CN104373497B - 一种并联式液电馈能悬架系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联式液电馈能悬架系统，该系统是由若干个液压作动缸模块(1)并联一套液‑电能量转化模块(31)和控制与储能模块(28)组成，每个液压作动缸模块匹配弹性元件构成用于连接一个车轮与车架的悬架子系统。本发明可将由路面不平度引起的振动能量部分转化为电能，系统所需的用于衰减振动的阻尼力主要由发电机工作时产生的反电动式力提供。因此，通过对发电机工况的控制可实现悬架系统的主动、半主动控制。同时，车辆各悬架子系统的阻尼力可通过液压管路进行传递，配合相应的控制策略可以实现车身姿态的动态控制，使得车辆具有更好操控稳定性和驾乘舒适性。

Description

一种并联式液电馈能悬架系统

技术领域

本发明涉及车辆悬架系统，特别是涉及一种由多个液电式馈能减振器并联的液电馈能悬架系统。

背景技术

车辆在路面上行驶时，由于路面不平度以及车辆的加减速、转向等操作会导致车辆簧载质量与非簧载质量之间产生相对运动，而车辆减振器是通过阻尼小孔的方式将这部分激励能转化为热能耗散到大气中，从而快速衰减车辆的振动。如果能够将这些能量部分回收并加以利用，则可以降低汽车能耗，从而实现节约能源的目的。本发明正是基于这样一种思想，即用具有能量回收功能的减振器替代传统的减振器，回收部分原本被减振器所耗散的能量，实现一条新的汽车节能途径。

目前公开的液电式馈能减振器(ZL 2010 2 0117853.0)是以一个液压作动缸与一套液压整流阀构成的封闭式系统，其中的液压止回桥结构，其压缩行程与伸张形成均能回收能量，但是减振器压缩行程的阻尼力大于伸张行程阻尼力，并且难以实现分别调节，不利于车辆的平顺性控制。而本发明所涉及的液电馈能型悬架系统采用分回路控制，即压缩行程用阀体调节阻尼，伸张行程用电机控制调节阻尼，可改善原液电馈能式减振器的原理缺陷。另外，本发明采用多个活塞单元共用一套机电单元的方式，在降低产品成本的同时还可实现车身姿态动态控制的功能，能更好的改善车辆操控稳定性和驾乘舒适性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够应用于绝大多数车型的并联式液电馈能悬架系统，该系统是由多个结构简单、高效、便于安装维护的液压作动缸模块与一个液-电能量转化模块并联而成。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明提供的一种并联式液电馈能悬架系统，其由多个具有双向筒式减振器特征的液压作动缸模块并联在一个包含完全整流桥特征的液-电能量转化模块上的结构，所述多个液压作动缸模块均通过有杆腔外接油管和无杆腔外接油管配合相连。

所述的并联式液电馈能悬架系统，可以由两个具有双向筒式减振器特征的液压作动缸模块并联在一个包含完全整流桥特征的液-电能量转化模块上的结构，所述两个液压作动缸模块通过有杆腔外接油管和无杆腔外接油管配合相连。

所述液压作动缸模块，主要由活塞推杆、导向器、储油缸、工作缸、活塞、油封、油封弹簧和底阀总成组成，其中：活塞采用不含有阻尼孔和阀片的活塞；导向器设有内置流道，该内置流道与布置在储油缸与工作缸之间的伸张行程管路相连；底阀总成由补偿阀、压缩阀座、压缩阀、压缩阀弹簧座和具有中空结构的压缩阀杆组成；与储油缸相连的储油缸座，其内部设有与压缩阀杆相连的油道，其外部通过有杆腔油管连接法兰和无杆腔油管连接法兰分别与有杆腔外接油管和无杆腔外接油管相连。

在储油缸内需预充压力在0.2～0.7MPa的加压气体。

所述液-电能量转化模块，主要由蓄能器、液压马达、发电机、转速传感器、压力传感器、完全整流阀块和多个单向阀组成，其中：第1至第4单向阀构成一组完全整流桥并安装在完全整流阀块上，该完全整流桥通过阀块无杆腔油管法兰、阀块有杆腔油管法兰、有杆腔外接油管和无杆腔外接油管与第1液压作动缸模块连接；第5单向阀、第6单向阀、第7单向阀和第8单向阀构成另一组完全整流桥并安装在完全整流阀块上，该完全整流桥与第2液压作动缸模块匹配；蓄能器、转速传感器、压力传感器以及通过联轴器联接的液压马达、发电机安装在完全整流阀块上。

