1.3　汽车液压悬架系统

1.3.1　汽车电控液压悬架系统的组成和工作原理

汽车悬架是车架（车身）与车桥（或车轮）之间弹性连接的部件，主要由弹性元件、导向装置及减振器三个基本部分组成。原始的悬架是不能进行控制调节的被动悬架，在多变环境或性能要求高且影响因素复杂的情况下，被动悬架难以满足期望的性能要求。随着电液控制、计算机技术的发展以及传感器、微处理器及液、电控制元件制造技术的提高，出现了可控的智能悬架系统，即电子控制悬架系统。

电子控制悬架既能使车辆具有软弹簧般的舒适性，又能保证车辆具有良好的操纵稳定性；而对于传统的悬架系统，一旦参数选定，在车辆行驶过程中就无法进行调节，因此使悬架性能的进一步提高受到很大限制。目前轿车上采用的电子控制悬架系统基本上具有三个功能。一是具有车高调节功能。不管车辆负载在规定范围内如何变化，都可以保证车高一定，可大大减少汽车在转向时产生的侧倾。当车辆在凸凹不平的道路上行驶时，可提高车身高度；当车辆高速行驶时，又可使车身高度降低，以减小风阻并提高其操纵稳定性。二是具有衰减力调节功能。其作用是提高车辆的操纵稳定性，在急转弯、急加速和紧急制动时可以抑制车辆姿态的变化（减小俯仰角、后仰角、侧倾角）。三是具有控制悬架系统减振力和弹性元件的弹性或刚性系数的功能。利用弹性元件弹性或刚性系数的变化，控制车辆起步时的姿势。

电子控制悬架系统按悬架系统结构形式可分为电控空气悬架系统和电控液压悬架系统两种。在此主要介绍电控液压悬架系统的组成和工作原理。

电子控制液压悬架系统由动力源、压力控制阀、液压悬架缸、传感器、ECU等组成。图1-61所示为电控液压悬架系统工作原理。作为动力源的液压泵产生压力油，供给各车轮的液压悬架缸，使其独立工作。当汽车转向发生侧倾时，汽车外侧车轮液压缸的油压升高，内侧车轮液压缸的油压降低，油压信号被送至ECU，ECU根据此信号来控制车身的侧倾。由于在车身上分别装有上下、前后、左右、车高等高精度的加速度传感器，这些传油压系统感器信号送入ECU并经分析后，对油压进行调节，可使转弯时的侧倾最小。同理，在汽车紧急制动、急加速或在恶劣路面上行驶时，液压控制系统对相应液压缸的油压进行控制，使车身的姿势变化最小。液压控制系统油路，如图1-62所示。

1.3.2　车高控制系统

车高控制系统是在被动悬架的基础上加装水平高度调节机构形成的。它能够根据车身负载的变化自行调节，使车身高度不随乘员和载货的变化而改变，保证悬架始终都有合适的工作行程。

车高控制系统的执行机构通常由空气或油气弹簧组成，因而高度调整机构一般分为空压式与液压式两类。液压式又分为千斤顶式和液压气动式，可与普通弹簧并联使用。图1-63所示为液压千斤顶式车身高度调节机构示意图，控制系统根据车高选择开关及车速等信号调节车身高度。

液压气动机械控制式车身高度调节机构，如图1-64所示。从液压泵输出的液压油经压力调节器存储于主储液筒中，通过调节阀将压力油供给油缸，进行车身高度调整。

由于车高控制系统的主要特点是车载变化不影响悬架工作行程，它对车辆性能改进的潜力是与车载变化范围成正比的。因此，这种悬架通常用于一些车载变化较大的重型货车和大型客车，也有些用于高级豪华轿车。

1.3.3　自适应悬架系统

自适应悬架的刚度和阻尼特性可根据车辆的行驶条件进行自适应调节。当汽车在正常路面行驶时，悬架的刚度和阻尼应设置得较低，以保证乘坐舒适性。在急转弯、快速起动及紧急制动时，提高阻尼可减少车身姿态变化。在凸凹不平及坏路面行驶时，提高阻尼力能快速吸收车身的振动，并降低轮胎接地点力的变化，减少轮胎动负荷。

