CN107672402B - 基于油气悬架的准零刚度的悬架系统 - Google Patents

基于油气悬架的准零刚度的悬架系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于油气悬架的准零刚度的悬架系统，该悬架系统包含三个油缸和两个蓄能器。三个油缸的一端连接车桥另一端连接车架，其中一个是垂直油缸，另两个是水平油缸相对于垂直油缸对称布置。一个蓄能器通过电磁阀和管路与垂直油缸的大腔连通，另一蓄能器同样通过电磁阀和管路与两个水平油缸的大腔都连通。垂直油缸和水平油缸分别有独立的液压控制系统，这两个液压控制系统共用一个液压泵。该悬架系统具有充油、放油和刚性与弹性转换功能，并可以通过合理匹配两蓄能器的参数实现在平衡位置附近的准零刚度特性。本系统是一种被动油气悬架系统，成本低，安全系数高。

Description

基于油气悬架的准零刚度的悬架系统
技术领域
本发明涉及一种悬架系统，尤其是涉及一种新型可实现准零刚度的油气悬架系统。
背景技术
随着车辆技术发展，油气悬架系统由于其非线性特性得到广泛的应用。悬架的刚度越小其减振效果越明显，但悬架行程较大。但目前油气悬架在车辆平衡位置刚度较大，影响其减振性能。
发明内容
本发明专利的目的是为了解决车辆在复杂工况下行驶平顺性差的问题，提供了一种成本相对低廉、安装方便的新型油气悬架系统。本发明设计一种悬架使其在平衡位置的刚度近似为零，其它位置刚度与位移成非线性的油气悬架系统。
本发明包括车架、车桥、安装支架、垂直油缸、水平油缸、液压管路、第一阻尼孔、第二阻尼孔、第一蓄能器、第二蓄能器，第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第一溢流阀、第二溢流阀、第三溢流阀、油箱、液压泵、滤清器和截止阀，每个车桥包含两套悬架系统，左右侧各有一套悬架系统，垂直油缸垂向放置，垂直油缸承受车架垂向载荷，垂直油缸一端通过安装支架与车桥铰接，垂直油缸另一端通过安装支架与车架铰接；两个水平油缸相对于垂直油缸对称布置，每个水平油缸均通过两个安装支架分别与车桥和车架铰接；当车辆在平衡位置时，两个水平油缸水平放置，不承受垂向载荷；第一蓄能器通过液压管路经过第一电磁阀与垂直油缸的大腔连通；第二蓄能器通过液压管路经过第六电磁阀分别与两个水平油缸的大腔连通。第一电磁阀和第六电磁阀的作用可使悬架处于弹性和刚性状态。为保护第一蓄能器和第二蓄能器，在第一蓄能器与油箱之间安装第一溢流阀，在第二蓄能器与油箱之间安装第三溢流阀。油箱依次通过滤清器、截止阀与液压泵进口连通，以便对悬架系统进行充油。液压泵的出口与油箱之间安装有第二溢流阀，以保护液压泵不受损坏。悬架系统通过第一阻尼孔、第二电磁阀、第二阻尼孔、第五电磁阀实现对悬架系统的放油，第一阻尼孔和第二阻尼孔控制悬架系统液压油的放油速度。
垂直油缸、两个水平油缸的小腔均和大气连通。垂直油缸、两个水平油缸的小腔也可通过油管和各自油缸大腔连通。垂直油缸的缸杆可与车桥铰接，垂直油缸的缸筒也可与车架铰接；水平油缸的缸杆可与车桥铰接，水平油缸的缸筒也可与车架铰接。
所述悬架系统是指基于油气悬架的准零刚度的悬架系统。
本发明专利的优点是：
