CN102673341B - 模块化车姿调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种模块化车姿调节系统，对车辆的姿态进行调节，该系统由系统动力源、液压装置、油气悬架、电控装置和传感器组成，系统动力源、液压装置和油气悬架通过管路相连接，油气悬架包括至少两个左油气悬架和至少两个右油气悬架，液压装置包括悬架装置控制组合和连通液压锁组合，连通液压锁组合用于实现平衡悬架及液压闭锁功能，悬架装置控制组合主要由溢流阀、卸荷阀、悬架控制阀、右悬架液压锁、左悬架液压锁、右节流阀组和左节流阀组组成，其中溢流阀与卸荷阀并联；在卸荷阀的出油口b端通过管路分别与前悬架控制阀和后悬架控制阀的进油端连接，前悬架控制阀和后悬架控制阀的出油端依次串联节流阀组和悬架液压锁。

Description

模块化车姿调节系统

技术领域

本发明涉及一种使用油气弹簧车辆的模块化车姿调节系统，属于液压机械和机动车应用领域。

背景技术

现有技术中，传统悬架的弹性元件刚度特性是不可调的，在车辆载荷变化较大的情况下车体姿态会发生明显变化，导致车辆的操稳性能及平顺性大幅下降，针对这种情况，国外企业通过油气弹簧实现了空满载两级刚度可调的悬架形式，但车辆在实际使用过程中并非仅有两种状态，载荷量的不确定性使得这种调节方式无法满足使用要求，这也成为了目前国内车辆生产厂商所面临且始终无法有效解决的技术难点，所以开发车姿连续可调的悬架系统就显得尤为必要。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种模块化车姿调节系统，对车辆的姿态进行调节，该系统由系统动力源、液压装置、油气悬架、电控装置和传感器组成，系统动力源、液压装置和油气悬架通过管路相连接，油气悬架包括至少两个左油气悬架和至少两个右油气悬架，其特征在于：液压装置包括悬架装置控制组合和连通液压锁组合，连通液压锁组合用于实现平衡悬架及液压闭锁功能，悬架装置控制组合主要由溢流阀、卸荷阀、悬架控制阀、右悬架液压锁、左悬架液压锁、右节流阀组和左节流阀组组成，其中溢流阀与卸荷阀并联，卸荷阀为二位三通电磁阀，悬架液压锁为两位两通电磁阀；悬架控制阀为三位三通电磁阀，在断电时处于中位；在卸荷阀的出油口b端通过管路分别与前悬架控制阀和后悬架控制阀的进油端连接，前悬架控制阀和后悬架控制阀的出油端依次串联节流阀组和悬架液压锁。

本发明车姿调节系统由一个悬架装置控制组合阀和两个连通液压锁组合阀及相应管路、传感器等组成。悬架装置控制组合阀和两个连通液压锁组合阀均采用插装式电磁阀以减小布置空间，阀块采用轻铝合金材料，相较于传统钢材料阀块具有良好的机械性能、优良的抗腐蚀抗氧化性能，同时可以使得整个车姿调节系统重量减重近60％。系统中设有流量阀，用于调整系统流量保证系统在同一方向上运动同步，同时用于控制系统的动作速度。

通过加设角度传感器来进行车姿控制，通过加设压力传感器来进行轮荷监测。车姿控制主要通过控制系统采集位于车体前后四个悬架的角位移传感器所测量的车体高度数据来保证车姿高度是否满足设计要求。角位移传感器采用无接触式角位移传感器，其具有精度高、测量范围大的特点，并通过防护等级的提高能够满足车辆对电磁兼容性和环境适应性等的特殊要求。轮荷监测是通过设置于液压系统中的两个压力传感器来采集前轴和后两轴的系统压力，通过控制系统判断各轮荷是否满足使用要求。

