CN104476997B - 一种连通式液压馈能悬架系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连通式液压馈能悬架系统。为了解决车辆悬架振动能量回收的问题，所述连通式液压馈能悬架系统包括多个液压缸，各液压缸的有杆腔和无杆腔均通过管道与主油管连通，所述主油管通过第一单向阀与第一蓄能器连通，该主油管通过第二单向阀与第二蓄能器连通，所述第一蓄能器与第二蓄能器通过液压马达相连而形成液压整流回路；所述液压马达与一发电机相连。本发明在采用蓄能器的配合实现油气悬架功能的基础上，通过液压马达驱动直流发电机实现悬架系统的能量回收，具有技术成本低，布局方便，高效可靠，经济实用的优点。

Description

一种连通式液压馈能悬架系统

技术领域

本发明涉及车辆工程领域，具体涉及车辆底盘的关键部分——悬架系统，它特别适合于中、重型车辆和多轴车辆，具有布局方便，技术成本低，高效可靠、经济实用的优点。

背景技术

车辆悬架的作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶，保证乘坐舒适和货物的完好。

传统的被动悬架和半主动悬架都是采用减震器吸收车辆振动，阻尼的节流作用使车辆的振动能量转化为热能消耗掉。面对日益减少的能源资源，开源节能已成为一种趋势，也越来越得到人们的认可。大量研究结果表明，车辆行驶时作用在悬架上的振动能量是可以回收利用的。

现有的馈能悬架根据传动机构不同主要分为电磁式馈能悬架、机械-电磁式馈能悬架和液压式馈能悬架三种。电磁式采用直线电机替代减震器与弹性元件并联，将悬架的垂向振动能量直接转化为电机的输出电能；机械-电磁式采用齿轮齿条将悬架的直线运动转化成发电机转子的旋转运动；液压式采用蓄能器将悬架垂向振动能量吸收，能量不转化电能，而是用于车辆转向和制动等液压系统。电磁式馈能悬架技术难度较大，对电机要求也较高，成本较大。齿轮齿条式馈能悬架结构笨重，占用体积大，不利于空间布置。另外，这两种方法的一个共同弊端就是一个车轮悬架上需要安装一个电机，需要的电机数量都比较多，而每个电机的输出电压个不相同，又增加了电路整流难度。液压式馈能悬架吸收的能量以蓄能器储存，容积和压力有限制，蓄能器吸收的能量仅用于车辆液压系统助力，其能量吸收率和利用率都比较低。

液压-电磁式馈能悬架是另外一种馈能悬架方式，其原理是悬架液压缸作为泵源，液压缸两个油口直接接液压马达，再由液压马达驱动直流发电机工作。液压缸和液压马达直接连通，导致马达转速受悬架振动影响很大，电机输出电压波动较大。和电磁式馈能悬架相同，需要的电机数量都比较多，而每个电机的输出电压各不相同，增加了电路整流难度。此外，该悬架仅从能量回收的角度出发，没有兼顾车辆的舒适性和操纵稳定性。

发明内容

针对传统被动和半主动悬架衰减悬架振动的过程中存在的能量损失，本发明旨在提供一种连通式液压馈能悬架系统，该悬架系统可有效地解决车辆悬架振动能量回收的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种连通式液压馈能悬架系统，包括多个液压缸，其结构特点是，各液压缸的有杆腔和无杆腔均通过管道与主油管连通，所述主油管通过第一单向阀与第一蓄能器连通，该主油管通过第二单向阀与第二蓄能器连通，所述第一蓄能器与第二蓄能器通过液压马达相连而形成液压整流回路；所述液压马达与一发电机相连。

由此，本发明通过两个蓄能器的配合实现油气悬架功能的基础上，通过液压马达驱动直流发电机实现悬架系统的能量回收，能量回收利用率高。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

进一步地，所述液压马达的进油口与所述第一单向阀和第一蓄能器之间的管路连通，该液压马达的出油口与所述第二单向阀和第二蓄能器之间的管路连通；所述液压马达、第一单向阀、第二单向阀和主油管之间形成闭式液压回路。

优选地，所述第一单向阀的进油口接主油管，该第一单向阀的出油口与第一蓄能器相连；所述单向阀的进油口与第二蓄能器相连，该第二单向阀的出油口接主油管。

进一步地，本发明还包括车身高度调节单元。更进一步地，所述车身高度调节单元包括与主油管相连的比例电磁阀，连接在比例电磁阀上的溢流阀和液压泵；所述液压泵的出油口与溢流阀并联，该液压泵的出油口与比例电磁阀的P口连接。

