液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)工作模式與關鍵技術

楊梁 章國棟

摘 要：適量的側傾有助于駕駛者感知車輛的反饋，但過大的側傾會使得輪胎與地面的接觸變差，降低車輛極限工況安全性與轉向時的乘坐舒適性。文章闡述了液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)的發(fā)展歷程，并例舉了典型的該系統(tǒng)生產公司，其次分析了系統(tǒng)結構和工作模式，最后對系統(tǒng)的關鍵技術進行了研究分析，得出轉向時具有較大的側傾剛度和阻尼，直線行駛時具有較小的側傾剛度和阻尼，該系統(tǒng)可使得車輛懸架系統(tǒng)達到較為理想的抗側傾特性。

關鍵詞：液壓互聯(lián)懸架;抗側傾;主動調節(jié)

中圖分類號：TG502.32 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）16-82-03

Abstract： A moderate roll helps the driver to perceive the feedback of the vehicle， but excessive roll will make the contact between the tire and the ground worse， and reduce the safety of the vehicle under extreme operating conditions. This article describes the development process of the Hydraulic Interconnection Suspension System（HISS）， and exemplifies typical production companies of HISS. Secondly， the system structure and working mode are analyzed. Finally， the key technologies are researched and analyzed. The roll stiffness and damping have less roll stiffness and damping when driving straight， and HISS can make the vehicle suspension system achieve more ideal anti-roll characteristics.

Keywords： Hydraulic interconnected suspension; Anti-Roll; Active regulation

CLC NO.： TG502.32 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）16-82-03

引言

輪胎力學性能的研究是整個車輛動力學的基石，在車輛動力學的發(fā)展進程中，Gough等人為輪胎提供了較為全面的認識，在此基礎上，Olley[1]等人對操縱穩(wěn)定性做了定性分析。平順性與抗側傾性能往往是矛盾的，現(xiàn)在絕大部分車輛在設計時往往是根據(jù)車輛市場定位以及對標車的性能表現(xiàn)取折中的參數(shù)，并不能使車輛同時擁有絕佳的抗側傾性能與平順性;在高檔車領域，一些復雜的、高成本的技術得到了運用：全主動油氣懸架系統(tǒng)、液壓互聯(lián)系統(tǒng)、主動橫向穩(wěn)定桿、多氣室空氣彈簧等。其中，液壓互聯(lián)系統(tǒng)已有一定的裝機量，比較具有代表性，因此本文著重分析液壓互聯(lián)側傾控制技術。

1 液壓互聯(lián)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及結構分析

液壓互聯(lián)懸架作為傳統(tǒng)油氣懸架的衍生懸架系統(tǒng)，相關高校和研究機構在各方面都進行了大量的研究。Milliken[2]等就提出了通過將位于車橋左、右兩側的液壓缸互聯(lián)的形式來提高車輛側傾剛度的懸架系統(tǒng)，并且分析了這種互聯(lián)形式對車身側傾穩(wěn)定性以及整車平順性的優(yōu)劣影響。Zhang[3]等運用系統(tǒng)合成理論對液壓互聯(lián)式懸架進行了理論研究，并闡述了互聯(lián)懸架對車輛模態(tài)解耦的特性。隨后，Smith W，Zhang N[4-5]等通過仿真分析和實車試驗進一步研究了液壓互聯(lián)懸架在頻域和時域的特性，驗證了液壓互聯(lián)懸架對整車側翻穩(wěn)定性的影響。前后互聯(lián)式油氣懸架最早被Citroen公司應用于樣車開發(fā)[6]，如圖1所示。之后在此基礎上，互聯(lián)式油氣懸架向半主動式互聯(lián)懸架、主動式互聯(lián)懸架不斷發(fā)展與應用[7]。

伴隨著技術的發(fā)展和市場日益增加的需求，車輛性能的設計要求與目標也越有挑戰(zhàn)，液壓互聯(lián)懸架以其良好的非線性剛度特性以及非線性阻尼特性被逐漸應用于乘用車輛。Nissan公司已將液壓互聯(lián)懸架應用于SUV車型上[8]。如圖2所示。液壓互聯(lián)系統(tǒng)的原理圖如圖3所示，左右油缸上下腔交叉聯(lián)通，前后油缸同腔聯(lián)通，形成兩條封閉的油路。此外，該系統(tǒng)還包括阻尼閥、蓄能器和管路，阻尼閥產生阻尼力用以取代原車減振器，蓄能器提供抗側傾剛度。

2 液壓互聯(lián)系統(tǒng)工作模式分析

液壓互聯(lián)系統(tǒng)的工作工作模式分為側傾模式和扭轉模式，針對車輛不同的行駛工況以及路面環(huán)境，可選擇不同的工作模式。側傾模式已被大量討論及驗證，該模式的工作原理如圖4所示，車輛在轉向時，由于油缸的壓縮和拉伸，油在封閉的回路中流進或流出蓄能器，使得左邊油路壓力升高，右邊油路壓力降低，從而使得左右油缸對車身產生一個抵抗側傾的力矩。

圖5為某同款車型測試樣車在不同側傾角之下的側傾力矩曲線，可以看到，原車最大的側傾角為7.3°，搭載液壓互聯(lián)系統(tǒng)的車輛側傾角為4.5°，側傾角大幅降低[9]。圖6為扭轉模式工作原理圖，在扭轉模式下同側前后油缸的油液相互補充，使蓄能器中油壓基本不變，因此該系統(tǒng)不對車身產生扭轉力矩，解決了被動懸架因為橫向穩(wěn)定桿的存在而懸架行程被限制的問題，降低了車輪離地的幾率，使得車輛越野性得以提升。

3 液壓互聯(lián)系統(tǒng)關鍵技術

液壓互聯(lián)系統(tǒng)中的“油缸”不同于傳統(tǒng)的工程機械油缸，除了壓力較高之外，運行速度與減振器相同，因此，對密封件和油缸的制造精度有著很高的要求。液壓互聯(lián)系統(tǒng)集成了阻尼閥，在設計過程中，本著阻尼閥阻尼加上管路阻尼等于原車減振器阻尼的原則進行匹配;管路阻尼力是一條隨著速度快速上升的非線性曲線，這種特性使得最終調試的阻尼力難以與原車減振器完全符合。由于蓄能器在本質上是一個空氣彈簧，不可避免地會存在非線性的問題，因此，在設計過程中，需要對各個參數(shù)進行敏感性分析，使其有盡可能多的線性區(qū)域。

4 總結與展望

本文介紹了抗側傾系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析以及發(fā)展階段，著重介紹了液壓互聯(lián)系統(tǒng)的工作模式以及液壓運轉原理，并分析了其優(yōu)越性。液壓互聯(lián)車身控制系統(tǒng)后期在結構上可以向集成化發(fā)展，并利用溢流閥及副蓄能器以降低系統(tǒng)的非線性，以獲得良好的駕駛感受;此外，可變阻尼系統(tǒng)也可集成于該系統(tǒng)。

參考文獻

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[2] Milliken W.F and Whitcomb， D.W.， General introduction to a prog-ram of dynamic research， Proc.I. Mech. E. Auto. Div.， 1956， pp287 -309.

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[4] Smith W， Zhang N， Jeyakumaram J. Hydraulically interconnected vehicle suspension： theoretical and experimental ride analysis. Vehicle System Dynamics， 2010，48（1）：41-64.

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[8] http：//www.autohome.com.cn/tech/201204/321928.html.

[9] 盛企豪.匹配液壓車身姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)的越野車多工況行駛性能分析[D].長沙：湖南大學2018.