减振、阻尼、稳定器解析

为了底盘的总体性能，作为总概念的、由弹簧、减振器、稳定器共同作用的悬架必须实现一系列的最重要任务：

1）保护车身，首先是乘员免受上下、纵向（俯仰）、横向（摇摆）振动，免受撞击和为实现乘员的舒适性作出贡献。

2）尽可能达到均匀的车轮地面附着，这是车道保持、驱动、制动所需的轮胎和路面间传递力的前提，是行驶安全性的重要方面。

3）通过一个车桥上的两个车轮和两个车桥上的力和力矩的合理（权重）分配，可改善行驶舒适性和安全性。

设计各个部件并不困难。真正的技巧（本领）在于将所有的功能围绕行驶性能、舒适性能总目标进行相互地、权重地调整。调整过程将在下面以汽车舒适性为定位的实例进一步说明。与这个以舒适性优先不同的运动型汽车的情况见本书后面。

所用的符号可从图7.4-25的汽车模型中推导出。根据选用的轮胎（见7.3节）可确定c₁，在有车桥方案以后，m₁是已知的，并可确定供悬架使用的结构空间。上下振动和纵向（俯仰）振动的解耦是相同的。耦合质量m_k按大多数乘用车的经验可近似为0。

图7.4-25 上下、纵向振动的半个汽车模型以及相关的方程式（按[6]）

1.悬架（承载）弹簧

顾名思义悬架弹簧c₂就是要承担车身质量m₂的承载任务。因为相对悬架设计位置有装载和卸载不同的情况，所以车身质量m₂会从空载的m_2，leer到满载的m_2，voll的显著变化。

对所有的装载情况希望保持相同的舒适性。这意味着首先要满足对弹簧行程的要求，并考虑到人们在对振动的敏感性的同时还要求低的（0.7～2Hz）、尽可能不变的车身谐振频率_[3，6，8]。

图7.4-26 车身弹簧刚度c₂对车身加速度和车轮载荷波动随频率变化的影响

图7.4-26表明车身弹簧刚度c₂只是在车身谐振频率（1Hz范围）周围严重影响车身加速度。频率超过车身谐振频率和较小的车身弹簧刚度车身加速度明显下降，且较小的车身弹簧刚度的最大车身加速度移到较低的频率。

在低频范围最大的车轮载荷波动也是这种情况。在较高的激励频率，软的车身弹簧又使车轮载荷波动增大。

对一个车轮，按图7.4-25的半个汽车模型可推导出一些简化的关系式：

车身谐振频率为：

设计师采用的振动数为：

n₂=60f₂（1/min） （4）

在车身质量为m₂时静态弹簧挠度（弹性压缩）为：

联合方程（3）、（5）可得：

图7.4-27 悬架总的弹簧特性线的组成

注：脚标stat静态；leer空载；voll满载；KO设计位置；dyn动态

方程式（6）定量地表示谐振频率和静态弹簧挠度的直接关系，从而可方便地进行验算。对设定的有利的振动敏感性的上部范围需要静态弹簧行程达500mm。因为在乘用车上由于组装件的原因，一般只有约200mm的总的弹簧行程可供使用，所以对f₂<1Hz的车身谐振频率必须要有附加的水平调节装置（见4）以补偿静态弹簧挠度。对其他的综合边界条件，方程式（3）表明，为力图保持谐振频率不随装载多少而变，需要渐进式弹簧。气体弹簧（见4和参考文献[2]）原理上接近所要求的渐进弹簧的性能。用得最多的直圆柱形钢螺旋弹簧是线性的而不是渐进的。为缓和撞击，如在不平的路面上以相当的行驶速度行驶时出现的撞击一样，需用附加弹簧（大多为PU泡沫件）隔开。这样，通过特性线叠加正好产生总的弹簧特性线的渐进性（图7.4-27）。该图上除了橡胶支撑组成的近似线性的弹性成分外，还包括车桥导臂的弹性成分。通过有效的、与升程有关的弹簧弹性换算，或如使用“缠绕”的螺旋弹簧，可进一步微调弹簧特性线^[1]。此外，渐进式弹簧还可有利于相互的减振过程，因为这些减振过程随载荷增加使侧倾角非渐进式增大并同时产生支撑效应。

