CN106379128B - 车辆悬架和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆悬架，包括油缸、储能器和阻尼调节单元，所述油缸的无杆腔和所述油缸的有杆腔分别连接有所述储能器，所述油缸的无杆腔与所述储能器之间、所述油缸的有杆腔与所述储能器之间均设置有所述阻尼调节单元。本发明的有益效果为：通过设置两个储能器和对应的阀组，实现刚度连续调节，提高车辆抗侧倾和抗侧翻性能，大幅提升了车辆舒适性、安全性和操纵稳定性；增大了与油缸的无杆腔连接的储能器的总气室容积，从而降低了悬架的刚度，使得悬架较软，车辆行驶更加平稳、舒适。

Description

车辆悬架和车辆

技术领域

本发明属于汽车悬架技术领域，具体涉及一种双气室主动控制油气悬架。

背景技术

汽车悬架系统如同人的双腿，对于汽车行驶安全性、舒适性、操纵稳定性具有重要意义，随着人们对汽车的乘坐舒适性能要求的不断提高，汽车悬架隔振越来越引起人们的重视，悬架是汽车行驶过程中隔离路面激励的关键部件，传统的被动悬架阻尼和刚度设计完成后都不能调节，整车平顺性和操纵稳定性不可兼顾，目前的汽车油气悬架主要是互联油气悬架，通过不同车轮悬架上下油缸互联提高抗侧倾性能，均衡分布多轴汽车轮荷，但悬架刚度和阻尼不能调节，汽车在平滑路面、越野路面、空载、满载等不同工况下整车平顺性和行驶安全性不能得到有效改善。

综上所述，现有必要发明一种刚度可以根据车辆载荷不同而改变，使车身固有频率能够根据需要连续调节，悬架阻尼可以根据行驶工况多级调节，使不同行驶工况都能达到最优刚度和阻尼的油气悬架，以大幅提升汽车舒适性、安全性和操纵稳定性。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种双气室主动控制油气悬架。

本发明所采用的技术方案为：一种双气室主动控制油气悬架，包括油缸、储能器和阻尼调节单元，所述油缸的无杆腔和所述油缸的有杆腔各连接有一个所述储能器，所述油缸的无杆腔与所述储能器之间、所述油缸的有杆腔与所述储能器之间均设置有所述阻尼调节单元。

进一步优选的方案，所述阻尼调节单元包括两个单向阀、常通孔和至少一个电磁阀，两个所述单向阀并联设置，且方向相反；所述常通孔和所有的所述电磁阀并联设置，且均与其中一个所述单向阀串联设置。

进一步优选的方案，所述储能器内设有隔膜，所述隔膜的外沿与所述储能器的内壁连接，所述隔膜将所述储能器分为上储能空间和下储能空间，所述下储能空间和所述油缸的有杆腔或所述油缸的无杆腔连通，所述下储能空间用于存储液体，所述上储能空间用于密封气体。

进一步优选的方案，所述隔膜由橡胶材料制成。

进一步优选的方案，所述油缸的无杆腔和所述油缸的有杆腔均与所述油箱连通，且所述油缸的无杆腔、所述油缸的有杆腔与所述油箱之间均设置有溢流阀。

本发明的有益效果为：

通过设置两个储能器和对应的阀组，实现刚度连续调节，提高车辆抗侧倾和抗侧翻性能，大幅提升了车辆舒适性、安全性和操纵稳定性；增大了与油缸的无杆腔连接的储能器的总气室容积，从而降低了悬架的刚度，使得悬架较软，车辆行驶更加平稳、舒适；油缸的无杆腔分别与其余的第二储能器连接，具体的，无杆腔连接的储能器再并联一个储能器，中间通过电磁阀控制，相当于又增加了一个储能器，能够调整与油缸的无杆腔连接的储能器的数量，从而改变了与油缸的无杆腔连接的储能器的总气室容积，实现调整悬架刚度的目的；