附图说明

图1为车姿调节系统组成原理图；

图2为车姿调节系统各功能阀块组成原理图；

图3为悬架装置控制组合主视图；

图4为悬架装置控制组合俯视图；

图5为悬架装置控制组合后视图；

图6为连通液压锁组合装配图；

图7为车姿调节系统连线图；

图8车姿调节系统上升状态原理图；

图9车姿调节系统下降状态原理图；

图10车姿调节系统前倾状态原理图；

图11车姿调节系统后倾状态原理图；

图12节流阀组原理图。

图中：1-系统动力源，2-悬架装置控制组合，3-手动泵，4-右-油气悬架，5-右二油气悬架，6-连通液压锁组合，7-右三油气悬架，8-左三油气悬架，9-左二油气悬架，10-左一油气悬架，11-主阀回油单向阀、12-溢流阀，13-卸荷阀，14-前悬架控制阀，15-右前悬架液压锁，16-右前上升节流阀，17-右前单向阀，18-前轴液体压力传感器，19-右前下降节流阀，20-后悬架控制阀，21-右后上升节流阀，22-右后下降节流阀，23-右后单向阀，24-后轴液体压力传感器，25-左后单向阀，26-左后下降节流阀，27-左后上升节流阀，28-后悬架单向阀，29-前悬架单向阀，30-左前上升节流阀，31-左前悬架液压锁，32-左前下降节流阀，33-左前单向阀，34-进油滤，35-回油滤，36-动力源(泵马达系统)，37-油箱，38-后悬架液压锁，39-后越障阀，40-其余系统预留口，41-高压软管，42-隔壁接头

具体实施方式

下面结合附图对车姿调节系统做详细描述：

图1所示为车姿调节系统原理图。

所述车姿调节系统由系统动力源1，液压装置，右一油气悬架4，右二油气悬架5，右三油气悬架7，左三油气悬架8，左二油气悬架9，左一油气悬架10，电控装置及电缆和传感器组成，各部分通过高压硬管(或软管)相连接。优选地，本发明中的液压装置由悬架装置控制组合2和连通液压锁组合6组成，但是本领域技术人员可以根据实际需要任意组合多个集成控制阀，实现对车姿的调节。如图1-2所示系统将油气悬架分成第一轴为一组，后两轴为一组共两组，可以通过系统附带的电控装置，对各电磁阀进行逻辑控制，实现上升、下降、前倾、后仰、任意设定行驶高度等具体动作，最终实现改变车姿状态的目的。具体连接方式为：系统动力源1的进油口与悬架装置控制组合2的进油口J1相连；悬架装置控制组合2的手动进油口J2与手动泵3的出油管相连；悬架装置控制组合2的右前悬架供油口C1与右一油气悬架4相连、左前悬架供油口C2与左一油气悬架10相连、右后悬架供油口C3与右后油气悬架的连通液压锁组合6的进油口J相连、左后悬架供油口C4与左后油气悬架的连通液压锁组合6的进油口J相连；右后油气悬架的连通液压锁组合6的前出油口C7和右二油气悬架5相连；右后油气悬架的连通液压锁组合6的后出油口C8和右三油气悬架7相连；左后油气悬架的连通液压锁组合6的前出油口C7口和左二油气悬架9相连；左后油气悬架的连通液压锁组合6的后出油口C2和左三油气悬架8相连。

所述系统动力源1由油箱37、进油滤34、回油滤35和动力源(泵马达系统)36组成。系统动力源1分别留有一个进油口和一个回油口，并通过硬管或高压软管分别与悬架装置控制组合2的进油口J1和回油口C5相连。

系统通过加设角度传感器来进行车姿垂直地面方向位移控制，通过加设压力传感器来进行轴荷监测。车姿控制主要通过控制系统采集位于车体前后四个悬架的角位移传感器所测量的车体高度数据来保证车姿高度是否满足设计要求。角位移传感器可采用无接触式角位移传感器，其具有精度高、测量范围大的特点，并满足特殊使用要求对电磁兼容性和环境适应性的要求。

