CN105620220A - 商用车电控悬架及侧倾纠偏系统 - Google Patents

Abstract

一种商用车电控悬架及侧倾纠偏系统，包括车身、车桥和车轮，该系统还包括电控悬架，所述电控悬架包括左右对称布置的悬架弹簧、阻尼-拉力复合器和横置连杆滑块机构；所述横置连杆滑块机构包括对称布置连杆、滑块和滑槽；当车辆处于设计姿态时，位于左右两侧的连杆的中心线向外倾斜一个角度j，呈对称布置形式；所述连杆的一端与车身铰链连接，所述连杆的另外一端与滑块铰链连接；所述滑槽与车桥的壳体固定连接；所述滑块可在滑槽中直线移动，移动的行程为s。本发明提供一种原车底盘改动较小、成本较低、有效性良好的商用车电控悬架及侧倾纠偏系统。

Description

商用车电控悬架及侧倾纠偏系统

技术领域

本发明涉及商用车悬架系统，尤其是一种商用车电控悬架及侧倾纠偏系统。

背景技术

商用车抗侧翻设计与控制技术是应用现有先进科学技术解决其易侧翻问题的重要研究方向，受到汽车科技界日益重视。由于汽车产品技术复杂，其总体结构已经成熟，任何改进尤其涉及机械结构的改进都存在对原有优良性能产生减损的风险，因此也阻碍了人们改进的信心；悬架是汽车解决其行驶平顺性和安全性的关键结构，它也给汽车整车动力学设计和分析带来严峻的挑战，使得人们对悬架的改进十分谨慎。但是这一局面仍然在改变，例如先进的大客车已经广泛采用空气弹簧(也常被称为空气悬架)。

现有技术的商用车悬架，其悬挂质量的支撑弹簧(无论是钢板弹簧，还是空气弹簧)都是垂直布置的，其设计目标主要是解决平顺性问题。这种布置方案力学关系清晰，可简化为垂向动力学问题求解，机械结构的实现也比较简单。然而汽车行驶的主动安全性更关注的是横向动力学问题，尤其是重心较高的商用车，侧翻危害问题十分突出而棘手。

为解决商用车侧翻问题，已经有大量的研究公开发表和大量的专利获得授权。经过广泛查阅现有研究成果，几乎没有发现有既能满足垂向动力学设计目标、又能达到横向动力学设计要求的优秀技术方案。涉及车身侧倾纠偏的技术方案主要集中在“互联悬架”领域，由于需要对原车底盘做较大改造，系统成本也较高，实际应用存在一定困难。

汽车动力学研究表明，商用车侧翻事故主要是车身侧倾振动导致瞬态侧翻阈值大幅度降低而引发的。

发明内容

为了克服已有商用车解决侧翻问题的原车底盘改造较大、成本较高、有效性较差的不足，本发明提供一种原车底盘改动较小、成本较低、有效性良好的商用车电控悬架及侧倾纠偏系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种商用车电控悬架及侧倾纠偏系统，包括车身、车桥和车轮，该系统还包括电控悬架，所述电控悬架包括左右对称布置的悬架弹簧、阻尼-拉力复合器和横置连杆滑块机构；

所述横置连杆滑块机构包括对称布置连杆、滑块和滑槽；

当车辆处于设计姿态时，位于左右两侧的连杆的中心线向外倾斜一个角度j，呈对称布置形式；

所述连杆的一端与车身铰链连接，所述连杆的另外一端与滑块铰链连接；所述滑槽与车桥的壳体固定连接；所述滑块可在滑槽中直线移动，移动的行程为s。

进一步，所述横置连杆滑块机构还包括滑块弹簧，所述滑块弹簧设置在滑块与滑槽之间，所述滑块弹簧对滑块施加与其移动方向相反的力。当然，也可以采用其他的方式实现对滑块施加与其移动方向相反的力。

再进一步，当车辆处于设计姿态时，位于左右两侧的左悬架弹簧和右悬架弹簧的中心线均向内倾斜一个角度m，呈对称布置形式；

位于左右两侧的左阻尼-拉力复合器和右阻尼-拉力复合器的中心线均向内倾斜一个角度n，呈对称布置形式。

更进一步，所述阻尼-拉力复合器包括连杆活塞、浮动活塞和电控节流阀，所述连杆活塞与浮动活塞之间为下油腔，所述连杆活塞与缸筒顶部之间为上油腔，所述浮动活塞与缸筒底部之间为气腔，所述电控节流阀的两端分别通过油管与上油腔、下油腔连接。