这样，在现有的与载荷有很大影响的后桥情况下可以先确定使用这种渐进式弹簧的形式。

在设计前桥时必须转换所希望的前、后桥的相互作用。对乘员来说，舒适性的感觉大多可用车身振动加速度的有效值反映。更好地可用座椅上的K值^[8]表示人的感受。参考文献[6]非常明确地指出，在包括纵向（俯仰）振动情况下，人的感受取决于座椅位置，如要选择前、后座椅的谐振程度（这里只处理由于路面不平引起的俯仰振动，起步和制动俯仰见7.4.1小节）。

因为到减振设计的时间节点一般要确定座椅位置，所以设计师必须定位设计目标：优先为驾驶人舒适性定位还是优先为后排乘员舒适性定位。在前一种情况，当设计的前悬架比后悬架软时，则利用相反的附件设计装置使后排乘员仍有较好的舒适性。在优先为后排乘员舒适性定位时，则在向前行驶时通过车身前、后加速度的相位位置一般可达到较好的K值。因为相位位置再次与行驶速度有关，当然，达到的舒适性与行驶速度有关。因为在前驱动或确切地说是标准驱动的汽车上，整个载荷几乎在后桥上，所以后排乘员的舒适性实际上只与水平调节装置相关，或者前桥或许不需要硬的悬架，但这会再次损害升程舒适性。在任何的定位设计目标的情况下，重要的是要特别重视在驶过各种障碍物时的乘员舒适性状况。要将前、后桥的谐振频率隔开，这样俯仰运动就会很快停下来，为此，车身前、后的谐振频率之比实际上大多为f₂，v/f₂，h=0.80～0.95。

用作承载弹簧的有螺旋压簧、扭杆弹簧和钢板弹簧。较早在刚性车桥上用得很广的、具有导向功能的叠层钢板弹簧目前几乎只在商用车上见到。扭杆弹簧由于成本和结构空间原因很少使用。钢丝缠绕的螺旋弹簧主要是圆柱状的。锥形和筒形弹簧中的一部分弹簧圈可进入另一些弹簧圈中，以降低结构高度。

圆柱形压簧的计算公式为：

静态弹簧力

弹簧行程

弹簧刚度

弹簧功

式中，d为钢丝直径；D为弹簧直径；n为弹簧圈数；τ_t为扭转剪切弹性模量；G为剪切模量。

为使用较少的弹簧材料得到高的弹簧功，需要提高弹簧材料的允许的剪切应力。为此，弹簧材料大多使用高强度、高合金的54Si Cr 6钢，并在成型（缠绕）后喷丸，以提高材料强度。这样，在弹簧材料许允的抗拉强度2000MPa时还可使允许的抗扭强度达到1300MPa。

为降低噪声，在弹簧和弹簧盘之间采用橡胶弹簧垫，同时可起到定位作用。

2.稳定装置

在确定前、后桥承载弹簧后就要把注意力集中于汽车的摆动性能。因为，如参考文献[6]指出的，摆动和上下/俯仰振动可分开观察，所以图7.4-28的车桥的振动模型与图7.4-25上的车桥的振动模型相似，只是图7.4-28中观察的是两个车桥的振动模型。两个车桥由足够大的扭转刚度、质量为m₂的车身相互连接，并增加前、后桥的稳定器弹簧刚度c_s，v和c_s，h。

图7.4-28 汽车摆动振动模型和最重要的方程式^[6]

在以横向速度为a_y弯道行驶时，在汽车重心S作用一个离心力F，它与杠杆比h_RZ形成车身的俯仰力矩

M_K=m₂·a_y·h_RZ （9）

该力矩在调整侧倾角φ后将增大一个力矩分量m₂·g·h_RZ·φ。h_RZ是摆动杠杆比，是重心到滚动轴之间的距离，见7.4.1小节。简化表示的俯仰力矩M_K必须与悬架摆动力矩M_W平衡：

M_K=m₂h_RZ（a_y+gφ）=（cφv+cφh）φ=M_W（10），

式中，c_φv、c_φh是车桥悬架摆动率，它是力矩M_W在两个车桥上的力矩比（前提是足够大的扭转刚度的车身）。精确的观察见参考文献[5]。

遗憾的是侧向摆动不能简单地靠将滚动中心高度提高到汽车重心高度（h_RZ=0）的办法消除。这会导致非常不利的、有较大轮距变化的车轮升程曲线（刚性车桥除外），造成牵引力问题和引起轮胎磨损。完全消除侧倾角，至少在行驶动力学边界范围由于驾驶人无法获得汽车状态信息的原因也不是所希望的。

