CN103953680A - 模块化可调悬挂温度补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于油气悬挂的模块化温度补偿系统，由动力单元、液压装置、油气弹簧、电控装置和传感器等组成。动力单元为液压装置提供动力源，并通过高压硬管或软管连接，液压装置包括车姿调节阀组、补偿控制阀组和补偿油气缸控制阀组，车姿调节阀组用于在车辆短停或在平直路面慢速行驶时调节车辆姿态；补偿控制阀组和补偿油气缸控制阀组用于实现对油气弹簧高压气室充气量的实时调整，用于解决悬挂缸温升后的车体姿态变化。

Description

模块化可调悬挂温度补偿系统

技术领域

本发明涉及一种补偿油气缸控制阀组。属于液压机械和机动车应用领域。

背景技术

油气弹簧(液气弹簧)是以惰性气体作为弹性介质，以油液作为阻尼介质，用于传递作用力和衰减车体冲击振动，缸体具有一定的导向作用，具有典型的非线性工作特性。

现有技术中，除去油气弹簧，常使用的弹性元件种类主要还有：钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、橡胶弹簧和气体弹簧。钢板弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧的单位质量储能比较小，在车辆行驶过程中吸收振动能量很有限，且质量较大；同时弹簧刚度均呈线性特性，不能根据车辆行驶在不同等级路面而发生变化，从而无法实现车辆平顺性的最优化。橡胶弹簧则是利用橡胶本身的弹性来吸收振动能量，但寿命较短，易于老化，所以应用范围较小。气体弹簧一般是以惰性气体(氮)作为弹性介质，刚度曲线呈现出很好的非线性特性；同时它的储能比很大，但其本身只能吸收和释放部分路面激励对车体产生的冲击，要消耗大部分振动能量，满足车辆的行驶要求还需外加减振装置，而且气体弹簧本身也不具有导向作用。

近些年来，油气弹簧的发展有了长足的进步，尤其在车辆制造领域，在一些工程车辆、军用车辆以及高端家用车上都有所应用，与以上几种弹簧形式相比，油气弹簧普遍具有以下特点：

(1)非线性变刚度特性

由于油气弹簧使用高压惰性气体(氮气)充当传统意义上的弹性元件，具有典型的非线性刚度及渐增性特点，所以能够最大限度地满足车辆平顺性及稳定性要求。当车辆在平坦路面行驶时，油气弹簧的相对伸缩量较小，惰性气体所产生的刚度也较小，可以充分满足乘员的舒适性要求；当车辆在起伏地行驶时，动行程增大，使得油气弹簧刚度变大，能够吸收较多的冲击能量，从而保证了乘员的安全性。另外，针对载荷变化较大的车辆，油气弹簧的变刚度特性能够使车身固有频率保持在一个相对稳定的范围，以便提高车辆的平顺性。

(2)非线性变阻尼特性

按不同节流方式所组成的阻尼阀，加装在油气弹簧上，也具有非线性阻尼特性，产生的阻尼力和阻尼系数都随着车架与车桥相对速度的变化而变化。所以在加装阻尼阀后，油气弹簧同时起到了减振器的作用。

(3)车姿调节功能

油气弹簧通过附加一套车姿调节系统，还可以实现车体的升降，前后俯仰和左右倾斜，以便提高车辆的通过性。对于车姿的调节功能通常只有在主动悬挂中才能实现，从而体现出油气弹簧的优越性和良好的发展前景。

现有油气弹簧的不足之处：

为确保油气弹簧具有良好的弹性和阻尼特性，油气弹簧内部通常布置采用小孔节流或缝隙节流等原理的阻尼元件，通过阻尼元件对油液的节流作用达到减少冲击的目的。油气弹簧在长时间使用后，内部油液温度上升，进而导致气体温度上升，由于气体的热膨胀系数较大，就会造成气室体积变大，最终导致车体升高甚至改变油气弹簧自身的工作特性，无法满足使用要求。

