车辆液压式主动悬架系统的设计与试验分析

张丹丹 杨晓楠 张建伟 高 杨 李俊峰

（北方自动控制技术研究所，太原 030006）

车辆是人们生活中的重要载具，它的整体性能直接影响人们的生活质量。悬架是汽车的重要部件，其作用是支撑车身，有效预防崎岖地面对车辆稳定性造成的影响，减少外在因素的影响，为车辆提供安全稳定的性能。所以加强对车辆悬架系统的优化，能为人们带来更好的乘车体验。

2.1 悬架系统的意义

汽车悬架是车身与车轮之间的弹性连接部件，由弹性元件、导向装置、减振器组成。因为最初的汽车悬架是无法进行控制调节的被动悬架，所以在使用过程种容易受外在因素的影响，难以真正发挥整体性能。但随着科技的不断发展，汽车领域的技术也在突飞猛进，当今计算机技术与电控制元件制造技术在不断提高，研发出了具有可控性的智能悬架系统。这种智能悬架系统也被称为电控空气悬架系统，它能根据悬架系统的结构进行变化，一般分为电控悬架系统与电控液压悬架系统。

2.2 悬架的功能

悬架作为汽车中必不可少的部件，能支撑车身，将车身与车轴弹性进行连接，有效减轻不平稳道路所带来的冲力，为人们提供良好的乘坐体验；
还能传递车轮与车体的力与力矩，让轮胎能与地面保持贴合状态，减少车身因外力造成的影响，保证车辆的平衡性。

软悬架：应用软悬架，可以降低弹簧的刚度，降低车辆的加速度，保证车辆行驶的稳定性；
但是会对车身的重心造成影响，让轮胎的动载加大，无法掌握操纵的稳定性。

硬悬架：应用硬悬架，能起到对车辆姿态的约束作用，保证轮胎与地面贴合，能掌握操纵稳定性，但会破坏平顺性。

所以要重视汽车悬架功能效果，对悬架进行科学合理的设计。

2.3 主动悬架

人们根据功能的不同，将悬架分为三种，分别是被动悬架、半主动悬架和主动悬架。本文主要针对主动悬架进行分析。

主动悬架思想产生于1955年，最早被应用于雪铁龙2cv车型中。设计主动悬架的目的是避免被动悬架中存在问题，利用可控的具有随机调节参数和信号处理能力的器件替代传统悬架的器件，为汽车的稳定性提供保障。主动悬架可以分为传感器、控制器、执行机构，与汽车系统组成闭环控制系统。控制器是整个系统的信息处理和管理中心，能接收各种传感器的信号，并根据相关的规律与控制方法来执行机构的动作，改变车身的运动形态，从而达到减振的效果。在整个悬架控制过程中，控制算法是决定主动悬架控制质量的必要因素。主动悬架的执行机构是由能产生力和力矩的作动器和外加动力源构成。如今主要以两种形式出现，分别是应用广泛的并联式主动悬架和独立式主动悬架。并联式主动悬架主要在被动悬架的基础上进行优化，增添一个驱动器，在被动悬架的基础上补充能量，因为消耗的能量源比较少，即便主动悬架出现问题，也能转换为被动悬架继续工。独立式主动悬架是由悬置质量和非悬置质量进行作动器的连接，作动器可以以此吸收、补充能量，这种悬架的工作原理比较简单，但因为能量消耗过快，一旦主动悬架出现问题，就无法正常工作。

主动悬架诞生于国外，所以国外的相关研究比较广泛。随着汽车的日渐普遍，人们对车辆主动悬架的研究越发重视，世界各地都开始对主动悬架进行深入研究，将所得出的理论在实践中进行应用分析，并逐渐积累研发经验。主动悬架的研究可以从各种可能模型的主动悬架及特性和主动悬架控制规律的研究两个方面进行。运用不同的控制规律进行研究，所得出的效果是不同的，所以模型与控制规律是主动悬架的主要研究方向。

主动悬架已广泛应用到一些车辆中，即便在功能上得到了优化，也还有大量的工作要做。研究与应用合理的控制方法，能以主动悬架的基本需求来进行相关的控制。车辆悬架振动控制系统的设计与研究是车辆动力学与控制领域的重心，其研发理论与机械动力学、流体传动与控制、计算机技术、材料科学等相关联。在当今社会背景下，科技的迅猛发展会促进主动悬架的振动控制系统得到不断优化。

4.1 主动悬架液压系统的设计

液压主动悬架系统能根据汽车模型进行设计，并根据相关的已知经验进行改进，有可靠性高、适应能力强等优点，能有效预防路面不平稳对车辆造成的影响，特别适用于越野车及施工车辆的应用。相关专家对液压主动悬架系统进行深入分析，发现它只能在遇到崎岖路面时进行车身的振动抑制，没有注意车辆姿态的改变情况。针对这样的设计理念，利用加速度传感器与车身位移传感器来检测车身载重变化信号与控制系统两个部分，利用路面位移传感器来检测路面信号，并合理运用控制器来进行液压系统的控制作用，也能起到明显的减振作用。

4.2 液压系统的工作过程

利用传感器来完成液压主动悬架对车身、车轴的检查，将接收到的信号进行系统控制器的传送，由控制器来控制作动器形成控制力。液压主动悬架减振系统是随着车身载重的增加与减少、路面不平来进行减振工作，液压主动悬架减振系统的设计也是以这些问题进行分析与研究。因为生活中车辆的重量总是容易发生改变，比如乘车人数增多、车上物品增加等都会改变车辆固有的重量平衡。引起车辆不平稳的主要原因主要是地面凹凸不平，如果车辆没有行驶，是不会受其影响的。

载重增加：车辆的载重平常都保持平稳的状态，当载重骤然增加时，车身会迅速产生向下的加速度，车身就会向下运动。为了避免向下运动，需要液压系统调节车身恢复平衡；
此时液压泵为液压缸无杆腔提供液压油，这是保持车身稳定的重要因素。

载重减小：载重减少时，车身也会产生向上的加速度，从而使车身向上运动。为了避免向上运动，需要采用液压系统调节车身的平衡。这时回油管路被打开，车身在自身重力的作用下将无杆腔中的液压油排出，减少车身的振动，保持车身的平衡。

路面凹凸：车辆行驶过程中，有时会遇到凹凸不平的路面，车轴及液压缸活塞杆产生向下或向上的瞬时位移，为了保证车辆的平衡状态，减振液压缸会根据实际情况，使活塞杆进行向上或向下运动。

以上分析了主动悬架对车辆平衡性的重要促进作用，并根据液压系统的特性，确定了液压系统设计方案，为车辆主动悬架的持续发展提供有效的科学依据。