手动调节阻尼的悬架一般由驾驶员在仪表板上的“舒适”或“运动”两挡之间调整，也有的车辆根据行驶速度自动控制，低速时“软”，高度时“硬”等。

该系统采用了一个两级阻尼可调式自适应悬架。低阻尼用于车辆正常行驶工况，高阻尼用于车辆转弯、加速或制动工况。具体控制内容是侧倾控制，即转向角或转向速度一定时，提高阻尼力，以降低侧倾速度；抗点头控制，即通过制动油压或制动信号灯监测信号控制，当制动灯开关处于“ON”状态时，系统切换至高阻尼状态；振动控制，即道路状况由加速信号及车身相对高度信号识别，或用超声波传感器直接测量路面的状况，系统设置在低阻尼状态，以减少车身与车轴的振动，提高乘坐舒适性和轮胎接地性。

CitroenXM采用的液力主动控制自适应悬架系统，如图1-65所示。根据加速、减速信号，转向盘转角或悬架运动、车速等信号使悬架变为高阻尼状态，阻尼由低到高的切换过程通常需几分之一秒。当恢复正常行驶时，将系统再切换回软设置。当系统由硬设置切换到软设置时，通常需要一定时间的滞后。高速行驶时，车高下降15mm，以增加稳定性；坏路面行驶时，车高上升15mm，以提高舒适性。在正常行驶条件下的低阻尼设置时，中心控制阀打开，允许液体流入三个油气弹簧。此时液体可横穿车辆，这样除了液体在管路内由于塑性黏滞而产生的反作用力外，系统几乎无侧倾刚度。在坏路面或车辆转弯、制动时的高阻尼设置情况下，控制系统的中心阀关闭，这时每一悬架单元以传统的被动悬架形式单独作用。

1.3.4　汽车主动悬架液压比例控制系统

目前采用液压作动器的悬架系统中所用控制阀大部分为伺服阀。仅有少部分为高速开关阀。伺服悬架系统动态特性虽好，但造价昂贵；高速开关阀可降低整套悬架系统的造价，但其动态特性较差，可控频率在2Hz以下。鉴于伺服系统维护技术难度较大以及制造成本又高的原因，工业领域中的许多用户提出来要用较为廉价的比例元件替代电液伺服元件。与此同时，电液比例技术的迅速发展以及比例元件性能的不断提高也为满足上述要求提供了可靠的技术保证。

（1）比例悬架系统原理

比例悬架就是在被动悬架系统的基础上加装一个可以产生作用力的动力装置。其自由度模型，如图1-66所示。动力装置由液压油源、液压缸和电液比例阀组成。

系统作用过程是，路面有不平度输入Z0经轮胎K1传递到非簧载质量M1，然后再由M1经悬架刚度Ks与悬架阻尼Cs传递到簧载质量M2，使簧载质量M2产生加速度；此时液压主动悬架控制系统通过加速度传感器测得其加速度信号。再经电荷放大器将所得电信号放大以使其与控制器的输入电信号幅值（电压或电流）相匹配；最后，由控制器对所测得的电信号按照事先设计好的控制规律进行处理。得到的对应输出控制量传给比例阀。比例阀输出相应的流量来控制液压缸。使其作出相应的动作以改变簧载质量的加速度。从而让加速度在期望的范围内波动。理论上，这一动力装置产生的作用力可根据需要在极短的时间内由零变化到无穷大。但作用力越大、速度变化越快。需要液压系统的工作压力就越高，系统消耗的能量也就越大。

（2）系统参数

某型桑塔纳轿车主动悬架的结构参数为（图1-66），M1=49kg，M2=300kg，Ks=20000N/m，K1=17000N/m，Cs=1317N·s/m。

技术要求是，执行器频宽ωc15～20Hz；行程H=±10cm；活塞杆最大随动速度vmax≥0.4m/s。设定双活塞杆液压缸输出的最大作用力为6000N、液压缸的最大伸出速度为vmax≥0.5m/s、液压缸有效行程L=20cm、液压缸内径为40mm、活塞杆直径为22mm、液压缸内泄漏系数CL≈0、有效体积弹性系数E=700MPa=7×108Pa，则可计算出液压缸工作面积。