图2所示为车姿调节系统各部分组成原理，由于多轴车辆行动系统处于静不定状态，为避免在车姿调节过程中出现轮荷分配不均的情况，在前、后轴的液压系统中分别加装了前轴液体压力传感器18和后轴液体压力传感器24，用于进行轴荷监测，并通过控制系统充放油实现轮荷不均的调整。另外，动力源36与油箱37连接，当动力源36工作时将抽取油箱37中的油液并提供给车姿调节系统，动力源36输出端先后串联进油滤34和卸荷阀13，进油滤34用于过滤油液中存在的杂质，防止污染系统，卸荷阀13可采用二位三通电磁阀，通过电磁换向实现为调节系统提供压力油；溢流阀12与卸荷阀13并联，通过手柄调节可实现对系统临界压力的控制；在卸荷阀13的出油口b端通过高压硬管或软管分别与前悬架控制阀14和后悬架控制阀20的进油端连接，前悬架控制阀14和后悬架控制阀20可采用三位三通电磁阀，当系统不工作时电磁阀处于中位断开状态；前悬架控制阀14和后悬架控制阀20的出油端先后串联节流阀组和悬架液压锁，悬架液压锁可采用二位二通电磁阀，并尽量靠近油气悬架布置，以减少悬架液压锁和油气悬架之间的高压管路长度，提高系统的可靠性，例如右前悬架液压锁15与右一油气悬架4连接，左前悬架液压锁31与左一油气悬架10连接，两个后悬架液压锁38分别与左二油气悬架9和左三油气悬架8、右二油气悬架5和右三油气悬架7连接，当液压锁断电时，油气悬架中的油液与车姿调节系统隔离，确保车辆姿态和行驶性能的稳定，当液压锁通电时，油气悬架中的油液将通过车姿调节系统流回油箱。另外右前节流阀组由右前单向阀17和右前上升节流阀16串联后再与右前下降节流阀19并联组成，右后节流阀组由右后单向阀23和右后上升节流阀21串联后再与右后下降节流阀22并联组成，左前节流阀组由前悬架单向阀29和左前上升节流阀30串联后再与左前下降节流阀32并联组成，左后节流阀组由左后单向阀25和左后上升节流阀27串联后再与左后下降节流阀26并联组成。另外后两轴单侧油气悬架通过高压硬管或软管连接，并在管路上串联有后越障阀39，后越障阀39可以采用二位二通电磁阀，当后越障阀39处于断电状态，后两轴单侧油气悬架连通形成平衡悬架，当车辆需要通过壕沟或垂直墙等障碍时，后越障阀39处于通电状态，将后两轴单侧油气悬架油路断开，以提升车辆的通过能力。

系统控制方式分为手动控制和自动控制两种模式。自动控制状态下，驾驶员只要操作相应车姿动作按钮，系统就会按照程序设定，通过采集车姿位置信号，达到程序预先设定的状态。当处于手动控制状态下，驾驶员通过控制车姿动作按钮的时间长短来确定油气悬架充放油的时间长短，从而达到控制车姿位置高低的效果。

如图3-6所示，悬架装置控制组合2由主阀回油单向阀11、溢流阀12、卸荷阀13、前悬架控制阀14、右前悬架液压锁15、右前上升节流阀16、右前单向阀17、前轴液体压力传感器18、右前下降节流阀19、后悬架控制阀20、后悬架单向阀28、前悬架单向阀29、左前上升节流阀30、左前悬架液压锁31、左前下降节流阀32、左前单向阀33组成。连通液压锁组合6由后悬架液压锁38和后越障阀39组成。

悬架装置控制组合2和两个连通液压锁组合6均采用插装式电磁阀以减小布置空间，阀块材料采用硬铝合金材料，相较于传统钢材料阀块具有良好的机械性能、优良的抗腐蚀抗氧化性能，同时可以使得整个车姿调节系统重量减重近60％。

悬架装置控制组合2中的主阀回油单向阀11、溢流阀12、卸荷阀13组成系统卸荷回路，可以对系统意外产生的高压和工作循环后系统内部残存高压进行卸荷。主阀回油单向阀11防止系统回油产生倒灌现象逆流回系统，溢流阀12与卸荷阀13并联，用于调节并维持系统正常工作所需压力，卸荷阀13采用二位三通电磁阀，运用背压弹簧进行复位，通过电磁铁的通断电来控制系统油液走向，达到卸荷或建压的目的。如图2所示，电磁铁断电时，卸荷阀13通过弹簧复位p口与a口相连，系统动力源1所产生的高压油通过卸荷阀13直接回到油箱37中，达到卸荷目的；电磁铁通电，卸荷阀13的p口与b口相连，系统动力源1所产生的高压油通过卸荷阀13进入系统达到系统建压的目的。