需要连续调节悬架刚度时，通过换向阀和与其连接的第四电磁阀交替向油缸的有杆腔和油缸的无杆腔充入液压油，直至达到设定的刚度；而车身高度不变，需要降低悬架刚度，通过换向阀，油缸内的高压油液交替流入邮箱，悬架刚度相应减小到设定值；车辆载荷变化时，悬架刚度随车辆载荷增加或减少而成比例增减，因此车辆簧上质量固有频率在不同载荷下基本不变，车辆在满载或空载状况都有一致良好的乘坐舒适性，同时也可以手动设定调节悬架刚度而改变悬架簧上质量固有频率。悬架刚度可以由驾驶员设定，也可以根据行驶工况、载荷等自动控制，悬架固有频率因此可以连续调节，满足特定行驶工况需求，提高行驶舒适性；

在悬架压缩或伸张时，分别通过第一阀组和第二阀组提供多级阻尼力，形成大阻尼、中大阻尼、中小阻尼、小阻尼的级基础阻尼，每一级阻尼通过悬架控制器根据路面情况自适应调节阻尼大小，无杆腔阀组将第二电磁阀和第三电磁阀并联，打开第二电磁阀或第三电磁阀形成一个节流孔，压缩阻尼减小，第二电磁阀和第三电磁阀都打开，压缩阻尼最小，第二电磁阀和第三电磁阀都关闭，压缩阻尼最大；压缩行程有杆腔油液通过第一单向阀和第二单向阀自由流入，避免了悬架快速运动时产生气穴现象降低悬架性能，避免对油缸造成点蚀破坏。车辆正常行驶在水平路面，悬架自动调节处于中小阻尼，提高乘坐舒适性，也可以根据驾驶人员需要进行手动调节；

采用中央储能器可以快速向油缸的有杆腔和油缸的无杆腔充入液压油，大幅降低能耗；采用主动控制算法，在不同行驶工况和车辆载荷下，车辆都有最佳的平顺性和操纵稳定性，而且通过向油缸无杆腔充入或释放液压油，车身高度可以连续调节；

通过设置溢流阀，当车轮遇到特别大的冲击，可以防止油缸内部压力过高而损坏，提供过载保护功能，避免油缸油封等在冲击压力下损坏。

附图说明

图1是本发明双气室主动控制油气悬架的结构示意图。

其中：1、油缸；2、动力单元；3、储能器；31、第一储能器；32、第二储能器；33、隔膜；4、第一阀组；41、第一单向阀；42、第二单向阀；43、第一电磁阀；44、第一常通孔；5、第二阀组；51、第三单向阀；52、第四单向阀；53、第二电磁阀；54、第三电磁阀；55、第二常通孔；6、溢流阀；7、第四电磁阀；8换向阀。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种双气室主动控制油气悬架，包括油缸1、储能器3和阻尼调节单元，所述油缸1的无杆腔和所述油缸1的有杆腔各连接有一个所述储能器3，所述油缸1的无杆腔与所述储能器3之间、所述油缸1的有杆腔与所述储能器3之间均设置有所述阻尼调节单元。

优选的改进，所述阻尼调节单元包括两个单向阀、常通孔和至少一个电磁阀，两个所述单向阀并联设置，且方向相反；所述常通孔和所有的所述电磁阀并联设置，且均与其中一个所述单向阀串联设置。

具体的，所述阻尼调节单元包括第一阀组4和第二阀组5，所述第一阀组4设置于所述油缸1的无杆腔与所述储能器3之间，所述第二阀组5设置于所述油缸1的有杆腔与所述储能器3之间；所述第一阀组4包括第一单向阀41、第二单向阀42、第一电磁阀43和第一常通孔44，所述第一单向阀41和所述第二单向阀42并联设置，且方向相反；所述第一电磁阀43和所述第一常通孔44并联设置，且均与所述第一单向阀41相串联；所述第二阀组5包括第三单向阀51、第四单向阀52、第二电磁阀53、第三电磁阀54和第二常通孔55，所述第三单向阀51和所述第四单向阀52并联设置，且方向相反；所述第二电磁阀53、所述第三电磁阀54和所述第二常通孔55均并联设置，且均与所述第三单向阀51相串联。