本发明提供的另一种并联式液电馈能悬架系统，其由多个具有单筒式油气减振器特征的液压作动缸模块并联在一个包含部分整流桥特征的液-电能量转化模块上的结构，所述多个液压作动缸模块通过有杆腔外接油管和无杆腔外接油管配合相连。

所述的并联式液电馈能悬架系统可以由两个具有单筒式油气减振器特征的液压作动缸模块并联在一个包含部分整流桥特征的液-电能量转化模块上的结构，所述两个液压作动缸模块通过有杆腔外接油管和无杆腔外接油管配合相连。

所述液压作动缸模块主要由活塞推杆、伸张行程管路、工作缸、活塞、浮动活塞、活塞压缩阀和压缩行程管路组成，其中：活塞推杆采用中空管，其内部布置压缩行程管路，压缩行程管路空心活塞推杆之间的间隙构成伸张行程管路，压缩行程管路和伸张行程管路均与活塞推杆铰链相连；在活塞推杆铰链上布置有杆腔油管连接法兰和无杆腔油管连接法兰，该两法兰分别与有杆腔外接油管和无杆腔外接油管相连。

所述液-电能量转化模块主要由蓄能器、液压马达、发电机、转速传感器、压力传感器、部分整流阀块和多个单向阀组成，其中：第9单向阀和第10单向阀构成一组部分整流桥并安装在部分整流阀块上，该部分整流桥通过有杆腔外接油管和无杆腔外接油管与第1液压作动缸模块连接；第11单向阀和第12单向阀构成另一组部分整流桥并安装在部分整流阀块上，该部分整流桥与第2液压作动缸模块匹配；蓄能器、转速传感器和压力传感器安装在部分整流阀块上；液压马达和发电机安装在部分整流阀块上，其间通过联轴器联接。

所述浮动活塞上部存贮有压缩气体。

本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：

其一，能够分别对减振器的伸张行程和压缩行程的阻尼了进行控制，以满足在不同路况下悬架系统对减振器的特殊性能需求。

其二，多个液压缸模块并联，有利于提高系统液压流流量，稳定发电机转速。共用一套液-电能量转化模块可降低整车悬架系统成本。

其三，各车轮悬架系统通过液压管路联接，可实现悬架刚度及阻尼的传递，经过合理的控制，可实现车身姿态的动态主动控制，有利于提高车辆的操控稳定性和驾乘舒适性。

附图说明

图1是本发明的双向筒式减振器完全整流桥的原理示意图。

图2是本发明的双向筒式减振器完全整流桥的结构实例图。

图3是本发明的单筒式油气减振器部分整流桥的原理示意图。

图4是本发明的单筒式油气减振器部分整流桥的结构实例图。

图中：1-第1液压作动缸模块，2-活塞推杆铰链，3-活塞推杆，4-导向器，5-伸张行程管路，6-储油缸，7-工作缸、8-活塞，9-补偿阀、10-压缩阀座，11-缸体铰链，12-低压蓄能器，13-压缩阀，14-无杆腔油管，15-有杆腔油管，16-第1单向阀，17-第2单向阀，18-第3单向阀，19-第4单向阀，20-蓄能器，21-液压马达，22-联轴器，23-发电机，24-第5单向阀，25-第6单向阀，26-第7单向阀，27-第8单向阀，28-控制与储能模块，29-蓄电池，30-控制模块，31-液-电能量转化模块，32-第2液压作动缸模块，33-有杆腔油管法兰，34-油封，35-油封弹簧，36-防尘罩，37-加压气体，38-压缩阀杆，39–压缩阀弹簧座，40-储油缸盖，41-无杆腔油管法兰，42-阀块无杆腔油管法兰，43-阀块有杆腔油管法兰，44-转速传感器，45-压力传感器，46-完全整流阀块，47-浮动活塞，48-活塞压缩阀，49-第9单向阀，50-第10单向阀，51-第11单向阀，52-第12单向阀，53-压缩行程管路，54-部分整流阀块。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例1.一种并联式液电馈能悬架系统

该实施例1提供的并联式液电馈能悬架系统，是一种如图1和图2所示的由2个具有双向筒式减振器特征的液压作动缸模块并联在一个包含完全整流桥特征的液-电能量转化模块上的结构，两模块通过有杆腔外接油管15和无杆腔外接油管14配合相连。