悬架装置控制组合2采用单向阀与上升节流阀串联后再与下降节流阀相并联的节流阀组形式来调节悬架充放油速度与流量，保证车姿调节过程中的平稳升降。通过如图2所示的连接方法，右前单向阀17和右前上升节流阀16串联后与右前下降节流阀19并联，再共同串联到右一油气悬架4的充放油路；右后单向阀23和右后上升节流阀21串联后与右后下降节流阀22并联，再共同串联到由右二油气悬架5和右三油气悬架7组成的右后油气悬架的充放油路；前悬架单向阀29和左前上升节流阀30串联后与左前下降节流阀32并联，再共同串联到左一油气悬架10的充放油路；左后单向阀25和左后上升节流阀27串联后与左后下降节流阀26并联，再共同串联到由左二油气悬架9和左三油气悬架8组成的左后油气悬架的充放油路。这种连接方式使油气悬架充油时即车姿上升时复合节流装置两条并联油路同时工作，过流面积较大，放油时即车姿下降时带有单向阀的过流通道停止过油，过流面积变小，从而实现了车辆姿态调节时上升迅速和下降平缓的特点。

右前悬架液压锁15、左前悬架液压锁31和后悬架液压锁38均采用两位两通电磁阀的结构形式，其中右前悬架液压锁15和左前悬架液压锁31集成在悬架装置控制组合2中，通过高压软管或硬管分别与右一油气悬架、左一油气悬架连接，两个后悬架液压锁38布置于连通液压锁组合6中，通过阀块内部油道与后两轴悬架缸连接。当车辆正常行驶时，液压锁处于断电状态，用于封闭悬架缸中的高压油，确保悬架系统的正常工作；当需要降低车姿时，液压锁通电，悬架缸中的高压油通过液压锁进入系统并流回油箱。

如图2和图6所示，后越障阀39采用两位两通电磁阀的结构，集成在阀块连通液压锁组合6中，右二油气悬架5和右三油气悬架7之间通过右后管路51连通，左二油气悬架9和左三油气悬架8之间通过左后管路50连通，两个后越障阀39分别串联在左后管路50及右后管路51上，形成平衡悬架结构，需要提出的是当两轴轴距较小时，通过油气悬架的管路连通实现平衡悬架功能对提升车辆行驶性能具有重要作用。本实施方式中，是以三轴车辆为例进行说明，本领域技术人员应当清楚，本发明的连通液压锁组合6适用于多轴车辆的平衡悬架结构，只要车辆同侧的油气悬架之间设置连通液压锁组合6，即可实现平衡悬架及液压闭锁功能。此外，在该实施方式中，悬架液压锁只有一种结构，为了描述上便于区分，将位于第一轴的油气悬架处的悬架液压锁定义为前悬架液压锁，将位于后两轴的油气悬架之间的悬架液压锁定义为后悬架液压锁。后越障阀中的“后”表示该越障阀安装在后两轴的油气悬架之间。

图7表示的为系统在车上布置的连接关系。若液压系统零部件安装在车内，则可通过隔壁接头42及高压软管41将系统与外部的油气悬架相连接，从而构成整个车姿调节系统。

系统工作原理如下：

图2为车姿调节系统不工作时的状态，各电磁阀均处于断电位置。当车辆正常行驶时，后越障阀39处于断电状态，从而后两轴构成了平衡悬架结构，能够有效衰减单轮所受到的来自地面的冲击激励；当车辆进行越障时，后越障阀39通电，将平衡悬架管路断开，确保后两轴油气悬架单独工作，以提高通过能力。

图8为车姿调节系统做上升动作时的原理图，此时动力源36和卸荷阀13先后通电，前悬架控制阀14和后悬架控制阀20也同时通电并调整到右位，压力油将通过动力源36顺序进入各油气悬架，当系统压力大于车辆簧载重量时，车体将实现上升动作。

图9为车姿调节系统做下降动作时的原理图，此时前悬架控制阀14和后悬架控制阀20通电并调整到左位，右前悬架液压锁15、左前悬架液压锁31和两个后悬架液压锁38也同时通电，油气悬架中的压力油将顺序通过调节系统返回油箱37，从而实现车体下降动作。

图10为车姿调节系统做前倾动作时的原理图，此时前悬架控制阀14通电并调整到左位，右前悬架液压锁15、左前悬架液压锁31同时通电，另外后悬架控制阀20通电并调整到右位，使得前轴油气悬架放油，后两轴油气悬架充油，从而实现车体的前倾动作。

