汽车主动防侧倾系统建模与试验分析

过橡胶衬套固定 在 副 车 架 上,因 此 其 侧 倾 角 与 车
身相同. 稳 定 杆 两 端 连 杆 与 避 震 器 或 下 摆 臂 相
连.汽车的侧倾 力 矩 与 悬 架 刚 度、主 动 稳 定 杆 刚
度在侧倾角下的反侧倾力矩平衡.
导得到液压马达需达到的输出扭矩.根据受力模
型,考虑簧 上 质 量,建 立 动 力 学 模 型,得 出 激 励 器
需要产生的反侧倾力矩 M α 与侧向加速度a、侧倾
Mα ＝ f(
a,
φ̈,
φ,
φ)

考虑簧载质量:
(
１)

Imsφφ̈ ＋Cφφ ＋ Kφφ ＋ Maf ＋ Mar ＝ amshs ＋ mshsφg
２
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Imsφ ＝ m h
Cφ ＝ Cφf ＋Cφr ＝２Ccφf ＋２Ccφr
Maf ＝α(
amshs ＋ mshφg －Tms )
高车辆行驶稳定性和安全性,改善乘坐舒适性.
关键词:主动防侧倾;稳定杆;侧向稳定性;联合仿真
中图分类号:
U４６１
DOI:
１０．
３９６９/
．
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１００４

１３２X．
２０１７．
２２．
００９
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影响:一方面在不平路面上时的舒适性变差;另一
采用了前馈和反 馈 控 制 器,并 进 行 了 软 件 仿 真 和
方面由于悬架无 法 化 解 路 面 起 伏,车 轮 跳 动 过 大
台架试验.文献[
９
Ｇ
１０]将含有电机驱动执行器的
会导致失去附着力,因此,提升弯道性能可以考虑
安装或改进防侧倾横向稳定杆系统来实现.
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０ 引言
为改善汽车行 驶 平 顺 性,通 常 把 悬 架 刚 度 设
控制和前馈、反馈 控 制 来 设 计 研 究 主 动 横 向 稳 定
要集中于电机式 主 动 横 向 稳 定 杆,对 液 压 式 的 研
究很少.本文以液压式主动防侧倾稳定杆为研究
对象,通 过 对 其 转 向 能 力 的 控 制,减 小 车 身 的 侧
倾,提 高 车 辆 的 稳 定 性 和 安 全 性,改 善 乘 坐 的 舒
图 １ 车辆受力模型
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Kφ ＝ Kφf ＋ Kφr ＝２Kcφf ＋２Ktφf ＋２Kcφr ＋２Ktφr
式中,
Imsφ 为 簧 上 质 量 绕 侧 倾 轴 惯 性 矩;
ms 为 簧 上 质 量;
hs 为簧上质心到侧倾轴的竖向距离;
Cφf 为前悬架 避 震 器
阻 尼;
Cφr 为后悬架避震器阻尼;
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杆,同时分析了主 动 横 向 稳 定 杆 对 侧 倾 角 速 度 和
计 得 比 较 低,其 结 果 是 影 响 了 汽 车 行 驶 稳 定 性.
质心侧偏角的影响,此外,还对主动横向稳定杆和
为此,在悬架系统中采用了横向稳定杆结构,用来
汽车动力学控制 进 行 了 集 成 控 制 研 究,对 四 种 不
提高悬架侧 倾 角 刚 度,减 小 车 身 倾 角.汽 车 在 弯
有关,一般取０．
５~０．
８,本文的反侧倾力矩分配系
数参考试验车东风 S３０ 参 数 及 国 外 相 关 文 献,取
值 ０．
６５. 前 主 动 稳 定 杆 激 励 器 产 生 的 反 侧 倾 力
矩为
Maf ＝
适性.
将式(
２)代入式(
１)得
１ 主动防侧倾稳定杆系统动力学模型
图 １ 所示为 主 动 稳 定 杆 受 力 模 型,稳 定 杆 通
汽车主动防侧倾系统建模与试验分析———黄 康 潘 毅 赵 萍
２
Iφf ＝ mfhf
Cφf ＝２Ccφf Kφf ＝２Kcφf ＋２Ktφf
式 中,
l 为汽车轴距;
hf 为前侧倾中心离地高度;
df 为前悬
架轮胎中心距;
mf 为前簧下质量;
lr 为簧上质心距后轴的
距离.
制,以及主动悬架与主动横向稳定杆的集成控制,
设计了相应的控 制 器 并 进 行 了 仿 真,结 果 证 明 了
控制策略的有效性.文献[
１９]针对电动自卸车提
出了可变刚度的 非 线 性 横 向 稳 定 杆,并 对 其 性 能
进行了分析和优化.
主动防侧倾稳定杆的驱动结构部分一般有电
机式或液压式,国 内 对 主 动 横 向 稳 定 杆 的 研 究 主
Ktφr 为 后 稳 定 杆 刚 度;
Maf 为 前 主 动 稳
定杆激励器产生的反侧倾力矩;
Mar 为后主动稳 定 杆 激 励
器产生的反侧倾力矩;
g 为重力加速度.
考虑前后主动稳定杆激励器产生的反侧倾力
矩分配 系 数 α. 反 侧 倾 力 矩 分 配 系 数 为 经 验 值,
大小与前后主动稳 定 杆 的 刚 度、车 身 重 心 位 置 等
需要产生的反侧倾力矩 M′
侧倾
α与侧向加速度a、
角 φ 之间的关系式:
M′α＝ f
′(
a,
φ̈,
φ,
φ)