发明内容

本发明提供一种补偿油气缸控制阀组，用于实现油气弹簧气量的调整，包含补偿油气缸锁止阀，补偿油气缸充油节流阀，补偿油气缸可调节流阀，补偿油气缸回油控制阀，补偿油气缸回油单向阀，补偿油气缸节流单向阀，补偿油气缸充油控制阀和补偿油气缸压力控制单向减压阀。其中补偿油气缸锁止阀、补偿油气缸回油控制阀和补偿油气缸充油控制阀为两位两通电磁阀，补偿油气缸压力控制单向减压阀和补偿油气缸充油控制阀布置在补偿油气缸控制阀组的进油路上，补偿油气缸回油控制阀和补偿油气缸回油单向阀布置在补偿油气缸控制阀组的回油路上，补偿油气缸锁止阀布置在补偿油气缸充油控制阀和补偿油气缸之间，用于实现补偿油气缸油室和液压系统的通断。通过为补偿油气缸充油控制阀通电可实现对补偿油气缸的充油动作；对补偿油气缸充油控制阀断电，同时顺序为补偿油气缸锁止阀和补偿油气缸回油控制阀通电，可实现对补偿油气缸的放油动作。

进一步，补偿油气缸充油节流阀和补偿油气缸节流单向阀串联，再与补偿油气缸可调节流阀并联组成节流阀组，用于调节补偿油气缸充放油的油液流速控制压力误差及防止过度充放油。

补偿油气缸控制阀组中的电磁阀采用插装式电磁阀，阀块材料采用硬铝合金材料。

附图说明

图1为单个油气弹簧温度自动补偿原理图；

图2为温度自动补偿系统功能单元组成原理图；

图3为温度自动补偿系统控制原理图；

图4为车辆一组油气弹簧温度自动补偿系统原理图；

图5为带有阻尼实时调节系统的温度自动补偿系统；

图6为阻尼实时调节阀块组成；

图7为补偿油气缸控制阀组原理图；

图8为车姿调节阀组原理图；

图9为补偿控制阀组原理图。

图中：1-动力单元，2-主压力传感器，3-车姿调节阀组，4-车高位移传感器，5-油气弹簧压力传感器，6-油气弹簧，7-油气弹簧温度传感器，8-带有减振阀的蓄能器，9-液控气动阀，10-阀端快换接头，11-补偿控制阀组，12-油缸端快换接头，13-补偿油气缸，14-补偿油气缸压力传感器，15-补偿油气缸温度传感器，16-补偿油气缸控制阀组，17-倾角传感器，18-油箱，19-泵驱动动力源，20-主油滤，21-回油滤，22-泵，23-车姿充油控制阀，24-车姿节流单向阀，25-车姿充油节流阀，26-车姿锁止阀，27-车姿回油单向阀，28-车姿回油控制阀，29-补偿充油控制阀，30-车姿可调节流阀，31-内置减振阀，32-蓄能器，33-补偿回油控制阀，34-补偿回油单向阀，35-补偿油气缸锁止阀，36-补偿油气缸充油节流阀，37-补偿油气缸可调节流阀，38-补偿油气缸回油控制阀，39-补偿油气缸回油单向阀，40-补偿油气缸节流单向阀，41-补偿油气缸充油控制阀，42-补偿油气缸压力控制单向减压阀，43-系统压力控制阀，44-系统回油单向阀，45-系统主控制阀，46-第一油气弹簧，47-第一油气弹簧蓄能器，48-第二油气弹簧，49-第二油气弹簧蓄能器，50-第三油气弹簧，51-第三油气弹簧蓄能器，52-补偿油气缸流量计，53-第一阻尼可调蓄能器，54-第二阻尼可调蓄能器，55-第三阻尼可调蓄能器，56-比例流量阀，57-单向阀，58-节流阀，59-压力温度比较器，60-车速传感器，61-车速与悬挂速度比较器，62-阻尼控制比较器

具体实施方式

下面结合附图对液控气动阀做详细描述：

图1为单个油气弹簧温度自动补偿系统原理图。系统由动力单元1，主压力传感器2，车姿调节阀组3，车高位移传感器4，油气弹簧压力传感器5，油气弹簧6，油气弹簧温度传感器7，带有减振阀的蓄能器8，液控气动阀9，阀端快换接头10，补偿控制阀组11，油缸端快换接头12，补偿油气缸13，补偿油气缸压力传感器14，补偿油气缸温度传感器15，补偿油气缸控制阀组16，倾角传感器17组成。

