CN107407294A - 用于车辆的液压机械悬架 - Google Patents

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Abstract

悬架包括：机械弹簧(10)，其间置于车辆的非簧上质量(UM)和簧上质量(SM)之间；减震器(12)，其平行于机械弹簧(10)间置于车辆的非簧上质量(UM)和簧上质量(SM)之间；液压线性致动器(14)，其与机械弹簧(10)串联布置；蓄压器(16)；包含不可压缩的工作流体的箱(T)；以及液压回路(18)，其根据预定的操作模式将致动器(14)、蓄压器(16)和箱(T)液压连接到彼此。液压回路(18)包括：第一液压管路(20)，蓄压器(16)通过其与箱(T)液压连接；第二液压管路(22)，致动器(14)通过其与箱(T)液压连接；第三液压管路(24)，其将第一和第二液压管路(20，22)连接到彼此；一台单级泵(P)，其制备成双向旋转泵，并且沿着第三液压管路(24)布置；可逆电动马达(M)，其联接到泵(P)以便在任一方向上驱动它；以及沿着第一和第二液压管路(20，22)布置的多个阀(V1，V2，V3，V4，V5，Vs)，以便控制工作流体在蓄压器(16)、箱(T)和致动器(14)之间的流动。

Description

用于车辆的液压机械悬架
技术领域
本发明涉及用于车辆的液压机械悬架，其使得能够在车辆的每个车轮处或者在车辆的每个车轴处调节悬架的刚度和车辆与地面相距的高度。
背景技术
当设计其中每个车轮由减震器和弹簧连接到车身的传统车辆悬架时，设计者总被要求在两种相冲突的要求即操纵性和舒适性之间找到最好的折衷。更具体地，对于每个车轮而言必须被考虑在内以便找到最好折衷的两个参数是减震器的阻尼和弹簧的刚度。取决于车辆的典型使用，悬架被设计成赋予操纵性要求(例如在跑车的情况下)或者舒适性要求(例如在轿车的情况下)的更多重要性。
为了允许车辆适应不同的操作条件，例如在拐弯过程中具有更好的操纵性或者当在不平坦的路面上行进时吸收颠簸的更好能力，已知的是使用主动悬架，主动悬架允许改变减震器的阻尼，并且因此改变减震器的力-速度特性曲线，和/或改变弹簧的刚度，以便改变在车辆的簧上质量和非簧上质量之间交换的力。更具体地，弹簧的刚度不仅在车辆的动态条件下可以改变，而且在静止的条件下也可以改变，例如以便使得车辆姿态适应于负荷变化。
在该方面，液压机械悬架的架构是已知的，其包括液压线性致动器和液压连接到致动器的蓄压器，液压线性致动器与机械弹簧串联或者并联布置。
图1是示意性地示出液压机械悬架架构的实例的附图，其中车辆的非簧上质量(指示为UM)通过机械弹簧10和减震器12连接到车辆的簧上质量(指示为SM)，并且液压线性致动器14与机械弹簧10串联布置，并且通过液压管路18液压连接到蓄压器16。阀V沿着液压管路18布置以便允许液压管路18被放置成与箱T连通。这种架构将在下文被称为“串联架构”。
图2是示意地示出液压机械悬架架构的另一个实例的附图，其中与图1的那些相同或者相应的部分和元件由相同的附图标记指示，其中车辆的非簧上质量UM通过机械弹簧10和减震器12连接到车辆的簧上质量SM，并且液压线性致动器14与机械弹簧10并联布置，并且通过液压管路18液压连接到蓄压器16。在这种情况下，阀V也沿着液压管路18布置以便允许液压管路18被放置成与箱T连通。
根据这些已知的架构，因此致动器14作为与机械弹簧10串联或并联起作用的液压弹簧工作。通过适当地改变在致动器14和蓄压器16之间的液压路径，也就是说，通过适当地改变在蓄压器16内部的压力水平(或者油的体积)，可以改变每个致动器14的刚度，因此改变悬架的总刚度(即由机械弹簧10和由致动器14形成的组合件的刚度)。通过这种悬架，不管该悬架具有串联架构还是并联架构，都获得主动悬架系统，主动悬架系统允许通过调节每个车轮悬架的刚度来主动控制由驱动操纵手法导致的车身模式。
