A8，在2017年发布的最新一代车型中也搭载了主动横向稳定杆技术，如图4所示，但是结构区别于奥迪Q7[2]。

1.1 主动横向稳定杆技术要点分析

主动横向稳定杆侧倾控制系统涉及到車辆的安全性，基于液压技术的主动横向稳定杆，对密封件的性能要求是很高的;由于内部泄露的存在，会影响实际的使用性能[3]。对于以电机为执行元件的产品，其对电机可靠性、控制器安全等级、防水性能等，都有很高的要求。同时由于执行器不可避免地存在滞后问题，因此必须在控制策略中加入一定量的补偿以满足急转弯时的抗侧倾性能目标，补偿方式以及补偿量需要实验标定。

1.2 技术优越性分析

主动横向稳定杆侧倾控制系统拥有高度集成化和紧凑的体积，可根据原车底盘空间进行不同形式的结构设计且不会对底盘布置有不利的影响，使得开发成本得到有效控制;该系统无需增加多余传感器，只需从总线中获取参数;主动横向稳定杆侧倾控制系统可有效降低车身侧倾角，从而降低车辆的侧倾转向和侧倾外倾，有降低车辆转向时的干扰因素，提高车辆侧滑极限，降低轮胎磨损;该系统可以独立控制前后执行器，因此可以使左右轮的载荷转移在前后轴之间进行分配，调节前后轴的侧倾刚度之比，使车辆呈现不同的转向特性，从而增加悬架系统的设计自由度。

2 液压互联侧倾控制技术

液压互联系统的原理图如图5所示，左右油缸上下腔交叉连通，前后油缸同腔连通，形成两条封闭的油路。此外，该系统还包括阻尼阀、蓄能器和管路，阻尼阀产生阻尼力用以取代原车减振器，蓄能器提供抗侧倾刚度。

液压互联系统的工作工作模式分为侧倾模式和扭转模式，针对车辆不同的行驶工况以及路面环境，可选择不同的工作模式。盛企豪[4]基于越野车的性能需求特性，从提升综合性能的角度，为某越野车设计匹配了液压互联系统，实车测试结果表明，车辆的抗侧倾性能、平顺性及越野性能都有不同幅度的提升。伴随着技术的发展和市场日益增加的需求，车辆性能的设计要求与目标也越有挑战，液压互联悬架以其良好的非线性刚度特性以及非线性阻尼特性被逐渐应用于乘用车辆。

2.1 Bose电磁悬架技术

Bose公司对电磁悬架技术的研究始于上世纪80年代，该技术被应用于在一台上世纪90年代生产的雷克萨斯LS轿车用以测试其可靠性。图6为对比测试照片[5][6]。该技术使车辆同时拥有绝佳的抗侧倾性能和平顺性，但由于能耗和成本巨大，未能大规模应用。

2.2 奔馳ABC主动车身控制技术

奔驰从代号为W220时期的S级开始开始使用一种叫做ABC（Acitie Body Control）的悬架技术，其原理图如图7所示[7]。该悬架为油气悬架，基于液压伺服技术，动力源来自于发动机驱动的机械液压泵，用主动的液压力来抵消路面的冲击，实现绝佳的车辆平顺性;此外，主动液压力同时可以抵抗车身的侧倾和俯仰，使得车辆拥有极小的侧倾和俯仰角，达到绝佳的运动性能[8]。由于价格较为昂贵，且功率消耗较大，因此只搭载在装备了V8和V12发动机的奔驰S级和奔驰CL级顶尖豪华车型上[9]。

3 总结与展望

正如转向助力系统从机械液压助力发展为电子液压助力，进而发展为如今广泛运用的电动助力那样，主动横向稳定杆的执行机构已经从液压驱动变为电机驱动，可以有效减小系统体积、质量和能耗，有利于整车布置及燃油经济性。同样地，奔驰的ABC系统也从机械液压转变为如今的电子液压，提高了燃油经济性。随着汽车电子技术的飞速发展，

很多主动系统共用传感器、数据甚至部分算法，这有利于整车的协同控制;但这也对每个组件的可靠性提出了更高的要求，使得主动横向稳定杆未来的发展充满了机遇与挑战。

参考文献

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

[2] 夏如艇，武马修一.采用电机作动器的主动悬架系统的仿真[J].汽车工程，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.匹配液压车身姿态稳定系统的越野车多工况行驶性能分析[D].长沙：湖南大学，2018.

[5] 晓天.声音以外BOSE创新悬挂系统. 汽车知识，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] 冯兆凯，李清明.汽车底盘检修[M].北京：中国劳动社会保障出版社， 2010：232.

[8] 范继春.汽车液压主动式车身电子控制系统研究[J].兰州文理学院学报（自然科学版），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.