动力单元1通过高压硬管或软管分别与车姿调节液压系统及温度补偿液压控制部分进油口连接，并为其提供动力源，车姿调节液压系统主要由车姿调节阀组3构成，温度补偿液压控制部分主要由补偿控制阀组11和补偿油气缸控制阀组16构成。主压力传感器2布置在液压系统的主充油路上，用于监测系统正常工作压力。当需要进行车姿调节时，电控装置通过采集车高位移传感器4的信息控制车姿调节阀组3，用于实现车辆短停或在平直路面慢速行驶时车体姿态的调整，车姿调节阀组3出油口与油气弹簧油缸连接，可通过车姿锁止阀26将油气弹簧内部的高压油与液压系统低压管路闭锁隔离。车高位移传感器4布置在油气弹簧附近，用于测量车体距地面高度，可以根据使用需要选择位移传感器，角位移传感器或内置位移传感器，通过测量摆臂或上下横臂的转角和相对位移来确定车体位置。油气弹簧压力传感器5及油气弹簧温度传感器7分别用来测量油气弹簧工作时气缸内部的气体压力和温度，用以确定补偿油气缸内的压力。带有减振阀的蓄能器8用于缓解油气弹簧所受地面冲击，起到对车体减振的作用。液控气动阀9通过相应的管路将油气弹簧蓄能器和补偿油气缸气室端相连接，补偿控制阀组11与液控气动阀9的控制端连接，通过控制补偿控制阀组11可实现对液控气动阀9的开闭控制，从而实现油气弹簧蓄能器和补偿油气缸气室端的通断，达到对悬挂气室进行气量调节的目的。在系统维护时只要将补偿油气缸内的压力释放掉并断开阀端快换接头10和油缸端快换接头12，即可对系统其他零部件进行维护。根据与之相连的油气弹簧6的受力情况及所使用补偿油气缸的压缩比确定补偿油气缸13的初始充气压力，补偿油气缸控制阀组16与补偿油气缸的油室连接，可实现对补偿油气缸的充放油动作。在系统上电后通过控制补偿油气缸控制阀组16内各个电磁阀的通断调整补偿油气缸压力至油气弹簧内压力值，温度补偿系统开始工作后会采集补偿油气缸压力传感器14和补偿油气缸温度传感器15的值并与油气弹簧压力传感器5及油气弹簧温度传感器7相比较并控制补偿油气缸控制阀组16对补偿油气缸13的压力进行调整，以保证在液控气动阀9开锁前油气弹簧蓄能器内的压力和补偿油气缸气室端的压力相同，不会出现车体突然“跳动”的情况。倾角传感器17用于监测车体是否水平，同时在温度补偿系统工作时进行辅助控制。

图2为温度自动补偿系统功能单元组成原理图。油箱18，泵驱动动力源19，主油滤20，回油滤21，泵22，系统压力控制阀43，系统回油单向阀44，系统主控制阀45组成了动力单元1。油箱18，主油滤20，回油滤21，泵22根据所装配车辆使用工况及使用要求的不同进行合理匹配，泵22的额定工作压力需要高于系统正常工作的工作压力。对于只使用液压驱动的系统，可以只配用于液压驱动的油泵，泵的种类可以根据可调油气悬挂系统进行匹配。根据所选泵的功率不同，可以选择相应泵驱动动力源19的类别，对于大功率系统可以选择利用发动机与离合器组合进行驱动，对于功率较小的系统，可以选择电动机进行驱动。对于同时使用液压驱动和机械驱动的系统，可以根据系统需要选择相应的泵马达系统，如结合转向系统的可调油气悬挂系统，同上所述，可以根据系统要求进行合理参数匹配。本专利中系统压力控制阀43为直动溢流阀，通过手动调节保证系统工作压力稳定；系统回油单向阀44防止系统回油量过大时产生“倒灌”影响系统性能；系统主控制阀45为两位三通电磁阀，通过电气控制系统控制油液流向，实现系统工作与怠速状态的切换。