所述液压马达的泄油口通过油管与所述车身高度调节单元的液压泵的油箱相连。

所述液压泵与一直流电动机相连。

各液压缸的有杆腔的油口和无杆腔的油口均通过相应的阻尼阀与主油管相连。

优选地，所述液压缸共有四个。

藉由上述结构，本发明的全连通式液压储能悬架系统的每个液压缸的两个工作腔均通过阻尼阀和油管相连通，所有的管路再通过三通接头汇集到一个主油路中，两个蓄能器分别通过单向阀并联到悬架系统主油路中，液压马达通过油管和三通接头安装在两个蓄能器之间，直流发电机通过刚性轴与液压马达联接，电池组通过导线与直流发电机连接，液压泵与溢流阀并联后再经比例电磁阀连接到系统主油路上。

所述高压蓄能器的平均工作压力和低压蓄能器平均工作压力之间的差值由液压马达所带负载决定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用单向阀和高低压蓄能器组合形成液压整流回路，使液压马达在油缸压缩和伸张行程中实现连续工作，并且转动方向一致，转速波动小。

本发明在采用阻尼阀和蓄能器的配合实现油气悬架功能的基础上，通过液压马达驱动直流发电机实现悬架系统的能量回收，具有技术成本低，布局方便，高效可靠，经济实用的优点。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1是本发明一种实施例的工作示意图；

图2是悬架压缩总量大于拉伸总量时的油液流动状态示意图；

图3是悬架拉伸总量大于压缩总量时的油液流动状态示意图；

图4是本发明调高车身高度时的油液流动状态示意图；

图5是本发明调低车身高度时的油液流动状态示意图。

具体实施方式

一种全连通式液压储能悬架系统，如图1所示，液压缸1.1、1.2、1.3、1.4的无杆腔和有杆腔的油口通过阻尼阀、油管和三通接头全部连通形成全连通液压回路，第一单向阀3.1，第二单向阀3.2和第一蓄能器4.1，第二蓄能器4.2组合形成液压整流回路，液压马达5驱动直流发电机6作为能量回收单元安装在第一蓄能器4.1，第二蓄能器4.2之间，油泵9、溢流阀10和比例电磁阀11组成车身高度调节单元。

所述液压缸的两工作腔出口分别接一个可调阻尼阀，可调阻尼阀通过改变节流面积影响工作腔油液进出速度，进而实现液压缸每个工作腔压力的单独调节。

所述液压缸的两个工作腔通过阻尼阀和油管相连通，所有的管路再通过三通接头汇集到一个主油路中，即所有液压缸的所有工作腔完全连通，静态下悬架系统中液压回路压力处处相等，各车轮上载荷相等；

所述蓄能器分为作为高压蓄能器的第一蓄能器4.1和作为低压蓄能器的第二蓄能器4.2，分别通过一个单向阀连接到系统主油路上，组成液压整流回路，确保液压油在回路中单向流动。车辆行驶过程中，悬架系统的液压缸一部分处于压缩量行程，另一部分处于伸张行程。当压缩总量大于伸张总量时，系统主管路压力升高，管路中多余的油液通过单向阀进入高压蓄能；当伸张总量大于压缩总量时，系统主管路压力降低，低压蓄能器通过单向阀向系统主管路中补充油液。

液压马达通过油管和三通接头安装在两个蓄能器4.1,4.2之间，液压油从高压侧经液压马达流向低压侧，液压马达的出油口连接的三通接头安装在单向阀和蓄能器之间。

所述油泵9与溢流阀并联，再经比例电磁阀与悬架系统油路接通，油泵9由直流电机驱动。当车辆有车身高度调节需求时，电脑给直流电动机和比例电磁阀发送工作信号，通过比例电磁阀向管路中补油和排油，进而调节车身高度。

所述油泵配有一个油箱，油箱容积等于所有液压缸工作腔体积之和，油箱布置高度高于油泵吸油口，液压马达的泄油口通过油管连接到该油箱中。

所述液压马达有壳体泄油，悬架工作一段时间后系统主管路中的油液量减少，车身高度会降低，因此需要不定期通过车身高度调节单元向系统中补油以调节车身高度。

如图1所示，在静态时悬架处于一个平衡位置，液压缸活塞杆和缸体之间没有相对运动，液压缸1.1、1.2、1.3、1.4的无杆腔和有杆腔的油口通过阻尼阀2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8、油管和三通接头全部连通，系统主管路内压力处处相等，油液压力等于作用在悬架上的静载荷除以液压缸活塞杆面积。第一蓄能器4.1和系统主管路之间没有油液流动，第二蓄能器4.2和系统主管路之间没有油液流动，液压马达5不工作，直流电动机8不工作，比例电磁阀11处于中位截止状态。第一蓄能器4.1的压力等于系统主管路压力和第一单向阀3.1的开启压力之和，第二蓄能器4.2的压力略低于低于系统主管路压力和第二单向阀3.2的压力之和。液压马达5两端的压力差略低于驱动直流发电机6所需要的最低压力差，液压马达5处于临界转动状态。

