主動車身控制系統(tǒng)功能與原理淺析

李婕，宋建桐，朱春紅，陳俊杰

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176）

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主動車身控制系統(tǒng)功能與原理淺析

李婕，宋建桐，朱春紅，陳俊杰

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176）

摘 要：隨著人們對車輛乘坐舒適性及操控穩(wěn)定性的不斷提高，一代代車身控制系統(tǒng)被不斷創(chuàng)新發(fā)展起來。主動車身控制系統(tǒng)提高了車輛的舒適性和操作穩(wěn)定性，為當(dāng)前車身控制系統(tǒng)最先進(jìn)的結(jié)構(gòu)。文章以奔馳牌汽車為例，對主動車身控制系統(tǒng)的組成、工作原理及功能進(jìn)行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：主動車身控制；ABC；功能；工作原理；MBC

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.009

CLC NO.: U461.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-25-03

前言

在傳統(tǒng)車輛上均采用鋼制懸架，但鋼制懸架無法根據(jù)路況、載荷、駕駛者意愿調(diào)節(jié)減震器阻尼及懸架剛度[1-2]。第二代車身控制系統(tǒng)是半主動式車身控制系統(tǒng)，簡稱SAS，這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是把主動控制空氣懸掛系統(tǒng)和自適應(yīng)阻尼懸掛系統(tǒng)ADS II整合到一起，實(shí)現(xiàn)了雙重控制。所謂雙重控制，是指車身控制系統(tǒng)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對空氣彈簧和減震器的控制，使二者根據(jù)路況、載荷、駕駛者意愿、車速等對車身高度、彈簧剛度、減震器阻尼進(jìn)行調(diào)節(jié)，協(xié)調(diào)搭配，在增強(qiáng)舒適度的同時(shí)提升操控性能[3-5]。

1、ABC系統(tǒng)組成

目前汽車上使用的最先進(jìn)的車身控制系統(tǒng)屬于第三代，即主動式車身控制系統(tǒng)。主動式車身控制系統(tǒng)的代表就是奔馳上采用的ABC系統(tǒng)。ABC是Active Body Control的簡稱，主動式車身控制系統(tǒng)在保證足夠舒適性的前提下，保持最高級的車輛動態(tài)，這都?xì)w功于主動控制和被動減震的組合。ABC系統(tǒng)的基本組成如圖1所示。

ABC系統(tǒng)的組成包括傳感器、控制模塊、執(zhí)行器、液壓泵、儲油罐、液壓油冷卻器等。傳感器主要包括：車身水平高度傳感器、車身加速度傳感器、液壓回路壓力傳感器、液壓缸柱塞行程傳感器等。執(zhí)行器主要包括：懸架減震柱控制閥、懸架減震柱切斷閥、ABC系統(tǒng)分配閥、ABC系統(tǒng)供給閥等。汽車的每個(gè)車輪都有一組相同的ABC組件，其組成如圖2所示。

2、ABC系統(tǒng)工作原理

ABC系統(tǒng)利用四個(gè)液壓懸掛減震柱工作，每個(gè)懸掛減震柱上都固定有一個(gè)動態(tài)可調(diào)式液壓缸，與螺旋彈簧平行運(yùn)動，因此液壓缸可以抵消掉行駛時(shí)出現(xiàn)的作用力，如：轉(zhuǎn)彎時(shí)車身的側(cè)傾運(yùn)動、起步或制動時(shí)的俯仰運(yùn)動，同時(shí)能夠?yàn)楦鱾€(gè)車輪主動加載可變的作用力。

ABC控制模塊的電子控制調(diào)節(jié)作用依據(jù)縱向加速度傳感器偵測車輛的加速和減速狀況；橫向加速度傳感器偵測橫向力矩；三個(gè)垂直加速度傳感器偵測彈跳、側(cè)傾、俯仰；每個(gè)車輪都有車高傳感器偵測車輛高度；液壓缸柱塞行程傳感器偵側(cè)柱塞實(shí)際的位置。

