CN102537176A - 一种阀控式半主动减振器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阀控式半主动减振器，包括油缸组件和位于油缸组件外侧的缸外组件；所述油缸组件包括依次固定连接的导承、油缸和底阀座，油缸外设有储油缸，油缸内设有活塞和活塞杆；所述缸外组件包括第一开关阀、第二开关阀、二位三通阀、比例溢流阀、节流阀和节流溢流阀、车体加速度传感器和控制器；所述车体加速度传感器用于检测车体的加速度并输出信号传输给控制器，控制器用于控制第一开关阀、第二开关阀、二位三通阀的得电失电状态，并同时控制比例溢流阀的电流大小。本发明提供的阀控式半主动减振器，结构简单，能根据列车在运行过程中车辆状态和线路状况作出实时响应提供连续可调阻尼力，控制简单可靠。

Description

一种阀控式半主动减振器

技术领域

本发明属于车用工程机械领域，具体涉及一种阀控式半主动减振器。

背景技术

随着高速动车陆续开行，车辆横向振动是影响高速列车乘坐舒适性的重要因素。而传统被动减振器的阻尼是通过初始设计及优化方法确定的，一经选定，在车辆运行过程中就无法进行调节。而且当车体振动速度方向与被动减振器活塞相对速度方向不一致时，被动减振器提供的阻尼力会加剧车体的振动，恶化乘坐舒适性。

铁道车辆车体和转向架构架间的半主动减振器的控制理论，公知的有天棚理论，1974年，Crosby和Karnopp提出的“天棚”阻尼控制算法（skyhook），它的出发点是假设一个虚拟的“天棚阻尼器”连接在一个固定的刚性墙和车体之间，天棚阻尼器直接作用于车体，从而大幅度降低车体的振动。按天棚原理，天棚减振器需始终处于工作状态以提供减振力。由于天棚减振器是虚拟的，则其实际应提供的减振力只能由安装于车体与转向架间的实际减振器来模拟实现。

在现有的半主动减振器系统中，半主动减振器包括减振器本体、卸荷阀、比例溢流阀、节流阀，半主动状态和被动状态的切换即比例溢流阀和节流阀之间的切换为机械滑阀联动式，该方案结构复杂，控制方法也相应复杂化，且切换响应时间长。

发明内容

本发明解决了现有技术中的半主动减振器中半主动状态和被动状态切换为机械滑阀联动式存在的结构和控制方法复杂且切换响应时间长的技术问题。

本发明提供了一种阀控式半主动减振器，包括油缸组件和位于油缸组件外侧的缸外组件；

所述油缸组件的一端用于与转向架连接，另一端用于与车体连接；所述油缸组件包括依次固定连接的导承、油缸和底阀座，油缸外设有储油缸，油缸内设有可往复运动的活塞和活塞杆，所述油缸被活塞分为有杆油室和无杆油室；

活塞上设有第一单向阀，允许工作油从无杆油室向有杆油室流动；底阀座上设有第二单向阀，允许工作油从储油缸向无杆油室流动；

所述缸外组件包括第一开关阀、第二开关阀、二位三通阀、比例溢流阀、节流阀和节流溢流阀、车体加速度传感器和控制器；

所述第一开关阀的一端与有杆油室连通，另一端与无杆油室连通；第二开关阀的一端与无杆油室连通，另一端与储油缸连通；二位三通阀包括入口端、第一出口端和第二出口端，其中入口端与有杆油室连通，第一出口端与比例溢流阀连通，第二出口端与节流阀连通；比例溢流阀和节流阀的另一端均与储油缸连通；节流溢流阀的入口端与有杆油室连通，出口端与储油缸连通；

所述车体加速度传感器用于检测车体的加速度并输出信号传输给控制器，控制器用于控制第一开关阀、第二开关阀、二位三通阀的得电失电状态，并同时控制比例溢流阀的电流大小。

本发明提供的阀控式半主动减振器，通过车体加速度传感器检测车体加速度，从而根据列车在运行过程中车辆状态和线路状况提供连续可调阻尼力，且当车体振动速度方向与减振器活塞相对速度方向不一致时通过控制器实现提供尽可能小的阻尼力，从而显著改善车辆的乘坐舒适性。因此，本发明提供的阀控式半主动减振器具有结构简单、实时响应的优点，同时通过阀控式实现半主动与被动状态的切换，控制简单可靠。