所述第1液压作动缸模块1是由双向筒式减振器改造而成，该液压作动缸模块由活塞推杆铰链2、活塞推杆3、导向器4、伸张行程管路5、储油缸6、工作缸7、活塞8、补偿阀9、压缩阀座10、缸体铰链11、压缩阀13、有杆腔油管法兰33、油封34、油封弹簧35、防尘罩36、加压气体37、压缩阀杆38、压缩阀弹簧座39、储油缸盖40和无杆腔油管法兰41组成，其中：活塞8、导向器4、储油缸座40、压缩阀杆38需做相应改型，其余部分零件可保持原双向筒式减振器结构尺寸和装配工艺不变。具体实施方案是：将原活塞8上的阻尼孔和阀片全部去除；导向器4需内置流道并可与伸张行程管路5相连，伸张行程管路5需布置在储油缸6与工作缸7之间；在储油缸6内需预充压力在0.2～0.7MPa的加压气体37(如惰性气体或空气)，被封闭在储油缸内的加压气体37能实现图1中低压蓄能器12的容积调节功能。底阀总成由补偿阀9、压缩阀座10、压缩阀13、压缩阀杆38、压缩阀弹簧座39组成，除压缩阀杆38改为中空结构外，底阀总成中的其他零部件均可保留，储油缸座40需内置油道与压缩阀杆38相连。储油缸座上布置有杆腔油管连接法兰33和无杆腔油管连接法兰41，它们分别与有杆腔外接油管15和无杆腔外接油管14相连。

所述液-电能量转化模块31由第1单向阀16、第2单向阀17、第3单向阀18、第4单向阀19、蓄能器20、液压马达21、联轴器22、发电机23、第5单向阀24、第6单向阀25、第7单向阀26、第8单向阀27、阀块无杆腔油管法兰42、阀块有杆腔油管法兰43、转速传感器44、压力传感器45和完全整流阀块46组成，其中：第1单向阀16、第2单向阀17、第3单向阀18和第4单向阀19构成一组完全整流桥并安装在完全整流阀块46上，该完全整流桥通过阀块无杆腔油管法兰42、阀块有杆腔油管法兰43、有杆腔外接油管15和无杆腔外接油管14与第1液压作动缸模块连接。第5单向阀24、第6单向阀25、第7单向阀26和第8单向阀27构成另一组完全整流桥并安装在完全整流阀块46上，该完全整流桥与第2液压作动缸模块32匹配。蓄能器20、转速传感器44和压力传感器45安装在完全整流阀块46上。液压马达21和发电机23安装在完全整流阀块46上，其间通过联轴器22联接。这种集成式设计结构紧凑，体积小，重量轻，并且还具有便于安装和能够减少液压油沿程损失的优点。

本发明提供的上述实施例1的并联式液电馈能悬架系统，其工作过程是：以第1液压作动缸模块和第2液压作动缸模块32并联在一个液-电能量转化模块31上的形式为例，两个液压作动缸模块可分别安装在车桥左右两侧车轮附近。以第1单向阀16、第2单向阀17、第3单向阀18、第4单向阀19为其中一组的液压整流桥阀系统为例，当压缩行程时第2单向阀17、第3单向阀18开启，第1单向阀16、第4单向阀19截止，液压油从无杆腔经中空的压缩阀杆38、无杆腔油管14、第3单向阀18、蓄能器20后推动液压马达21做功，随后经第2单向阀17、有杆腔油管15返回有杆腔，压缩行程工作中，当系统压力超过第1液压作动缸模块1中压缩阀13的开启压力时，多余的液压油经压缩阀13进入储油缸进行容积调节；当伸张行程时第2单向阀17、第3单向阀18截止，第1单向阀16、第4单向阀18开启，液压油从有杆腔经导向器4内的流道、伸张行程管路5、有杆腔油管15、第4单向阀19、蓄能器20后推动液压马达21做功，随后经第1单向阀16、无杆腔油管14返回无杆腔，但无杆腔内压力不足时，储油箱内油液打开补偿阀9进入无杆腔进行容积调节；此时由液压马达21带动发电机23做功，由发电机23提供系统所需的大部分阻尼力并回收振动能量。另一组液压整流桥阀系统的工作过程与之相同。

实施例2.第二种并联式液电馈能悬架系统

该实施例2提供的并联式液电馈能悬架系统，是一种如图3和图4所示的由2个具有单筒式油气减振器特征的液压作动缸模块并联在一个包含部分整流桥特征的液-电能量转化模块上的结构，两模块通过有杆腔外接油管15和无杆腔外接油管14配合相连。