所述悬架弹簧为气弹簧或油气弹簧；

所述电控悬架还包括支承臂，所述支承臂与车桥固定连接，位于车辆左右两侧的支承臂的悬架安装面，均向外倾斜一个角度k，呈对称布置形式。

所述气弹簧的控制系统包括气泵、第一蓄能器、第二蓄能器、第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀、第五开关阀、第六开关阀、压力传感器、第一三通接头、第二三通接头和第三三通接头；

所述气泵与第三三通接头连接，所述第三三通接头的另外两个端口分别与第一开关阀和第二开关阀连接；所述第一蓄能器与第一三通接头连接，所述第一三通接头的另外两个端口分别与第一开关阀和第三开关阀连接；所述第二蓄能器与第二三通接头连接，所述第二三通接头的另外两个端口分别与第二开关阀和第四开关阀连接；位于车辆左侧的左气弹簧分别与第三开关阀和第五开关阀连接，位于车辆右侧的右气弹簧分别与第四开关阀和第六开关阀连接，所述气弹簧还设置有压力传感器。

所述阻尼-拉力复合器的控制系统包括油泵、第七开关阀、第八开关阀、第九开关阀和第四三通接头；所述油泵与第四三通接头连接，所述第四三通接头的另外两个端口分别与第七开关阀和第八开关阀连接；所述第七开关阀和第八开关阀的另外一端分别与阻尼-拉力复合器上油腔连接。

所述电控悬架还包括位移传感器，所述位移传感器的一端与车身铰链连接，另外一端与支承臂铰链连接。

本发明的技术构思为：将车辆左右两侧的悬架倾斜布置，让作用在车身(悬挂质量)两侧的弹簧力和阻尼力均可分解为垂直分力和水平分力，其中水平分力分别指向车身中心。阻尼力的垂直分力主要用以承担原有的改善平顺性和维保轮胎与地面附着力的功能，此外本发明还将它(包括垂直和水平分力)用以实现对车身的横向动力学控制，包括侧倾振动和侧向振动的控制；弹簧力的垂直分力主要用以承担原有的支撑车身重量的功能，此外本发明还将它(包括垂直和水平分力)用来纠正车身的姿态和重心位置。

悬架还必须配置一种本发明给出的横置连杆滑块机构，这对车身的运动和姿态控制特别关键。

汽车悬架的弹簧力和阻尼力是可电控的，其中悬架弹簧可采用气弹簧或油气弹簧，通过电控调节弹簧内部的介质压力来控制弹簧力和弹簧长度；阻尼器需采用本发明给出的一种电控阻尼-拉力复合器，通过电控调节阻尼器内部的节流阀来控制阻尼参数，还可通过泵入高压油产生拉力。

控制系统采用本发明给出的器件及连接方式，并采用基于所述器件及连接方式设计的控制程序基本流程。

本发明的有益效果主要表现在：作用在车身(悬挂质量)两侧的弹簧力和阻尼力被充分利用，车身侧倾振动可得以有效控制，从而可大幅度降低瞬态侧翻阈值，车身姿态可动态调节，对原车底盘改动较小，成本增加不大。

附图说明

图1是商用车电控悬架及侧倾纠偏系统的示意图。

图2是商用车电控悬架及侧倾纠偏系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种商用车电控悬架及侧倾纠偏系统，包括车身(悬挂质量)、车桥和车轮(非悬挂质量)，该系统还包括电控悬架，所述电控悬架包括左右对称布置的悬架弹簧、阻尼-拉力复合器和横置连杆滑块机构；

所述横置连杆滑块机构包括对称布置连杆、滑块和滑槽；即左连杆29和右连杆30、左滑块31和右滑块32、左滑槽33和右滑槽34；

当车辆处于设计姿态时，所述的位于左右两侧的连杆的中心线向外倾斜一个角度j，呈对称布置形式；

所述连杆的一端与车身铰链连接，另外一端与滑块铰链连接；所述滑槽与车桥的壳体固定连接；所述滑块可在滑槽中直线移动，移动的行程为s。

所述滑槽与车桥固定连接时，滑块的移动方向与车轴的轴线是平行的。根据特殊需要，也可以不平行。

所述横置连杆滑块机构还包括右滑块弹簧35和左滑块弹簧36，所述左滑块弹簧36设置在左滑块31与左滑槽33之间，所述右滑块弹簧35置在右滑块32与右滑槽34之间，所述滑块弹簧对滑块施加与其移动方向相反的力。当然，也可以采用其他的方式实现对滑块施加与其移动方向相反的力。

当车辆处于设计姿态时，所述的位于左右两侧的左悬架弹簧23和右悬架弹簧24的中心线均向内倾斜一个角度m，呈对称布置形式；

所述的位于左右两侧的左阻尼-拉力复合器21和右阻尼-拉力复合器22的中心线均向内倾斜一个角度n，呈对称布置形式。

所述的角度m和n可以相等，也可以不相等，具体角度值需根据不同的车身质量等参数依据动力学理论进行优化设计计算获得。

在一辆汽车中，所述悬架弹簧、阻尼器和阻尼-拉力复合器的数量为偶数，具体数量及刚度、阻尼等相关数据取值范围需根据不同的车身质量等参数依据动力学理论进行优化设计计算获得。