考虑非簧载质量:
(
６)
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Iφfφ̈ ＋Cφfφ ＋ Kφfφ ＋ Maf ＝ ΔFfdf －
hf (
７)
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２７０２
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im 软件中建立了
汽车动力学模型,实现了该汽车主动防侧倾系统的 MATLAB/S
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nk 和 Ca
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im 的联合仿真.仿真
结果表明:与传统横向稳定杆相比,汽车主动防侧倾系统能够明显减小车辆车身的倾角.最后通过实车
试验对仿真结果进行了验证,试验结果表明了仿真结果的正确性,证明了汽车主动防侧倾系统能有效提
国外对防侧倾横向稳定杆系统进行了较多研
究.文献[
１
Ｇ
２]基 于 重 型 汽 车 建 立 整 车 模 型 及 主
动横向稳定杆的 控 制 模 型,并 对 车 辆 模 型 进 行 了
横摆侧倾 响 应 的 仿 真 研 究. 文 献 [
３
Ｇ
５]采 用 PID
收稿日期:
２０１６ １２ ２３
基金项目:国家国际科技合作专项(
同形式的 主 动 横 向 稳 定 杆 执 行 器 进 行 了 分 析 对
道中由于惯性会 产 生 一 定 程 度 的 侧 倾,车 辆 重 心
比,并采用电机系 统 驱 动 的 主 动 横 向 稳 定 杆 进 行
也会随之转移,这 时 由 于 两 侧 车 轮 附 着 力 出 现 差
异,车辆的操 控 性 受 到 影 响.配 置 高 性 能 减 振 器

Tms ＝Imsφφ̈ ＋Cφφ ＋ Kφφ
(
３)
(
４)
式中,
hφ 为簧上质心改变之后,簧上质心到侧 倾 轴 的 竖 向
距离.
同理可 得,后 主 动 稳 定 杆 激 励 器 产 生 的 反 侧
倾力矩为
根据簧上质量和簧下质量的力矩平衡可以推
角 φ 之间的关系式:
１－α
Mar
α
(
２)
Mar ＝ (
１－α)(
amshs ＋ mshφg －Tms )
(
５)
车辆发 生 侧 倾 时,竖 向 载 荷 会 在 左 右 轮 发 生
转移(设转移 量 为 ΔF ),它 会 影 响 车 辆 稳 态 的 响
应.建立 簧 下 质 量 的 动 力 学 模 型,考 虑 载 荷 分 配
系数β,对原模型进行修正,得到 修 正 后 的 激 励 器
中国机械工程第 ２８ 卷第 ２２ 期 ２０１７ 年 １１ 月下半月
仿真 结 果 表 明 应 用 自 适 应 模 糊 PID 控 制 的 主 动
防倾稳 定 杆 系 统 能 有 效 提 高 车 辆 稳 定 性. 文 献
[
１３]建立了三自 由 度 车 辆 模 型,提 出 了 通 过 模 糊
逻辑方法控制车 辆 主 动 稳 定 杆 的 侧 倾 性 能,仿 真
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２０１４DFA８０４４０)
主动横向 稳 定 杆 安 装 在 SUV 样 车 的 前 后 轴 上,
给出了硬件的实 现 方 法 和 约 束 条 件,并 进 行 了 样
车试验,同时也对主动横向稳定杆和 ESP 的联 合
控制防侧倾进行了相关研究.文献[
１１]对主动横
向稳定杆进行了 分 析 研 究 和 实 车 验 证,结 果 表 明
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汽车主动横向稳定杆能有效改善汽车的侧向稳定
性.文 献 [
１２]应 用 自 适 应 模 糊 PID 控 制 器 对 乘
用车的主动防侧 倾 稳 定 杆 系 统 进 行 了 仿 真 分 析,
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转角的前馈控制 方 法,能 够 对 车 身 侧 倾 进 行 有 效
控制.文献[
１６]通 过 主 动 横 向 稳 定 杆 对 SUV 汽
车进行主动侧倾控制,建立了基于模糊 PID 的主
动侧倾 控 制 器 并 进 行 了 计 算 机 仿 真 分 析. 文 献
[
１７
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１８]研究了主动横向稳定杆 与 AFS 的 协 调 控
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