CN104154165B - 泵式馈能交联悬架系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泵式馈能交联悬架系统，包括结构相同的四支泵式馈能减振器，其均具有液压发电模块，悬架系统在路面激励下产生油液单向流动，进而驱动液压发电模块进行发电；本发明还可以通过改变交联形式，实现不同的油液流动模式，例如“左右交联、前后连通”、“对角交联”或“单轮自连通”；通过增加控制阀块，还可在上述交联模式之间进行切换，达到不同的车身控制性能。本发明产生的电能可以通过充电管理电路对车载蓄电池进行充电，提高汽车的燃油经济性。此外，通过发电机外接负载控制，可实现悬架半主动控制，同时改善车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性。
Description
技术领域
本发明属于车辆悬架技术领域，具体涉及一种能够对悬架振动能量进行有效回收的泵式馈能交联悬架系统。
背景技术
当车辆在路面上行驶时，来自不平路面的激励，以及转弯、加速、制动等操纵都会造成车辆振动。汽车悬架系统用于抵抗由路面不平、车辆动态的侧倾和俯仰及车辆内部激励产生的作用于底盘和车身之间的垂向力，对车身垂直加速度、侧倾和俯仰运动、动态轮载波动进行限制，属于车辆系统的重要组成部分。
在传统被动悬架中，液压减振器与悬架弹簧平行安装，保证车辆的平顺性、操纵稳定性和安全性。传统减振器大多基于小孔节流原理产生阻尼，将汽车振动动能转化为减振器油液的热能，然后通过各缸体散失到周围环境中。这部分以热量形式散失的能量也来源于发动机的油耗，不仅影响了整车的动力性和燃油经济性，而且热量的产生会造成以下危害：导致减振器油液粘度的变化，进而影响减振器的阻尼特性乃至整车平顺性；加速密封元件的老化以及容易引起油液的空化效应。此外，为主动悬架也被开发出来用于提供显著地性能提升，例如BOSE公司开发的主动悬架。然而，由于能量消耗、成本及可靠性等原因，主动悬架较少用于汽车工业。
基于上述考虑，改变传统悬架“将振动能量转变为热量消耗”的工作模式，对车辆振动能量转变成可以进行回收的能量形式，如电能、液压能等，并同时保障悬架的减振性能，成为底盘技术领域的研究热点。
目前，交联悬架系统得到了日益的关注，日产公司和英菲尼迪公司的部分车型配备了该系统。它与传统的独立悬架和非独立悬架区别较大，能够在提高车辆的操纵稳定性的同时不改变车辆的舒适性。它是一种将车辆四支减振器分别左右交叉，前后联通，在管路中连接蓄能器以便改善。由于管路的流动都是在减振器单元外部，动能大部分转化为热能浪费了。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种泵式馈能交联悬架系统，通过路面不平驱动泵式馈能减振器油液单向流动、油液带动马达旋转，从而使发电机发电，从而对悬架振动能量进行回收。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
如图1所示，一种泵式馈能交联悬架系统，主要包括左前泵式馈能减振器LF、右前泵式馈能减振器RF、左后泵式馈能减振器LR和右后泵式馈能减振器RR；所述的四支泵式馈能减振器的结构相同，均具有液压发电模块，悬架系统在路面激励下产生油液单向流动，进而驱动液压发电模块进行发电；其中，左前泵式馈能减振器出油口LF1、右前泵式馈能减振器进油口RF2、左后泵式馈能减振器出油口LR1和右后泵式馈能减振器进油口RR2通过油管相连；左前泵式馈能减振器进油口LF2、右前泵式馈能减振器出油口RF1、左后泵式馈能减振器进油口LR2和右后泵式馈能减振器出油口RR1通过油管相连。
下面以左前泵式馈能减振器LF为例，对泵式馈能减振器的结构进行介绍：