用于车辆的液压机械悬架的另一个实例从JP 2007-030665已知。根据该已知的实例，悬架包括：机械弹簧和减震器，机械弹簧和减震器彼此平行地间置于车辆的簧上质量和非簧上质量之间；液压线性致动器，其与机械弹簧串联布置；蓄压器；包含不可压缩的工作流体的箱；以及液压回路，根据预定操作模式用于将致动器、蓄压器和箱与彼此液压连接，其中液压回路包括：
-第一液压管路，致动器通过其液压连接到蓄压器；
-第一泵，其被制备成双向旋转泵，并且沿着第一液压管路布置；
-第二液压管路，致动器通过其液压连接到箱，所述第二液压管路在包括在致动器和第一泵之间的点内与第一液压管路交叉；
-第二泵，其被制备成单向泵，并且沿着第二液压管路布置；
-电动马达，其布置成同时驱动第一和第二泵；
-第一旁通管路，其在第一泵的上游和下游连接到第一液压管路；
-第二旁通管路，其在第二泵的上游和下游连接到第二液压管路；以及
-旁通阀，其可选择性地在第一位置和第二位置之间变换，其中在第一位置下旁通阀允许工作流体流动通过第一旁通管路以便旁路经过第一泵，但是防止工作流体流动通过第二旁通管路，而在第二位置下旁通阀防止工作流体流动通过第一旁通管路，但是允许工作流体流动通过第二旁通管路以便旁路经过第二泵。
这样的已知的液压机械悬架具有若干缺陷。首先，第一泵总是通过第一液压管路连接到致动器和蓄压器两者。因为总是存在通过任何双向旋转泵的泄漏，这些泄漏不可避免地导致致动器位置的变化，尤其是导致车辆与地面相距的高度相对于最初设定的值减小。其次，两台泵同时由电动马达驱动降低系统的效率。当第二泵被驱动以便用取自箱的流体给蓄压器装料时，第一泵也被(无用地)驱动，这导致附加的不必要的能量消耗。
发明内容
本发明的目的是提供相对于上述现有技术的用于车辆的改进的液压机械悬架，尤其是提供用于车辆的液压机械悬架，其允许以连续或者多稳态方式调节车辆姿态，长时间保持致动器的位置和/或刚度不变而没有能量消耗，改变致动速度，在姿态调节阶段期间回收被引入到系统中的能量，并且以连续或者多稳态的方式调节总刚度。
该目的和其它目的根据本发明通过具有所附的独立权利要求1中所述特征的用于车辆的液压机械悬架来完全实现。
本发明的有利实施例在从属权利要求中限定，其主题将被认为是形成下列说明书的一体且并入的部分。
简而言之，本发明基于提供用于车辆的液压机械悬架的构思，其包括：用于每个车轮的与机械弹簧串联布置的液压线性致动器；布置成通过液压回路液压连接到致动器的蓄压器，其中液压回路包括：第一液压管路或者上游管路，蓄压器通过第一液压管路或者上游管路液压连接到箱；第二液压管路或者下游管路，致动器通过第二液压管路或者下游管路液压连接到箱；第三液压管路或者连接管路，其将第一液压管路和第二液压管路连接到彼此；一台单级泵，其被制备成双向旋转泵并且沿着第三液压管路布置以便将不可压缩的工作流体(油)从第一液压管路泵送到第二液压管路，或反之亦然；联接到泵的可逆电动马达；以及多个阀，其沿着第一液压管路和第二液压管路布置从而控制工作流体在蓄压器、箱和致动器之间的流动，其中所述多个阀包括沿着第一液压管路布置的第一阀和第二阀，以及沿着第二液压管路布置的第三阀和第四阀。
通过这种结构，根据本发明的悬架允许通过以下操作模式调节致动器的位置和/或刚度：
-通过将工作流体从箱泵送到蓄压器来给液压回路装料，其中第一阀和第四阀处于关闭位置下，以及其中第二阀和第三阀处于打开位置下；
-通过将工作流体从蓄压器泵送到致动器而以无限的刚度提升车身，其中第一阀和第三阀处于关闭位置下，以及其中第二阀和第四阀处于打开位置下，或者，例如当蓄压器内的工作流体的量不足以确保致动器的所需提升行程时，通过将工作流体从箱泵送到致动器，其中第二阀和第三阀处于关闭位置下，以及其中第一阀和第四阀处于打开位置下；以及
-通过将工作流体从致动器泵送到蓄压器而以无限的刚度降低车身，其中第一阀和第三阀处于关闭位置下，以及其中第二阀和第四阀处于打开位置下，或者，例如如果蓄压器中的压力达到限值，通过将工作流体从箱泵送到致动器，其中第二阀和第三阀处于关闭位置下，以及其中第一阀和第四阀处于打开位置下。
根据实施例，液压回路还包括第四液压管路或者旁通管路，第四液压管路或者旁通管路将第一液压管路和第二液压管路平行于第三液压管路连接到彼此。在这种情况下，所述多个阀还包括第五阀或者旁通阀，其沿着第四液压管路布置以便控制在蓄压器和致动器之间的工作流体的直接流动。本实施例允许悬架也根据下列操作模式来操作：
