气液悬挂系统：更快、更具性价比的新发明

气液悬挂系统提高了车辆的舒适度和生产率。目前只有少数车辆使用这些系统，这主要是由于悬架部件的较大开发工作量和额外成本导致。现在，ARGO-HYTOS提供了一组模块化系统，其特点在于成本收益率提高，开发工作量降低。此外，两个专门开发的液压解决方案为目前使用的系统提供了不同的优势。
舒适度、生产率和收益性是现今客户对工作机器要求的最重要的质量指标。关于舒适度所要求的更高标准尤其受到健康与安全部门指令2002/44/EG的推动，该指令规定了对驾驶员的日常允许振动暴露。换句话说，驾驶员感觉到的振动越少，驾驶员驾驶更舒适，并因此允许驾驶员工作的时间越长。特别是在越野工作期间，该标准可确定是否允许驾驶员整个工作日都进行某项工作或驾驶员是否必须在工作日结束前停止其工作。
因此，舒适度不仅仅是个人健康的条件，也是涉及实际允许的每日工作时间时的一个重要因素。因此，它也会影响收益性。此外，舒适度的增加会使驾驶员更快、更精确地完成作业过程，从而使驾驶员的工作更有效率并且有助于提高收益性。
为了实现这种舒适度，需要配备一个悬架系统来隔离汽车的底盘，或者更确切地说，将驾驶员与地面的不平坦隔离。气液悬架系统可位于汽车的不同部位。一般来说，有三种不同的应用——车轮或车桥悬架、操作员的驾驶室悬架与喷臂悬架或有效载荷悬架。还有另外一个关于车轮和/或车桥悬架的优势——车轮荷载或地面压力平衡，进而提高汽车平稳行驶的性能和车轮牵引力。这使得效率和生产率提高，从而提高了收益性。
通常情况下，受到频繁载荷变化的汽车具有水平控制悬架。在许多情况下，该水平控制悬架是一个油气悬架系统，即：由悬架油缸和蓄能器以及位置控制系统组成的系统（示意图见图1）。
目前，通常只有豪华汽车和大量生产的汽车配备这种悬架系统。各种必须使用悬架的特殊应用也使用这种悬架系统。主要有两个原因——开发成本高（因此，产生产品成本）以及开发时间长。在原始设备制造商将悬架系统首次引入汽车或在悬架的下一个发展阶段将启动时，这两个原因尤其适用。尽管有上述明显的优势，但是通常，这两个原因完全是原始设备制造商决定不生产悬架系统的障碍。因此，ARGO-HYTOS的目标是为汽车制造商清除障碍并改进气液悬架系统的技术。开发成本和开发时间应大大减少。这以一个新的系统解决方案来完成，该解决方案的特点在于三个特别优势：

1. 气液悬架系统的标准化、模块化控制系统——包括液压装置和电子设备
2. 仅仅通过选择适当的模块和参数设置而针对客户特定的系统简单适配
3. 关于整体悬架系统的布置以及其与汽车的交互的技术建议和支持