如图2所示，所述的左前泵式馈能减振器LF包括储油缸9，同轴安装于储油缸9内部的工作缸5，固定在工作缸5下端和储油缸9之间的底阀8，安装在工作缸5上端和储油缸9之间的上阀块4，固定安装在储油缸9的上端的导向套及密封3，穿过导向套及密封3和上阀块4的活塞杆6，活塞杆6下端固定有活塞7，活塞7沿着工作缸5内壁滑动，活塞杆6具有空心腔B，活塞杆6上端伸出储油缸9，活塞杆6上端的空心腔B连接液压马达2的进油口，液压马达2的出油口即为左前泵式馈能减振器出油口LF1，液压马达2的输出轴与发电机1的转子固连，带动发电机1发电；蓄能器10通过液压马达2的内部流道与活塞杆6空心腔B连通；储油缸9外壁设有左前泵式馈能减振器进油口LF2。
所述的导向套及密封3对储油缸9和活塞杆6进行密封和导向；
如图3(b)所示，所述的活塞7将工作缸5分成工作缸上腔C和工作缸下腔E，所述的活塞7具有滑动切换通道，所述的滑动切换通道主要包括上腔通道71、下腔通道72、上弹簧76、下弹簧73和滑阀75，其中，滑阀75弹性连接在上弹簧76与下弹簧73之间，上弹簧76、下弹簧73分别通过上滑阀限位块77和下滑阀限位块74进行限位；滑阀75的上下滑动对上腔通道71、下腔通道72与空心腔B之间的油液通路进行切换；
如图3(a)所示，所述的上阀块4将储油缸9分成储油缸上腔A和储油缸下腔D，所述的储油缸上腔A通过上阀块4的阀孔41、阀片44与工作缸上腔C油液单向流通；常通孔42连通储油缸上腔A和储油缸下腔D，上阀体43外圆与储油缸9内壁固定，上阀体43内圆通过上阀体轴套46与活塞杆6滑动连接。
如图3(c)所示，所述的底阀8上安装有底阀阀片81，储油缸下腔D通过底阀8与工作缸下腔E油液单向连通。
所述的左前泵式馈能减振器LF的工作原理如下：
首先介绍活塞7的滑动切换通道的工作原理，如图4(a)所示，当活塞7处于压缩行程时，滑阀75受到工作缸5内壁向上的摩擦力和工作缸下腔E油液压力作用，沿着活塞杆6向上滑动，关闭上腔通道71，打开下腔通道72，从而工作缸下腔E中的油液通过下腔通道72进入空心腔B；
活塞杆6进入工作缸5，相当于活塞杆体积的油液进入蓄能器10，蓄能器10被压缩；
如图4(b)所示，当活塞7处于复原行程时，滑阀75受到工作缸5内壁向下的摩擦力和工作缸上腔C油液压力作用，沿着活塞杆6向下滑动，关闭下腔通道72，打开上腔通道71，从而工作缸上腔C中的油液通过上腔通道71进入空心腔B；
可见，无论压缩行程还是复原行程，工作缸5油液均流入空心腔B，进而推动液压马达2单向旋转，液压马达2输出轴带动发电机1发电。假设左前泵式馈能减振器出油口LF1和左前泵式馈能减振器进油口LF2联通，则液压马达2的流出油液通过左前泵式馈能减振器出油口LF1和左前泵式馈能减振器进油口LF2进入储油缸9，而储油缸9的油液将进一步通过上阀块4或底阀8对工作缸5进行油液补偿；
压缩行程和复原行程的不同之处在于：压缩行程时活塞杆6进入工作缸5，一部分油液进入蓄能器10，蓄能器10被压缩；复原行程时活塞杆6移出工作缸5，一部分油液从蓄能器10排出，蓄能器10膨胀。
本发明的泵式馈能交联悬架系统的工作原理为：
(1)车辆垂向运动：四支泵式馈能减振器同时被压缩时，各个蓄能器均吸收油液；四支泵式馈能减振器同时复原时，各个蓄能器释放油液；
(2)车辆侧倾运动：以向左侧倾为例，此时左侧两支泵式馈能减振器同时被压缩，右侧两支泵式馈能减振器同时被复原，左侧两支泵式馈能减振器的出油口排出的油液进入右侧两支泵式馈能减振器的储油腔；
(3)车辆俯仰运动：以向前点头为例，前轴两支泵式馈能减振器同时被压缩，后轴两支泵式馈能减振器同时被复原，前轴两支泵式馈能减振器的出油口排出的油液进入后轴两支泵式馈能减振器的储油腔；
(4)无论在哪种运动工况下，四支泵式馈能减振器中的油液均推动液压马达单向旋转，进而带动相应的发电机高效发电；
(5)各发电机产生的电能可以通过充电管理电路对车载蓄电池进行充电，或者直接为汽车电器供电。
本发明还可以通过改变交联形式，实现不同的油液流动模式，例如，图1中为“左右交联、前后连通”，图5为“对角交联”，图6为“单轮自连通”；如图7所示，通过增加控制阀块100，还可在上述交联模式之间进行切换，达到不同的车身控制性能。