-刚度的“继电器式控制”调节，其中从正常操作状态开始，其中致动器通过旁通阀直接连接到蓄压器，悬架的总刚度通过关闭旁通阀而被增加，由此致动器的刚度变得无限，以及因此悬架的总刚度变成等于机械弹簧的刚度；以及
-刚度的适应性调节，其中悬架的刚度通过适当地控制泵、第一阀和第四阀而通过控制工作流体在箱和致动器之间的流动来调节。
优选地，旁通阀制备成比例阀，其能够将过量的工作流体排放到箱以便允许调节第二液压管路中的压力，并且因此连续地控制由致动器施加的力，或者允许连续地控制致动器的位置。
根据另一个实施例，液压回路还包括减压阀，减压阀布置成将蓄压器与箱直接连接以便清空液压回路。
附图说明
从纯粹通过非限制性实例参照附图给出的下列详细说明，本发明的进一步的特性和优势将变得明显，其中：
图1示意性地示出一种已知的液压机械悬架架构，其包括液压线性致动器，液压线性致动器与机械弹簧串联布置并且液压连接到蓄压器；
图2示意性地示出一种已知的液压机械悬架架构，其包括液压线性致动器，液压线性致动器与机械弹簧并联布置并且液压连接到蓄压器；
图3示意性地示出根据本发明实施例的液压机械悬架；
图4示意性地示出图3所示的液压机械悬架的各种实施例；以及
图5示意性地示出图3所示液压机械悬架的进一步的各种实施例。
具体实施方式
首先参照图3，与图1和图2(现有技术)相同或者相应的部分和元件已经被给出相同的附图标记，用于车辆的液压机械悬架基本上包括间置于车辆的非簧上质量和簧上质量之间的机械弹簧10，分别指示为UM和SM；间置于非簧上质量UM和簧上质量SM之间的与机械弹簧10并联的减震器12；与机械弹簧10串联布置的液压线性致动器14；蓄压器16；包含不可压缩的工作流体(油)的箱T；以及液压回路，通常指示为18，用于根据预定的操作模式将致动器14、蓄压器16和箱T液压连接到彼此。用k1指示机械弹簧10的刚度以及用k2指示致动器14的刚度，从而悬架的总刚度k等于刚度分别为k1和k2的两个弹簧串联布置的系统的等效刚度，根据下列方程式：
k＝1/(1/k1+1/k2)。
液压回路18包括第一液压管路20或者上游管路，蓄压器16通过其与箱T液压连接；第二液压管路22或者下游管路，致动器14通过其与箱T液压连接；以及第三液压管路24或者连接管路，其将第一液压管路20和第二液压管路22连接到彼此。
液压回路18还包括一台单级泵P，其制备成双向旋转泵，并且沿着第三液压管路24布置以便将工作流体从第一液压管路20泵送到第二液压管路22，或者反之亦然。泵P例如制备成齿轮泵。可逆同步电动马达M联接到泵P以便在任一方向上驱动它，可逆同步电动马达M例如制备成无刷直流电动马达，其具有速度、相位和电流控制。
液压回路18还包括沿着第一液压管路20和第二液压管路22布置的多个(电力或者液压操作的)阀V1，V2，V3和V4，以便控制工作流体在蓄压器16，箱T和致动器14之间的流动。更具体地，第一阀V1和第二阀V2沿着第一液压管路20相对于在第一液压管路20和第三液压管路24之间的交叉点(指示为I1)分别在与箱T的同侧上和在与蓄压器16的同侧上布置，而第三阀V3和第四阀V4沿着第二液压管路22相对于在第二液压管路22和第三液压管路24之间的交叉点(指示为I2)分别在与箱T的同侧上以及在与致动器14的同侧上布置。优选地，液压回路18还包括第四液压管路26或者旁通管路，其将第一液压管路20和第二液压管路22，平行于第三液压管路24连接到彼此。第五阀V5或者旁通阀沿着第四液压管路26布置以便控制工作流体在蓄压器16和致动器14之间的直接流动。电动马达M和阀V1，V2，V3，V4和V5由电子控制单元ECU控制以便根据预定操作模式操作。为此目的，电子控制单元ECU直接或者间接地连接到车载的一个或多个传感器。
通过这种结构，悬架能够根据下文说明的操作状态来操作。