附图说明

图1为本发明提供的阀控式半主动减振器的结构示意图。

图2为本发明提供的阀控式半主动减振器的液压原理示意图。

图中：1——第一端部接头，2——导承，3——活塞杆，4——有杆油室，5——活塞，6——无杆油室，7——油缸，8——储油缸，9——底阀座，10——第二端部接头，11——第二单向阀，12——第一单向阀，13——第二开关阀，14——第一开关阀，15——比例溢流阀，16——节流阀，17——二位三通阀，18——节流溢流阀，19——控制器，20——车体加速度传感器。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种阀控式半主动减振器，包括油缸组件和位于油缸组件外侧的缸外组件。

其中，所述油缸组件的一端用于与转向架连接，另一端用于与车体连接。如图1或图2所示，所述油缸组件包括第一端部接头1和第二端部接头10，其中第一端部接头1用于与转向架连接，第二端部接头10用于与车体连接。

如图1或图2所示，所述油缸组件包括依次固定连接的导承2、油缸7和底阀座9。油缸7外设有储油缸8，油缸7内设有可往复运动的活塞5和活塞杆3，所述油缸7被活塞5分为有杆油室4和无杆油室6。

活塞5上设有第一单向阀12。第一单向阀12的入口端与无杆油室6连通，出口端与有杆油室4连通，仅允许工作油从无杆油室6向有杆油室4流动，而阻止工作油作反向流动。底阀座9上设有第二单向阀11。第二单向阀11的入口端与储油缸8连通，出口端与无杆油室6连通，仅允许工作油从储油缸8向无杆油室6流动，而阻止工作油作反向流动。

如图1或图2所示，所述缸外组件包括第一开关阀14、第二开关阀13、二位三通阀17、比例溢流阀15、节流阀16和节流溢流阀18、车体加速度传感器20和控制器19。

所述第一开关阀14的一端与有杆油室4连通，另一端与无杆油室6连通。第二开关阀13的一端与无杆油室6连通，另一端与储油缸8连通。

二位三通阀17包括入口端、第一出口端和第二出口端，其中入口端与有杆油室4连通，第一出口端与比例溢流阀15连通，第二出口端与节流阀16连通。

比例溢流阀15和节流阀16的另一端均与储油缸8连通。节流溢流阀18的入口端与有杆油室4连通，出口端与储油缸8连通。

所述车体加速度传感器20用于检测车体的加速度并输出信号传输给控制器19，控制器19用于控制第一开关阀14、第二开关阀13、二位三通阀17的得电失电状态，并同时控制比例溢流阀15的电流大小。

如图1所示，二位三通阀17的入口端与第一开关阀14的一端先连通，然后再与有杆油室4连通。

本发明中，通过控制器19控制第一开关阀14、第二开关阀13的得电失电状态。本发明中，第一开关阀14和第二开关阀13均为得电状态下开启，失电状态下关闭。

具体地，所述控制器19通过对车体加速度传感器20传送的信号进行低通滤波、A/D转换、积分后得到车体的速度V1。

当V1>0时，控制器19控制第二开关阀13为得电状态，第一开关阀14为失电状态。当V1<0时，控制器19控制第一开关阀14为得电状态，第二开关阀13为失电状态。

本发明中，控制器19处于得电状态时，二位三通阀17为得电状态。二位三通阀17得电状态下第一出口端开启而第二出口端关闭，即与比例溢流阀15连通，而与节流阀16之间关闭。二位三通阀17失电状态下第一出口端关闭而第二出口端开启，即与节流阀16连通，而与比例溢流阀15之间关闭。

本发明中，比例溢流阀15的溢流压力取决于该阀的控制电流，通过调节该阀的控制电流可以无级调整比例溢流阀产生的阻尼力，进而能无级调整减振器的阻尼力。本发明中，所述比例溢流阀15既可以是正比例阀，即控制电流与阀溢流压力成正比；也可以是反比例阀，即控制电流与阀溢流压力成反比。