A=3.14（0.042-0.0222）/4=8.76×10-4m2

负载工作压力：

PL=6000/A=6000/（8.76×10-4）=6.84MPa

系统所需流量：

qmax=VmaxA=0.6×8.76×10-4×103×60=31.53L/min

考虑系统流量损耗，设定系统流量为40L/min，则液压缸工作容积：

Vt=A×L=8.76×10-4×20×10-2=1.75×10-4m3

液压缸-负载固有频率：

ω0=2πf0=2π×36.3=228rad/s

工程设计实践证明，f0<4Hz只适合于静态系统。f0>30Hz时，动态特性较好，由此可见液压缸尺寸合适。

（3）液压系统各元件

①油源。负载工作压力约为7MPa。考虑到系统压力损失及摩擦力的存在，且液压阀工作在较大压差下，因此将泵站油源的供油压力设为9MPa。

②传感器。测量系统加速度传感器，用于测量簧载质量的加速度。根据控制工程经验，检测元件的精度必须高于控制系统控制精度的4倍以上，其响应速度则为系统频宽的8～10倍以上。

③比例阀。本系统不仅要求控制方向，而且要求控制流量，并且动态性能要求较高，所以选用博世型号为0811404036的高性能比例方向控制阀。该阀额定流量Qw=40L/min、最大输入电流2.7A、配套放大器输入信号U=0～±10V、滞环≤0.2％、重复误差≤0.1％、温漂≤1％。

1.3.5　基于模糊控制与电动静液压作动器的汽车主动悬架

悬架，作为汽车的一个组成部分，隔离来自路面的冲击以保持乘坐舒适性，同时控制车体的姿态以保持汽车安全、稳定行驶。传统被动悬架是有局限性的，因为它的部件只能存储或消耗能量，这不能满足不同路面情况下的汽车舒适性和操稳性要求。主动悬架采用液压或气压作动器产生控制力。

主动悬架要求将传感器安装在汽车的不同点来测量车身、悬架系统或非悬架质量的运动状态，然后将传感到的信息输入到控制器，由控制器产生指令使作动器形成精确的控制力。

一种基于电动静液压作动器EHA（electro hydrostatic actuator）技术的汽车主动悬架结构已被开发。电动静液压作动器EHA由伺服控制的电动机、活塞泵以及2个管路组成。

基于EHA的汽车主动悬架基本结构，如图1-67所示。

系统主要包括弹簧9和阻尼力可变的阻尼器2部分，其中阻尼器由液压缸2、液压马达3、控制器4、直流电动机6组成。具体连接关系，平行安装的液压缸2和弹簧9分别与车架1和车桥8垂直相连，阻尼器2再与液压马达3通过液压管路连接，液压马达3后通过联轴器连接一个直流电动机6，直流电动机6连接一蓄电池5，在直流电动机6和蓄电池5之间安装控制器4。

采用EHA的汽车悬架系统不采用液压阀件，结构简单，成本低，工作范围宽。

有2种类型的EHA作动系统。一种EHA系统是泵的排量是可变的，电动机转速是不变的；另一种EHA系统是泵的排量是恒定的，电动机转速是不变的。

通过调整无刷电动机转速和方向，从而控制液压缸的阻尼力，实现主动悬架功能。

模糊控制器已成功地用于线性和非线性系统的控制。与传统控制器相比，模糊控制器不要求建立系统的数学模型，而且能够容易地解决控制系统的非线性和不确定性问题。

用于EHA汽车主动悬架的模糊控制器有2个输入：车体加速度与参考加速度的偏差；偏差变化率。模糊控制器输入的语言变量为车体加速度偏差（E）和偏差变化率（EC），输出的语言变量为理想的控制力（U）。

表1-8给出了汽车模糊控制主动悬架与被动悬架的车体加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷的均方根值。车体加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷是汽车动态性能的主要评价指标。结果表明，基于EHA的模糊控制主动悬架降低了车体加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷大小。通过模糊控制，汽车车体加速度下降了17.58％，轮胎动载荷下降了38.36％。

1.3.6　日产无穷Q45轿车采用的液压式主动控制悬架系统示例

（1）液压式主动控制悬架的结构和工作原理

日产无穷Q45轿车采用的液压式主动控制悬架系统（FAS）主要由油压系统和控制系统两部分组成。油压系统和控制系统的组成及布置，如图1-68、图1-69所示。

系统根据G传感器的输出信号，控制各车轮执行器的油压，抑制车身姿势的变化，也降低来自路面的冲击。

系统由油压系统和控制系统构成。油压系统主要由储油箱、油泵、油泵储压器、组合阀、主储压器、压力控制阀及执行器组成（图1-68）；控制系统主要由4个车身高度传感器（4个车轮上各一个）、3个垂直G传感器（一个在汽车前端，二个在汽车后端）、2个横向G传感器（在中间车架上）、1个纵向G传感器（也在中间车架上）、电子控制装置组成（图1-69）。