值得注意的是，通过控制各个发电机的外接负载，可以对发电机的反电动势进行调节，进而调节液压马达产生的阻力大小，实现减振器阻尼力的控制，即本发明可实现悬架半主动控制，同时改善车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性。
本发明的有益效果在于：
由于采用了独特的具有滑动切换通道的活塞形式，使得交联悬架泵式馈能减振器单元油液始终是单向流动，流经液压马达，类似于液压泵的泵油过程，带动发电机发电，对悬架振动能量进行高效回收；产生的电能可以通过充电管理电路对车载蓄电池进行充电，或者直接为汽车电器供电，提高汽车的燃油经济性。此外，通过发电机外接负载控制，可实现悬架半主动控制，同时改善车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性。
附图说明
图1是本发明的一种实施例，交联模式为“左右交联、前后连通”；
图2是左前泵式馈能减振器LF的一种实施例；
图3(a)是图2中的局部放大图I；
图3(b)是图2中的局部放大图II；
图3(c)是图2中的局部放大图III；
图4(a)为压缩行程时的油液流向；
图4(b)为复原行程时的油液流向；
图5为本发明的又一实施例，交联模式为“对角交联”
图6为本发明的又一实施例，交联模式为“单轮自连通”；
图7为本发明的又一实施例，在各油路之间加入控制阀块，可在各种交联模式之间进行切换。
图中：
LF、左前泵式馈能减振器；RF、右前泵式馈能减振器；
LR、左后泵式馈能减振器；RR、右后泵式馈能减振器；
LF1、LF2、RF1、RF2、LR1、LR2、RR1、RR2分别为LF、RF、LR、RR四支泵式馈能减振器的出油口和进油口；
1、发电机；2、液压马达；3、导向套及密封；4、上阀块；
5、工作缸；6、活塞杆；7活塞；8、底阀；9、储油缸；10、蓄能器；
A、储油缸上腔；B、空心腔；C、工作缸上腔；
D、储油缸下腔；E、工作缸下腔；
41、阀孔；42、常通孔43、上阀体；44、阀片；
45、弹簧；46、上阀体轴套；
71、上腔通道、72、下腔通道；73、下弹簧；74、下滑阀限位块；
75、滑阀；76、上弹簧；77、上滑阀限位块；
81、底阀阀片；100、控制阀块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细介绍。
图1是本发明的一种实施例，其交联模式为“左右交联、前后连通”，主要包括左前泵式馈能减振器LF、右前泵式馈能减振器RF、左后泵式馈能减振器LR和右后泵式馈能减振器RR；所述的四支泵式馈能减振器的结构相同，均具有液压发电模块，悬架系统在路面激励下产生油液单向流动，进而驱动液压发电模块进行发电；其中，左前泵式馈能减振器出油口LF1、右前泵式馈能减振器进油口RF2、左后泵式馈能减振器出油口LR1和右后泵式馈能减振器进油口RR2通过油管相连；左前泵式馈能减振器进油口LF2、右前泵式馈能减振器出油口RF1、左后泵式馈能减振器进油口LR2和右后泵式馈能减振器出油口RR1通过油管相连。
图2是左前泵式馈能减振器LF的一种实施例，可见所述的左前泵式馈能减振器LF包括储油缸9，同轴安装于储油缸9内部的工作缸5，固定在工作缸5下端和储油缸9之间的底阀8，安装在工作缸5上端和储油缸9之间的上阀块4，固定安装在储油缸9的上端的导向套及密封3，穿过导向套及密封3和上阀块4的活塞杆6，活塞杆6下端固定有活塞7，活塞7沿着工作缸5内壁滑动，活塞杆6具有空心腔B，活塞杆6上端伸出储油缸9，活塞杆6上端的空心腔B连接液压马达2的进油口，液压马达2的出油口即为左前泵式馈能减振器出油口LF1，液压马达2的输出轴与发电机1的转子固连，带动发电机1发电；蓄能器10通过液压马达2的内部流道与活塞杆6空心腔B连通；储油缸9外壁设有左前泵式馈能减振器进油口LF2；
所述的导向套及密封3对储油缸9和活塞杆6进行密封和导向。