圖1 ABC系統(tǒng)的組成

ABC控制模塊的工作原理如3所示。此外，ABC控制模塊還需要車輛的橫向加速度信號，為此，還需要轉(zhuǎn)向角傳感器和車速傳感器。轉(zhuǎn)向角由轉(zhuǎn)向角傳感器記錄，并由轉(zhuǎn)向柱管模塊通過底盤CAN傳送至ABC系統(tǒng)控制模塊。車速由儀表盤 (A1) 通過中央控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)CAN F傳輸給中央網(wǎng)關(guān)控制單元N93，并由此通過底盤CAN傳輸給主動車身控制系統(tǒng)。

圖2 單個(gè)車輪ABC系統(tǒng)元件

除了獲取各種傳感器的信號外，ABC系統(tǒng)控制模塊還需要獲取水平控制開關(guān)N72/1s2的信號，此信號由駕駛員輸入，用以選擇對車身高度的控制模式；舒適/運(yùn)動開關(guān)N72/1s3的信號，此信號也是由駕駛員輸入，用以選擇車輛的行駛模式，即舒適模式還是運(yùn)動模式。水平控制開關(guān)和舒適/運(yùn)動開關(guān)的狀態(tài)由控制面板控制單元 (N72/1)通過儀表板局域互聯(lián)網(wǎng)(LIN)讀入，然后通過車內(nèi)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)CAN繼續(xù)傳送至中央網(wǎng)關(guān)控制單元，該單元則將信號通過底盤控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)CAN繼續(xù)傳送至主動車身控制模塊。

圖3 ABC控制模塊工作原理

同時(shí)ABC系統(tǒng)控制模塊在進(jìn)行調(diào)節(jié)的過程中，還需要與電控車輛穩(wěn)定行駛系統(tǒng)ESP(N47/5)、發(fā)動機(jī)控制單元（N3/10)等進(jìn)行通訊。

施加在液壓泵8上的液壓壓力以前為恒定的180 bar，現(xiàn)在則可以通過主動懸掛控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換閥 Y36/1和Y36/2根據(jù)車輛行駛情況的需要降低至最低10 bar。盡管供給的壓力降低，但系統(tǒng)壓力仍通過止回閥保持在大約165至175 bar 的穩(wěn)定范圍內(nèi)。如果所需的壓力增加，轉(zhuǎn)換閥關(guān)閉，活塞泵使系統(tǒng)壓力恢復(fù)到180 bar。主動懸掛控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換閥由ABC控制單元促動。

主動車身控制模塊不斷地將從各個(gè)傳感器及控制單元的獲取值與設(shè)定值進(jìn)行比較，并相應(yīng)地進(jìn)行計(jì)算，發(fā)出調(diào)節(jié)指令。接受該指令的執(zhí)行器主要包括ABC流量控制閥（Y86/1）、ABC前軸閥單元（Y36/1）、ABC后軸閥單元（Y36/2）。這些執(zhí)行器通過改變相應(yīng)液壓回路的流量及壓力實(shí)現(xiàn)對車輛車身高度、彈簧剛度、減震器阻尼的調(diào)節(jié)。主動懸掛控制系統(tǒng)的最高控制頻率為5Hz。

3、ABC系統(tǒng)功能

通過以上的分析我們了解到，ABC系統(tǒng)的功能就是根據(jù)實(shí)際車輛狀態(tài)、車速、路面狀況、駕駛員選擇和意愿、發(fā)動機(jī)狀態(tài)等多種參數(shù)，綜合分析、計(jì)算、比較，進(jìn)而對液壓泵、液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換閥、液壓系統(tǒng)供給閥等多個(gè)執(zhí)行器發(fā)出指令，進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)后進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)反饋的參數(shù)信號繼續(xù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

ABC系統(tǒng)除了以上控制調(diào)節(jié)功能外，還有多項(xiàng)輔助功能，如：載荷補(bǔ)償、側(cè)向風(fēng)補(bǔ)償、鎖止功能等。

載荷補(bǔ)償是指當(dāng)車輛處于一定載荷狀態(tài)時(shí)，ABC系統(tǒng)通過水平傳感器和壓力傳感器進(jìn)行測量，來檢測各個(gè)車輪處作用力的變化，根據(jù)這些變化，ABC控制模塊，啟動防側(cè)傾程序，通過促動前后軸液壓控制閥，調(diào)節(jié)減震器的剛度和阻尼，從而防止車輛的側(cè)傾。

