CN104455177A - 汽车用主动自适应式减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车用主动自适应式减振器，包括液压油缸、活塞、活塞杆和减振弹簧，活塞将液压油缸间隔为上油腔和下油腔，活塞上设有上行单向阻尼压力阀和下行单向阻尼压力阀，上油腔连通有上油腔蓄能器，下油腔连通有下油腔蓄能器，上油腔蓄能器与下油腔蓄能器之间连接有压力调节装置；车体向下振动时，下油腔的液压油通过油管向下蓄能器内回流，发挥空气弹簧减振作用，上行单向阻尼压力阀打开，通过上行单向阻尼压力阀的阻尼吸收车体的振动能量，使空气弹簧的承载力达到最大值，不再增加，显著降低减震器系统对车架的冲击力峰值，车体得到主动减振；车体产生向上振动轮胎离开车架时，过程相反，形成主动自适应减振，有效地减少车体振动。

Description

汽车用主动自适应式减振器

技术领域

本发明涉及一种汽车减振设备和弹性系统技术领域，尤其涉及一种汽车用主动自适应式复合弹性减振器系统。

背景技术

汽车悬架系统中因弹性元件受到冲击会产生振动，为改善汽车行驶中的平顺性，需要在悬架中与弹性元件并联安装减振器，汽车悬架系统中减振器多是采用液力减振器。

液力减振器的工作原理是：当车架(车身)和车桥间受冲击振动处于相对运动时，减振器内的活塞上下移动，减振器腔内的油液反复从一个腔经过不同孔隙流入另一个腔内，此时孔壁与油液间的摩擦和油分子间的内摩擦对振动形成阻尼力，使汽车的振动能量转化为油液热能，再由减振器吸收散发到大气中。

由此可见减振器与弹性元件同时承担着减缓冲击和减轻振动的作用，当汽车悬架受到冲击即压缩弹性元件，在弹性元件收缩减缓冲击的同时，产生一定量的纵向位移，使弹性元件集聚一定量的弹性势能，弹性势能的大小与纵向位移呈线性正相关，这是弹簧本身的特性所决定的，汽车悬架受到的冲击越大，压缩弹簧元件产生的位移也就越大，对车架的冲击力也就越大，这是由作用力等于反作用力来决定的，这部分弹性势能释放时产生振动也就越大，这是现有技术中使用的线性特性的弹性元件来进行减振的不足之处。

为了避免弹性元件线性特征产生的减振缺陷，随之出现了非线性特性弹性元件如空气弹簧，它虽然比钢制弹簧减缓了部分反作用力，但其缺点也非常明显，如可靠性、横向强度不足、成本高等，影响了其应用推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种减振平缓、稳定的汽车用主动自适应式减振器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：汽车用主动自适应式减振器，包括液压油缸，所述液压油缸内滑动安装有活塞，所述活塞将所述液压油缸的油腔间隔为上油腔和下油腔两个密闭且独立的油腔，所述活塞顶端连接有延伸至所述液压油缸外侧的活塞杆，位于所述液压油缸外侧的所述活塞杆外周套装有减振弹簧，所述活塞上设有连通所述上油腔与所述下油腔的上行单向阻尼压力阀和下行单向阻尼压力阀，所述上油腔通过油管连通有上油腔蓄能器，所述下油腔通过油管连通有下油腔蓄能器，所述上油腔蓄能器与所述下油腔蓄能器之间连接有压力调节装置。

作为优选的技术方案，所述上油腔蓄能器包括上油腔储能罐，所述上油腔储能罐内滑动安装有上油腔活塞，所述上油腔活塞与所述上油腔储能罐的罐顶之间填充有压缩气体，所述上油腔活塞与所述上油腔储能罐的罐底之间填充有液压油，所述上油腔储能罐底部通过油管与所述上油腔连通。

作为优选的技术方案，所述下油腔蓄能器包括下油腔储能罐，所述下油腔储能罐内滑动安装有下油腔活塞，所述下油腔活塞与所述下油腔储能罐的罐顶之间填充有压缩气体，所述下油腔活塞与所述下油腔储能罐的罐底之间填充有液压油，所述下油腔储能罐底部通过油管与所述下油腔连通。

作为优选的技术方案，所述上油腔活塞上部的压缩气体和所述下油腔活塞上部的压缩气体分别设置为高压氮气。

作为对上述技术方案的改进，所述压力调节装置包括连接在所述上油腔储能罐和所述下油腔储能罐之间的平衡油管，所述平衡油管上依次安装有上罐压力传感器和下罐压力传感器，所述上罐压力传感器和所述下罐压力传感器分别连接至压力调节油泵，所述压力调节油泵设置于所述上罐压力传感器和所述下罐压力传感器之间的所述平衡油管上。

