车辆智能油气悬挂技术研发及应用

车辆智能油气悬挂技术

研发及应用

主要完成单位：中国北方车辆研究所

主要完成人：陈轶杰 郑冠慧 张亚峰 侯茂新 鞠海洁 韩小玲 张 旭 宁 丹 冯栋梁 郭建娟

DOI:10.3772/j.issn.1009-5659.2015.04.023车辆底盘通常由动力传动和行走系统构成，如果将动力传动装置比喻成人的心脏，则行走装置可以看作是人的两条腿，如果腿脚不灵活，即使有再强大的心脏也无法实现快速行走甚至奔跑。悬挂，是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间一切传力连接装置的总称，主要用于缓和车辆行驶过程中来自地面的冲击，衰减由此引起的承载系统的振动，减轻或消除车身动载荷，保证车辆良好的行驶平顺性和操纵稳定性，同时还承担着使车轮按一定轨迹相对车架或车身跳动的任务，它也是行走系统中的核心装置，直接决定了车辆的乘坐舒适性、操纵稳定性及安全性。

近些年，随着科学技术的不断发展，人们开始更多地关注油气悬挂，其原理是用高压惰性气体分子间的相互作用力替代了传统的弹簧储能元件，通过对气体的压缩实现了输出力值的非线性增长，具有大储能比的特点，能够成倍吸收来自外界的振动能量，特别是在附加车体姿态的自适应调节系统后，更能显著改善车辆综合行驶性能，从而成为了车辆悬挂系统的重要发展方向。

中国北方车辆研究所开展智能油气悬挂系统已有

三十余年的历史，重点解决了多轴重载车辆小半径转弯侧翻、空满载姿态变化、特殊作业时底盘平台失稳、静不定轮荷分配、以及行驶过程中的平顺性及操稳性能问题，主要包含内置位移传感器油气弹簧减振装置、紧凑型液压调节系统和集成式多通道控制单元等三个模块，兼具了刚度和阻尼可调、整车升降、侧倾、俯仰、交叉互联和平衡悬架、以及车体自动调高等多项功能，突破了机电液联合多参数协同控制、高压组合密封、抗大侧向力导向、自增压悬架闭锁、大功率减振、非接触式位移传感器高压内置、以及半主动悬架等关键技术，获得发明专利11项（ZL 200810039636.1；ZL 200710118959.5等），公开发表学术论文四十余篇，其复杂程度和技术先进性均达到国际先进水平，在实际使用过程中系统表现出工作稳定可靠和功能完备的特点，与国外同类产品相比具有性能优越、成本低廉、维护保养方便和供货周期短等优势，并逐步形成了核心竞争力。

1 项目背景

现阶段，我国大部分工程车辆及特种车辆还是采用了传统的弹簧+减振器的悬挂形式。其中钢板弹簧在汽车悬挂中应用较为广泛，该悬挂系统结构简单，但单位

质量储能比较小，不利于实现车辆的轻量化，对合金钢材来说也是一种浪费，这种悬挂在我国大吨位的运载车辆上应用较为普遍，通常工作3个月左右就会出现疲劳断裂的故障现象，需要进行维修和更换，在造成大量材料浪费的同时，也显著增加了车辆行驶过程中的安全隐患以及运输保养成本，并广为客户所诟病。

螺旋弹簧广泛地应用于小吨位车辆的独立悬挂系统中，与钢板弹簧相比，具有不忌污泥，所需车体纵向空间较小，本身质量小的特点，单位质量储能比略大，约为178～280N·m/kg，但由于自身许用应力强度的限制无法在重载车辆上使用，另外弹性元件自身只具有储能和缓冲作用，要达到衰减振动的目的还需要附加筒式减振器。

橡胶弹簧悬挂是利用橡胶本身的弹性吸收外界振动能量，单位质量储能比约为508～1016N·m/kg，比金属弹簧大，且隔音性能好，能够承受一定的扭转和压缩载荷，但寿命较短，易于老化从而导致性能变差。

针对这种情况，中国北方车辆研究所深入开展了油气悬挂装置的研究工作，如图1所示，一般是以高压惰性气体（氮）作为弹性介质，以油液作为传力介质，中间通过浮动活塞将油气介质隔离，呈现出很好的非线性弹性特性，对重型越野车辆以及载货汽车都具有很好的匹配效果，同时储能比很大，约为330000N·m/kg（以6MPa氮气充气压力为例），也就是说具有更好的缓冲能力，还可以将大功率减振阀内置于油气悬挂缸内部，与钢板和螺旋弹簧相比能够实现高度集成化和轻量化，由此可见油气悬挂独特的技术优势。

图1 油气弹簧产品图片

2 项目创新点

2.1 油气悬挂系统性能预测设计技术

以可视化设计软件为基础，以特性曲线资料库为参照，通过自主编程的方式构建了油气悬挂的创新设计平台，能够实现车辆行驶性能、悬挂弹性及阻尼特性的参数预测与评估，并制定了评价指标体系，通过试验数据验证，设计误差能够控制在15%以内，显著缩短了产品研制周期并降低了研发成本。

2.2 机电液联合多参数调节技术

图2 车姿可调液压系统布置

通过对液压系统的参数设计和阀组的有效集成，如图2所示，能够实现车体升降，前后俯仰和左右倾斜等多种姿态的调节。在对液压系统进行合理优化后，解决

了空满载质量差别大、多轮车辆协调控制、车体自动调平等多项关键技术，能够使车辆在不同承载重量时均达到理想的行驶效果，各轮悬挂动态受力均衡，不至于出现单轮冲击载荷过大损坏悬挂机构和路面的现象，同时当车辆在不平路面行驶时可始终保持车体的水平状态，如图3所示，避免了 …… 此处隐藏：3565字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……