①油泵总成。作为系统动力源的油泵，其结构如图1-70所示。

油泵总成为一串联式结构，前端为一柱塞泵（供悬架系统用），后端为一叶片式油泵（供动力转向系统用），两个油泵由一根轴驱动。

悬架系统使用的是一流量控制型柱塞油泵，具有耐高速旋转及高压、能量损失少的特点。油泵沿圆周布置有7个柱塞，在驱动轮上的凸轮驱动下往复运动，为降低油泵输出油压的脉动，油泵内设有金属折箱型储压器。

②主储压器。主储压器的构造如图1-71所示。

主储压器存储来自组合阀的油压，当执行器一时需要大流量油液时进行补充，在发动机熄火时保持车身高度。主储压器一般为自由活塞型储压器，要求高压、大容量、长时间可靠工作。

③组合阀。组合阀用于对油压系统的基本油压控制。它是由多个不同功能的阀组合在一起的多功能阀装置（图1-72）。组合阀中各阀的功能见表1-9。

④压力控制阀。压力控制阀和执行器的结构，如图1-73所示。

系统中有两个压力控制阀，均是与飞机上使用的伺服阀具有同等高精度、高响应性的导向比例电磁压力阀，它们分别位于汽车前端和后端，根据系统控制装置的控制信号，压力控制阀控制各轮执行器的油压。

压力控制阀主要有两个功能。

a.主动控制功能。根据控制的输入信号，控制控制口（送至执行器）的压力，以控制车身姿势。

b.被动阻尼功能。路面输入的影响使执行器内的压力发生变化时，将执行器内压力经控制口反馈到阀杆，以产生最佳的阻尼力。

⑤执行器。执行器的结构参见图1-73。执行器由液压缸、副储压器和阻尼阀组成。由于悬架系统使用了辅助螺旋弹簧，降低了支承车身所需的系统油压，减小了动力损耗。

为吸收、衰减弹簧下的高频振动，在底部设有副储压器和阻尼阀。

⑥G传感器。悬架系统使用了六个G传感器，用以检测汽车在各种行驶条件下产生的车身加速度，它们是一个纵向G传感器、两个横向G传感器和三个垂直G传感器。这些G传感器均为钢球位移检测型传感器，可向电子控制装置提供对应于车身纵向力、横向力和垂直力的模拟输出信号。

⑦电子控制装置。电子控制装置包括两个高速16位微处理器（MCU1和MCU2），运算速度非常快（图1-74）。

微处理器MCU1处理来自G传感器的信号，并把控制信号输送到压力控制阀的驱动电磁线圈内，微处理器MCU2处理来自高度传感器等的信号，并把控制信号输送到压力控制阀的驱动电磁线圈内。MCU1与MCU2一直相互联系，一方发生异常时，就把信号输入故障安全回路，使故障安全阀动作，以确保安全性。

（2）系统的控制功能

①侧倾控制功能。汽车转弯时，在离心力作用下车身欲发生侧倾，由横向G加速度测得此离心力，系统控制装置根据此离心力的大小，按比例增加外侧车轮悬架的液压，降低内侧车轮的液压，以抵消汽车离心力，防止车身侧倾。

侧倾控制时分别控制前轮与后轮执行器产生的作用力，如果假设抵消车身侧倾的总的作用力为100％，如果增大前轮作用力的分配，会造成汽车转向不足；如果增大后轮作用力的分配，会造成汽车过多转向，为实现对汽车转向特性的主动控制，系统采用了前、后两个横向G传感器分别测量汽车前、后端的横向加速度，用前端的横向加速度α1控制后轮执行器产生的作用力，用后端的横向加速度α2控制前轮执行器产生的作用力。这样，当汽车高速急转向时，汽车的瞬时转向中心在汽车后方，α1值大于α2值，侧倾控制时增大后轮执行器产生的作用力，可以改善汽车的回转性能；当汽车回正时，汽车的瞬时转向中心在汽车前方，α2值大于α1值，侧倾控制时增大前轮执行器产生的作用力，改善汽车的回正性能（图1-75）。

②俯仰振动控制功能。汽车制动时，汽车产生向前的惯性力，系统通过纵向G传感器测得汽车向前的惯性力，系统控制装置则根据此惯性力的大小，按比例增大前轮执行器产生的作用力，降低后轮执行器产生的作用力，以抵消惯性力，控制车身的俯仰振动。汽车起步时的控制过程与上述相反。