在正常的摆动杠杆比约为500mm和在由于舒适性原因使用较软的承载悬架时，必须少许保持侧倾角，并与附加的稳定器隔开。该稳定器与悬架并联，但只在车轮升程相对变化时才成为真正的弹簧。前、后车桥悬架摆动率c_φU，h，引入前后轮距s_v，h情况下，可由前、后车身刚度c_2v，h和前后车桥稳定器弹簧刚度c_sv，h之和得到

如果一般在垂直方向设计较软的车桥悬架上这样设计稳定器的刚度，使侧倾角不超过最大值，则需要检验支撑性能和自转向性能。只要稳定前桥，由于前桥的刚度大，还可承担相当大部分的摆动力矩支撑。

这会引起弯道内和弯道外车轮之间的较大的车轮载荷偏移，并从横向加速度约为0.4g开始，由于轮胎侧向力特性线的非线性而导致车桥较大的、渐进的侧偏角需要。因为这时驾驶人需要继续转向，以保持弯道半径。这就是人们所说的不足转向。从行驶稳定性角度，在一定程度上这种效果是所希望的。如果不足转向程度太大，则需要后桥帮助，以支撑摆动力矩。如果由于舒适性原因，车身弹性弹簧的设计不是太硬，则在车桥上要考虑安装稳定器。

3.振动阻尼

如果整个的弹簧和稳定器悬架为所希望的抗上下/俯仰振动的舒适性和抗摆动振动的舒适性创造了好的条件，则还必须采取一些措施以抑制由于外力引起的振动。这项任务落到减振器上。在承载弹簧刚度对车轮载荷波动影响很小时（图7.4-26），减振器阻尼不只是对车身质量起作用，更是对行驶安全性有重大贡献（图7.4-29）。在前后车身上的阻尼因数D_2v，h和前后车轮上的阻尼因数D_1v，h为：

实际上，如果非簧载质量小，D_2v，h至少约为0.2～0.25，D_1v，h略大些。对随机的路面激励，图7.4-29和图7.4-30清楚地表示了沿着给定的车身弹簧刚度c₂曲线通过选择车身减振器阻尼对舒适性和行驶安全性的综合品质有决定作用。由于上下振动和俯仰振动总是结合在一起，也由于整个曲线图与行驶速度的关系、装载和确定的各种路面不平度类型的关系，建议在改变一些重要的影响参数进行仿真计算时要同时优化前后车桥上减振器阻尼d_2v，h。

图7.4-29 减振器阻尼d₂对车身加速度和车轮载荷波动随频率变化的影响（功率谱）

目前所用的减振器有两种结构型式：单管和双管液压伸缩式减振器，它有不少变形；另一种是阀门系统减振器。(www.xing528.com)

至今用的都是线性特性线的减振器（图7.4-31）。如前面所说，在弹簧设计时除考虑重要的舒适性影响^[4]外，还包括在各种障碍物（如路面不平、沟盖）或驾驶人反应（如转向）等行驶性能时，则要进一步匹配减振器力F_d随减振器活塞速度v_D的具体变化，这时减振器特性线就不是线性的。

图7.4-30 在舒适性—行驶安全性冲突的图解中的设计边界随减振、阻尼以及相应的阻尼因数的变化

图7.4-31 减振器力随减振器速度的特性线和对示功圈的影响实例

所用的非线性减振器其减振器特性线在拉伸过程减振力是渐减的。减振力的偏移，即渐减就可达到随时的、稳定车身侧倾角。这对在通常是不常有的行驶状态的主观安全性感觉非常重要。为此，在低的减振器活塞速度v_D时，弯道内行驶的车轮需要高的减振力。这表示需要考虑使用比线性特性线减振器更强的拉伸特性线，即减振器阻尼更大（d_2z＞d_2Lin）。并在大的减振器活塞速度v_D时，除了增加不舒适性感受外，还导致车轮的过度阻尼和较大的车轮载荷波动。