车姿充油控制阀23，车姿节流单向阀24，车姿充油节流阀25，车姿锁止阀26，车姿回油单向阀27，车姿回油控制阀28，车姿可调节流阀30组成了车姿调节阀组3，其中车姿充油控制阀23，车姿锁止阀26和车姿回油控制阀28为两位两通电磁阀结构，车姿充油控制阀23布置在车姿调节阀组3的进油路上，车姿锁止阀26布置在车姿充油控制阀23和油气弹簧之间，车姿回油控制阀28和车姿回油单向阀27布置在车姿调节阀组3的回油路上。本专利中所使用油气弹簧在调节过程中只需要对主油腔进行充放油操作，因此系统所使用车姿调节阀组3组成较为简单。对于需要同时对主油腔和环形腔进行充放油以达到调节车姿目的的车辆油气悬挂系统，其车姿控制阀组会较为复杂，但原理基本相同。电气控制系统通过为车姿充油控制阀23通电可实现对油气弹簧6的充油动作来使车辆底盘上升，通过为车姿锁止阀26和车姿回油控制阀28顺序通电可实现对油气弹簧6进行放油动作使车辆底盘下降。系统采用了由车姿节流单向阀24与车姿充油节流阀25串联，再与车姿可调节流阀30并联组成的节流阀组来分别控制油气弹簧充油和放油的油液流速，达到保证车辆平稳升降的目的。车姿回油单向阀27保证与之相连的单个油气弹簧或单组油气弹簧的回油不会受到其它油气弹簧回油的冲击。

内置减振阀31，蓄能器32组成带有减振阀的蓄能器8，缓解地面对油气弹簧的冲击，减少车体振动。图2中的减振阀为机械式阻尼恒定减振阀，根据车辆不同需要，可以选择具有阻尼调节功能的减振阀或外置减振阀，如图5中所示。

补偿控制阀组11由补偿充油控制阀29，补偿回油控制阀33，补偿回油单向阀34组成，其中补偿充油控制阀29和补偿回油控制阀33通常为两位两通电磁阀，补偿充油控制阀29布置在补偿控制阀组11的进油路上，补偿回油控制阀33和补偿回油单向阀34布置在补偿控制阀组11的回油路上，主要作用是通过电控装置为补偿充油控制阀29通电，可实现液压系统对液控气动阀9控制端的加压控制，达到连通蓄能器32和补偿油气缸13气室的目的；欲结束对液控气动阀9控制端的加压控制，首先为补偿充油控制阀29断电，之后为补偿回油控制阀33通电，将管路中的压力油卸回到油箱。

补偿油气缸控制阀组16包含补偿油气缸锁止阀35，补偿油气缸充油节流阀36，补偿油气缸可调节流阀37，补偿油气缸回油控制阀38，补偿油气缸回油单向阀39，补偿油气缸节流单向阀40，补偿油气缸充油控制阀41，补偿油气缸压力控制单向减压阀42，其中补偿油气缸锁止阀35、补偿油气缸回油控制阀38和补偿油气缸充油控制阀41为两位两通电磁阀，补偿油气缸压力控制单向减压阀42和补偿油气缸充油控制阀41布置在补偿油气缸控制阀组16的进油路上，补偿油气缸回油控制阀38和补偿油气缸回油单向阀39布置在补偿油气缸控制阀组16的回油路上，补偿油气缸锁止阀35布置在补偿油气缸充油控制阀41和补偿油气缸之间，用于实现补偿油气缸油室和液压系统的通断。通过为补偿油气缸充油控制阀41通电可实现对补偿油气缸13的充油动作，从而压缩缸内的高压惰性气体达到调节补偿油气缸13内部压力的目的；调节压力结束后，为补偿油气缸充油控制阀41断电，同时顺序为补偿油气缸锁止阀35和补偿油气缸回油控制阀38通电，可实现对补偿油气缸13的放油动作，从而将缸内压力油卸回到油箱。补偿油气缸充油节流阀36和补偿油气缸节流单向阀40串联，再与补偿油气缸可调节流阀37并联组成的节流阀组用于调节补偿油气缸13充放油的油液流速控制压力误差及防止过度充放油。在系统工作过程中，电气控制系统会采集同组的油气弹簧和补偿油气缸内部的压力和温度，并通过压力温度比较器59进行比较来控制补偿油气缸压力控制单向减压阀42开口大小，使得补偿油气缸内部的气体压力与油气弹簧内部气体压力基本相同，防止在液控气动阀开阀时产生车体“跳动”现象。