所述阻尼-拉力复合器包括连杆活塞、浮动活塞和电控节流阀，分别为左连杆活塞19和右连杆活塞20、左浮动活塞15和右浮动活塞16，左电控节流阀13和右电控节流阀14；

所述连杆活塞与浮动活塞之间为下油腔，分别为左下油腔B1和右下油腔B2；

所述连杆活塞与缸筒顶部之间为上油腔，分别为左上油腔B3和右下油腔B4；

所述浮动活塞与缸筒底部之间为气腔，分别为左气腔A1和右气腔A2；

所述电控节流阀的两端分别通过油管与上油腔、下油腔连接；

所述连杆活塞不设置类似于常规减振器的节流阀；所述电控节流阀的开度受控于控制器；所述气腔设置有压力传感器，左气腔A1设置有左压力传感器1，右气腔A2设置有右压力传感器2。

所述悬架弹簧为气弹簧或油气弹簧；

所述电控悬架还包括支承臂，分别为左支承臂25和右支承臂26，所述支承臂25和26与车桥固定连接；

所述的位于车辆左右两侧的支承臂的悬架安装面，均向外倾斜一个角度k，呈对称布置形式。

所述气弹簧的控制系统包括气泵40、第一蓄能器27、第二蓄能器28、第一开关阀7、第二开关阀8、第三开关阀9、第四开关阀10、第五开关阀11、第六开关阀12、压力传感器3和4、第一三通接头37、第二三通接头38和第三三通接头39；

所述气泵40与第三三通接头39连接，所述第三三通接头39的另外两个端口分别与第一开关阀7和第二开关阀8连接；

所述第一蓄能器27与第一三通接头37连接，所述第一三通接头37的另外两个端口分别与第一开关阀7和第三开关阀9连接；

所述第二蓄能器28与第二三通接头38连接，所述第二三通接头38的另外两个端口分别与第二开关阀8和第四开关阀10连接；

所述的位于车辆左侧的左气弹簧23分别与第三开关阀9和第五开关阀11连接，所述气弹簧23还设置有压力传感器3；

所述的位于车辆右侧的右气弹簧24分别与第四开关阀10和第六开关阀12连接，所述气弹簧24还设置有压力传感器4。

如果所述气弹簧采用空气介质，则第五开关阀11和第六开关阀12的另外一个端口与大气连接；气泵40的进气口也与大气连接；

如果所述气弹簧采用氮气介质，则第五开关阀11和第六开关阀12的另外一个端口与氮气罐连接；气泵40的进气口也与氮气罐连接；

所述阻尼-拉力复合器的控制系统包括油泵50、第七开关阀5、第八开关阀6、第九开关阀48、第四三通接头49；

所述油泵50与第四三通接头49连接，所述第四三通接头49的另外两个端口分别与第七开关阀5和第八开关阀6连接；

所述第七开关阀5和第八开关阀6的另外一端分别与阻尼-拉力复合器上油腔B3和B4连接。

所述电控悬架还包括位移传感器，分别为左位移传感器17和右位移传感器18，所述位移传感器的一端与车身铰链连接，另外一端与支承臂铰链连接。

本实施例的控制器，其基本控制流程如下：

1)汽车发动机启动，则控制器及控制程序启动；

2)控制器读取汽车行驶速度、转向盘转角、侧向加速度等数据，判断汽车行驶状态是否达到抗侧翻控制阈值；

若未达到抗侧翻控制阈值，则执行步骤3)；

若达到抗侧翻控制阈值，则执行步骤4)；

若接收到汽车发动机停机信号，则执行步骤6)；

3)两侧的气弹簧的气压、阻尼-拉力复合器的电控节流阀开度按常规行驶模式控制，蓄能器气压维持高压；

返回步骤2)；

4)判断车身侧倾方向；

若车身正在向左侧倾，则打开左侧的第三开关阀9，释放第一蓄能器27中的高压气体，起动气泵40和打开第一开关阀7，增加左侧气弹簧的气量和气压，抬高车身左侧并增加向右分力，此时左侧滑块31被拉向左移动；同时，打开右侧的第六开关阀12，减小右侧气弹簧的气量和气压，同时还起动液压泵50和打开第八开关阀6，向右侧阻尼器的上油腔B4注入高压油，拉低车身右侧并增加向右分力，此时右侧滑块32被推向左移动；