所以，从v_D≈0.15m/s起，特性线d_2z要降到低于d_2Lin。这时示功图曲线是丰满的，这样，在低的v_D时减振器的功较大。

用于压紧（压缩阶段d_2D）、拉伸（拉伸阶段d_2z）的弯曲（偏转）的减振器的特性线得到广泛应用。在前桥上压紧与拉伸的阻尼之比降至d_2D∶d_2z≈1∶3。在驶上斜面的各种障碍物时可改善“弹性感觉”，在行驶边界范围也可达到“弹性感觉”。因为随着减振器特性线不对称增大，静态舒适性下降，车轮载荷波动增加，所以压紧与拉伸的阻尼比不要不必要地降低，并且必须尽量利用车桥足够大的纵向悬架的正面效果。

在前面几段中已经指出，制订与汽车目标有关的、有效的整体调整是一个复杂的综合过程。这个过程由有经验的设计师或更好地利用现代仿真工具完成。如使用仿真工具，或其他更好的方法，则要使用舒适性评价准则。如果开始只提及垂直加速度的K值，则按参考文献[15]，对当时观察到的所有参与的各分振动的向量叠加就可算出能反应的需要评价的振动强度的总值K_ges：

如果底盘是为运动型汽车设计的，则不要更多地考虑舒适性。在这种情况下，除了要求特别好的地面附着性（弯道的边界速度）外，要求弹簧行程和侧倾角要小，就是要求较大的振动阻尼和较大的稳定率。在忽略舒适性时，弹簧行程和侧倾角的大小只受较小车轮载荷波动要求的限制。

通过减振器对角线连接（奥迪RS6），也就是前左和后右减振器的非控连接和受控连接，可将车身纯上下运动与摆动或俯仰运动隔开（解耦）。这时对角线对面的车轮的反向弹簧在车身摆动或俯仰时由于连接管路中的节流损失产生的减振效果要比减振器平行连接所产生的减振效果好。

4.垂直动态系统

与被动部件相比，垂直动态系统（也就是闭环控制系统）具有改进行驶性能与行驶舒适性的很大的潜力。它可以按需要随时优化减振器垂直力，在调整被动弹簧、振动减振器和稳定器时，总是只在行驶性能（操控性、灵活性）和行驶舒适性之间取得折中，即底盘可以是运动性的或舒适性的，但不能随时地想要调整为运动性的或舒适性的底盘就调整为运动性的或舒适性的底盘。

垂直动态系统可在小的时间窗口，根据行驶状态按需要调整车轮和车身之间的垂直力，以解决行驶性能和行驶舒适性之间的、只要是物理学上可能的目标冲突。从图7.4-30可见，这时c₂突破GK边界曲线向更舒适和更安全方向调整。为此，垂直动态系统从硬件方面需要传感器、电控单元、执行器以及能量供给；从软件方面需要有效的闭环控制策略。垂直动态系统对在正常行驶范围的行驶有影响，它与安全性控制或驱动防滑转控制不同，不仅是在边界范围起作用，更是持续地在起作用。

下面是三种调整方式的简要说明：

图7.4-32 在不同的水平调整系统时装载对车身谐振频率的影响

1）水平调整装置（当前主要用空气弹簧）。

2）减振器调整系统。

3）主动弹簧/主动稳定器。

在载荷变动时水平调整装置输送工作介质至减振器支柱或者将工作介质从减振器支柱带走，以保持汽车高度不变，并可提供最佳的弹簧行程储备。特性线的设计没有考虑由于载荷变动引起的水平变化。两点式调整可达到较好的抗振动舒适性。由于重量轻、成本低，空气弹簧不断用于水平调整装置上，并可替代液压气动弹簧。此外，空气弹簧还有车身谐振频率不随载荷变化的优点（图7.4-32）。除全轮驱动汽车外，自1992年以来环形空气弹簧已成批使用。后桥空气弹簧^[10]以及环形空气弹簧^[11]在高档乘用车范围用得越来越多。

