液压互联悬架系统工作模式与关键技术

杨梁 章国栋

摘 要：适量的侧倾有助于驾驶者感知车辆的反馈，但过大的侧倾会使得轮胎与地面的接触变差，降低车辆极限工况安全性与转向时的乘坐舒适性。文章阐述了液压互联悬架系统的发展历程，并例举了典型的该系统生产公司，其次分析了系统结构和工作模式，最后对系统的关键技术进行了研究分析，得出转向时具有较大的侧倾刚度和阻尼，直线行驶时具有较小的侧倾刚度和阻尼，该系统可使得车辆悬架系统达到较为理想的抗侧倾特性。

关键词：液压互联悬架;抗侧倾;主动调节

中图分类号：TG502.32  文献标识码：B  文章编号：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

轮胎力学性能的研究是整个车辆动力学的基石，在车辆动力学的发展进程中，Gough等人为轮胎提供了较为全面的认识，在此基础上，Olley[1]等人对操纵稳定性做了定性分析。平顺性与抗侧倾性能往往是矛盾的，现在绝大部分车辆在设计时往往是根据车辆市场定位以及对标车的性能表现取折中的参数，并不能使车辆同时拥有绝佳的抗侧倾性能与平顺性;在高档车领域，一些复杂的、高成本的技术得到了运用：全主动油气悬架系统、液压互联系统、主动横向稳定杆、多气室空气弹簧等。其中，液压互联系统已有一定的装机量，比较具有代表性，因此本文着重分析液压互联侧倾控制技术。

1 液压互联系统发展现状及结构分析

液压互联悬架作为传统油气悬架的衍生悬架系统，相关高校和研究机构在各方面都进行了大量的研究。Milliken[2]等就提出了通过将位于车桥左、右两侧的液压缸互联的形式来提高车辆侧倾刚度的悬架系统，并且分析了这种互联形式对车身侧倾稳定性以及整车平顺性的优劣影响。Zhang[3]等运用系统合成理论对液压互联式悬架进行了理论研究，并阐述了互联悬架对车辆模态解耦的特性。随后，Smith W，Zhang N[4-5]等通过仿真分析和实车试验进一步研究了液压互联悬架在频域和时域的特性，验证了液压互联悬架对整车侧翻稳定性的影响。前后互联式油气悬架最早被Citroen公司应用于样车开发[6]，如图1所示。之后在此基础上，互联式油气悬架向半主动式互联悬架、主动式互联悬架不断发展与应用[7]。

伴随着技术的发展和市场日益增加的需求，车辆性能的设计要求与目标也越有挑战，液压互联悬架以其良好的非线性刚度特性以及非线性阻尼特性被逐渐应用于乘用车辆。Nissan公司已将液压互联悬架应用于SUV车型上[8]。如图2所示。液压互联系统的原理图如图3所示，左右油缸上下腔交叉联通，前后油缸同腔联通，形成两条封闭的油路。此外，该系统还包括阻尼阀、蓄能器和管路，阻尼阀产生阻尼力用以取代原车减振器，蓄能器提供抗侧倾刚度。

2 液压互联系统工作模式分析

液压互联系统的工作工作模式分为侧倾模式和扭转模式，针对车辆不同的行驶工况以及路面环境，可选择不同的工作模式。侧倾模式已被大量讨论及验证，该模式的工作原理如图4所示，车辆在转向时，由于油缸的压缩和拉伸，油在封闭的回路中流进或流出蓄能器，使得左边油路压力升高，右边油路压力降低，从而使得左右油缸对车身产生一个抵抗侧倾的力矩。

图5为某同款车型测试样车在不同侧倾角之下的侧倾力矩曲线，可以看到，原车最大的侧倾角为7.3°，搭载液压互联系统的车辆侧倾角为4.5°，侧倾角大幅降低[9]。图6为扭转模式工作原理图，在扭转模式下同侧前后油缸的油液相互补充，使蓄能器中油压基本不变，因此该系统不对车身产生扭转力矩，解决了被动悬架因为横向稳定杆的存在而悬架行程被限制的问题，降低了车轮离地的几率，使得车辆越野性得以提升。

3 液压互联系统关键技术

液压互联系统中的“油缸”不同于传统的工程机械油缸，除了压力较高之外，运行速度与减振器相同，因此，对密封件和油缸的制造精度有着很高的要求。液压互联系统集成了阻尼阀，在设计过程中，本着阻尼阀阻尼加上管路阻尼等于原车减振器阻尼的原則进行匹配;管路阻尼力是一条随着速度快速上升的非线性曲线，这种特性使得最终调试的阻尼力难以与原车减振器完全符合。由于蓄能器在本质上是一个空气弹簧，不可避免地会存在非线性的问题，因此，在设计过程中，需要对各个参数进行敏感性分析，使其有尽可能多的线性区域。

4 总结与展望

本文介绍了抗侧倾系统的现状分析以及发展阶段，着重介绍了液压互联系统的工作模式以及液压运转原理，并分析了其优越性。液压互联车身控制系统后期在结构上可以向集成化发展，并利用溢流阀及副蓄能器以降低系统的非线性，以获得良好的驾驶感受;此外，可变阻尼系统也可集成于该系统。

参考文献

[1] Olley， M.，Road manners of the modern car， Proc. Inst. Automobile Engineers， 1946-47，51，pp147-182.

[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.

[3] Zhang N， Smith W， Jeyakumaram J. Hydraulically interconnected vehicle suspension：background and modeling.Vehicle System Dyna -mics， 2010，48（1）：17-40.

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

[5] Smith W， Zhang N， Hu W. Hydraulically interconnected vehicle suspension： handling performance.Vehicle System Dynamics， 2011， 49（1-2）：87-106.

[6] Bhave S Y. Effect of connecting the front and rear air suspensions of a vehicle on the transmissibility of road undulation inputs. Vehicle System Dynamics， 1992，21（1）：225-245.

[7] Williams D E， Haddad W M. Active suspension control to improve vehicle ride and handling. Vehicle System Dynamics， 1997，28（1）：1 -24.

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

[9] 盛企豪.匹配液壓车身姿态稳定系统的越野车多工况行驶性能分析[D].长沙：湖南大学2018.