首先，当蓄压器16未足够装料时，其在车辆启动之前因此在悬架开始操作之前被装料。为此目的，阀V2和V3被打开以便通过第三液压管路24将蓄压器16放置成与箱T连通，以及泵P被驱动以便将工作流体从箱T泵送到蓄压器16。一旦蓄压器16已经被装料，则至少阀V2被关闭以便保持在蓄压器16内达到的压力水平不变。在回路预装料阶段期间使用同步电动马达M(诸如像具有速度、相位和电流控制的无刷直流电动马达)来驱动泵P使得电动马达得以在低速下操作，因此具有低的噪声水平，并且允许通过相位电流的测量来估计预装料压力。由于由泵致动系统产生的低的噪声水平，当发动机还没运行时，例如在车门一被打开时，因此在悬架开始操作之前，回路也可被预装料。
悬架能够以无限的液压刚度来提升车身。为此目的，致动器14被放置成通过第三液压管路24与蓄压器16流体连通，其中阀V2和V4处于打开位置下。通过致动器14提升车辆所需的能量的一部分从而由蓄压器16中存储的弹性能量提供，因此必须由电动马达M提供来驱动泵P的能量只是需要补偿任何损失的能量。在车辆提升阶段期间，如果存储在蓄压器16中的工作流体的量不足以允许获得所需的提升行程，则阀V2被关闭同时阀V1被打开，以便允许泵P通过第三液压管路24将工作流体从箱T泵送到致动器14。一旦致动器14停止，而泵P仍然将工作流体泵送到致动器以便导致提升车辆，则由泵P供应的过量工作流体将通过打开阀V3而被输送到箱T。一旦已经达到所需的位置，则阀V4被关闭，因此致动器保持在所达到的位置而不需要将能量供给系统。
悬架也能够以无限的液压刚度导致车身降低。在该阶段期间以及也在提升阶段期间，致动器14被放置成通过第三液压管路24与蓄压器16流体连通，其中阀V2和V4处于打开位置下。在这种情况下，在降低阶段期间释放的势能转变成蓄压器16的弹性能量。在蓄压器16内不可回收的任何可能过剩的能量可由作为发电机工作的电动马达M回收。如果在降低阶段期间，由泵P从致动器14泵送到蓄压器16的工作流体的量不足以确保蓄压器的所需预装料，则泵P的吸入口可通过关闭阀V4并且打开阀V3而被切换到箱T。如果在另一方面，在蓄压器16内的压力达到限值，而泵P仍然将工作流体泵送到蓄压器，则由泵P供应的过量工作流体通过打开阀V1而被引导到箱T。一旦已经到达所需位置，则阀V4被关闭以便保持致动器14处于该位置下，并且同时阀V3被关闭以便保持蓄压器16被加压而不需要将能量供给系统。
将具有速度和相位控制的无刷直流电动马达用作电动马达M使得在提升阶段期间以及在降低阶段期间都可控制致动器14的速度和位置，而无需另外的传感器。
在提供旁通管路26的情况下，通过相关联的旁通阀V5，悬架也能够根据下文说明的两种另外的操作模式来工作以便执行刚度的“继电器式控制”调节或者适应性的调节。
由于旁通阀V5打开，致动器14通过旁通管路26直接连接到蓄压器16。因此，悬架的总刚度k取决于蓄压器16的刚度，悬架的总刚度k是机械弹簧10的刚度k1的倒数和致动器14的刚度k2的倒数之和，如在上面已经说明的那样。如果旁通阀V5关闭以及至少阀V4保持关闭，则致动器14变成无限的刚度，因此悬架的总刚度k达到其最大值，等于机械弹簧10的刚度k1。因此这种操作模式允许以低的能量消耗来获得悬架总刚度的增加，因为其只要求激活旁通阀V5或者禁用旁通阀V5。通过适当地在车辆的所有四个车轮的悬架上实施这种操作模式，可能对抗车辆的滚动和俯仰运动，例如在刹车或者在改变路径的操纵期间。另一方面，通过使得旁通阀V5打开以及也使得阀V2打开而通过第三液压管路24将蓄压器16放置成与箱T连通，并且通过适当地驱动泵P，可对蓄压器16装料或者卸料以便改变它的刚度，并且因此改变悬架的总刚度。从而可以执行悬架刚度的缓慢适应性的控制。
根据图4中所示的实施例，其中与图3中的那些相同或者相应的部分和元件由相同的附图标记指示，并且其中为了清楚起见，未示出电子控制单元ECU以及到电动马达和到液压回路18的阀的相关连接，液压回路18还包括第五液压管路28或者排放管路，其源自于第一液压管路20以便将蓄压器16与箱T直接连接。减压阀Vs沿着排放管路28布置，以便该阀的打开使得可以清空蓄压器16。