车姿调节阀组3、补偿油气缸控制阀组16和补偿控制阀组11中的电磁阀采用插装式电磁阀，阀块材料采用硬铝合金材料。

图3为温度自动补偿系统控制原理。车辆上电后，电气控制系统通过控制相应电磁阀可对补偿系统初始化，通过调整使补偿油气缸内压力和相连的油气弹簧工作压力相同。在车辆行驶过程中，电气系统会通过倾角传感器监测车体的绝对倾角，来判断车辆所处地面的坡度情况，车高位移传感器则实时监测车体高度，当达到系统预设的补偿系统工作阈值后补偿系统开始自动工作，通过控制电磁阀的通断电实现调节悬挂气室气量进而调节车体高度的目的。同时检测油气悬挂压力、温度，车体高度、车辆行驶速度等各项参数，当调节满足系统预设控制范围时，系统自动停止工作。

图4为车辆一组油气弹簧温度自动补偿系统原理。对于某些多轴车辆或履带车辆来说，通过将其不同的油气悬挂进行分组控制，可以实现更多车辆姿态调节动作。第一油气弹簧46，第二油气弹簧48，第三油气弹簧50并联后与车姿调节阀组3相连，电气控制系统可以通过控制车姿调节阀组来同时控制本组三个油气弹簧的充放油动作。第一油气弹簧蓄能器47，第二油气弹簧蓄能器49和第三油气弹簧蓄能器51并联后通过高压气管、快换接头及液控气动阀与补偿油气缸13相连。电气控制系统通过检测补偿油气缸流量计52来控制本组油气弹簧蓄能器内充放气量，达到控制车辆高度的目的。

图5和图6分别为带有阻尼实时调节系统的温度自动补偿系统和阻尼实时调节阀块。对比图4可知图5中根据车辆使用要求的不同将原第一油气弹簧蓄能器47，第二油气弹簧蓄能器49更换为第一阻尼可调蓄能器53，第二阻尼可调蓄能器54。第三阻尼可调蓄能器55根据车辆系统匹配要求采用了机械式减振器。以第二阻尼可调蓄能器54为例，阻尼可调系统包括执行机构和电气系统，执行机构包含比例流量阀56，单向阀57，节流阀58，三者为并联关系。电气系统包括车速传感器60、车高位移传感器4、车速与悬挂速度比较器、阻尼控制比较器、倾角传感器17，所述电气系统通过车速传感器60和车高位移传感器4分别采集车速信号VO和车高位移信号S，并将车高位移信号S通过微分转换成悬挂跳动速度信号w及加速度信号dw，通过车速与悬挂速度比较器61对车速信号VO、悬挂跳动速度信号w和悬挂跳动加速度信号dw进行处理后，再经过阻尼控制比较器62与通过倾角传感器17所采集的车体不平度信号及不平度变化加速度信号进行比较，形成比例流量阀56的控制参数，控制其开口大小进而达到控制油气弹簧阻尼力大小的目的。

需要说明的是，本领域技术人员可以容易地理解，本发明所涉及的补偿油气缸控制阀组可以上述方式安装在不同类型的车辆上，虽然具体实施方式中只介绍了模块化阀组的一种组成形式，但本领域技术人员很容易想到对其中的电磁阀类型和组成形式进行适当变换就可以实现油气悬挂车姿调整和气量调节功能，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 (7)

1.一种模块化可调悬挂温度补偿系统，对车辆的姿态进行调节，该系统包括动力单元、液压装置、油气弹簧、电控装置和传感器，动力单元、液压装置和油气弹簧通过管路相连接，其特征在于：动力单元为液压装置提供动力源，并通过高压硬管或软管连接，液压装置包括车姿调节阀组、补偿控制阀组、补偿油气缸控制阀组、补偿油气缸和液控气动阀，主压力传感器布置在液压系统的主充油路上，用于监测系统正常工作压力，车姿调节阀组与油气弹簧油缸连接，液控气动阀通过管路将油气弹簧蓄能器和补偿油气缸气室端相连接，补偿控制阀组与液控气动阀控制端连接，通过控制补偿控制阀组可实现对液控气动阀的开闭控制，从而实现油气弹簧蓄能器和补偿油气缸气室端的通断，补偿油气缸控制阀组与补偿油气缸的油室连接，可实现对补偿油气缸的充放油动作。