在油路压力较小时，节流溢流阀18以规定的流通阻力允许工作油从有杆油室4向储油缸8单向流动。当油路压力超过规定值时，即所提供的最大阻尼力超过规定值时，此时节流溢流阀18开启卸荷，使阻尼力保持在规定值，从而保护本发明的阀控式半主动减振器免受冲击而破坏。

本发明中，阀控式半主动减振器处于拉伸动作时，有杆油室4体积缩小，无杆油室6体积扩大；而阀控式半主动减振器处于压缩动作时，有杆油室4体积扩大，无杆油室6体积缩小。

本发明中，当通过控制19控制第一开关阀14保持得电状态油路开启而第二开关阀13保持失电状态油路关闭时，当所述阀控式半主动减振器拉伸动作时，活塞5上的第一单向阀12关闭，有杆油室4中的工作油无阻力地经第一开关阀14流入无杆油室6中，同时储油缸8中的工作油经第二单向阀11流入无杆油室6中，用于补充由于活塞杆3移动导致的无杆油室6体积增大，此时拉伸动作不提供阻尼力。当所述阀控式半主动减振器压缩动作时，活塞5上的第一单向阀12开启，无杆油室6中的工作油经第一单向阀12流入有杆油室4中，多余的工作油经第一开关阀14进入二位三通阀17和比例溢流阀15流回储油缸8，压缩动作提供阻尼力，此状态为本发明的阀控式半主动减振器的拉伸卸荷状态。即此时通过阀控式半主动减振器的拉伸动作，卸掉所述阀控式半主动减振器使车体振动加速的阻尼力。

当通过控制器19控制第一开关阀13保持得电状态油路开启而第二开关阀14保持失电状态油路关闭时，此时当所述阀控式半主动减振器拉伸动作时，活塞5上的第一单向阀12关闭，有杆油室4中的工作油经二位三通阀17和比例溢流阀15流入无杆油室6中，同时储油缸8中的工作油经第二单向阀11流入无杆油室6中，用于补充由于活塞杆3移动导致的无杆油室6体积增大，此时拉伸动作提供阻尼力。当所述阀控式半主动减振器压缩动作时，活塞5上的第一单向阀12开启，无杆油室6中的工作油流入有杆油室4中，多余的工作油经第二开关阀13流回储油缸8中，压缩动作不提供阻尼力，此状态为本发明的阀控式半主动减振器的压缩卸荷状态。即此时通过阀控式半主动减振器的压缩动作，卸掉所述阀控式半主动减振器使车体振动加速的阻尼力。

本发明中，若第一开关阀14和第二开关阀13同时保持得电状态油路开启时，不管所述阀控式半主动减振器拉伸还是压缩动作，工作油都能在有杆油室4、无杆油室6和储油缸8中毫无阻力的流动，此时减振器不提供阻尼力。这种状态是不允许的，因此本发明的阀控式半主动减振器需通过控制器19实施相应控制策略避免第一开关阀14和第二开关阀13同时得电。

当电源发生故障时，控制器19、第一开关阀14、第二开关阀13、及二位三通阀17、比例溢流阀15同时处于失电状态。此时二位三通阀17与节流阀16连通，而与比例溢流阀15之间关闭。此时，不管本发明的阀控式半主动减振器拉伸还是压缩动作，工作油都经过节流阀16在有杆油室4、储油缸8和无杆油室6之间循环流动，此时由节流阀16和节流溢流阀18同时提供阻尼力，此阻尼力特性在拉伸和压缩时都是相同的。因此在电源发生故障或异常情况时，本发明的阀控式半主动减振器可以作为常规的被动减振器使用。节流阀16的溢流压力（即卸荷压力）可以按被动减振器来设置，此状态为本发明的阀控式半主动减振器的被动状态。

如上所述，通过采用控制器19对第一开关阀14和第二开关阀13的得电、失电状态进行控制，从而实现本发明的阀控式半主动减振器在拉伸和压缩动作时提供阻尼力或不提供阻尼力。通过采用控制器19对比例溢流阀15的电流大小进行控制，从而提供相应控制策略要求的阻尼力，满足理论控制要求。