汽车水平调整装置用的空气弹簧是一个等容积的低压空气弹簧。在载荷变动或设定另一个高度时调整汽车静态高度的能量一般由压缩机部件保证。有两种空气弹簧：波纹膜盒式弹簧和折叠气囊弹簧，它们的刚度不同。在乘用车上只用折叠气囊弹簧。空气弹簧的主要部件是盖、滚动活塞和带夹紧元件的折叠气囊（图7.4-33）。折叠气囊是一个弹性体软管，带硫化橡胶的坚固支架。支架由两层或多层十字状的纤维覆盖层，但对特殊的结构型式也可只有一个轴向走向的纤维覆盖层。这时折叠气囊必须要有外部导向件，以作为支撑元件。空气弹簧既可单独使用，也可用作减振器支柱。

图7.4-33 空气弹簧结构型式和减振器支柱实例

与弹簧行程有关的空气弹簧刚度通常由两部分组成：

式中，c_V为空气弹簧体积刚度：

空气弹簧面刚度c_A为：

式中，A_ω为有效横断面积，它由切平面在折叠气囊折叠处的接触线所包围的面积（图7.4-33左）；A_g为几何横断面积（理论尺寸）；∂A_ω/∂Z_2L为有效横断面积随空气弹簧升程的变化；n为空气绝热指数（与减振速度有关，n=1.0～1.38）；η_u¨为空气弹簧中的空气过压（表压）；η_a为环境（大气）压力；V₀为设计位置的空气弹簧内部容积。

如果空气弹簧有效横断面积随弹簧升程是不变的（如圆柱折叠气囊的圆柱滚动活塞面积），则可以确定空气弹簧的面刚度为零。空气弹簧刚度仅由体积刚度决定。

按空气弹簧中的空气热力学的状态变化速度可以分为动态（绝热）弹性过程（n=1.38）和准静态（等温）弹性过程（n=1.0），见参考文献[12]。

除单纯的空气热力学的弹性性能外，在很小的激励时要考虑折叠气囊壁的刚度c_RB^[13]。这表现在随着弹簧升程的减小，空气弹簧以指数增长变硬。按折叠气囊结构，空气弹簧变硬容易超过本身的空气刚度c_G。因此，在整个的空气弹簧刚度c_LF，ges必须包括折叠气囊壁的这部分刚度c_RB，即

c_LF，ges=cG^+cRB （18）

因为小的弹簧行程主要在好的路面、直至可在高的车速出现，所以由于折叠气囊在小的弹簧行程变硬而明显地丧失舒适性和带来的不愉快。通过使用单层轴向、外部导向和壁厚非常薄的折叠弹簧可以减小这种不利的影响。

减振器电子调整系统根据感知的汽车行驶状态改变垂直力随减振器力的变化情况。图7.4-29再次一目了然地给出了如何通过减振器电子调整系统改善抗振动舒适性的状况以及它的基本功能。

图7.4-29左是各种减振器阻尼d₂对车身加速度（垂直）随振动频率变化的影响（功率谱）。这是汽车在中等的州级公路行驶时调整好的。如果简化抗振动舒适性评价尺度，车身加速度功率谱（如上面提到的）是一个惯用的评价方法。功率谱幅值越小，乘员在公路上行驶的干扰振动越小，即功率谱的面积小意味着有更好的、统计的抗振动舒适性。由图可见：在约2～30Hz振动频率范围，减振器的软的特性线（d₂小）可达到更好的抗振舒适性；在约0.3～1.5Hz振动频率范围，减振器硬的特性线（d₂大）使车身加速度幅值降低，并改善抗振动舒适性。

除了舒适性外，还要考虑行驶动力学和车轮动态载荷变动。图7.4-29右表示减振器调整系统的原理性功能：在车身初始垂直振动频率（约1.2Hz）以及占支配地位的汽车纵向和横向动态运动时4个可调减振器调在较大的减振力上。在车轮初始的垂直振动频率（约12Hz）减振器调在中等的减振力上。中等减振力还可达到满意的车轮减振。汽车在这两个谐振频率之间激励时，为达到很好的行驶舒适性，要将减振器的减振力调得非常软。为识别汽车行驶状态，减振器调整系统使用作为信息源的车身加速度传感器、转向角度传感器信号以及ABS系统的前桥车轮信号。减振器调整系统采用作为控制策略的所谓“天钩原理”（Sky-Hook-Prinzip）^[15]，该原理在车身谐振频率的路面激励时具有很多功能优点。