2.根据权利要求1所述的模块化可调悬挂温度补偿系统，其特征在于：车姿调节阀组主要由车姿充油控制阀，车姿节流单向阀，车姿充油节流阀，车姿锁止阀，车姿回油单向阀，车姿回油控制阀，车姿可调节流阀组成，其中车姿充油控制阀，车姿锁止阀和车姿回油控制阀为两位两通电磁阀结构，车姿充油控制阀布置在车姿调节阀组的进油路上，车姿锁止阀布置在车姿充油控制阀和油气弹簧之间，车姿回油控制阀和车姿回油单向阀布置在车姿调节阀组的回油路上。电气控制系统通过对车姿充油控制阀通电可实现油气弹簧的充油动作来使车辆底盘上升，通过顺序对车姿锁止阀和车姿回油控制阀通电来对油气弹簧进行放油动作使车辆底盘下降。

3.根据权利要求1所述的模块化可调悬挂温度补偿系统，其特征在于：补偿控制阀组由补偿充油控制阀，补偿回油控制阀和补偿回油单向阀组成，其中补偿充油控制阀和补偿回油控制阀通常为两位两通电磁阀，补偿充油控制阀布置在补偿控制阀组的进油路上，补偿回油控制阀和补偿回油单向阀布置在补偿控制阀组的回油路上，主要作用是通过电控系统为补偿充油控制阀通电，可实现液压系统对液控气动阀控制端的加压控制；对补偿充油控制阀断电，再对补偿回油控制阀通电，可结束对液控气动阀控制端的加压控制。

4.根据权利要求1所述的模块化可调悬挂温度补偿系统，其特征在于：补偿油气缸控制阀组包含补偿油气缸锁止阀，补偿油气缸充油节流阀，补偿油气缸可调节流阀，补偿油气缸回油控制阀，补偿油气缸回油单向阀，补偿油气缸节流单向阀，补偿油气缸充油控制阀和补偿油气缸压力控制单向减压阀。其中补偿油气缸锁止阀、补偿油气缸回油控制阀和补偿油气缸充油控制阀为两位两通电磁阀，补偿油气缸压力控制单向减压阀和补偿油气缸充油控制阀布置在补偿油气缸控制阀组的进油路上，补偿油气缸回油控制阀和补偿油气缸回油单向阀布置在补偿油气缸控制阀组的回油路上，补偿油气缸锁止阀布置在补偿油气缸充油控制阀和补偿油气缸之间，用于实现补偿油气缸油室和液压系统的通断。通过为补偿油气缸充油控制阀通电可实现对补偿油气缸的充油动作；对补偿油气缸充油控制阀断电，同时顺序为补偿油气缸锁止阀和补偿油气缸回油控制阀通电，可实现对补偿油气缸的放油动作。

5.根据权利要求1所述的模块化可调悬挂温度补偿系统，其特征在于：所述车高位移传感器布置在油气弹簧附近，用于测量车体距地面高度，可以根据使用需要选择位移传感器，角位移传感器或内置位移传感器，通过测量摆臂或上下横臂的转角和相对位移来确定车体位置。

6.根据权利要求1所述的模块化可调悬挂温度补偿系统，其特征在于：所述油气弹簧压力传感器及油气弹簧温度传感器分别用来测量油气弹簧工作时气缸内部的气体压力和温度，用以确定补偿油气缸内的压力。带有减振阀的蓄能器用于缓解油气弹簧所受地面冲击，起到对车体减振的作用。

7.根据权利要求1所述的模块化可调悬挂温度补偿系统，其特征在于：对于某些多轴车辆或履带车辆来说，通过将其不同的油气悬挂进行分组控制，可以实现更多车辆姿态调节动作。所述第一油气弹簧，第二油气弹簧，第三油气弹簧并联后与车姿调节阀组相连，电控装置可以通过控制车姿调节阀组来同时实现本组三个油气弹簧的充放油动作。第一油气弹簧蓄能器，第二油气弹簧蓄能器和第三油气弹簧蓄能器并联后通过高压气管、快换接头及液控气动阀与补偿油气缸相连。