图11为为车姿调节系统做后倾动作时的原理图，此时前悬架控制阀14通电并调整到右位，两个后悬架液压锁38同时通电，另外后悬架控制阀20通电并调整到左位，使得前轴油气悬架充油，后两轴油气悬架放油，从而实现车体的后倾动作。

需要说明的是，本领域技术人员可以容易地理解，本发明所涉及的车姿可调油气悬架装置可以上述方式安装在不同类型的车辆上，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种不同形式的更改和改变。

Claims (8)

1.一种模块化车姿调节系统，对车辆的姿态进行调节，该系统由系统动力源、液压装置、油气悬架、电控装置和传感器组成，系统动力源、液压装置和油气悬架通过管路相连接，油气悬架包括至少两个左油气悬架和至少两个右油气悬架，其特征在于：液压装置包括悬架装置控制组合和连通液压锁组合，连通液压锁组合用于实现平衡悬架及液压闭锁功能，悬架装置控制组合主要由溢流阀、卸荷阀、悬架控制阀、右悬架液压锁、左悬架液压锁、右节流阀组和左节流阀组组成，其中溢流阀与卸荷阀并联，卸荷阀为二位三通电磁阀，悬架液压锁为两位两通电磁阀；悬架控制阀为三位三通电磁阀，在断电时处于中位；在卸荷阀的出油口b端通过管路分别与前悬架控制阀和后悬架控制阀的进油端连接，前悬架控制阀和后悬架控制阀的出油端依次串联节流阀组和悬架液压锁。

2.根据权利要求1所述的车姿调节系统，其特征在于：悬架装置控制组合中的节流阀组采用单向阀与上升节流阀串联后再与下降节流阀相并联的形式实现油气悬架充放油速度与流量的控制，保证车姿调节过程中的平稳升降。

3.根据权利要求1所述的车姿调节系统，其特征在于：连通液压锁组合由悬架液压锁和越障阀集成，越障阀和悬架液压锁均为两位两通电磁阀；至少两个右油气悬架之间和至少两个左油气悬架之间分别通过管路连通，所述管路内串联越障阀，形成平衡悬架结构。

4.根据权利要求1所述的车姿调节系统，其特征在于：所述动力源与油箱连接，当动力源工作时将抽取油箱中的油液并提供给车姿调节系统，动力源输出端依次与进油滤和卸荷阀相连。

5.根据权利要求1所述的车姿调节系统，其特征在于：连通液压锁组合包括左油气悬架的连通液压锁组合和右油气悬架的连通液压锁组合，系统动力源的进油口和回油口分别与悬架装置控制组合的进油口和回油口相连，悬架装置控制组合的右前悬架供油口与右一油气悬架相连，左前悬架供油口与左一油气悬架相连，右后悬架供油口与右后油气悬架的连通液压锁组合的进油口相连，左后悬架供油口与左后油气悬架的连通液压锁组合的进油口相连，右后油气悬架的连通液压锁组合的前出油口和右二油气悬架相连，右后油气悬架的连通液压锁组合的后出油口和右三油气悬架相连，左后油气悬架的连通液压锁组合的前出油口和左二油气悬架相连，左后油气悬架的连通液压锁组合的后出油口和左三油气悬架相连。

6.根据权利要求1所述的车姿调节系统，其特征在于：所述传感器包括角度传感器和压力传感器，所述角度传感器为无接触式角度传感器，进行车姿垂直地面方向位移控制，所述压力传感器进行轴荷监测。

7.根据权利要求1所述的车姿调节系统，其特征在于：所述车姿调节系统控制方式分为手动控制和自动控制两种模式，自动控制状态下，驾驶员操作相应的车姿动作按钮，系统按照程序设定，通过采集车姿位置信号，达到程序预先设定的状态；当处于手动控制状态下，驾驶员通过控制车姿动作按钮的时间长短来确定油气悬架充放油的时间长短。

8.根据权利要求1所述的车姿调节系统，其特征在于：所述悬架装置控制组合或连通液压锁组合安装在车内，通过隔壁接头及高压软管将所述车姿调节系统与外部的油气悬架相连接。