1987年在欧洲首次采用以电子减振器控制（EDC-Electronic Damping Control）命名的可调减振器系统^[14]。EDC这一代主要有3个可选择、可调整、自动控制特性线的可调减振器。除3级（3个特性线）结构型式的减振器外，最近几年使用多级可调减振器，如各个车轮单独可调的4级减振器控制和丰田约15级减振器控制。从2001年以来，宝马使用了已大批量生产的最新一代的可调减振器系统^[15]，这些特性场减振器可实现无限多的特性线，并由此实现行驶舒适性（安静的车身、隔振）的新的尺度和愉快的行驶。除宝马外大众（辉腾^[26]）、奥迪（A8^[27]）从现在起也采用同类的减振器，这时驾驶人可选择从舒适型底盘到运动型底盘的2个、4个或甚至2×4个不同减振器特性场。正当前面列出的汽车生产厂家使用由常规的减振器阀门技术发展起来的可调减振器系统时，在凯迪拉克Seville、雪佛兰Covette、奥迪TT和奥迪R8汽车上还使用磁流变液体^[30]。在这个系统中改变磁场而改变减振器中液体粘度，并按需要使减振器力变软或变硬。

1990年以来，在日本市场提供主动弹簧^[16，17]。自1995年以来在欧洲主动稳定器面世^[18]。1998年以来它们成为新的品种。主动弹簧在车身谐振频率范围几乎可达到任意的垂直力；主动稳定器在车身谐振频率范围几乎可适应任意的垂直力。对用户有价值的功能优点随系统的特点而不同。液压机械系统的高技术费用阻碍了它的广阔市场的占有。

日本生产者（如丰田Soarer 1991）的方案由液压气动弹簧（替代常规的弹簧和减振器）、液压供给、电控单元和多个传感器组成。液压供给包括轴向或径向柱塞泵、供给容器、脉动缓冲器、液压油箱、冷却器、高压滤清器以及连接管路。液压供给可实现系统等压，保持系统在最高压力（如160bar）不变。

保持这样高的系统压力需要高的费用，以使噪声级尽量低。液压气动主动弹簧基于由差动液压缸、气压罐（当成弹簧元件）、节流装置（当成减振器元件）组成的减振装置和可将高压油供入差动液压缸或从差动液压缸排出的控制阀的调节原理。主动作用是通过控制阀完成并作为附加措施实现的。与全主动弹簧^[20]不同的是液压气动弹簧减振也可以没有高压油的供入和排出。如果全主动弹簧作为参照伙伴，没有高压油供入和输出的液压气动弹簧的优点是抗振动舒适性和节省能量，但需要较高的传感器费用。为检测汽车行驶状态，日产采用2个横向、1个纵向和3个垂直加速度传感器以及4个水平状况传感器。丰田还多了5个压力传感器。电控单元评定传感器来的各种信息和按需要控制4个液压气动主动弹簧。用户实际关心的是费用和能量消耗的对比，这也是高费用的主动弹簧在日本市场上没有真正普及的原因。

主动弹簧的代用型式与日本提供的系统在费用上完全相当，是由戴姆勒克莱斯勒以主动式车身姿态控制（ABC—Active Body Control）命名提供的^[21]。与前面所说的主动弹簧的差别是车身带4个减振支柱。图7.4-34表示ABC减振（弹簧）支柱的上部断面。柱塞套筒支撑在螺旋弹簧上，螺旋弹簧承载整个车身。压力油通过控制阀供入柱塞套筒或从柱塞套筒排出，使柱塞套筒运动。这样，螺旋弹簧根据柱塞套筒行程改变初始力，并产生所希望的附加力。

图7.4-34 戴姆勒克莱斯勒公司主动式车身姿态控制减振支柱

最后，如前面提到的主动弹簧一样可减小车身在俯仰、摆动、上下等自由度方面的运动，并可水平调节。除螺旋弹簧外，还有组合在减振支柱中的、被动的气体压力减振器。该减振器有软的特性线（刚度小）。软的特性线也足以使车轮运动减振。如同液压气动主动弹簧一样，要实现系统的等压，需要一些控制阀和像参考文献[1]的一些类似传感器。另外，还要控制柱塞的传感器。与液压气动主动弹簧相比，ABC方案在原理上有一些优点，即作用在车轮上的力传递到车身的过程中引起的摩擦力小，以及在弹簧特性线的设计过程中有更多的自由度。因ABC系统费用较高，所以目前仅限于很小的汽车范围使用。