③上下振动控制功能。当汽车行驶于不平路面时，来自路面的冲击使车身发生上下振动，根据车身上下振动的绝对速度，系统控制各车轮执行器产生的作用力，以抵消来自路面的冲击。此绝对速度可将汽车垂直G传感器测得的车身垂直方向的加速度积分求得。此控制方式采用的是前述的天棚阻尼器控制理论。

④车身高度控制功能。根据各车轮部分的高度传感器测得的车身高度变化信号，系统控制装置自动使车身高度维持为一个定值（不管载荷如何变化）。也可以通过手动操作使车身高度增加20mm，以避免汽车行驶在坏路面时车身与路面相碰。

液压式主动控制悬架系统的车身控制效果见表1-10。

系统的液压管路布置，如图1-76所示。

FAS系统的工作过程可用图1-77来说明。使用油泵和带执行器的液压系统，并通过电子控制装置控制，达到改善汽车乘坐舒适和行驶稳定的目的。电子控制装置接收10个独立传感器的输入信号，经过分析计算后向执行器发出控制信号，执行器则根据电子控制装置的控制信号不断调整前、后悬架的液压大小，从而补偿路面的下降、车身的侧倾、制动时的点头、加速时的后蹲和汽车车身高度变化。

1.3.7　多轴线重型液压载重车悬架液压系统

悬架系统是保证车轮和车桥与承载系统之间具有弹性联系并能传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节车辆行驶中车身位置等有关装置的总称。由悬臂、摆臂、车轴、车轮组和液压油缸组成了多轴线重型液压载重车的一个悬架，由若干组（一般为三组或四组）悬架系共同承载车辆的负荷，每组悬架系可有若干个悬架组成，同组悬架系内的液压油缸相通，通过控制油缸的伸缩来实现车辆的自由升降调节。同时，在车辆的行驶过程中，同一悬架系内各油缸能够根据地面情况自动调整伸缩量起到一定的相互补偿作用，确保同一悬架系内的各悬架承受的载荷相同。

多轴线重型液压载重车的多个悬架系共同支撑一个承载平台，各悬架与承载平台之间通过带旋转副的回转支承连接，悬架液压系统的管路布置上既有硬管，又有软管。液压软管由于长时间暴露于室外经受风吹日晒，再加上软管频繁地扭转弯曲变形，管路容易老化或者软管接头扣压的松脱从而发生破裂，一旦连接各悬架液压油缸的管路爆裂，悬架液压系统将失去承载功能，车辆将会发生倾覆的危险。再加上多轴线重型液压载重车额定载荷大，悬架液压系统连接管路长，行驶过程中悬架承受的惯性冲击大，很容易在同一悬架系内的液压管路上形成巨大的压力冲击，因此为防止车辆悬架系中的钢管或软管破裂而造成车辆倾翻的危险，必须对悬架液压系统进行防爆设计。在分析传统多轴线重型液压载重车液压防爆回路设计不足的基础上，改进设计一种可靠性更高、成本更低廉、使用维护更加简便的液压防爆回路是很有必要的。

（1）传统悬架液压系统的防爆设计

目前在多轴线重型液压载重车悬架液压系统防爆设计中使用较多的是双管路防爆阀、单向防爆阀，或者将这两种防爆阀组合起来使用。双管路防爆阀结构及工作原理，如图1-78所示，采用并联冗余设计的方法，成对使用两个防爆阀，此防爆阀工作原理类似于带对中弹簧的梭阀，两防爆阀间有两根软管连接。正常工作时，两根软管都有油液经过，当其中一段软管爆裂时防爆阀阀芯在油缸压力作用下瞬时被推到爆裂端封闭此端油路，而另一端的软管能正常工作，从而确保悬架系统能正常工作。应用双管路防爆阀的悬架液压系统不足之处是当两根软管同时爆裂或钢管爆裂及系统中其他液压元件发生故障大量卸荷时，悬架系统将不能正常工作，可能导致整车倾覆的危险，而且系统结构比较复杂。