如图3(b)所示，所述的活塞7将工作缸5分成工作缸上腔C和工作缸下腔E，所述的活塞7具有滑动切换通道，所述的滑动切换通道主要包括上腔通道71、下腔通道72、上弹簧76、下弹簧73和滑阀75，其中，滑阀75弹性连接在上弹簧76与下弹簧73之间，上弹簧76、下弹簧73分别通过上滑阀限位块77和下滑阀限位块74进行限位；滑阀75的上下滑动对上腔通道71、下腔通道72与空心腔B之间的油液通路进行切换。
如图3(a)所示，所述的上阀块4将储油缸9分成储油缸上腔A和储油缸下腔D，所述的储油缸上腔A通过上阀块4的阀孔41、阀片44与工作缸上腔C油液单向流通；常通孔42连通储油缸上腔A和储油缸下腔D，上阀体43外圆与储油缸9内壁固定，上阀体43内圆通过上阀体轴套46与活塞杆6滑动连接。
如图3(c)所示，所述的底阀8上安装有底阀阀片81，储油缸下腔D通过底阀8与工作缸下腔E油液单向连通。
图4(a)为压缩行程时的油液流向，可见当所述的活塞7处于压缩行程时，滑阀75受到工作缸5内壁向上的摩擦力和工作缸下腔E油液压力作用，沿着活塞杆6向上滑动，关闭上腔通道71，打开下腔通道72，从而工作缸下腔E中的油液通过下腔通道72进入空心腔B；所述的活塞杆6进入工作缸5，相当于活塞杆体积的油液进入蓄能器10，蓄能器10被压缩；
图4(b)为复原行程时的油液流向，可见当所述的活塞7处于复原行程时，滑阀75受到工作缸5内壁向下的摩擦力和工作缸上腔C油液压力作用，沿着活塞杆6向下滑动，关闭下腔通道72，打开上腔通道71，从而工作缸上腔C中的油液通过上腔通道71进入空心腔B；
可见，无论压缩行程还是复原行程，工作缸5油液均流入空心腔B，进而推动液压马达2单向旋转，液压马达2输出轴带动发电机1发电。假设左前泵式馈能减振器出油口LF1和左前泵式馈能减振器进油口LF2联通，则液压马达2的流出油液通过左前泵式馈能减振器出油口LF1和左前泵式馈能减振器进油口LF2进入储油缸9，而储油缸9的油液将进一步通过上阀块4或底阀8对工作缸5进行油液补偿；
压缩行程和复原行程的不同之处在于：压缩行程时活塞杆6进入工作缸5，一部分油液进入蓄能器10，蓄能器10被压缩；复原行程时活塞杆6移出工作缸5，一部分油液从蓄能器10排出，蓄能器10膨胀。
本发明的泵式馈能交联悬架系统的工作原理为：
(1)车辆垂向运动：四支泵式馈能减振器同时被压缩时，各个蓄能器均吸收油液；四支泵式馈能减振器同时复原时，各个蓄能器释放油液；
(2)车辆侧倾运动：以向左侧倾为例，此时左侧两支泵式馈能减振器同时被压缩，右侧两支泵式馈能减振器同时被复原，左侧两支泵式馈能减振器的出油口排出的油液进入右侧两支泵式馈能减振器的储油腔；
(3)车辆俯仰运动：以向前点头为例，前轴两支泵式馈能减振器同时被压缩，后轴两支泵式馈能减振器同时被复原，前轴两支泵式馈能减振器的出油口排出的油液进入后轴两支泵式馈能减振器的储油腔；
(4)无论在哪种运动工况下，四支泵式馈能减振器中的油液均推动液压马达单向旋转，进而带动相应的发电机高效发电；
(5)各发电机产生的电能可以通过充电管理电路对车载蓄电池进行充电，或者直接为汽车电器供电。
本发明还可以通过改变交联形式，实现不同的油液流动模式，例如，图1中为“左右交联、前后连通”，图5为“对角交联”，图6为“单轮自连通”；如图7所示，通过增加控制阀块100，还可在上述交联模式之间进行切换，达到不同的车身控制性能。
值得注意的是，通过控制所述的液压发电模块的外接负载，对液压发电模块的反电动势进行调节，进而调节泵式馈能减振器的阻尼力，即本发明可实现悬架半主动控制，同时改善车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性。
上述实施例仅用于说明本发明，其各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (8)
1.一种泵式馈能交联悬架系统，包括左前泵式馈能减振器(LF)、右前泵式馈能减振器(RF)、左后泵式馈能减振器(LR)和右后泵式馈能减振器(RR)；其特征在于：
