目录
1. 汽车侧倾及其影响
2. 稳定杆工作机制
3. 不同车型主动横向稳定杆技术分析
3.1 奥迪 eARC机电式主动横向稳定杆
3.2 保时捷PDCC动态底盘控制系统
3.3 路虎揽胜R-SRAC
3.4 宾利添越Dynamic Ride系统
3.5 采埃孚ERC
4. 总结
来源:极氪
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01 汽车侧倾及其影响
汽车侧倾是指车辆转弯时,车身向弯道外侧倾斜的现象,其本质是离心力与悬架受力不平衡的结果。车辆转弯时,离心力会使车身向外侧偏移,导致外侧悬架受压(弹簧压缩),内侧悬架受拉(弹簧拉升);车身重心越高,转弯速度越快,转弯半径越小,离心力越大,侧倾角度越大。
侧倾过大会带来两大问题:舒适性(平顺性)下降,车身倾斜导致乘员体感不适,甚至影响乘坐稳定性;操控性(操纵稳定性)恶化:侧倾过大会使轮胎接地面积不均(外倾轮胎受压过大,内倾可能离地),降低抓地力,极端情况可能引发侧翻。
02 稳定杆工作机制
稳定杆英文为Anti-roll bar, 直译为“抗侧倾杆”,是一根连接左右悬架的弹性金属杆(俯视车辆角度,稳定杆通常为U型或者V型,U字敞口方向是车辆前进方向或者其反方向,材质多为高轻度弹簧钢),两端通过连杆与左右下摆臂或者减振器相连,中间的横杆通过允许旋转的衬套固定在车加上,通常情况下前轴和后轴各配置一个;其核心功能是通过自身扭转产生反作用力,抑制左右悬架的高度差,从而减少车身侧倾,如下图所示。
稳定杆的工作逻辑是:直线行驶或者路面平整时,左右车轮受力均衡(悬架变形一致),稳定杆保持自然状态,几乎不产生作用力,不影响悬架的独立跳动(不干扰舒适性);车辆转弯或者左右车轮高度差过大时(如单侧过坎),外侧车轮悬架压缩,内侧车轮悬架拉伸,导致稳定杆两端被“掰弯”,产生扭转形变,金属杆的弹性会产生反向扭转力矩,阻碍外侧悬架过度压缩,内侧悬架过度拉伸,强制缩小左右悬架的高度差,最终通过平衡左右悬架的变形量,减少车身向外倾的倾斜幅度。
稳定杆的抑制效果由其刚度(抗扭能力)决定,而刚度主要取决于稳定杆的直径,长度,材质及形状;刚度越大(如直径越粗,材质强度越高),扭转时产生的反作用力越强,抑制侧倾的效果越明显,但这样同时也会牺牲部分舒适性,因为左右悬架的联动性增强,单侧路面颠簸可能会更容易传递到另一侧;刚度越小(如直径越细),抑制侧倾的效果越弱,但左右悬架的独立性更好,路面颠簸对车身的冲击更柔和,舒适性更佳。
来源:孔辉科技
为了兼顾操纵稳定性与舒适性,部分高端车型采用可调式稳定杆或者主动横向稳定杆(Active Roll Control, ARC, 通过电机或者液压机构改变稳定杆有效刚度),这种设计属于主动/半主动悬架控制系统的一部分,常见于豪华车或者性能车(如宝马的Dynamic Performance Control, 奔驰的ABC主动车身控制系统);主动横向稳定杆系统在前后轴各配置一个,每个系统都有传感器,控制器以及驱动电机及加速器构成的执行器,其中减速机构可以在电机驱动时让左右摇臂反向转动(俯视车辆),其基本构成及底盘布置示意图如下所示:
主动横向稳定杆在低速行驶或者直线行驶时,降低刚度(甚至断开稳定杆连接),优先保证舒适性;高速转弯或者激烈驾驶时,提高刚度,增强侧倾抑制能力,提升操纵稳定性。如下表所示为ARC典型应用场景说明:
来源:孔辉科技
有了ARC系统,车辆还可以具备诸多既实用又炫酷的功能,如:降低一侧车身,实现乘员的便捷上下车;如:当车辆陷入积雪或者泥沙路面,可以通过左右晃动车身实现脱困;又如:当车辆即将被从侧面高速驶来的另一车辆撞击时,为避免车门被直接撞击而伤及乘员,ARC可将车身迅速向无撞击物的一侧倾斜,如此可让车门下方高强度的纵梁接受撞击,来实现对乘员的保护。
03 不同车型主动横向稳定杆技术分析