单向防爆阀的结构及原理，如图1-79所示，此类防爆阀是一种平板阀，在自然状态下，阀板在弹簧力的作用下离开阀座，维持一定的阀口开度。油液由P到A可以自由流动，当液流从A流向P时，由于经过阀口产生流动阻力，阀口前后存在压力差，在阀板两端有一个与流动方向相同的压差作用力，设定在正常工作状态的流速下，此力不超过最大弹簧力，阀口是开启的，液压油可以正常流通。如果P侧的管路出现破裂时，在负载压力作用下A到P的流量会急剧增加，当通过阀口的流动阻力超过最大弹簧力时，阀芯会立刻关闭，负载能够停留在管路破裂瞬间的位置上。此类防爆阀使用时必须直接安装在要保护液压执行机构的压力油进口处，若是安装在管路中间，防爆阀与执行元件之间的管路出现破裂就起不到保护作用。这样就要求在设计液压执行机构时需要给防爆阀预留足够的安装空间。此单向防爆阀在多轴线重型液压载重车悬架液压系统中使用效果较差，尤其是在同一悬架系悬架数量较多时，若某油缸的入口管路出现爆裂时，要求所有油缸的防爆阀都能够迅速动作，而往往由于悬架数量较多，管路连接较长，平均到每个悬架的油缸下降瞬时流量较小不足以关闭防爆阀，如果把防爆阀对流速的灵敏度提高，而在正常行驶过程中同悬架系油缸间的相互补偿作用将会消弱。

在车辆悬架较少的情况下，结合上述两防爆阀的优、缺点，将两种防爆阀联合使用，串联在油缸与钢管之间，如图1-80所示，能比较完美地应对各种管路爆裂状况，当单根软管或钢管爆裂时都能较好地防止油液泄漏避免车辆发生倾覆的危险，但是结构复杂、成本较高，并且要有足够的安装空间。

（2）基于新型双向防爆阀的悬架液压系统

针对传统多轴线重型液压载重车悬架液压系统防爆回路的不足，充分考虑可靠性及安装空间的要求，应用一种新型双向防爆阀，其结构与原理图，如图1-81所示。

新型双向防爆阀在多轴线重型液压载重车悬架液压系统中的应用，如图1-82所示。此种防爆阀为滑阀式结构，初始状态阀芯处于开启状态，A口接硬管，B口通过软管接悬架液压缸，C口由外接管路与A口相连。在悬架上升过程即油液从A口流向B口，经过阀口后压力由PA降为PB，阀芯在PA、PB和弹簧力的共同作用下处于某一平衡位置，即

PBA+kΔx=PAA

式中　PA——防爆阀A口压力；

PB——防爆阀B口压力；

A——阀芯面积；

k——弹簧刚度；

Δx——阀芯位移量。

当悬架系A侧硬管爆裂时，所有防爆阀A口压力迅速下降为零，在负载的作用下油液从B流向A，同时负载压力作用在阀芯左端，负载压力PB对阀芯的作用力远大于弹簧力，从而使阀芯迅速向右移动，B侧阀口关闭；当某一防爆阀B侧软管发生爆裂时，此防爆阀B口压力立即下降为零，只有系统压力作用在阀芯右端，足以克服弹簧力，使阀芯向左运动迅速关闭A侧阀口，切断油源与爆裂管路之间的油路，从而保证了同一悬架系中的其他悬架不受影响，只是爆管的悬架失去了承载能力，此时负载还能够停在管路爆裂瞬间的位置上，防止车辆倾覆危险的发生。

同理，当车辆承载平台下降或正常行驶时，某一双向防爆阀任意侧管道爆裂或其他元件出现故障都能有效防止本悬架系迅速下降，阻止车辆发生倾翻的危险。

新型双向防爆阀能够在油液流动的两个方向上感应压力变化，并根据压力变化关闭相应的阀口，较单向防爆阀只能在油液流动的一个方向上关闭阀口可靠性更高，另外滑阀结构较平面阀密封性更好，泄流量更小，对预防车辆倾覆更安全可靠。

（3）可靠性试验与结论

将该新型双向防爆阀安装在模块组合液压挂车悬架液压系统中进行可靠性测试试验：在双向防爆阀的A、B口侧分别安装一个带卸荷功能的手动换向阀来模拟两侧的管路破裂，在悬架额定载荷下分别多次操作两个手动换向阀，同悬架系的双向防爆阀都能够迅速地关闭阀口，悬架没有出现下降。在防爆阀阀芯动作的情况下，经过48h的管路封闭耐压试验没有发生泄漏。说明该新型双向防爆阀能够满足多轴线重型液压载重车悬架液压系统的防爆要求，改进后的悬架液压系统可靠性高、成本更低廉、结构简单、安装灵活方便、对提升重型车辆悬架液压系统的防爆技术具有重要意义。