所述第1液压作动缸模块1是由单筒式油气减振器改造而成，该液压作动缸模块由活塞推杆3、伸张行程管路5、工作缸7、活塞8、浮动活塞47、活塞压缩阀48和压缩行程管路53组成，其中：活塞推杆3可采用中空管，其内部布置压缩行程管路53。活塞8保留原压缩阀48的阀片和弹簧，内部改造流道与中空活塞推杆3的伸张行程管路5相连。活塞推杆铰链2上布置有杆腔油管连接法兰33和无杆腔油管连接法兰41，该两法兰分别与有杆腔外接油管15和无杆腔外接油管14相连。

所述液-电能量转化模块31由蓄能器20、液压马达21、联轴器22、发电机23、转速传感器44、压力传感器45、第9单向阀49、第10单向阀50、第11单向阀51、第12单向阀52和部分整流阀块54组成，其中：第9单向阀49和第10单向阀50构成一组部分整流桥并安装在部分整流阀块54上，该部分整流桥通过有杆腔外接油管15和无杆腔外接油管14与第1液压作动缸模块1连接。第11单向阀51和第12单向阀52构成另一组部分整流桥并安装在部分整流阀块54上，该部分整流桥与第2液压作动缸模块32匹配。蓄能器20、转速传感器44和压力传感器45安装在部分整流阀块54上。液压马达21和发电机23安装在部分整流阀块54上，其间通过联轴器22联接。这种集成式设计结构紧凑，体积小，重量轻，并且还具有便于安装和能够减少液压油沿程损失的优点。

本实施例2所述的并联式液电馈能悬架系统，其液压缸内含有浮动活塞47，该浮动活塞47上部存贮有一部分压缩气体37，其功能是在减振器工作过程中调节有杆腔和无杆腔的容积差，同时为液压系统提供一定的静压力，以保证迅速回油和减少汽蚀现象的发生。活塞推杆3为空心，内置压缩行程管路53。当压缩行程时活塞压缩阀48开启，第9单向阀49、第10单向阀50截止，液压油直接从无杆腔经活塞压缩阀48进入有杆腔，由浮动活塞47进行容积调节；当伸张行程时活塞压缩阀48截止，第9单向阀49、第10单向阀开启，液压油从有杆腔经伸张行程管路5流出，经第9单向阀49、蓄能器20、液压马达21、第10单向阀50后由无杆腔油管14返回无杆腔。另一组液压阀系统的工作过程与之相同。

本发明提供的上述实施例1和实施例2所述的并联式液电馈能悬架系统，其在工作过程中，由控制模块30接收传感器的信息，并根据标定程序控制发电机的负载，从而控制系统的阻尼，同时将回收的电能储备到蓄电池29中，由蓄电池29给车载电气设备供电。所述控制与储能模块28由控制模块30和蓄电池29组成。

本发明涉及一种并联式液电馈能悬架系统，该系统是由若干个液压作动缸模块1并联一套液-电能量转化模块31和控制与储能模块28组成，每个液压作动缸模块匹配弹性元件构成用于连接一个车轮与车架的悬架子系统。本发明可将由路面不平度引起的振动能量部分转化为电能，系统所需的用于衰减振动的阻尼力主要由发电机工作时产生的反电动式力提供。因此，通过对发电机工况的控制可实现悬架系统的主动、半主动控制。

在汽车行驶时，本发明减振器替代传统的减振器提供阻尼力并部分回收原本被传统减振器耗散的能量。通过将各个液压减振器缸体联通，在车辆转弯或经过崎岖路面时，可通过液压管路传递压力，以减小侧倾的压力，平衡车辆转弯时带给内、外双侧的作用力，调整车身姿态，增强车辆的操控稳定性和驾乘舒适性。在野外路况下，液电馈能型平衡悬架并联式液电馈能悬架系统能最大化的发挥悬挂行程，使所有车轮贴近地面，保持车身平衡。

Claims (8)

1.一种并联式液电馈能悬架系统，其特征是由多个具有双向筒式减振器特征的液压作动缸模块并联在一个包含完全整流桥特征的液-电能量转化模块上的结构，所述多个液压作动缸模块均通过有杆腔外接油管和无杆腔外接油管配合相连；该系统将由路面不平度引起的振动能量部分转化为电能，系统所需的用于衰减振动的阻尼力主要由发电机工作时产生的反电动势力提供；所述液-电能量转化模块，主要由蓄能器（20）、液压马达（21）、发电机（23）、转速传感器（44）、压力传感器（45）、完全整流阀块（46）和多个单向阀（19）组成，其中：第1至第4单向阀构成一组完全整流桥并安装在完全整流阀块上，该完全整流桥通过阀块无杆腔油管法兰（42）、阀块有杆腔油管法兰（43）、有杆腔外接油管（15）和无杆腔外接油管（14）与第1液压作动缸模块连接；第5单向阀（24）、第6单向阀（25）、第7单向阀（26）和第8单向阀（27）构成另一组完全整流桥并安装在完全整流阀块上，该完全整流桥与第2液压作动缸模块匹配；蓄能器（20）、转速传感器（44）、压力传感器（45）以及通过联轴器联接的液压马达（21）、发电机（23）安装在完全整流阀块上。