由于采用了上述技术方案，汽车用主动自适应式减振器，包括液压油缸，所述液压油缸内滑动安装有活塞，所述活塞将所述液压油缸的油腔间隔为上油腔和下油腔两个密闭且独立的油腔，所述活塞顶端连接有延伸至所述液压油缸外侧的活塞杆，位于所述液压油缸外侧的所述活塞杆外周套装有减振弹簧，所述活塞上设有连通所述上油腔与所述下油腔的上行单向阻尼压力阀和下行单向阻尼压力阀，所述上油腔通过油管连通有上油腔蓄能器，所述下油腔通过油管连通有下油腔蓄能器，所述上油腔蓄能器与所述下油腔蓄能器之间连接有压力调节装置；本发明的有益效果是：上油腔和下油腔通过上行单向阻尼压力阀和下行单向阻尼压力阀连通，在车体产生向下的振动时，上油腔压力远小于下油腔内的压力，当下油腔的压力增加到一定数值时，上行单向阻尼压力阀打开，此时下油腔、油管及下油腔蓄能器组成的空气弹簧对车架的承载负荷达到最大值，轮胎对车架的冲击力也达到最大，上行单向阻尼压力阀将车体振动能转换为液压油的热能，通过上行单向阻尼压力阀的阻尼吸收部分车体的振动能量，同时大部分振动能是下油腔内的液压油通过油管回流到下油腔蓄能器中，得到阻尼回收，车体得到减振；当轮胎远离车架减振器伸长时，上油腔体积变小，液压油大部分通过油管阻尼回流到上油腔蓄能器，当上油腔压力增加到一定值时，下行单向阻尼压力阀开启，少部分液压油通过下行单向阻尼压力阀流到下油腔内，下油腔活塞膨胀，通过油管向下油腔内补充油液，保持下油腔内的油液压力相对不变，保持支撑活塞向上的恒力，通过活塞杆承载车轮负载，同时使蓄能器上部的氮气压力降低，通过压力调节装置将上油腔储能器内的液压油抽至下油腔蓄能器，使下油腔内的压力维持初始设定压力，从而使下油腔继续起到承载汽车重力负荷和减振作用，从而整个装置形成主动自适应减振，进而有效地减少车体振动。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的结构示意图；

图中：1-液压油缸；2-活塞；3-上油腔；4-下油腔；5-活塞杆；6-减振弹簧；7-下行单向阻尼压力阀；8-上行单向阻尼压力阀；9-上油腔储能罐；10-上油腔活塞；11-下油腔储能罐；12-下油腔活塞；13-平衡油管；14-上罐压力传感器；15-下罐压力传感器；16-压力调节油泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，汽车用主动自适应式减振器，包括液压油缸1，所述液压油缸1内滑动安装有活塞2，所述活塞2将所述液压油缸1的油腔间隔为上油腔3和下油腔4两个密闭且独立的油腔，所述活塞2顶端连接有延伸至所述液压油缸1外侧的活塞杆5，位于所述液压油缸1外侧的所述活塞杆5外周套装有减振弹簧6，所述减振弹簧6上端抵靠在所述活塞杆5端部，所述减振弹簧6下端抵靠在所述液压油缸1的顶端，用于对车体进行初步减振。

所述活塞2上设有连通所述上油腔3与所述下油腔4油道，当所述活塞杆5带动所述活塞2向外移动时，所述上油腔3变小，所述下油腔4变大，液压油随着所述上油腔3内的压力变大，液压油首先通过油管由所述上油腔3向所述上油腔蓄能器内阻尼回流，当压力达到一定数值时，液压油从油道内由所述上油腔3向所述下油腔4内流动，此油道为下行油道，所述下行油道内安装有下行单向阻尼压力阀7；当所述活塞杆5带动所述活塞2向所述液压油缸1底部移动时，所述下油腔4变小，所述上油腔3变大，所述下油腔4内的液压油首先通过油管由所述下油腔4向所述下油腔蓄能器内阻尼回流，随着所述下油腔4内的压力变大，当压力达到一定数值时，液压油从油道内由所述下油腔4向所述上油腔3内流动，此油道为上行油道，所述上行油道内安装有上行单向阻尼压力阀8。

所述上油腔3通过油管连通有上油腔蓄能器，所述上油腔蓄能器包括上油腔储能罐9，所述上油腔储能罐9内滑动安装有上油腔活塞10，所述上油腔活塞10与所述上油腔储能罐9的罐顶之间填充有压缩气体，所述上油腔活塞10与所述上油腔储能罐9的罐底之间填充有液压油，所述上油腔储能罐9底部通过油管与所述上油腔3连通。所述下油腔4通过油管连通有下油腔蓄能器，所述上油腔蓄能器与所述下油腔蓄能器之间连接有压力调节装置16。所述下油腔蓄能器包括下油腔储能罐11，所述下油腔储能罐11内滑动安装有下油腔活塞12，所述下油腔活塞12与所述下油腔储能罐11的罐顶之间填充有压缩气体，所述下油腔活塞12与所述下油腔储能罐11的罐底之间填充有液压油，所述下油腔储能罐11底部通过油管与所述下油腔4连通，所述上油腔活塞10与所述上油腔储能罐9的罐顶之间、所述下油腔活塞12与所述下油腔储能罐11的罐顶之间的压缩气体分别设置为高压氮气。