极氪X9技术发布会上,宣布其实现了中国品牌首发搭载48V主动稳定杆技术,并且列出了其他几款搭载该技术的豪华车型,宣称在其车型上真正实现了豪华车的操纵稳定性和平顺性性能。
实际上,应用了该技术的车型除了上述提到的几款豪华车型外,还有一些其他的车型,如下进行逐一解析。
3.1 奥迪 eARC机电式主动横向稳定杆
机电式主动横向稳定杆(Mechatronic Active Roll Control, eARC)是一项较为先进的底盘技术,主要在奥迪SQ7,SQ8等强调驾控性能的高端车型,如下图所示。其主要的作用就是在车辆行驶中如果发生翻滚Roll方向的旋转运动的话,该系统可以提供一个反向的作用力降低翻滚幅度,从而提升其动态响应特性,改善越野时的驾驶感受和安全性。
与液压式主动侧倾控制系统相比,机电式主动横向稳定杆具有免维护的优点,并且在开发和后期生产过程中都易于集成;采用按需供电的工作原理,有助于减少排放。如下图所示,eARC系统在每个轴上都包含一个执行器和一个控制单元,执行器由电机和减速齿轮箱及线束组成;两个扭杆作为执行器与车辆之间的连接部件,一侧通过连杆与底盘相连,另一侧通过特定平台的稳定轴承与车辆的副车架相连。
机电式主动横向稳定杆系统的参数为:最大旋转角度=±30°,最大调节速度=4500Nm/s,最大支撑扭矩=850~1200Nm。通过使用48V车载电气系统,eARC能够实现每个轴超过1.5kW的高峰值电负载,并能进行能量回收;采用传统的12V系统性能会比较受限;同时较高的电压允许使用更小横截面积的导线,这有利于布线和整个系统的布局,同时还具有可靠性高响应速度快的特点。
电驱动系统采用的是48V无刷直流电机(BLDC),同时电机内部集成用于检测转子位置的传感器电路PCBA,在通过线束与位置控制器相连接;三级行星齿轮箱中第一级采用斜齿轮,第三级行星齿轮相关预加载,以减少齿面上的冲击力。
通过采用eARC主动横向稳定杆技术,在部平台路面上或者受到冲击激励时,电机/减速齿轮箱会将两个扭杆相互分离,从而提高驾驶舒适性,如下图中左图所示,与被动稳定杆相比,通过降低侧倾加速度使得舒适性提升;同时在激烈动态驾驶过程中,转弯和过弯工况时,电机/减速齿轮箱单元会使两个扭杆相互扭转,如下图右图所示,车辆的侧倾会大幅减少甚至消除,这会带来类似运动车辆的硬朗操控感,减少转向不足。
如下图所示为搭载了eARC主动横向稳定杆技术的车辆在通过单侧颠簸路面时,主动横向稳定杆通过解耦左右扭杆带来的车辆舒适性提升。
需要说明的是,奥迪SQ7,SQ8等车型的eARC供应商可能来源于舍弗勒,而上汽与奥迪的合资公司已经定点了国内的孔辉科技开发主动横向稳定杆系统。
3.2 保时捷PDCC动态底盘控制系统
保时捷PDCC(Porsche Dynamic Chassis Control)动态底盘控制系统旨在提升车辆操控性和稳定性,其核心部件是前桥和后桥的主动横向稳定杆(防侧倾杆),主动横向稳定杆中的执行机构为电机或者液压旋转马达。主动稳定杆的功能与其他车型搭载的方案没有多少区别,需要说明的是,保时捷搭载的48V方案中,Cayenne车型搭载的是液压旋转马达的主动稳定杆,而Panamera搭载了机电式主动横向稳定杆。
保时捷Cayenne搭载的PDCC采用的是液压式执行器,通过控制前后桥上主动稳定杆的48V液压旋转马达,根据转向输入和侧向加速度产生相应的作用力来对抗车身侧倾;同时Cayenne的PDCC还具备越野模式,通过断开稳定杆的连接,允许车轮有更大行程,提高车辆在越野路况下的通过性和牵引力。
保时捷Panamera搭载了PDCC sport,采用了先进的48V机电式主动横向稳定杆,相比传统的液压系统,反应更加迅速,能耗更低,并且能够更好地与车辆其他电子系统协同工作,为Panemera这种大型豪华跑车提供了出色的操控性能和行驶稳定性,使其在高速过弯和直线行驶时都能保持稳定。