最后，根据图5的实施例，其中与图3中的那些相同或者相应的部分和元件由相同的附图标记指示，并且其中为了清楚起见，未示出电子控制单元ECU以及到电动马达和到液压回路18的阀的相关连接，旁通阀V5制备成比例阀，其能够将过量的工作流体排放到箱T内以便允许调节第二液压管路22内的压力，由此连续地控制由致动器14施加的力，或者允许连续地控制致动器14的位置。
如从上述描述清楚的那样，本发明的液压机械悬架允许由于能量回收能力以低的能量消耗以连续或者多稳态的方式调节悬架的刚度以及车辆与地面相距的高度。
当然，保持本发明的原理不变，实施例和结构细节可从纯粹通过非限制性实例所述和所示的那些进行广泛地变化，由此并不脱离如由所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (6)

1.用于车辆的液压机械悬架，其包括：机械弹簧(10)，机械弹簧间置于车辆的非簧上质量(UM)和簧上质量(SM)之间；减震器(12)，其平行于机械弹簧(10)间置于车辆的非簧上质量(UM)和簧上质量(SM)之间；液压线性致动器(14)，其与机械弹簧(10)串联布置；蓄压器(16)；包含不可压缩的工作流体的箱(T)；以及液压回路(18)，其根据预定的操作模式将致动器(14)、蓄压器(16)和箱(T)液压连接到彼此；
其中液压回路(18)包括：
-第一液压管路(20)，蓄压器(16)通过其与箱(T)液压连接；
-第二液压管路(22)，致动器(14)通过其与箱(T)液压连接；
-第三液压管路(24)，其将第一和第二液压管路(20,22)连接到彼此；
-一台单级泵(P)，其制备成双向旋转泵，并且沿着第三液压管路(24)布置；
-可逆电动马达(M)，其联接到泵(P)以便在任一方向上驱动它；以及
-沿着第一和第二液压管路(20，22)布置的多个阀(V1，V2，V3，V4，V5，Vs)，以便控制工作流体在蓄压器(16)、箱(T)和致动器(14)之间的流动，所述多个阀(V1，V2，V3，V4，V5，Vs)包括第一阀(V1)，第二阀(V2)，第三阀(V3)和第四阀(V4)，其中第一阀(V1)和第二阀(V2)沿着第一液压管路(20)相对于在第一液压管路(20)和第三液压管路(24)之间的第一交叉点(I1)分别在与箱(T)的同侧上和在与蓄压器(16)的同侧上布置；
其特征在于，第三阀(V3)和第四阀(V4)沿着第二液压管路(22)相对于在第二液压管路(22)和第三液压管路(24)之间的第二交叉点(I2)分别在与箱(T)的同侧上以及在与致动器(14)的同侧上布置。
2.根据权利要求1所述的悬架，其特征在于，液压回路(18)还包括第四液压管路(26)或者旁通管路，第四液压管路(26)或者旁通管路将第一和第二液压管路(20，22)平行于第三液压管路(24)连接到彼此，并且其中所述多个阀(V1，V2，V3，V4，V5，Vs)包括第五阀(V5)或者旁通阀，第五阀(V5)或者旁通阀沿着旁通管路(26)布置以便控制工作流体在蓄压器(16)和致动器(14)之间的直接流动。
3.根据权利要求2所述的悬架，其特征在于，所述第五阀(V5)被制备成比例阀，其布置将过量的工作流体排放到箱(T)内以便允许调节第二液压管路(22)中的压力。
4.根据任一前述权利要求所述的悬架，其特征在于，还包括电子控制单元(ECU)，其布置成控制电动马达(M)，并且如有必要，布置成也控制所述多个阀(V1，V2，V3，V4，V5，Vs)，以便实施预定的操作模式。
5.根据任一前述权利要求所述的悬架，其特征在于，所述电动马达(M)是具有速度、相位和电流控制的无刷直流电动马达。
6.根据任一前述权利要求所述的悬架，其特征在于，液压回路(18)还包括第五液压管路(28)，第五液压管路(28)源自于第一液压管路(20)以便将蓄压器(16)与箱(T)直接连接，并且其中所述多个阀(V1，V2，V3，V4，V5，Vs)还包括减压阀(Vs)，减压阀(Vs)沿着所述第五液压管路(28)布置以便控制工作流体通过所述第五液压管路(28)从蓄压器(16)到箱(T)的流动。
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