CN108674116B - 双腔浮动缸及其应用的单摆臂悬挂系统和悬挂调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双腔浮动缸及其应用的单摆臂悬挂系统和悬挂调节方法，用于车辆的悬挂系统；包括竖向布置的缸筒和两组一体连接的固定活塞和固定导向筒；缸筒两端的筒状结构分别装配于两组固定活塞和固定导向筒的环形凹槽内，缸筒的内壁与固定活塞密封滑动装配，缸筒的外壁与固定导向筒的内壁密封滑动装配，固定活塞和缸筒之间的腔体以及固定活塞和固定导向筒的环形腔体分别形成活塞两侧的两个压力腔体。在应用的单摆臂悬挂系统中，固定活塞和固定导向筒与车架固定连接，缸筒与摆动缸连接，并通过转动轴和摆臂与车轮总成连接。本发明将双腔浮动缸应用到单摆臂悬挂系统中，具有摆臂悬挂的大角度调节，大范围改变悬挂高度、车辆轴距的优点。

Description

双腔浮动缸及其应用的单摆臂悬挂系统和悬挂调节方法

技术领域

本发明属于车辆悬挂技术，具体涉及一种双腔浮动缸及其应用的单摆臂悬挂系统和悬挂调节方法。

背景技术

悬挂系统是行驶车辆车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，并缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，衰减震动，保证车辆平顺行驶。悬挂系统的主要功能是支持车身，改善乘坐的感觉。

油气悬挂是近年来发展迅速应用广泛的悬挂形式之一，随着大型工程车辆、特种车辆承载及越野性能等的不断提高，油气悬挂以其特有的非线性特征、良好的减震性能、储能比大以及高度可调等优点满足多种车辆的需求。其中，单摆臂悬挂系统以其大角度调节，大范围改变悬挂高度、车辆轴距，在越野、爬坡登高等方面表现出色，目前在国内外特种越野车型中多有出现。

但是，现有的单摆臂悬挂系统与车架的铰点刚性固定，仅仅能够承受住摆动方向上的负载，车辆在复杂的行驶环境下，综合的负载冲击容易对悬挂铰点造成破坏，特别是一些野外的特种车辆，这种悬挂系统经常会出现损坏。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的单摆臂悬挂系统存在的上述缺陷，提供一种用于车辆悬挂的双腔浮动缸及其应用的单摆臂悬挂系统和悬挂调节方法。

本发明采用如下技术方案实现：

双腔浮动缸，用于车辆的悬挂系统；

包括竖向布置的缸筒101和两组一体连接的固定活塞和固定导向筒；

所述缸筒101两端为两个筒状结构，所述固定活塞和固定导向筒同轴固定成一环形凹槽，所述缸筒101两端的筒状结构分别装配于两组固定活塞和固定导向筒的环形凹槽内，缸筒的内壁与固定活塞密封滑动装配，缸筒的外壁与固定导向筒的内壁密封滑动装配，固定活塞和缸筒之间的腔体以及固定活塞和固定导向筒的环形腔体分别形成活塞两侧的两个压力腔体，其中，

位于上部的两个压力腔体分别通过管路连接外部压力系统接入压力介质；

位于下部的两个压力腔体分别通过管路连接蓄能元件；

所述固定活塞和固定导向筒与车架8固定连接，所述缸筒101与车轮总成5连接。

进一步的，所述固定活塞为中空结构，其上设有第一管路106和第二管路107，所述第一管路106贯穿连接至固定活塞和缸筒之间的腔体，所述第二管路107连接至固定活塞的中空腔体，所述固定活塞的上设有与固定活塞和固定导向筒的环形腔体连通的阻尼孔108和单向阀109。

具体的，所述双腔浮动缸为液压油缸或气动缸，对应的压力系统为液压系统或气压系统，采用的压力介质为液压油或压力气体。

本发明还公开了上述双腔浮动缸应用的单摆臂悬挂系统，包括双腔浮动缸1、摆动缸2、转动轴3和摆臂4；

所述双腔浮动缸1的固定活塞和固定导向筒端与车架8固定，所述摆动缸2与缸筒101固定连接，所述摆动缸2通过转动轴3连接摆臂4，所述摆臂4连接至车轮总成5。

进一步的，所述转动轴3横向穿过缸筒101并与缸筒101之间转动装配。

进一步的，所述摆动缸2的进、出管路分别并联连通至所述双腔浮动缸1位于上部的两个压力腔体。

进一步的，所述摆动缸2和双腔浮动缸1之间连接的管路上设置有连接阀74。

进一步的，所述双腔浮动缸1和摆动缸2并联共用一套压力系统，该套压力系统中设有用于调节双腔浮动缸1升降和摆动缸2摆动的调节阀71以及用于分别切换锁定双腔浮动缸1和摆动缸2的第一开关阀72和第二开关阀73；