所述上油腔蓄能器与所述下油腔蓄能器之间连接有压力调节装置16，所述压力调节装置包括连接在所述上油腔储能罐9和所述下油腔储能罐11之间的平衡油管13，所述平衡油管13上依次安装有上罐压力传感器14和下罐压力传感器15，所述上罐压力传感器14和所述下罐压力传感器15分别连接至压力调节油泵16，所述压力调节油泵16设置于所述上罐压力传感器14和所述下罐压力传感器15之间的所述平衡油管13上，且平衡油管13是由上到下单向导通的。

当车体在行驶过程中出现振动时，轮胎会上下波动，此时所述活塞杆5会拉动所述活塞2在所述液压油缸1内上下移动，当所述活塞2向下移动时，所述上油腔3容积变大，压力减小，所述下油腔4容积减小，压力增大，此时，所述液压油缸1内的下油腔4压力增大，当增加至一定值时，所述上行单向阻尼压力阀8开启，所述下行单向阻尼压力阀7关闭，所述下油腔4内的液压油会通过所述上行单向阻尼压力阀8进入到所述上油腔3内，在所述上行单向阻尼压力阀8开启的瞬间，液压油流通量相对较大，且迅速平衡上、下油腔的压力，使下油腔3与下油腔蓄能罐11组成的空气弹簧对车架的承载力瞬时减少，从而降低了车轮对车架的冲击力，因而主动减轻了车体振动，由于所述上油腔储能罐9通过油管与所述上油腔3连通，所述上油腔3和所述上油腔储能罐9内的油量总量增多，所述下油腔4油量减少，所述下油腔储能罐11内的油量增加，所述下罐压力传感器15控制所述压力调节油泵16开启，将所述上油腔储能罐9内的油量向所述下油腔储能罐11内输送，及时调整两个储能罐的压力状态，使两者与初始状态保持一致，从而间接调整所述上油腔3和所述下油腔4内的压力差；迅速恢复下油腔4与下油腔蓄能罐11组成的空气弹簧的承载能力，当所述活塞2向上移动时，所述下油腔4容积变大，下油腔储能罐11内的高压氮气膨胀平衡压力变化，所述上油腔3容积减小，压力增大，上油腔3内的油量向上油腔蓄能罐9回流阻尼振动能，当上油腔3压力增加到一定值时，所述下行单向阻尼压力阀7开启，所述上行单向阻尼压力阀8关闭，所述上油腔3内的液压油会通过所述下行单向阻尼压力阀7进入到所述下油腔4内，此刻车体的负载几乎全部由弹簧负载，使复合弹性系统的负载瞬时降低，有效地减少车轮对车架的脉冲冲击力峰值由于所述下油腔储能罐11通过油管与所述下油腔4连通，所述下油腔4油量增多，所述下油腔储能罐11内的油量也会通过油管向下油腔4回流，使所述下油腔储能罐11内的油量减少，所述上油腔3内油量减少，同时上油腔3内的油也通过油管回流至所述上腔储能罐9内，使所述上油腔储能罐9内的油量增多，所述上罐压力传感器14控制所述压力调节油泵16开启，将所述上油腔储能罐9内的油量向所述下油腔储能罐11内输送，及时调整两个储能罐的压力状态，使两者与初始状态保持一致，完成主动减缓振动的全过程。

在此过程中，通过所述上罐压力传感器14与所述压力调节油泵16的调节，使所述上油腔储能罐9和所述下油腔储能罐11内的高压氮气可以保持初始压力，即下腔储能罐11压力远大与上腔储能罐9，使下油腔4与下腔储能罐11组成的空气弹簧的承载力保持相对稳定。所述下油腔4与下油腔蓄能器组成的空气弹簧的软硬由所述压力调节油泵16进行控制，可以有效地调节悬架高度和复合弹性系统的弹性强度。所述上油腔储能罐9贮有一定容量油液，可以保证所述上油腔3内油液不产生真空间隙，避免空程减振。

本实施例中的所述上油腔蓄能器和下油腔蓄能器内的压强是不一样的，下油腔4内的压强比上油腔3大若干倍，且下油腔4的体积远小于下油腔蓄能器；下油腔、油管、下油腔蓄能器组成空气弹簧，通过下油腔4的液压油支撑活塞杆5与减震弹簧组成复合弹性系统共同承载车架重量负荷，即汽车用主动自适应式减振器。