1.3.8　重型越野车半主动油气悬架系统

重型越野车是一种适合于行驶在越野路面的特殊车辆。由于应用对象比较特殊，对其悬架系统的综合性能有严格的要求。油气悬架作为汽车的悬挂装置具有很独特的优点，尤其对处于野外作业的重型越野车来说更具优势。高性能的越野车对悬架系统的要求除了有效隔振、提供良好的行驶平顺性以及操纵稳定性之外，还要求提高车辆的越野通过性，即在崎岖不平的路面上尽量提高行驶速度以充分发挥其机动灵活性；此外，还应附带高度调节功能。油气悬架可以很好地满足越野车辆的这些要求，因而具有很好的发展前景。同时，要使车辆在各种路面上行驶的各项性能指标均达到较高的水平，被动式悬架已经不能满足需要，因此必须对悬架施行主动控制，构成主动或半主动式油气悬架系统。

（1）重型越野车半主动油气悬架系统

图1-83为某重型越野车的四桥全独立半主动油气悬架系统原理图。该油气悬架系统包含8个油气弹簧，4组高度、阻尼控制回路，以及PLC和触摸屏电控系统。其中，每组控制回路的结构相同，均由2个油气弹簧、2个高速开关阀、1个电液比例节流阀、1个限载阀、1个蓄能器，以及压力传感器和位移传感器等组成。其中，特制的电液比例节流阀用于半主动油气悬架的阻尼调节。

（2）系统工作原理

在该悬架系统中，当载荷增加，车架与车桥之间距离缩短时，油气弹簧的主活塞上移，迫使工作液经比例节流阀进入蓄能器，使蓄能器气体容积减小，氮气压力增高。升高了的氮气压力通过工作液的传递变为作用在主活塞上部的力，当此力与外界载荷相等时，活塞便停止运动。于是，车架与车桥的相对位置不再变化。当载荷减小即推动活塞上移的作用力减小时，工作液在高压氮气的作用下经比例节流阀流回油气弹簧，并推动主活塞向下移动，车架与车桥间距离变长，直到氮气室内压力通过工作液的传递使作用在主活塞上的力与外界减小的载荷相等时，主活塞才停止移动。汽车在行驶过程中，油气弹簧所受到的载荷是变化的，因此主活塞便相应地在油气弹簧中处于不同的位置。由于氮气充满在密闭的气室内，作用在活塞上的载荷小时，气体弹簧的刚度较小，随着载荷的增加，气体弹簧的刚度变大，即它有刚度特性。另外，该油气弹簧又起液力减振器的作用。工作液通过比例节流阀时，消耗一部分能量，以热量的形式散发出去，从而保证了振动的迅速衰减。

①被动控制原理。在被动控制模式中，比例阀的控制电流分为三级。可由驾驶员人工或计算机根据传感器的信号自动选择所需的阻尼级别，以使悬架的性能接近最优。其优点是在路况很坏或起动、制动时，能将比例阀的阻尼调节到很大，仅靠油气弹簧内的气室吸收振动能量，使行驶安全性大幅度提高。

②半主动控制原理。在半主动控制模式中，计算机从传感器采集到速度、位移、加速度等信号，根据最优控制律计算出相应的阻尼值，然后输出控制信号到比例阀，使比例阀节流孔面积无级变化，从而实现油气悬架的半主动控制。

在触摸屏上预先设定。高度调节阀采用响应速度快、密封性能好、抗干扰能力强的高速开关阀。两种调节模式均可实现局部区域调节或整体调节。

在人工调节模式中，驾驶员根据载重和车身高度在触摸屏上接通或断开高度调节阀（图1-84）。当高速开关阀1接通，而开关阀2断电时，车身提高；反之，当高速开关阀1断电，而开关阀2通电时，车身降低。

在自动调节模式中，驾驶员预先在触摸屏上设置好所需车身高度，计算机根据车身高度传感器（位移传感器）检测到的实际高度，按照一定的控制律不断调整。

③车身高度调节原理。车身高度的调节分人工和自动两种工作模式，可通过高速开关阀，使得实际车身高度达到要求。

④油气悬架系统的平衡原理。为使该重型越野车悬架的控制系统简单，油气悬架的平衡采用分组局部平衡方案，即将同侧的一轴与二轴、三轴与四轴的油气弹簧的油室相连（图1-83）。