需要连续调节悬架刚度时，通过换向阀8和与其连接的第四电磁阀7交替向油缸1的有杆腔和油缸1的无杆腔充入液压油，直至达到设定的刚度；而车身高度不变，需要降低悬架刚度，油缸1上下腔液压油交替流入油箱，悬架刚度相应减小到设定值；车辆载荷变化时，悬架刚度随车辆载荷增加或减少而成比例增减，因此车辆簧上质量固有频率在不同载荷下基本不变，车辆在满载或空载状况都有一致良好的乘坐舒适性，同时也可以手动设定调节悬架刚度而改变悬架簧上质量固有频率。悬架刚度可以由驾驶员设定，也可以根据行驶工况、载荷等自动控制，悬架固有频率因此可以连续调节，满足特定行驶工况需求，提高行驶舒适性。

在悬架压缩或伸张时，分别通过第一阀组4和第二阀组5提供多级阻尼力，形成大阻尼、中大阻尼、中小阻尼、小阻尼的4级基础阻尼，每一级阻尼通过悬架控制器根据路面情况自适应调节阻尼大小，无杆腔阀组将第二电磁阀53和第三电磁阀54并联，打开第二电磁阀53或第三电磁阀54形成一个节流孔，压缩阻尼减小，第二电磁阀53和第三电磁阀54都打开，压缩阻尼最小，第二电磁阀53和第三电磁阀54都关闭，压缩阻尼最大；压缩行程有杆腔油液通过第一单向阀41和第二单向阀42自由流入，避免了悬架快速运动时产生气穴现象，降低悬架性能，避免对油缸造成点蚀破坏。车辆正常行驶在水平路面，悬架自动调节处于中小阻尼，提高乘坐舒适性，也可以根据驾驶人员需要进行调节。

储能器3内设有隔膜33，隔膜33的外沿与储能器3的内壁连接，隔膜33将储能器3分为上储能空间和下储能空间，下储能空间和油缸1的有杆腔或油缸1的无杆腔连通，下储能空间用于存储液体，上储能空间用于密封气体。优选，隔膜33由弹性橡胶材料制成。本实施例中，储能器3的数量为两个，分别为第一储能器31和第二储能器32，第一储能器31和第二储能器32分别与油缸1的有杆腔和无杆腔相连，且一一对应。

储能器3与动力单元2之间依次设置有第四电磁阀7和换向阀8。

动力单元2包括油箱、油泵和中央储能器，油箱和中央储能器连通，中央储能器通过油泵和换向阀连通。

需要说明的是，当系统工作压力不大，也可以不使用中央储能器，直接采用油泵作为动力源。

一种较佳的实施方式，油缸1的无杆腔和油缸1的有杆腔均与油箱连通。更为优选的方案，油缸1的无杆腔、油缸1的有杆腔与油箱之间均设置有溢流阀6。当车轮遇到特别大的冲击，为了防止油缸内部压力过高而损坏，油液通过溢流阀8流出，提供过载保护功能，避免无杆腔油封等在冲击压力下过早损坏。

油气悬架储能器3内部通过隔膜33将气体和油液分开，上部是气室，气室内部密封高压氮气，下部是油液，油液采用润滑性能好的硅油或航空油等其它黏度小、润滑性能好的油液，隔膜33是气密封性能优良的柔性橡胶膜，周边与储能器固定，中间能够随气体压缩程度不同上下浮动。

