乘用車懸架系統(tǒng)新技術(shù)分析(下)

◆文/江蘇 高惠民

高惠民 (本刊編委會(huì)委員)

現(xiàn)任江蘇省常州外汽豐田汽車銷售服務(wù)有限公司技術(shù)總監(jiān)，江蘇技術(shù)師范學(xué)院、常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程運(yùn)用系專家委員，高級(jí)技師。

(接2018年第11期)

2.豐田自適應(yīng)可調(diào)懸架系統(tǒng)

豐田自適應(yīng)可調(diào)懸架系統(tǒng)(AVS系統(tǒng))屬于半主動(dòng)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(tǒng)獲得了卓越的響應(yīng)性能和精確的控制性能，實(shí)現(xiàn)了車輛乘坐舒適性以及操縱穩(wěn)定性的兼容。

(1)AVS系統(tǒng)組成

AVS系統(tǒng)組成如圖31所示。

圖31 AVS系統(tǒng)組成

減振器采用了可調(diào)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(zhuǎn)閥改油液變流進(jìn)閥的流量，從而改變減振器的阻尼。減振器結(jié)構(gòu)如圖32所示。

圖32 AVS減振器結(jié)構(gòu)

減振器控制執(zhí)行器采用了分9步切換的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)由兩組定子和線圈組成。為了控制減振器阻尼力，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)來(lái)自減振器控制ECU的信號(hào)，輕微轉(zhuǎn)到與減振器控制桿直接耦合在一起的磁性轉(zhuǎn)子。如圖33是減振器控制執(zhí)行器結(jié)構(gòu)。

圖33 AVS系統(tǒng)減振器控制執(zhí)行器

根據(jù)AVS系統(tǒng)需求，配備了3個(gè)微機(jī)械型的加速度傳感器，主要用于檢測(cè)車身垂直運(yùn)動(dòng)。橫擺率傳感器將車輛垂直軸產(chǎn)生的微機(jī)械傳感器的電容變化作為旋轉(zhuǎn)角速度進(jìn)行檢測(cè)；減速度傳感器將微機(jī)械傳感器的移動(dòng)電極和固定電極之間電容變化作為車輛減速度進(jìn)行檢測(cè)，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(nèi)，在帶VDIM的車型上，為實(shí)現(xiàn)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(tái)下方。

(2)AVS系統(tǒng)控制

表1所示為AVS系統(tǒng)主要零部件的功能與系統(tǒng)控制項(xiàng)目，圖34所示為AVS系統(tǒng)控制框圖。

①側(cè)傾姿勢(shì)控制

根據(jù)轉(zhuǎn)向傳感器和減速度傳感器信號(hào)，控制各車輪減振器以優(yōu)化轉(zhuǎn)向時(shí)的車輛姿勢(shì)狀態(tài)。

減振器(用于側(cè)傾抑制和彈跳抑制)位于遲滯內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向點(diǎn)，以控制2個(gè)方向的移動(dòng)，4個(gè)車輪獨(dú)自控制內(nèi)側(cè)和外側(cè)轉(zhuǎn)向側(cè)的減振力，從而優(yōu)化了車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的姿勢(shì)并確保了抓地性能。車輛側(cè)傾姿勢(shì)控制如圖35所示。

控制減振力以減少側(cè)傾角與縱傾角之間的相位差，從而實(shí)現(xiàn)與人的感覺相適應(yīng)的車輛姿勢(shì)和舒適的轉(zhuǎn)向。側(cè)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(jù)加速度傳感器信號(hào)，減振器控制ECU檢測(cè)車輛(在垂直跳動(dòng)、側(cè)傾和縱傾方向上的振動(dòng))，采用非線性H∞邏輯控制4個(gè)車輪的減振力。自然平穩(wěn)控制車輛反沖，從而確保行駛舒適性。圖37所示為AVS系統(tǒng)減振衰減速度控制方法特性對(duì)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(jù)行駛操作和路面狀況進(jìn)行減振力控制，優(yōu)先實(shí)現(xiàn)了乘坐舒適性，且精確控制確保操縱穩(wěn)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(jìn)一步提高車輛運(yùn)動(dòng)操縱穩(wěn)定性。減振力特性如圖38所示。

圖36 AVS減振力側(cè)傾角與縱傾角相位差控制

圖37 AVS系統(tǒng)減振衰減速度控制特性對(duì)比

圖38 AVS系統(tǒng)減振器減振力特性

3.KDSS互聯(lián)懸架系統(tǒng)

互聯(lián)懸架系統(tǒng)是指單個(gè)車輪運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致其他車輪或車輪組彈簧力發(fā)生變化的懸架系統(tǒng)總稱。根據(jù)系統(tǒng)連接介質(zhì)不同，可分為機(jī)械互聯(lián)懸架、空氣互聯(lián)懸架和液壓互聯(lián)懸架。現(xiàn)代汽車上常用的橫向穩(wěn)定桿，就是最為簡(jiǎn)單的機(jī)械式被動(dòng)互聯(lián)懸架。這種穩(wěn)定桿通過增強(qiáng)懸架系統(tǒng)的側(cè)傾剛度來(lái)抑制左右車輪反向運(yùn)動(dòng)。但是，該系統(tǒng)提高了前軸側(cè)傾剛度，卻破壞了前后軸側(cè)傾剛度的合理分配，使乘坐舒適性降低。

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

圖39 雷克薩斯GX470KDSS組成

系統(tǒng)是將前后穩(wěn)定桿以液壓方式連接在一起的調(diào)整機(jī)構(gòu)。在單側(cè)穩(wěn)定桿的支撐點(diǎn)處設(shè)置液壓缸，前后液壓缸以管路連通。如圖41(a)所示，轉(zhuǎn)向時(shí)前后穩(wěn)定桿同向運(yùn)動(dòng)，液壓缸不工作，僅起到普通穩(wěn)定桿的作用。在崎嶇不平路面的前后懸架處于逆向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，如圖40(b)所示，液壓缸內(nèi)活塞自由滑動(dòng)，液壓油在前后液壓缸之間流動(dòng)，穩(wěn)定桿對(duì)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)了車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)與其他3種懸架運(yùn)動(dòng)的解耦功能，通過合理地設(shè)置各部件的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，KDSS能夠在提供優(yōu)秀抗側(cè)傾性能的同時(shí)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(tǒng)對(duì)車輛各運(yùn)動(dòng)模態(tài)下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)匯總。

表2 車輛各運(yùn)動(dòng)模態(tài)下KDSS系統(tǒng)響應(yīng)匯總