1、本发明可通过协调改变两蓄能的体积、预充气压力来改变悬架系统的刚度。悬架系统在平衡位置的刚度可调整为正刚度、零刚度和负刚度。只要第一蓄能器和第二蓄能器参数设计合理，即可保证悬架在平衡位置的刚度为准零刚度，从而提高车辆行驶的平顺性。
2、此油气悬架仍为非线性悬架，悬架的刚度和位移的关系仍为非线性关系。可充分发挥油气悬架的减振性能。
3、此悬架系统的两水平油缸对称布置，两水平油缸水平方向对车桥的作用力可相互抵消，提高了车桥的安全系数。
4、此油气悬架系统为被动油气悬架系统，安装方便，设计和制造成本相对于主动悬架、半主动悬架低。
5、悬架系统可实现刚性和弹性转换，具备充、放油功能，并具有系统压力过载保护功能。
6、垂直油缸和水平油缸对应独立液压控制系统。这两套控制系统共用一个液压泵，节省制造成本。
附图说明
图1为本发明的准零刚度油气悬架系统的结构示意图。
图2为在图1的基础上将油缸各自大腔和小腔相连的准零刚度油气悬架系统的结构示意图。
图3为在垂直油缸和水平油缸的缸筒同时与车桥铰接的准零刚度油气悬架系统的结构示意图。
图4为在垂直油缸缸杆与车桥铰接，两水平油缸缸筒与车桥铰接的准零刚度油气悬架系统的结构示意图。
图5为在垂直油缸缸筒与车桥铰接，两水平油缸缸杆与车桥铰接的准零刚度油气悬架系统的结构示意图。
其中：1-车架；2-车桥；3-安装支架；4-垂直油缸；5-水平油缸；6-液压管路；7-第一阻尼孔；71-第二阻尼孔；8-第一蓄能器；81-第二蓄能器；9-第一电磁阀；91-第二电磁阀；92-第三电磁阀；93-第四电磁阀；94-第五电磁阀；95-第六电磁阀；10-第一溢流阀；101-第二溢流阀；102-第三溢流阀；11-油箱；12-液压泵；13-滤清器；14-截止阀。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明包括车架1、车桥2、安装支架3、垂直油缸4、水平油缸5、液压管路6、第一阻尼孔7、第二阻尼孔71、第一蓄能器8、第二蓄能器81，第一电磁阀9、第二电磁阀91、第三电磁阀92、第四电磁阀93、第五电磁阀94、第六电磁阀95、第一溢流阀10、第二溢流阀101、第三溢流阀102、油箱11、液压泵12、滤清器13和截止阀14，每个车桥2包含两套悬架系统，左右侧各有一套悬架系统，垂直油缸4垂向放置，垂直油缸4承受车架垂向载荷，垂直油缸4一端通过安装支架3与车桥2铰接，垂直油缸4另一端通过安装支架3与车架1铰接；垂直油缸4的缸杆可与车桥2铰接，垂直油缸4的缸筒也可与车架1铰接；；两个水平油缸5相对于垂直油缸4对称布置，每个水平油缸5均通过两个安装支架3分别与车桥2和车架1铰接，两个水平油缸5的缸杆可均与车桥2铰接，两个水平油缸5的缸筒也可均与车桥2铰接；当车辆在平衡位置时，两个水平油缸5水平放置，不承受垂向载荷；第一蓄能器8通过液压管路6经过第一电磁阀9与垂直油缸4的大腔连通；第二蓄能器81通过液压管路6经过第六电磁阀95分别与两个水平油缸5的大腔连通。第一电磁阀9和第六电磁阀95的作用可使悬架处于弹性和刚性状态。为保护第一蓄能器8和第二蓄能器81，在第一蓄能器8与油箱11之间安装第一溢流阀10，在第二蓄能器81与油箱11之间安装第三溢流阀102。油箱11依次通过滤清器13、截止阀14与液压泵12进口连通，以便对悬架系统进行充油。液压泵12的出口与油箱11之间安装有第二溢流阀101，以保护液压泵12不受损坏。悬架系统通过第一阻尼孔7、第二电磁阀91、第二阻尼孔71、第五电磁阀94实现对悬架系统的放油，第一阻尼孔7和第二阻尼孔71控制悬架系统液压油的放油速度。