油气悬架油缸内通过活塞分成有杆腔和无杆腔，有杆腔和一个储能器3连接，提供预压载荷，无杆腔和另外一个储能器3连接，承受车辆载荷和预压载荷，储能器3和油缸之间通过阀组连接，用于阻尼及刚度主动调节，第二阀组5包括第二常通孔55和一个常开高速开关阀、一个常闭高速开关阀、一个溢流阀等，悬架阻尼从软到硬设定3-4级阻尼，阻尼比从0.15-0.6之间分级调节，用于悬架压缩阶段提供阻尼，第一阀组4包括第一常通孔44、溢流阀、电磁阀等，用于悬架伸张阶段提供阻尼。

需要改变悬架刚度时，通过换向阀8和常闭电磁阀交替向有杆腔和无杆腔充入液压油，直至达到设定的刚度，悬架刚度可以由驾驶员设定，也可以根据行驶工况、载荷等自动控制，悬架固有频率可以连续调节，满足特定行驶工况需求。

当车辆在良好路面直线匀速行驶，悬架中所有电磁阀不工作，通过阀组中的常开阻尼孔提供中等阻尼；在崎岖越野路面行驶，为了保证车身姿态稳定和行驶安全，减少整车俯仰、侧倾等运动，第二阀组5中的常开电磁阀关闭，悬架自动调节为最大阻尼，碰到凸起冲击车轮上跳时，无杆腔油液通过常通孔流向储能器，同时与第二阀组5常通孔并联的所有电磁阀打开，一部分油液通过打开的电磁阀流入储能器，悬架阻尼调节为最小等级，缓解车辆高速冲击，此时有杆腔容积增大，储能器中的油液通过阀组中的单向阀流向有杆腔，压缩行程只有第二阀组5提供阻尼；车轮回弹时，下储能器油液通过阀组中的单项阀流回无杆腔，而有杆腔中的油液经过阻尼孔流回储能器，只有第一阀组4提供阻尼；上第二阀组5中的阻尼通过控制算法能够根据车身加速度等传感器信息自适应调节。车辆转向侧倾，外侧车轮油缸受到压缩，无杆腔油液流向下储能器，外侧悬架第二阀组5所有电磁阀关闭，内侧车轮伸张，油液从上储能器流向有杆腔，阀组提供最大阻尼，从而起到抗侧倾效果，如果稳态长时间转向，换向阀和无杆腔常闭电磁阀打开，启动向外侧车轮油缸无杆腔提供高压油，从而悬架侧倾刚度增大；车辆紧急启动或制动时，前后油缸阻尼调节为最大等级，起到抗俯仰效果。

在车辆静止或低速行驶工况，油泵和中央储能器通过换向阀和无杆腔常闭电磁阀，向无杆腔提供高压油，车身高度增加；需要降低车身高度时，无杆腔油液通过换向阀从回油管路流出，车身高度减小，车身高度调整可以通过手动或自动调节，根据悬架内置的位移传感器来确定合适的车身高度。

当车轮遇到特别大的冲击，为了防止油缸内部压力过高而损坏，油液通过第二阀组5溢流阀流出，提供过载保护功能，避免无杆腔油封等在冲击压力下过早损坏。

该发明的方案，主要有以下几个方面的创新：

一、本发明油气悬架油缸内通过活塞分成上下部分，有杆腔和一个隔膜储能器连接，储能器内充有氮气，用于调节悬架刚度，提供预压载荷，无杆腔和另外一个隔膜储能器连接，承受车辆载荷和预压载荷，储能器内储有氮气，当需要增加悬架刚度，通过换向阀和高速开关阀交替向悬架油缸上腔和下腔充入液压油，悬架刚度相应增加，而车身高度不变，需要降低悬架刚度，油缸上下腔液压油交替流入油箱，悬架刚度相应减小到设定值，车辆载荷变化时，悬架刚度随车辆载荷得增加或减少而成比例增减，因此车辆簧上质量固有频率在不同载荷下基本不变，车辆在满载或空载状况都有一致良好的乘坐舒适性，同时也可以手动设定调节悬架刚度而改变固有频率。