与此不同的是路虎发现者提供的ACE稳定汽车摆动系统。该系统在汽车弯道行驶时通过主动稳定器建立垂直力矩，它可抵抗车身摆动力矩^[19]。在主动稳定器上采用带杠杆臂替代作为稳定器支腿的液压差动缸。因为ACE是一个单通道系统，在前、后桥上的两个执行器采用同一个压力控制，所以这只是稳定车身摆动。ACE系统可看作宝马双通道动态行驶装置的前级，双通道行驶装置可相互独立地调整两个主动稳定器中的液压。

动态行驶装置通过与汽车行驶状态有关的前、后桥之间的稳定力矩分配实现主动稳定车身摆动，并同时优化自转向性能^[25]。因而，汽车的操控性和灵活性明显改善，安全性增加，车身的抗振动舒适性提高，最后，特别是在直线行驶时横向加速度很小。

动态行驶装置由两个主动稳定器、一个带组合传感器的阀体、一个串联泵、一个加速度传感器、电控单元以及其他的液压供给部件组成。在前、后桥上，转动的液压执行器组合在机械稳定器中（图7.4-35）。主动稳定器是动态行驶装置的核心部件，它将液体压力转换为扭转力矩，并通过连接件转换为稳定力矩，从而可减小汽车在弯道行驶时车身的摆动，甚至可完全消除摆动。通过前、后桥之间的合适的力矩分配，在整个汽车行驶速度范围可达到高度灵活性和目标准确性、最好的自转向性能和良好的载荷变化性能。另一方面，在直线行驶或非常小的横向加速度时执行器中没有液压，这样稳定器的扭转弹簧刚度不会使基本的减振变硬，并可降低车身的仿形运动。与现有的可调减振器系统紧密联网的动态行驶装置的新的应用是2006年以来首次出现的BMW X5^[29]。

图7.4-35 在宝马7系汽车上动态行驶装置的后桥主动稳定器

5.前景

由于底盘的不断发展，也由于汽车工业和配件工业对各部件的综合性的相互作用的深刻认识与理解，以及由于有效的开发工具（仪器等）、材料和加工方法，在最近20多年，在底盘的品质上再次取得骄人的进步。虽然由于成本原因，目前大多数底盘还是常规的属性，即由不少被动部件组合起来的，但应当有权谈及已达到高水平的“智能机械”。

尽管未来的充满智慧的工程师们肯定还会进一步仔细地改进，在超过100年的汽车发展以后还必须接受、吸收新知识，以在与用户有重大关系的底盘上取得突破性的创新，而利用常规部件看不出有进一步开发底盘的潜力。

在试验中要回答还能等待的问题，首先少许的自我检讨是有好处的：直至目前，由于底盘任务的综合性，保守地说，几乎没有人能说，新开发的、卓越的底盘是成功的，在给定的边界条件下达到了最高水平或勉强可说“只是”目前参与开发小组的最佳底盘。为此，要充分利用这个时机，在虚拟化的开发过程中利用现有系统的延伸得到的因果关系的知识水平，并借助于高工作效率的计算机、软件（程序等）以及包括其他一些学科分支的知识，探求可能的、全面的新型底盘。这时可保留底盘的亮点，在必要的降低成本、减轻重量情况下进一步思考车桥部件、局部的车身连接点的刚度和车身整体性能的边界，并通过有关部件的可压缩性的准确知识，将可能还有其他部件的可压缩性反应到设计中。

底盘范围的最近的技术革命（改革）仍将保留新的、高效的闭环控制系统，并与未来定位系统的布置与联网。这种底盘想必是能“预见（Prevlew）”，也就是随时间和空间底盘能预见车道走向和路面不平，最终能转化为产品。这样的底盘系统10多年以来，已在理论上作了准备^{[22～24，28]}，并部分地已作了样件试验保证。但直到今天，必要的执行器、传感器、总线系统和电子器件等技术已有很大发展，在经济方面可以考虑合理的批量生产转换。这是可能的，在常规的底盘部件（非受控部件）这样的边界条件下，目前可以减少“被逼的折中”或有助于向非常规的底盘方向转移，但在当前可达到“智能机械”的时候还不可放弃的保留底盘调整的底线。

参考文献