如图1所示，垂直油缸4、两个水平油缸5的小腔均和大气连通。如图2所示，垂直油缸4、两个水平油缸5的小腔也可通过油管和各自油缸大腔连通。如图3所示，垂直油缸4的缸筒也可与车架1铰接，两个水平油缸5的缸筒也可均与车桥2铰接。垂直油缸4和水平油缸5的缸筒或缸杆可不同时与车桥2铰接，图4为垂直油缸4的缸杆、水平油缸5的缸筒与车桥2铰接，图5为垂直油缸4的缸筒、水平油缸5的缸杆与车桥2铰接。
所述悬架系统是指基于油气悬架的准零刚度的悬架系统。
本发明的工作过程：
1、悬架正常工作状态
第二电磁阀91、第三电磁阀92、第四电磁阀93、第五电磁阀94关闭。此时可通过控制第一电磁阀9和第六电磁阀95实现悬架处于刚性和弹性状态。
当第一电磁阀9、第六电磁阀95关闭时悬架处于刚性状态，此时悬架无减振效果，此种工况主要用于悬架载荷大且车速较低的工作场合；
当第一电磁阀9、第六电磁阀95打开时悬架处于弹性状态，悬架可充分发挥其减振性能。两个水平油缸5水平状态时，其长度最短，垂直油缸4处于平衡状态。当车桥2上跳时，垂直油缸4压缩，垂直油缸4大腔液压油通过液压管路6和第一电磁阀9流进第一蓄能器8，使第一蓄能器8压力升高；当车桥2上跳时，两个水平油缸5长度均伸长，其大腔压力降低，第二蓄能器81中的液压油通过第六电磁阀95和液压管流向水平油缸5的大腔，此时第二蓄能器81的压力会降低。当车桥2下跳时，垂直油缸4压缩，垂直油缸4的大腔压力降低，第一蓄能器8中的液压油通过第一电磁阀9和液压管路6流进垂直油缸4大腔，此时第一蓄能器8压力降低；当车桥2下跳时，两个水平油缸5长度也伸长，其大腔压力降低，第二蓄能器81中的液压油通过第六磁阀95和液压管流向水平油缸5的大腔，此时第二蓄能器81的压力会降低。
2、悬架系统充油状态
第二电磁阀91和第五电磁阀94关闭。第一电磁阀9和第六电磁阀95打开。
打开截止阀14，第三电磁阀92打开，即可实现对垂直油缸4相连的液压系统充油，第一蓄能器8压力升高。
打开截止阀14，第四电磁阀93打开，即可实现对两水平油缸5相连的液压系统充油，第二蓄能器81压力升高。
3、悬架系统放油状态
第三电磁阀92和第四电磁阀93关闭。第一电磁阀9和第六电磁阀95打开。
打开第二电磁阀91，即可实现对垂直油缸4相连的液压系统放油，第一蓄能器8压力降低。
打开第五电磁阀94，即可实现对两水平油缸5相连的液压系统放油，第二蓄能器81压力降低。
通过对悬架系统的充油和放油，可调第一整蓄能器8和第二蓄能器81的压力，进而调整悬架系统的刚度，只要第一整蓄能器8和第二蓄能器81相关参数合理匹配即可实现悬架系统的准零刚度特性。
第一溢流阀10的主要作用保护第一蓄能器8及其液压系统，当第一蓄能器8压力过高超过第一溢流阀10设定限制，第一蓄能器8中的液压油会通过第一溢流阀10流进油箱11。同理，第三溢流阀102的主要作用保护第二蓄能器81及其液压系统，当第二蓄能器81压力过高超过第三溢流阀102设定限制，第二蓄能器81中的液压油会通过第三溢流阀102流进油箱11。第二溢流阀101的主要作用保护液压泵12及其液压系统，当液压泵12出口压力过高超过第二溢流阀101设定限制，液压泵12出口的液压油会通过第二溢流阀101流进油箱11。