如图2所示，当四个液压缸的压缩总量大于拉伸总量时，系统主管路压力升高，管路中多余的油液通过第一单向阀3.1进入第一蓄能器4.1，使第一蓄能器4.1压力升高，液压马达5两端产生足够压差，液压马达5带动直流发电机6旋转,实现能量回收。管路中多余的油液经过第一单向阀3.1一部分流入第一蓄能器4.1，使第一蓄能器4.1压力升高，另一部分经过液压马达5流入第二蓄能器4.2。液压马达5两端的压力差大于驱动直流发电机6所需要的最低压力差，液压马达5带动直流发电机6工作。第一蓄能器4.1的压力高于系统主管路压力和第一单向阀3.1的开启压力之和，第二蓄能器4.2的压力高于低于系统主管路压力和第二单向阀3.2的压力之和，液压马达5两端的压力差是由于第一蓄能器4.1的压力升高产生的。

如图3所示，当四个液压缸的拉伸总量大于压缩总量时，系统主管路压力降低，第二蓄能器4.2中的油液通过第二单向阀3.2补充到系统主管路中，第二蓄能器4.2压力降低，使液压马达5两端产生足够压差，液压马达5带动直流发电机6旋转,实现能量回收。第一蓄能器4.1中的油液经过第一单向阀3.1进入液压马达5，再流入第二蓄能器4.2，经第二单向阀3.2补充到系统主管路中。液压马达5两端的压力差大于驱动直流发电机6所需要的最低压力差，液压马达5带动直流发电机6工作。第一蓄能器4.1的压力高于系统主管路压力和第一单向阀3.1的开启压力之和，第二蓄能器4.2的压力高于低于系统主管路压力和第二单向阀3.2的压力之和，液压马达5两端的压力差是由于第二蓄能器4.2的压力降低产生的。

如图4所示，当车身高度需要调高时，车身高度传感器检测到的车身高度信号与人为给出的车身高度值输入信号形成闭环控制信号，直流电动机8启动，比例电磁阀11处于左位，油液通过比例电磁阀11向管路中补油，使车身高度增加。

如图5所示，当车身高度需要调高时，车身高度传感器检测到的车身高度信号与人为给出的车身高度值的输入信号形成闭环，直流电动机8不用启动，比例电磁阀11处于右位，管路中的油液通过比例电磁阀11流回油箱，使车身高度降低。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种连通式液压馈能悬架系统，包括多个液压缸（1.1,1.2,1.3,1.4），其特征在于，各液压缸（1.1,1.2,1.3,1.4）的有杆腔和无杆腔均通过管道与主油管连通，所述主油管通过第一单向阀（3.1）与第一蓄能器（4.1）连通，该主油管通过第二单向阀（3.2）与第二蓄能器（4.2）连通，所述第一蓄能器（4.1）与第二蓄能器（4.2）通过液压马达（5）相连而形成液压整流回路；所述液压马达（5）与一发电机（6）相连。

2.根据权利要求1所述的连通式液压馈能悬架系统，其特征在于，所述液压马达（5）的进油口与所述第一单向阀（3.1）和第一蓄能器（4.1）之间的管路连通，该液压马达（5）的出油口与所述第二单向阀（3.2）和第二蓄能器（4.2）之间的管路连通；所述液压马达（5）、第一单向阀（3.1）、第二单向阀（3.2）和主油管之间形成闭式液压回路。

3.根据权利要求2所述的连通式液压馈能悬架系统，其特征在于，所述第一单向阀（3.1）的进油口接主油管，该第一单向阀（3.1）的出油口与第一蓄能器（4.1）相连；第二单向阀（3.2）的进油口与第二蓄能器（4.2）相连，该第二单向阀（3.2）的出油口接主油管。

4.根据权利要求1所述的连通式液压馈能悬架系统，其特征在于，还包括车身高度调节单元。

5.根据权利要求4所述的连通式液压馈能悬架系统，其特征在于，所述车身高度调节单元包括与主油管相连的比例电磁阀（11），连接在比例电磁阀（11）上的溢流阀（10）和油泵（9）；所述油泵（9）的出油口与溢流阀（10）并联，该油泵（9）的出油口与比例电磁阀（11）的P口连接。

6.根据权利要求5所述的连通式液压馈能悬架系统，其特征在于，所述液压马达（5）的泄油口通过油管与所述车身高度调节单元的油泵（9）的油箱相连。

7.根据权利要求5所述的连通式液压馈能悬架系统，其特征在于，所述油泵（9）与一直流电动机（8）相连。

8.根据权利要求1-7之一所述的连通式液压馈能悬架系统，其特征在于，各液压缸（1.1,1.2,1.3,1.4）的有杆腔的油口和无杆腔的油口均通过相应的阻尼阀（2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8）与主油管相连。

9.根据权利要求1-7之一所述的连通式液压馈能悬架系统，其特征在于，所述液压缸（1.1,1.2,1.3,1.4）共有四个。