若车身正在向右侧倾，则打开右侧的第四开关阀10，释放第二蓄能器28中的高压气体，起动气泵40和打开第二开关阀8，增加右侧气弹簧的气量和气压，抬高车身右侧并增加向左分力，此时右侧滑块32被拉向右移动；同时，打开左侧的第五开关阀11，减小左侧气弹簧的气量和气压，同时还起动液压泵50和打开第七开关阀5，向左侧阻尼器的上油腔B3注入高压油，拉低车身左侧并增加向左分力，此时左侧滑块31被推向右移动；

5)判断车身姿态是否被纠正；

若车身姿态未被纠正，返回步骤4)；

若车身姿态被纠正，则关闭液压泵50和打开第九开关阀48，并选择打开第七开关阀5或第八开关阀6，释放刚才被注入高压油的阻尼器相应油腔的油压，之后关闭第九开关阀48、第七开关阀5和第八开关阀6，并返回步骤2)；

6)控制程序复位，并自动关闭控制器。

Claims (9)

1.一种商用车电控悬架及侧倾纠偏系统，包括车身、车桥和车轮，其特征在于：该系统还包括电控悬架，所述电控悬架包括左右对称布置的悬架弹簧、阻尼-拉力复合器和横置连杆滑块机构；

所述横置连杆滑块机构包括对称布置连杆、滑块和滑槽；

当车辆处于设计姿态时，位于左右两侧的连杆的中心线向外倾斜一个角度j，呈对称布置形式；

所述连杆的一端与车身铰链连接，所述连杆的另外一端与滑块铰链连接；所述滑槽与车桥的壳体固定连接；所述滑块可在滑槽中直线移动，移动的行程为s。

2.如权利要求1所述的商用车电控悬架及侧倾纠偏系统，其特征在于：所述横置连杆滑块机构还包括滑块弹簧，所述滑块弹簧设置在滑块与滑槽之间，所述滑块弹簧对滑块施加与其移动方向相反的力。

3.如权利要求1或2所述的商用车电控悬架及侧倾纠偏系统，其特征在于：当车辆处于设计姿态时，位于左右两侧的左悬架弹簧和右悬架弹簧的中心线均向内倾斜一个角度m，呈对称布置形式；

位于左右两侧的左阻尼-拉力复合器和右阻尼-拉力复合器的中心线均向内倾斜一个角度n，呈对称布置形式。

4.如权利要求1或2所述的商用车电控悬架及侧倾纠偏系统，其特征在于：所述阻尼-拉力复合器包括连杆活塞、浮动活塞和电控节流阀，所述连杆活塞与浮动活塞之间为下油腔，所述连杆活塞与缸筒顶部之间为上油腔，所述浮动活塞与缸筒底部之间为气腔，所述电控节流阀的两端分别通过油管与上油腔、下油腔连接。

5.如权利要求1或2所述的商用车电控悬架及侧倾纠偏系统，其特征在于：所述悬架弹簧为气弹簧或油气弹簧。

6.如权利要求1或2所述的商用车电控悬架及侧倾纠偏系统，其特征在于：所述电控悬架还包括支承臂，所述支承臂与车桥固定连接，位于车辆左右两侧的支承臂的悬架安装面，均向外倾斜一个角度k，呈对称布置形式。

7.如权利要求5述的商用车电控悬架及侧倾纠偏系统，其特征在于：所述气弹簧的控制系统包括气泵、第一蓄能器、第二蓄能器、第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀、第五开关阀、第六开关阀、压力传感器、第一三通接头、第二三通接头和第三三通接头；

所述气泵与第三三通接头连接，所述第三三通接头的另外两个端口分别与第一开关阀和第二开关阀连接；所述第一蓄能器与第一三通接头连接，所述第一三通接头的另外两个端口分别与第一开关阀和第三开关阀连接；所述第二蓄能器与第二三通接头连接，所述第二三通接头的另外两个端口分别与第二开关阀和第四开关阀连接；位于车辆左侧的左气弹簧分别与第三开关阀和第五开关阀连接，位于车辆右侧的右气弹簧分别与第四开关阀和第六开关阀连接，所述气弹簧还设置有压力传感器。

8.如权利要求1或2所述的商用车电控悬架及侧倾纠偏系统，其特征在于：所述阻尼-拉力复合器的控制系统包括油泵、第七开关阀、第八开关阀、第九开关阀和第四三通接头；所述油泵与第四三通接头连接，所述第四三通接头的另外两个端口分别与第七开关阀和第八开关阀连接；所述第七开关阀和第八开关阀的另外一端分别与阻尼-拉力复合器上油腔连接。

9.如权利要求1或2所述的商用车电控悬架及侧倾纠偏系统，其特征在于：所述电控悬架还包括位移传感器，所述位移传感器的一端与车身铰链连接，另外一端与支承臂铰链连接。