所述调节阀71为一组，所述双腔浮动缸1和摆动缸2分别并联在调节阀71的工作油路上；

所述第一开关阀72和第二开关阀73分别设置在调节阀71的两组并联工作油路上。

进一步的，所述双腔浮动缸1的其中一组固定导向套上设有检测缸筒101升降位置的位置传感器，所述位置传感器与调节阀71的控制单元反馈连接。

本发明还公开了上述单摆臂悬挂系统的悬挂调节方法，包括四个悬挂模式：

柔性支撑悬挂模式，打开连接阀74，阻断调节阀71、第一开关阀72和第二开关阀73，使双腔浮动缸1和摆动缸2之间的压力介质相互连通；

升降调节模式，打开调节阀71和第一开关阀72，阻断第二开关阀73和连接阀74，通过调节阀71控制双腔浮动缸1的缸筒升降调节；

摆动调节模式，打开调节阀71和第二开关阀73，阻断第一开关阀72和连接阀74，通过调节阀71控制摆动缸2摆动调节；

刚性锁定悬挂模式，阻断调节阀71、第一开关阀72、第二开关阀73和连接阀74，使双腔浮动缸1和摆动缸2之间的压力介质相互断开。

本发明的单摆臂悬挂系统采用双腔浮动缸+摆动缸的形式，双腔浮动缸实现了悬挂系统的竖向柔性支撑，解决了现有单摆臂悬挂铰点刚性固定的缺点，将摆臂铰点设在双腔浮动缸的中心，摆动缸的铰点可随双腔浮动缸的缸筒上下浮动。

双腔浮动缸采用一侧连通压力+一侧连通蓄能元件的方式，在上下振幅内提供同样弹性和阻尼，且浮动缸的固定活塞保护在导向筒内，使双腔浮动缸在承受轴向力外，还能承受径向冲击。

整个单摆臂悬挂系统的调节解决现有可调悬挂只有一个最佳振动中心的情况，通过调节阀切换油路，摆臂经摆动缸实现大范围可调；调节后切换油路，实现在任意摆角位置可保持承载性能，悬挂弹性和阻尼不变；并且，在行驶时油路切换，摆动缸与双腔浮动缸之间的压力管路耦合连接，摆动缸作为阻力油路的参与悬架性能调节。

由上所述，本发明将双腔浮动缸应用到单摆臂悬挂系统中，具有摆臂悬挂的大角度调节，大范围改变悬挂高度、车辆轴距的优势，同时还具备油气悬挂以其特有的非线性特征、良好的减震性能、储能比大以及高度可调的优点，可以满足多种车辆的需求，特别在需要越野、爬坡登高等方面的工程车辆、特种车辆以及越野车辆上具有广泛应用前景。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为实施例一中的双腔浮动缸的结构示意图。

图2为实施例一中的双腔浮动缸的外部压力管路连接示意图。

图3为实施例二中的单摆臂悬挂系统的整体结构示意图。

图4为实施例二中的单摆臂悬挂系统的与车架的装配示意图。

图5为实施例二中的单摆臂悬挂系统的分解示意图。

图6为实施例二中的单摆臂悬挂系统的压力系统控制原理图。

图7为实施例二中的双腔浮动缸和摆动缸的调节控制流程示意图。

图中标号：

1-双腔浮动缸，11-无杆腔，12-有杆腔，13-摆动缸安装法兰，101-缸筒，102-上固定活塞，102’-下固定活塞，103-上固定导向筒，103’-下固定导向筒，104-内密封导向套，105-外密封导向套，106-第一管路，107-第二管路，108-阻尼孔，109-单向阀，110-上位传感器，111-中位传感器，112-下位传感器，113-转轴安装孔；

2-摆动缸，

3-转动轴，31-转动轴固定法兰，32-内轴套，33-外轴套；

4-摆臂，

5-车轮总成，

61-第一蓄能器，62-第二蓄能器，

7-控制阀组，71-调节阀，72-第一开关阀，73-第二开关阀，74-连接阀；

8-车架。

具体实施方式

实施例一

参加图1和图2，图示中的双腔浮动缸1为本发明的一种优选方案，具体包括缸筒101、上固定活塞102、下固定活塞102’、上固定导向筒103、下固定导向筒103’、内密封导向套104、外密封导向套105、第一管路106和第二管路107等。

