乘用车悬架系统新技术分析(下)

◆文/江苏 高惠民

高惠民 (本刊编委会委员)

现任江苏省常州外汽丰田汽车销售服务有限公司技术总监，江苏技术师范学院、常州机电职业技术学院汽车工程运用系专家委员，高级技师。

(接2018年第11期)

2.丰田自适应可调悬架系统

丰田自适应可调悬架系统(AVS系统)属于半主动型悬架，配备在丰田中高档轿车上。驾驶员可以通过选择行驶模式，切换减振器的软与硬两种减振力(阻尼力)。由于减振力控制采用非线性H∞的基本控制策略，系统获得了卓越的响应性能和精确的控制性能，实现了车辆乘坐舒适性以及操纵稳定性的兼容。

(1)AVS系统组成

AVS系统组成如图31所示。

图31 AVS系统组成

减振器采用了可调式单筒液压型减振器，该减振器配备了能够切换减振力的硬减振阀和软减振阀，旋转阀改油液变流进阀的流量，从而改变减振器的阻尼。减振器结构如图32所示。

图32 AVS减振器结构

减振器控制执行器采用了分9步切换的步进电机，步进电机由两组定子和线圈组成。为了控制减振器阻尼力，步进电机根据来自减振器控制ECU的信号，轻微转到与减振器控制杆直接耦合在一起的磁性转子。如图33是减振器控制执行器结构。

图33 AVS系统减振器控制执行器

根据AVS系统需求，配备了3个微机械型的加速度传感器，主要用于检测车身垂直运动。横摆率传感器将车辆垂直轴产生的微机械传感器的电容变化作为旋转角速度进行检测；减速度传感器将微机械传感器的移动电极和固定电极之间电容变化作为车辆减速度进行检测，在不带VDIM上横摆率传感器和减速度传感器置于空气囊ECU总成内，在带VDIM的车型上，为实现紧凑性，横摆率传感器和减速度传感器集成为一体，位于中央控制台下方。

(2)AVS系统控制

表1所示为AVS系统主要零部件的功能与系统控制项目，图34所示为AVS系统控制框图。

①侧倾姿势控制

根据转向传感器和减速度传感器信号，控制各车轮减振器以优化转向时的车辆姿势状态。

减振器(用于侧倾抑制和弹跳抑制)位于迟滞内侧转向点，以控制2个方向的移动，4个车轮独自控制内侧和外侧转向侧的减振力，从而优化了车辆转向时的姿势并确保了抓地性能。车辆侧倾姿势控制如图35所示。

控制减振力以减少侧倾角与纵倾角之间的相位差，从而实现与人的感觉相适应的车辆姿势和舒适的转向。侧倾角与纵倾角之间的相位差如图36所示。

②反冲控制(非线性H∞控制)

根据加速度传感器信号，减振器控制ECU检测车辆(在垂直跳动、侧倾和纵倾方向上的振动)，采用非线性H∞逻辑控制4个车轮的减振力。自然平稳控制车辆反冲，从而确保行驶舒适性。图37所示为AVS系统减振衰减速度控制方法特性对比。

③减振模式选择

可通过操作选择车辆行驶模式(NORMAL、ECO、SPORT)。

在NORMAL或ECO模式中，通过根据行驶操作和路面状况进行减振力控制，优先实现了乘坐舒适性，且精确控制确保操纵稳定性。

与NORMAL或ECO模式相比，SPORT模式在减振力控制采用高减振力范围，进一步提高车辆运动操纵稳定性。减振力特性如图38所示。

图36 AVS减振力侧倾角与纵倾角相位差控制

图37 AVS系统减振衰减速度控制特性对比

图38 AVS系统减振器减振力特性

3.KDSS互联悬架系统

互联悬架系统是指单个车轮运动导致其他车轮或车轮组弹簧力发生变化的悬架系统总称。根据系统连接介质不同，可分为机械互联悬架、空气互联悬架和液压互联悬架。现代汽车上常用的横向稳定杆，就是最为简单的机械式被动互联悬架。这种稳定杆通过增强悬架系统的侧倾刚度来抑制左右车轮反向运动。但是，该系统提高了前轴侧倾刚度，却破坏了前后轴侧倾刚度的合理分配，使乘坐舒适性降低。

丰田汽车公司针对越野车型研制了一款横向稳定杆与液压互联悬架相结合的系统，并将其命名为Kinetic Dynamic Suspension System(简称KDSS)，如图39所示是雷克萨斯GX470前后连接式稳定杆系统。

图39 雷克萨斯GX470KDSS组成

系统是将前后稳定杆以液压方式连接在一起的调整机构。在单侧稳定杆的支撑点处设置液压缸，前后液压缸以管路连通。如图41(a)所示，转向时前后稳定杆同向运动，液压缸不工作，仅起到普通稳定杆的作用。在崎岖不平路面的前后悬架处于逆向扭转状态时，如图40(b)所示，液压缸内活塞自由滑动，液压油在前后液压缸之间流动，稳定杆对悬架刚度的影响即被消除，车辆获得良好的通过性。

图40 KDSS工作示意图

综上所述，KDSS系统实现了车辆侧倾运动与其他3种悬架运动的解耦功能，通过合理地设置各部件的动力学参数，KDSS能够在提供优秀抗侧倾性能的同时保证车辆的舒适性和在崎岖路面上的轮胎抓地效果。表2所示为KDSS系统对车辆各运动模态下的动力学响应汇总。

表2 车辆各运动模态下KDSS系统响应汇总