本发明中，所述阀控式半主动减振器的实施方案的具体控制方法如下表1所示。

表1 

 

本发明提供的阀控式半主动减振器可以按照天棚阻尼器理论来实施控制，也可以适用于其他控制策略，例如地棚阻尼器，也可适用于针对车体某振型的控制，如对车体摇头或侧滚振型进行控制。

另外，本发明提供的阀控式半主动减振器是按照铁道车辆横向减振器来设计，该结构也适用于铁道车辆一系、二系垂向减振器的半主动控制。

以上仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所作出的若干改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种阀控式半主动减振器，其特征在于，所述阀控式半主动减振器包括油缸组件和位于油缸组件外侧的缸外组件；

所述油缸组件的一端用于与转向架连接，另一端用于与车体连接；所述油缸组件包括依次固定连接的导承（2）、油缸（7）和底阀座（9），油缸（7）外设有储油缸（8），油缸（7）内设有可往复运动的活塞（5）和活塞杆（3），所述油缸（7）被活塞（5）分为有杆油室（4）和无杆油室（6）；

活塞（5）上设有第一单向阀（12），允许工作油从无杆油室（6）向有杆油室（4）流动；底阀座（9）上设有第二单向阀（11），允许工作油从储油缸（8）向无杆油室（6）流动；

所述缸外组件包括第一开关阀（14）、第二开关阀（13）、二位三通阀（17）、比例溢流阀（15）、节流阀（16）和节流溢流阀（18）、车体加速度传感器（20）和控制器（19）；

所述第一开关阀（14）的一端与有杆油室（4）连通，另一端与无杆油室（6）连通；第二开关阀（13）的一端与无杆油室（6）连通，另一端与储油缸（8）连通；二位三通阀（17）包括入口端、第一出口端和第二出口端，其中入口端与有杆油室（4）连通，第一出口端与比例溢流阀（15）连通，第二出口端与节流阀（16）连通；比例溢流阀（15）和节流阀（16）的另一端均与储油缸（8）连通；节流溢流阀（18）的入口端与有杆油室（4）连通，出口端与储油缸（8）连通；

所述车体加速度传感器（20）用于检测车体的加速度并输出信号传输给控制器（19），控制器（19）用于控制第一开关阀（14）、第二开关阀（13）、二位三通阀（15）的得电失电状态，并同时控制比例溢流阀（15）的电流大小。

2.根据权利要求1所述的阀控式半主动减振器，其特征在于，二位三通阀（17）的入口端与第一开关阀（14）的一端先连通，然后再与有杆油室（4）连通。

3.根据权利要求1或2所述的阀控式半主动减振器，其特征在于，所述控制器（19）通过对车体加速度传感器（20）传送的信号进行低通滤波、A/D转换、积分后得到车体的速度V1；

当V1>0时，控制器（19）控制第二开关阀（13）为得电状态，第一开关阀（14）为失电状态，所述阀控式半主动减振器处于压缩卸荷状态；

当V1<0时，控制器（19）控制第一开关阀（14）为得电状态，第二开关阀（13）为失电状态，所述阀控式半主动减振器处于拉伸卸荷状态。

4.根据权利要求3所述的阀控式半主动减振器，其特征在于，第一开关阀（14）和第二开关阀（13）均为得电状态下开启，失电状态下关闭。

5.根据权利要求1或2所述的阀控式半主动减振器，其特征在于，控制器（19）处于得电状态时，二位三通阀（17）为得电状态。

6.根据权利要求5所述的阀控式半主动减振器，其特征在于，二位三通阀（17）得电状态下第一出口端开启而第二出口端关闭，失电状态下第一出口端关闭而第二出口端开启。

7.根据权利要求1或2所述的阀控式半主动减振器，其特征在于，所述比例溢流阀（15）为正比例阀或反比例阀。

8.根据权利要求1或2所述的阀控式半主动减振器，其特征在于，所述油缸组件还包括第一端部接头（1）和第二端部接头（10）；所述第一端部接头（1）用于与转向架连接，第二端部接头（10）用于与车体连接。

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