側(cè)向風(fēng)造成的橫向力可以通過方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車輛橫向加速度傳感器、車輛的質(zhì)量慣性信號進(jìn)行檢測，這些信號輸入ABC控制模塊后，進(jìn)行處理和計(jì)算，并促動液壓控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，以抵消側(cè)向風(fēng)對車輛的影響。

鎖止功能是指在有意識的人為升高車輛時(shí)，如使用千斤頂，系統(tǒng)不會誤判泄壓，造成車輛突然下降引起事故。因此系統(tǒng)設(shè)有車輪卸載情況自檢功能，根據(jù)自檢結(jié)果，確定是否啟動鎖止功能。如果啟動了鎖止功能，各個(gè)液壓控制閥將關(guān)閉，不再被促動，從而保證操作的安全。

主動懸掛控制模塊根據(jù)車輛當(dāng)前的各種行駛條件，連續(xù)地調(diào)整懸掛和減震特性，從而保證在任何行駛狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)車輛良好的舒適性和卓越的操控性。

4、MBC系統(tǒng)功能特點(diǎn)

MBC(Magic Body Control)魔力車身控制技術(shù)是奔馳最新型的主動車身控制系統(tǒng)。ABC系統(tǒng)在車輛接觸路面后，會在很短的時(shí)間內(nèi)對懸架系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整來保證乘坐舒適性和操縱性。MBC技術(shù)又向前進(jìn)行了延伸，相比ABC系統(tǒng)增加了一個(gè)前置攝像頭，此攝像頭位于前擋風(fēng)玻璃的上方位置，它會持續(xù)自動掃描前方15米的路面狀況，把信號輸入控制單元，控制單元對這些信號進(jìn)行處理，計(jì)算，然后發(fā)出調(diào)節(jié)指令，相關(guān)的執(zhí)行器對主動懸架系統(tǒng)的懸架軟硬程度、車身高低、阻尼大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，來適應(yīng)道路狀況，以保持車身始終處于水平狀態(tài)，提供最佳的乘坐舒適性和良好的操控性。

5、總結(jié)

主動車身控制系統(tǒng)是目前最先進(jìn)的系統(tǒng)，在工作介質(zhì)、結(jié)構(gòu)及控制方式上都有很大發(fā)展。工作介質(zhì)由半主動式車身控制系統(tǒng)的空氣變?yōu)橐簤河汀Ｒ后w介質(zhì)與氣體介質(zhì)相比，響應(yīng)更快，調(diào)節(jié)頻率更高，控制精度更好，同時(shí)結(jié)構(gòu)更緊湊；在控制方式上，由半主動式控制變?yōu)橹鲃邮娇刂浦饕w現(xiàn)在：需要駕駛員做選擇及調(diào)節(jié)的項(xiàng)目更少，促動執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由ABC控制模塊自動完成，這也要求主動車身控制系統(tǒng)配置有更多數(shù)量及類別的傳感器，向控制模塊提供盡可能多的參數(shù)。在性能上，與傳統(tǒng)懸掛相比，主動車身控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)成非常軟的懸架剛度特性，非常小的阻尼系數(shù)，以提供更佳的駕乘舒適性；主動車身控制系統(tǒng)雖然省略了穩(wěn)定桿，仍可對車身在轉(zhuǎn)彎時(shí)典型的側(cè)傾運(yùn)動，以及起步或制動時(shí)的俯仰運(yùn)動進(jìn)行良好的調(diào)節(jié)；主動車身控制系統(tǒng)可以有效地抑制路面顛簸所導(dǎo)致的振動和沖擊，還可保持負(fù)載狀況下的操縱性。

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Active body control system function and principle is analysed

Li Jie, Song Jiantong, Zhu Chunhong, Chen Junjie
( Beijing Polytechnic, Beijing 100176）

Abstract:With the requirements of people on the ride comfort and handling stability increase; there is a continuous innovation development of body control system. The active body control system improves the comfort and stability of the vehicle, and is the most advanced structure of the body control system. In this paper, the composition, working principle and function of the active body control system are briefly analyzed in this paper.

Keywords:active body control; ABC; function; principle; MBC

作者簡介：李婕，高級講師，畢業(yè)與北京工業(yè)大學(xué)汽車與發(fā)動機(jī)專業(yè)，就職于北京電子科技職業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院。

中圖分類號：U461.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-25-03