汽车的平顺性主要与车辆悬架系统的设计相关,悬架系统的设计往往有3个目标:减小车身垂直加速度、悬架动变形及轮胎动载荷。传统的被动悬架系统难以同时满足汽车平顺性和操纵稳定性的需求,对于这一点主动悬架系统却能同时满足。
主动悬挂实拍图-转自太平洋汽车网
这里不得不谈到主动悬架性能的关键要素:执行器(即力发生器)与控制算法的结合。因此对作动器的研究越来越得到研究者们的关注,迄今为止,研究者们开发了多种不同类型的主动悬架作动器,归纳起来大致可分为空气/液压主动悬架、电磁铁主动悬架、滚珠丝杆主动悬架和电磁直线式主动悬架等几大类。
而如今奥迪在新车型开发时(A8 Q8 E-tron),已经在空气悬架和阻尼控制的基础上,增加了电子主动车身控制系统,该系统通过48V电气系统操作完成,将电机的扭矩通过带轮传递给轴齿轮,再进一步传递给扭力杆,最后通过连杆将扭矩传递到悬架支柱。此外,该悬架系统还可提前获取车辆前方的不平路面信息。
奥迪-主动悬架系统控制器
在此之上,奥迪把能力与整车的性能相结合出出色的产品:
看看这奥迪A8L:有史以来最高科技的车吗?_哔哩哔哩 (゜-゜)つロ 干杯~-bilibiliwww.bilibili.com
看下特写,悬架在那一瞬间被拉伸到了最长。在探测到侧方快速移动物体时,主动式悬架迅速抬起车身,将车门中最坚固的防撞梁位置升高来应对碰撞,保护车内乘客。
可以在你上下车时抬起车身,令坐下和起身的姿势不那么难受。
悬架的亮点在于将动力装置与后轴转向相结合,这一设计可以有效解决全轮转向灵活度与稳定性间的功能性冲突,因此使用这套系统的车不仅能具备跑车的爆发力,还兼具高速行驶中的操控稳定性,虽说是大型轿车,但A8转弯半径比A4还小,可以说让人相当吃惊
惊艳的背后是:奥迪在传统的主动悬架技术上增加了预测的特性,除了原有的机械反馈(PID 或 LQR)外增加了对于外界环境的主动感知,这无疑让整台车更像老司机,也更智能化。
早期的奔驰CL500车型上采用有液压主动悬架系统,系统采用有13个车载传感器,每10ms,调整一次乘坐参数。在2018年巴黎车展上ꎬ又发布了在奔驰GLE车型上量产的48V空气主动悬架系统,该系统可单独控制4个空气弹簧,进一步减小不平路面引起的颠簸感和车身侧倾,但这是一种被动的系统,在不同场景下的适应性较差而且滞后严重。
结合主动悬架,绕桩更轻松
而根据与Thomas Muller(奥迪A8可变悬挂的悬挂系统研发部门主管)- SAE独家报道,我们可以得知:
2018款奥迪A8的主动后悬架。
奥迪A8所使用的驾驶员辅助系统配有Mobileye单目摄像机,我们用它获取路面的纵向信息,分辨率为1.2到6英寸(约3到16厘米),然后系统会指示底盘控制器,调高或降低悬挂,以应对即将到来的各种路况变化,如:路面车辆减速带或路面坑洼等。
在过弯G力很大时,主动悬挂系统可以使车身侧倾减半,否则车内乘员就会有很明显的感觉。正是这种主动式动态系统的采用,使车辆具备了更高的敏捷性和更好的平衡效果,过去即使是在A8这样的高端车型上,也无法体验到这种效果。这一系统还和车上的预警式侧向传感器相连,对侧面冲击造成的车身高度忽然升高做出及时反应,使车辆在发生碰撞时,由车窗框吸收冲撞能量,而非车门。这样可以使冲击力减少至一半。
可以在你经过颠簸时让车内的人感觉如履平地。看看下图中的对比,上面的车有主动式悬架,车身一直比较平稳,而下方的车明显有俯仰的情况。
而从一个系统的完整设计我们可以看出:在充分考虑悬架系统性能及实车安装时的各种限值条件(如传感器与作动器的性能),选择最佳的控制算法是非常重要的,但是无论使用哪种算法,最终控制系统的性能是根据设计者的设计要素调整而决定的。例如,当控制对象的数学描述非常精准时,采用最优控制效果固然最好,然而实际上车辆的参数及状态往往是变化的,如簧上质量及车辆质心位置会随着乘客的变化而变化等,而为过于追求系统的鲁棒性设计的鲁棒控制算法,其性能有时甚至比简单的PID控制效果还差。因此,在实际设计悬架系统的控制算法时,只是按照理论设计往往是不够的,还应该将悬架系统和整车特性(非线性和时滞性) 考虑进去,进行补偿设计,如采用较智能化的控制方法如自适应控制和模糊控制,上述控制方法考虑了车辆周边环境的变化和自身特性的变化带来的影响,对于这类智能控制算法而言,基于经验而设定的控制规则就显得尤为重要。
这背后也代表了奥迪对技术的不断探索,十年磨一剑才会产出普适大众的产品。
虽然如今只能在奥迪的高端车型享受到这样的服务,但未来解决成本问题后希望能在更多的车型上见到它的踪影,只有这样才能更好让科技为我所用,我们的出行才能更加安全便捷。
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