2.根据权利要求1所述的并联式液电馈能悬架系统，其特征是由两个具有双向筒式减振器特征的液压作动缸模块并联在一个包含完全整流桥特征的液-电能量转化模块上的结构，所述两个液压作动缸模块通过有杆腔外接油管和无杆腔外接油管配合相连。

3.根据权利要求1所述的并联式液电馈能悬架系统，其特征是所述液压作动缸模块，主要由活塞推杆（3）、导向器（4）、储油缸（6）、工作缸（7）、活塞（8）、油封（34）、油封弹簧（35）和底阀总成组成，其中：活塞（8）采用不含有阻尼孔和阀片的活塞；导向器（4）设有内置流道，该内置流道与布置在储油缸（6）与工作缸（7）之间的伸张行程管路（5）相连；底阀总成由补偿阀（9）、压缩阀座（10）、压缩阀（13）、压缩阀弹簧座（39）和具有中空结构的压缩阀杆（38）组成；与储油缸（6）相连的储油缸座（40），其内部设有与压缩阀杆（38）相连的油道，其外部通过有杆腔油管连接法兰（33）和无杆腔油管连接法兰（41）分别与有杆腔外接油管（15）和无杆腔外接油管（14）相连；压缩阀（13）布置在工作缸（7）与储油缸（6）之间，无杆腔油管（14）工作缸（7）的无杆腔与阀块无杆腔油管法兰（42），压缩阀（13）与无杆腔油管（14）是并联关系。

4.根据权利要求3所述的并联式液电馈能悬架系统，其特征是在储油缸（6）内需预充压力在0.2~0.7MPa的加压气体（37）。

5.一种并联式液电馈能悬架系统，其特征是由多个具有单筒式油气减振器特征的液压作动缸模块并联在一个包含部分整流桥特征的液-电能量转化模块上的结构，所述多个液压作动缸模块通过有杆腔外接油管和无杆腔外接油管配合相连；

所述液-电能量转化模块主要由蓄能器（20）、液压马达（21）、发电机（23）、转速传感器（44）、压力传感器（45）、部分整流阀块（54）和多个单向阀组成，其中：第9单向阀（49）和第10单向阀（50）构成一组部分整流桥并安装在部分整流阀块上，该部分整流桥通过有杆腔外接油管（15）和无杆腔外接油管（14）与第1液压作动缸模块连接；第11单向阀（51）和第12单向阀（52）构成另一组部分整流桥并安装在部分整流阀块上，该部分整流桥与第2液压作动缸模块匹配；蓄能器（20）、转速传感器（44）和压力传感器（45）安装在部分整流阀块上；液压马达（21）和发电机（23）安装在部分整流阀块上，其间通过联轴器（22）联接。

6.根据权利要求5所述的并联式液电馈能悬架系统，其特征是由两个具有单筒式油气减振器特征的液压作动缸模块并联在一个包含部分整流桥特征的液-电能量转化模块上的结构，所述两个液压作动缸模块通过有杆腔外接油管和无杆腔外接油管配合相连。

7.根据权利要求5所述的并联式液电馈能悬架系统，其特征是所述液压作动缸模块主要由活塞推杆（3）、伸张行程管路（5）、工作缸（7）、活塞（8）、浮动活塞（47）、活塞压缩阀（48）和压缩行程管路（53）组成，其中：活塞推杆（3）采用中空管，其内部布置压缩行程管路（53），压缩行程管路（53）空心活塞推杆（3）之间的间隙构成伸张行程管路（5），压缩行程管路（53）和伸张行程管路（5）均与活塞推杆铰链（2）相连；在活塞推杆铰链（2）上布置有杆腔油管连接法兰（33）和无杆腔油管连接法兰（41），该两法兰分别与有杆腔外接油管（15）和无杆腔外接油管（14）相连。

8.根据权利要求7所述的并联式液电馈能悬架系统，其特征是所述浮动活塞（47）上部存贮有压缩气体（37）。