根据目前掌握的信息,保时捷主动稳定杆的供应商很有可能是来自于舍弗勒或者采埃孚。
3.3 路虎揽胜R-SRAC
路虎揽胜R-SRAC(Removable-Switchable Active Roll Control System)可断开式主动稳定控制系统,在传统稳定杆基础上,加入电液控制模块,使其可以根据路况实时“连接”或者“断开”稳定杆。
在城市路况时,稳定杆保持连接,提升车辆转向响应与操控稳定性;越野场景中,可以通过电压控制一键快速解耦,左右车轮独立控制,有效提升脱困能力与附着力。
虽然这套系统采用了液压回路的技术方案,但是系统内部将全部液压油路集成至电控执行单元中,省去了传统液压系统常见的外部油管布置。
路虎揽胜的可断开式主动稳定控制系统,供应商为京西智行,其R-SARC系统最早由京西智行前身京西重工法国研发中心开发,历经近20年演进迭代,2024年在中国量产上市第三代R-SARC系统。
3.4 宾利添越Dynamic Ride系统
2020年,宾利对旗下SUV车型添越(Bentayga)进行了中期改款,其最大的产品亮点在于新增的Bentley Dynamice Ride系统,这是一套使用48V电驱的主动防侧倾科技,宾利称这是业内首创的。该系统可以在0.3秒内做出反应,并可施加最高1300Nm的扭力以抵消整车转弯时的侧向压力,这套系统的新款(2022款)Bentayga S系列的标配。
对于车身大,重心高的SUV车型来说,发生侧倾的概率远大于轿车,添越通过应用全球首个48V主动防侧倾杆技术,使得车辆兼备动态防侧倾能力与出色的舒适性。本套主动防侧倾系统的供应商为采埃孚。
3.5 采埃孚ERC
采埃孚ERC(Electromechanical Roll Control)机电侧倾控制系统在车辆过弯及行驶于不平整路面时,会主动改变作用在前后稳定杆上的力,以最大限度减少甚至完全消除车身侧倾。此外,该系统还能产生理想的自转向特性和负载变化特性。在直线行驶时,电子控制系统会根据需求调整阻尼水平,使悬架呈现更柔和、更舒适的响应。车身的振动因此减少,从而让车辆在整个速度范围内都具备高度的灵活性与操控精准度。ERC最大扭矩可以达到1400Nm, 适用于中档和高档车型,包括混合动力或电动驱动车辆。
ERC系统采用了48V电压架构,由于传统12V系统的电流承载能力有限,难以满足高功率需求,48V系统更适合驱动高负载的电动执行器;同时其采用了电机+减速齿轮的方案,直接作用于前后稳定杆。
04 总结
主动稳定杆对其能力以内的侧倾抑制是显而易见的,低速行驶或者直线行驶时,降低刚度(甚至断开稳定杆连接),优先保证舒适性;高速转弯或者激烈驾驶时,提高刚度,增强侧倾抑制能力,提升操纵稳定性;同时辅助半主动或者主动悬架在弯道时提供硬阻尼支撑,相互配合,进一步提高抗侧倾能力。
主动稳定杆技术(12V)属于已经比较传统的底盘防侧倾技术,且在很多车型上已经应用;48V的主动稳定杆技术(机电执行器)在欧洲部分车型上在2019年左右已经量产。极氪9X在2025年7月9日宣称其实现了中国品牌首发48V主动稳定杆技术,该技术最快仅需 0.2 秒,即可瞬间产生 1400N・m 的举升扭矩,实现最高 80mm 的举升效果,能让车辆高速过弯时接近零侧倾。同时,在感知到即将发生侧碰时,0.7 秒内可瞬间抬升该侧底盘。
单独主动稳定杆对车辆操纵稳定性和平顺性的提升有帮助,但如何能和其他系统,如主动悬架、空气弹簧和阻尼可调的减振器联合应用,就可以大幅提升智能底盘的功能和性能。需要说明的是,极氪在48V主动稳定杆领域打响“第一枪”,可以预见,国内企业将纷纷聚焦该方向,竞相投入资源展开技术攻关与布局 。后续本公众号也会持续追踪这一领域的动态,为大家带来最新进展 。
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