对同一车桥而言，为提高悬架的抗侧倾性能，车桥2左右侧垂直油缸4的大小腔不连通，左侧垂直油缸4的大腔和右侧垂直油缸4的小腔连通，同时左侧垂直油缸4小腔和右侧垂直油缸4大腔连通。
本发明可实现悬架系统在平衡位置的准零刚度，提高车辆的行驶平顺性。

Claims (5)

1.一种基于油气悬架的准零刚度的悬架系统，其特征在于：包括车架(1)、车桥(2)、安装支架(3)、垂直油缸(4)、水平油缸(5)、液压管路(6)、第一阻尼孔(7)、第二阻尼孔(71)、第一蓄能器(8)、第二蓄能器(81)，第一电磁阀(9)、第二电磁阀(91)、第三电磁阀(92)、第四电磁阀(93)、第五电磁阀(94)、第六电磁阀(95)、第一溢流阀(10)、第二溢流阀(101)、第三溢流阀(102)、油箱(11)、液压泵(12)、滤清器(13)和截止阀(14)，每个车桥(2)包含两套悬架系统，左右侧各有一套悬架系统，垂直油缸(4)垂向放置，垂直油缸(4)承受车架垂向载荷，垂直油缸(4)一端通过安装支架(3)与车桥(2)铰接，垂直油缸(4)另一端通过安装支架(3)与车架(1)铰接；垂直油缸(4)的缸杆与车桥(2)铰接铰接；两个水平油缸(5)相对于垂直油缸(4)对称布置，每个水平油缸(5)均通过两个安装支架(3)分别与车桥(2)和车架(1)铰接；当车辆在平衡位置时，两个水平油缸(5)水平放置，不承受垂向载荷；第一蓄能器(8)通过液压管路(6)经过第一电磁阀(9)与垂直油缸(4)的大腔连通；第二蓄能器(81)通过液压管路(6)经过第六电磁阀(95)分别与两个水平油缸(5)的大腔连通；在第一蓄能器(8)与油箱(11)之间安装第一溢流阀(10)，在第二蓄能器(81)与油箱(11)之间安装第三溢流阀(102)；油箱(11)依次通过滤清器(13)、截止阀(14)与液压泵(12)进口连通，以便对悬架系统进行充油；液压泵(12)的出口与油箱(11)之间安装有第二溢流阀(101)；悬架系统通过第一阻尼孔(7)、第二电磁阀(91)、第二阻尼孔(71)、第五电磁阀(94)实现对悬架系统的放油，第一阻尼孔(7)和第二阻尼孔(71)控制悬架系统液压油的放油速度。
2.根据权利要求1所述的一种基于油气悬架的准零刚度的悬架系统，其特征在于：所述的垂直油缸(4)、两个水平油缸(5)的小腔均和大气连通。
3.根据权利要求1所述的一种基于油气悬架的准零刚度的悬架系统，其特征在于：所述的垂直油缸(4)、两个水平油缸(5)的小腔通过油管和各自油缸大腔连通。
4.根据权利要求1所述的一种可实现平衡位置准零刚度的油气悬架系统，其特征在于：在同一车桥(2)中，车桥(2)左、右侧垂直油缸(4)的大小腔不连通，左侧垂直油缸(4)的大腔和右侧垂直油缸(4)的小腔连通，同时左侧垂直油缸(4)小腔和右侧垂直油缸(4)大腔连通。
5.根据权利要求1所述的一种基于油气悬架的准零刚度的悬架系统，其特征在于：所述的悬架系统包含一个垂直油缸(4)和两个水平油缸(5)，两水平油缸(5)相对垂直油缸(4)对称布置。
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