二、在悬架压缩或伸张时，分别通过上第二阀组5提供多级阻尼力，形成大阻尼、中大阻尼、中小阻尼、小阻尼4级阻尼，无杆腔阀组通过将一个节流孔和多个不同直径通孔高速开关阀并联，开关阀打开形成一个节流孔，压缩阻尼减小，两个开关阀都打开，压缩阻尼最小，两个开关阀都关闭，压缩阻尼最大，压缩行程有杆腔油液通过单向阀自由流入，避免了悬架快速运动时产生气穴现象，降低悬架性能，甚至对油缸造成点蚀破坏。车辆正常行驶在水平路面，所有电磁阀关闭，悬架处于中小阻尼。

三、悬架油缸通过连接上、下两个储能器，刚度可以连续调节，采用中央高压储能器可以快速向油缸上、下腔充入液压油，大幅降低能耗，采用主动控制算法，在不同行驶工况和车辆载荷下，车辆都有最佳的平顺性和操纵稳定性，而且通过向油缸无杆腔充入或释放液压油，车身高度可以连续调节。

四、悬架油缸有杆腔连接储能器施加预载荷，悬架刚度可以通过换向阀交替向油缸充入液压油，连续调节，使车辆在不同工况下有最佳的悬架刚度，车辆簧载质量模态频率从0.8Hz～1.8Hz连续调节，在车辆不同载荷工况下，可以使车辆簧载质量固有频率不变，提高了车辆不同载荷下的乘坐舒适性。

五、通过对悬架阻尼有级调节，对悬架刚度进行主动控制，使车辆在瞬态和稳态工况均有理想的阻尼刚度性能，而且车辆高度可以进行调节，提高了车辆操纵稳定性、舒适性、通过性和行驶安全性。

六、本发明使用的电磁阀没有昂贵的比例阀和伺服阀，通过使用换向阀、高速开关阀等进行控制，大幅降低了系统成本，实现了刚度连续调节和阻尼多级调节，悬架性能得到有效提升。

需要说明的是，一、储能器可以在油缸外部，也可以和油缸集成为一体，使结构更紧凑；油缸内部可以集成位移传感器和压力传感器；阀组中的电磁阀也可以使用比例阀以实现阻尼连续调节；有杆腔和无杆腔阀组可以通过并联多级可调节流孔，实现悬架压缩和伸张过程中阻尼多级调节。

本发明不局限于上述最佳实施方式，本领域普通技术人员在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种车辆悬架，其特征在于：包括油缸(1)、储能器(3)和阻尼调节单元，所述油缸(1)的无杆腔和所述油缸(1)的有杆腔各连接有一个所述储能器(3)，所述油缸(1)的无杆腔与所述储能器(3)之间、所述油缸(1)的有杆腔与所述储能器(3)之间均设置有所述阻尼调节单元；

所述阻尼调节单元包括两个单向阀、常通孔和至少一个电磁阀，两个所述单向阀并联设置，且方向相反；所述常通孔和所有的所述电磁阀并联设置，且均与其中一个所述单向阀串联设置；

还包括动力单元，所述动力单元包括油箱、油泵和中央储能器，油箱和中央储能器连通，中央储能器通过油泵和换向阀连通；

所述油缸(1)的无杆腔和所述油缸(1)的有杆腔均与所述油箱连通，且所述油缸(1)的无杆腔、所述油缸(1)的有杆腔与所述油箱之间均设置有溢流阀(6)。

2.根据权利要求1所述的车辆悬架，其特征在于：所述储能器(3)内设有隔膜(33)，所述隔膜(33)的外沿与所述储能器(3)的内壁连接，所述隔膜(33)将所述储能器(3)分为上储能空间和下储能空间，所述下储能空间和所述油缸(1)的有杆腔或所述油缸(1)的无杆腔连通，所述下储能空间用于存储液体，所述上储能空间用于密封气体。

3.根据权利要求2所述的车辆悬架，其特征在于：所述隔膜(33)由橡胶材料制成。

4.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求1-3中任意一项所述的车辆悬架，所述车辆悬架设置在车身的底部。