在该平衡方式中，由于油室相通，每相连的两个油气弹簧的载荷总是相等的。当一个油气弹簧的载荷增大时，另一个油气弹簧的载荷也自动增大，又由于总载荷一定，因此这种平衡方式可以自动调节各轴间的载荷分配，防止个别油气弹簧过载。

1.3.9　汽车电控液压悬架系统故障诊断与排除

（1）功能检查

检查汽车高度调节功能；检查元件漏油；检查相关元件表面温度；检查液压油及过滤装置；检查调压阀指示情况及调整性能等。

（2）悬架系统故障的自诊断

①用巡航控制指示灯（LRC）进行自诊断。采用电控悬架控制的汽车上通常装有LRC指示灯和高度控制指示灯（HEIGHT），其在车上的位置，如图1-85所示。其自诊断步骤如下。

a.接通点火开关，检查LRC指示灯和HEIGHT指示灯是否点亮2s。当将LRC开关拨至“SPORT”侧时，LRC指示灯仍应亮；同样，当将高度控制开关拨至“NORM”，位置或“HI”位置时，相应的高度控制指示灯“NORM”或“HI”仍应点亮。即使在接通点火开关和发动机不运转时，拨动高度控制开关也不会改变高度控制指示灯的点亮状态。

b.当点火开关接通时，“HEIGHT”指示灯应保持点亮状态。

c.当高度控制NORM指示灯以1s的间隙闪亮时，则表明ECU存储器中已存有故障代码。如果指示灯检查过程中，出现表1-11所列故障时，应对相应电路进行检修。

②提取故障代码。

a.接通点火开关，如图1-86所示，用跨接线将TDCL或维修检查插座的TC与EI端子短接。

b.观察高度控制“NORM”指示灯闪烁情况，按闪烁规律读取故障代码。

c.利用随车提供的故障代码表进行故障诊断。

③清除故障代码。

a.切断点火开关，拆下保险继电器中相应的熔丝10s以上。

b.切断点火开关，用跨接线将高度控制插头的CEL与E端子相连，同时使插头的端子TS与EI相连，保持这一状态10s以上，然后接通点火开关，并脱开跨接线。

1.3.10　丰田兰德酷路泽4700型车悬架系统故障的排除

某2005年产丰田兰德酷路泽4700型车，用户反应该车液压控制悬架不工作，升降指示灯闪烁。

接车后，试车故障确如用户所述。由于指示灯已经闪烁，表明系统出现故障。

随后连接故障诊断仪对悬架控制系统进行检测，设备显示故障码“C1751-AHC泵电动机持续电流”。在对故障码进行记录后，尝试将故障码清除，结果故障码可以被清除。之后试车，操纵升降开关AHC液压泵运转，但车身动作很慢。约1min后，AHC液压泵停止工作，悬架系统指示灯点亮。利用故障诊断仪检测悬架控制系统，故障码C1751再次出现。

此时用手触摸AHC液压泵（图1-87），发现AHC液压泵非常烫手，根据以往的维修经验，怀疑悬架系统超负荷运转，为了防止AHC液压泵损坏，系统终止了液压泵电动机的运转。

决定对悬架系统进行常规检查。首先检查了悬架系统储液罐的油位，液面高度正常；检查油质，颜色及气味正常。

是不是液压系统内进了空气呢？为此，维修人员对液压系统进行了排气操作。虽然此前的液压系统排气不是十分彻底，但在彻底排气后试车故障依旧。

随后决定观察液压悬架控制系统内的数据流，看是否能够发现一些线索。

先观察了高度控制传感器的数据，数值正常且数值能够随着车身高度的变化而变化。

继续观察蓄压器压力值时发现了问题，正常情况下该数值约为10.5MPa，而该故障车的此项数值为6.7MPa。可以确定该车液压悬架系统的压力明显偏低。

问题应该出在液压泵上，由于AHC液压泵过度磨损，导致蓄压器压力偏低，为了使悬架达到正常高度，控制单元指令液压泵继续工作，因液压泵超负荷运转，为了避免液压泵电动机损坏，控制单元指令液压泵电动机停止运转。

经查看零件查询系统得知，AHC液压泵和电动机均可单独提供，因此只需要更换AHC液压泵即可。在更换液压泵后，试车故障排除。