据此而研制的模块化控制系统由与电子控制单元相连的液压歧管组成（见图2所示）。电子单元是指令和控制中心，协调和控制液压歧管的所有功能。相应决策由控制板数据、各传感器数据和车辆总线系统数据做必要的输入。液压歧管与悬挂油缸相连，从而可以控制油缸的位置以及油缸杆侧室的内部压力。另外，油缸活塞室和活塞室蓄压器之间的连接可由液压歧管的阀门进行抑制（阻尼控制）或切断（悬挂阻断）。
此外，控制系统和车辆之间还有液压源和电源连接，并且支持配有定量泵和变量泵的负载敏感系统（标准和共轨），电源电压在12~24V之间。
选择合适的模块及其设定，系统即能适应客户的特定要求。就液压系统而言，它包含有可以对各种油气悬挂系统（单动式、双动式，定量或变量预载等）进行操纵的各种模块。 基本模块最低限度由必需的组件组成。对悬挂进行位置控制的是歧管：它对悬挂油缸的活塞室供油或放油。歧管的特点：它只需一个仅装配一个螺线管的比例阀（见图3）进行上下校平。与目前普通使用的悬挂歧管相比，这种歧管有两大优点：一是螺线管可以拆卸，二是可按比例进行位置调整。也就是说，比例阀能够对较小的变化产生敏感的反应，从而完全打开（在20bar下，控制范围为2.5~25lpm），因此，可以快速到达所要求的位置，例如，在极端负荷变化下或者在滑油粘度较高而温度较冷的条件下。
目前，已对比例阀及其在位置控制歧管线路中的集成提出专利申请。 另外，还有杆侧控制模块，可对预载悬挂系统的杆侧压力进行调整（图4）。使用杆侧控制模块，系统的弹簧刚度可在较大的范围内发生变化。第一个模块装备液压机械压力控制功能，以两种方式加以使用——一是恒定的杆侧压力，一是遵循悬载特征曲线的杆侧压力。后者专为牵引机设计，已在德国取得专利。较之于杆侧压力的两阶变化，它具有以下优点，即能够保证切换点杆侧压力实现平滑、连续过渡，从而在负载下降的同时提高弹簧刚度。
第二个模块使用上文所述的4/3正比例阀技术，对电动液压杆侧压力进行调整。因此，配合使用压力传感器，它可以进行全变压控制。所以，弹簧刚度可进行优化调整，适应既定的工况。
此外，活塞侧模块使得对悬挂油缸活塞室和蓄压器之间的油量进行控制成为可能，它考虑了悬挂特定的调整阻尼或彻底的液压阻断。相应地，它需要使用比例阀或开关阀。一种可能的活塞侧模块的直列布置可考虑了活塞侧蓄压器的选择性失活情况。 在相同的法兰安装面，不使用活塞侧模块，而是使用多缸模块取而代之。它能够隔离两个油气弹簧，从而保证滚动稳定（举例来说）。
独立的液压模块是用螺栓栓接在一起的。它们易于处理，因为歧管各面功能严格独立（见图5）：模块法兰面分别位于左右两边，液压源在后面，悬挂液压系统在前面，阀门在顶部，底托在底部。整个歧管可在各个方向进行安装，同时也支持根据特定悬挂系统的设计而大小和压力范围不等的蓄压器。
如果客户有要求，也应提供操纵歧管所需的电子系统。电子系统的最基本形式由位置传感器和位置控制单元组成。电子系统根据给定的液压结构进行预配置，也可选择相应的算法和参数来适配相应的用途。电子系统也可装备操作元件，让操作人员手动调节正常位置或悬挂特性（阻尼/弹簧刚度）。控制单元能够接收车辆CAN总线的其他数据。目前，电子系统可用于CANopen协议，其他协议也可使用。电子系统还配有触屏显示，可用于简单的参数设定、维护和诊断工作，以及专用、大型悬挂解决方案。
电子系统具有比例位置控制功能以及弹簧刚度和阻尼控制功能。为了提高舒适性和驾乘质量，借助于自适应控制技术，悬挂特性可自动调整，以适应指定的驾驶和工作情况。 也可以进行搬运调整。目前，正在研发基于比例阀的半主动阻尼控制。
整套系统已研发成熟，可批量生产。已成功地在液压实验室内以ARGO-HYTOS的负载模拟器（图6）进行了试验，也已利用DSHplus程序进行了半实物仿真，控制单位已初步投入运行，并在虚拟悬挂系统上进行了试验。随后，模块化控制系统也在商用牵引机上进行初步的实物操作。悬挂控制以被ARGO-HYTOS的悬挂控制（图6）所取代。系统所有功能已经过严格测试。

开展客户项目时，由于模块化系统使用方便、适应性强，第一批原型机可方便地使用模块化系统。作为首先，ARGO-HYTOS对悬挂的布置和合适的模块组合提出相应建议——经专门的计算和模拟程序，该步骤已被简化、并加快了进程。其次，将模块组合装车测试，以便发现最合适的解决方案和各参数的最佳控制。再次，由客户决定是否直接把模块化解决方案投入批量生产或是否优先选用定制的液压歧管。安装空间有具体限制或需要进一步缩减批量生产的成本时，最有可能选择后者。这种情况下，ARGO-HYTOS会设计新型定制的液压歧管——选用完全与批量生产模块化配置相同的组件和阀门。 油气悬挂系统提高了车辆的舒适性和生产率。ARGO-HYTOS研制出了模块化系统，提高了成本收益比，减少了研制工作。

Technical Data