四支泵式馈能减振器的结构相同，均具有液压发电模块，悬架系统在路面激励下产生油液单向流动，进而驱动液压发电模块进行发电；其中，左前泵式馈能减振器出油口(LF1)、右前泵式馈能减振器进油口(RF2)、左后泵式馈能减振器出油口(LR1)和右后泵式馈能减振器进油口(RR2)通过油管相连；左前泵式馈能减振器进油口(LF2)、右前泵式馈能减振器出油口(RF1)、左后泵式馈能减振器进油口(LR2)和右后泵式馈能减振器出油口(RR1)通过油管相连；
所述的左前泵式馈能减振器(LF)包括储油缸(9)，同轴安装于储油缸(9)内部的工作缸(5)，固定在工作缸(5)下端和储油缸(9)之间的底阀(8)，安装在工作缸(5)上端和储油缸(9)之间的上阀块(4)，固定安装在储油缸(9)的上端的导向套及密封(3)，穿过导向套及密封(3)和上阀块(4)的活塞杆(6)，活塞杆(6)下端固定有活塞(7)，活塞(7)沿着工作缸(5)内壁滑动，活塞杆(6)具有空心腔(B)，活塞杆(6)上端伸出储油缸(9)，活塞杆(6)上端的空心腔(B)连接液压马达(2)的进油口，液压马达(2)的出油口即为左前泵式馈能减振器出油口(LF1)，液压马达(2)的输出轴与发电机(1)的转子固连，带动发电机(1)发电；蓄能器(10)通过液压马达(2)的内部流道与活塞杆(6)空心腔(B)连通；储油缸(9)外壁设有左前泵式馈能减振器进油口(LF2)；
所述的导向套及密封(3)对储油缸(9)和活塞杆(6)进行密封和导向。
2.根据权利要求1所述的一种泵式馈能交联悬架系统，其特征在于：
所述的活塞(7)将工作缸(5)分成工作缸上腔(C)和工作缸下腔(E)，所述的活塞(7)具有滑动切换通道，所述的滑动切换通道主要包括上腔通道(71)、下腔通道(72)、上弹簧(76)、下弹簧(73)和滑阀(75)，其中，滑阀(75)弹性连接在上弹簧(76)与下弹簧(73)之间，上弹簧(76)通过上滑阀限位块(77)进行限位，下弹簧(73)通过下滑阀限位块(74)进行限位；滑阀(75)的上下滑动对上腔通道(71)、下腔通道(72)与空心腔(B)之间的油液通路进行切换。
3.根据权利要求1所述的一种泵式馈能交联悬架系统，其特征在于：
所述的上阀块(4)将储油缸(9)分成储油缸上腔(A)和储油缸下腔(D)，所述的储油缸上腔(A)通过上阀块(4)的阀孔(41)、阀片(44)与工作缸上腔(C)油液单向流通；常通孔(42)连通储油缸上腔(A)和储油缸下腔(D)，上阀体(43)外圆与储油缸(9)内壁固定，上阀体(43)内圆通过上阀体轴套(46)与活塞杆(6)滑动连接。
4.根据权利要求1所述的一种泵式馈能交联悬架系统，其特征在于：
所述的底阀(8)上安装有底阀阀片(81)，储油缸下腔(D)通过底阀(8)与工作缸下腔(E)油液单向连通。
5.根据权利要求2所述的一种泵式馈能交联悬架系统，其特征在于：
当所述的活塞(7)处于压缩行程时，滑阀(75)受到工作缸(5)内壁向上的摩擦力和工作缸下腔(E)油液压力作用，沿着活塞杆(6)向上滑动，关闭上腔通道(71)，打开下腔通道(72)，从而工作缸下腔(E)中的油液通过下腔通道(72)进入空心腔(B)；所述的活塞杆(6)进入工作缸(5)，相当于活塞杆体积的油液进入蓄能器(10)，蓄能器(10)被压缩。
6.根据权利要求2所述的一种泵式馈能交联悬架系统，其特征在于：
当所述的活塞(7)处于复原行程时，滑阀(75)受到工作缸(5)内壁向下的摩擦力和工作缸上腔(C)油液压力作用，沿着活塞杆(6)向下滑动，关闭下腔通道(72)，打开上腔通道(71)，从而工作缸上腔(C)中的油液通过上腔通道(71)进入空心腔(B)。
7.根据权利要求5或6所述的一种泵式馈能交联悬架系统，其特征在于：
无论压缩行程还是复原行程，工作缸(5)油液均流入空心腔(B)，进而推动液压马达(2)单向旋转，液压马达(2)输出轴带动发电机(1)发电。
8.根据权利要求1所述的一种泵式馈能交联悬架系统，其特征在于：
通过控制所述的液压发电模块的外接负载，对液压发电模块的反电动势进行调节，进而调节泵式馈能减振器的阻尼力。
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