减振弹簧6与空气弹簧搭配后组成适宜强度的复合弹性系统，当汽车在平坦道路上行驶时，复合弹性系统承载车身重量。即：

G＝F+S*P，其中：F＝K*X

G—单一车轮的负载；

F—弹簧的预应弹力；

K—弹性系数；

X—弹簧的初始位移；

S—活塞2的截面积；

P—下油腔4的压强。(上腔压力与下腔压力相比可以忽略不计)

由此可见，复合弹性系统的弹性性能是非线性的，故维持车辆行驶的平顺性能明显优于单一线性弹性元件。

当汽车驶于不平坦路面时，车轮会突然受到较大脉冲冲击，会使所述下油腔4内的压力瞬时骤增，压力达到一定设定数值时，所述上行单向阻尼压力阀8打开，迅速平衡所述上油腔3和所述下油腔4的压力差，这时车身受到的冲击力H是：

H＝K*X1+S*P1-(S-S1)*P

X1—车轮受到冲击后的纵向位移；

P1—上行单向压力阀8限压设定压强；

P—上油腔储能器初始压强；

S1—活塞杆的截面积。

当P1、P设定后，空气弹簧对车架的冲击力S*P1-(S-S1)*P即确定。是恒定的，不随纵向位移X1增大而增大，假如选择了弹簧的弹性系数为原弹簧弹性系数二分之一的弹簧，则接近二分之一的冲击力脉冲被过滤掉，在脉冲冲击未波及车架之前，即得到减缓，同时弹性元件吸收集聚的弹性势能也降低二分之一，释放弹性势能产生的振动能也就减少，从而更有效的主动减轻振动。

本发明上油腔和下油腔通过上行单向阻尼压力阀和下行单向阻尼压力阀连通，在车体产生向下的振动时，上油腔和下油腔内的压力失去平衡，上行单向阻尼压力阀打开，上行单向阻尼压力阀将车体振动转换为液压油的热能，通过上行单向阻尼压力阀的阻尼吸收车体的振动能量，同时使下油腔4与下腔储能罐11组成的空气弹簧的承载力迅速降低，主动使车架受到的冲击脉冲力减少，车体得到减振；但随着下油腔内的液压油量减少，液压油缸的减振到达极限，减振器行程达到极限。在车体产生向上的振动时，过程相反；从而整个装置形成主动自适应减振，进而有效地减少车体振动。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.汽车用主动自适应式减振器，包括液压油缸，所述液压油缸内滑动安装有活塞，所述活塞将所述液压油缸的油腔间隔为上油腔和下油腔两个密闭且独立的油腔，所述活塞顶端连接有延伸至所述液压油缸外侧的活塞杆，位于所述液压油缸外侧的所述活塞杆外周套装有减振弹簧，其特征在于：所述活塞上设有连通所述上油腔与所述下油腔的上行单向阻尼压力阀和下行单向阻尼压力阀，所述上油腔通过油管连通有上油腔蓄能器，所述下油腔通过油管连通有下油腔蓄能器，所述上油腔蓄能器与所述下油腔蓄能器之间连接有压力调节装置。

2.如权利要求1所述的汽车用主动自适应式减振器，其特征在于：所述上油腔蓄能器包括上油腔储能罐，所述上油腔储能罐内滑动安装有上油腔活塞，所述上油腔活塞与所述上油腔储能罐的罐顶之间填充有压缩气体，所述上油腔活塞与所述上油腔储能罐的罐底之间填充有液压油，所述上油腔储能罐底部通过油管与所述上油腔连通。

3.如权利要求2所述的汽车用主动自适应式减振器，其特征在于：所述下油腔蓄能器包括下油腔储能罐，所述下油腔储能罐内滑动安装有下油腔活塞，所述下油腔活塞与所述下油腔储能罐的罐顶之间填充有压缩气体，所述下油腔活塞与所述下油腔储能罐的罐底之间填充有液压油，所述下油腔储能罐底部通过油管与所述下油腔连通。

4.如权利要求3所述的汽车用主动自适应式减振器，其特征在于：所述上油腔活塞上部的压缩气体和所述下油腔活塞上部的压缩气体分别设置为高压氮气。

5.如权利要求4所述的汽车用主动自适应式减振器，其特征在于：所述压力调节装置包括连接在所述上油腔储能罐和所述下油腔储能罐之间的平衡油管，所述平衡油管上依次安装有上罐压力传感器和下罐压力传感器，所述上罐压力传感器和所述下罐压力传感器分别连接至压力调节油泵，所述压力调节油泵设置于所述上罐压力传感器和所述下罐压力传感器之间的所述平衡油管上。