缸筒101、上固定活塞102、下固定活塞102’、上固定导向筒103和下固定导向筒103’装配成双腔浮动缸1的整体缸体结构，其中上固定活塞102和上固定导向筒103之间以及下固定活塞102’和下固定导向筒103’之间组成两组一体连接的双腔浮动缸缸体固定端，缸筒101则作为双腔浮动缸缸体的活动端，两组固定活塞和固定导向筒分别装配在缸筒101的两端，两组固定活塞和固定导向筒的结构和装配方式均相同，以下以上固定活塞102和上固定导向筒103为例具体说明固定活塞、固定导向筒和缸筒之间的连接关系。

缸筒101沿车辆的竖向设置，两端分别设置成与固定活塞和固定导向筒配合的筒状结构，其中，上固定活塞102和上固定导向筒103同轴固定装配，形成一个与缸筒101的筒状结构对应的环形凹槽结构，缸筒101上端的筒状结构装配到上固定活塞102和上固定导向筒103围成的环形凹槽内，上固定活塞102的外壁通过两组内密封导向套104与缸筒101的内壁密封滑动装配，上固定导向筒103的内壁通过设置外密封导向套105与缸筒101的外壁滑动装配。下固定活塞102’和下固定导向筒103’采用相同的方式装配设置在缸筒101下端的筒状结构上，使得缸筒101能够沿着上下两组固定活塞和上下两组固定导向筒滑动。

由于双腔浮动缸1的上下两端的固定活塞和固定导向套分别与车架固定连接，缸筒101与车轮总成5连接，缸筒101在上下两组固定活塞和固定导向套之间滑动，因此缸筒和固定活塞以及固定导向套的开口端不需要另外设置轴向限位结构。

内密封导向套104和外密封导向套105的结构可参考现有的油缸或气缸的活塞密封结构，本实施例在此不做赘述。

装配好的缸筒101和上固定活塞102以及上固定导向筒103之间滑动装配的同时，形成两组隔开的压力腔体，其中，上固定活塞102和缸筒101上端筒状结构的底面之间形成的压力腔体相当于无杆腔11，上固定活塞102和上固定导向筒之间形成的环形腔体相当于有杆腔12。

上固定活塞102采用内部加工空腔的中空结构，并且从上固定活塞102的顶部引入第一管路106和第二管路107，分别作为连接无杆腔11和有杆腔12的压力进出通道，其中，第一管路106贯穿穿过上固定活塞102后，直接连通至上固定活塞102和缸筒101之间的无杆腔11，在上固定活塞102的底部设置隔板将内腔和无杆腔隔开，第二管路107则直接连通到上固定活塞102的内部空腔，同时，在上固定活塞102上设有与上固定活塞102和上固定导向筒103之间的有杆腔12连通的两组孔道，其中一组孔道为阻尼孔108，另一组孔道内装配设置单向阀109，有杆腔12和上固定活塞102内部空腔可以通过阻尼孔108双向阻尼流通，而单向阀109则只能够实现上固定活塞102内部压力向有杆腔12流通。

下固定活塞102’、下固定导向筒103’和缸筒101之间的压力腔体设置方式与上固定活塞102以及上固定导向筒103相同，本实施的双腔浮动缸1用于车辆的悬挂系统，因此在调节悬挂时，只需要考虑缸筒101一端的压力调节，因此位于上部的两个压力腔体分别通过第一管路106和第二管路107连接外部压力系统接入压力介质，而位于下部的两个压力腔体分别通过两个管路连接第一蓄能器61和第二蓄能器62，利用蓄能元件吸收和释放上部调节的变化压力。

在实际应用中，本实施例的双腔浮动缸可以是液压油缸或气动缸，对应的压力系统为液压系统或气压系统，采用的压力介质为液压油或压力气体。

实施例二

实施例一中的双腔浮动缸1可直接用于竖向的悬挂系统中，即将双腔浮动缸1的缸筒101直接与车轮总成连接，也可应用在单摆臂悬挂系统中。

如图3和图4，本实施例为实施例一中的双腔浮动缸用于单摆臂悬挂系统中的一种优选方案，具体包括双腔浮动缸1、摆动缸2、转动轴3和摆臂4五个部分，其中，双腔浮动缸1的固定活塞和固定导向筒端与车架8固定，摆动缸2与缸筒101固定连接，摆动缸2通过转动轴3连接摆臂4，摆臂4连接至车轮总成5，车轮总成5通过摆臂4与摆动缸2连接，同时摆动缸2浮动设置在双腔浮动缸1上，完成车架8和车轮总成5之间的悬挂连接，其中摆臂和摆动缸的铰点可随双腔浮动缸的缸筒上下浮动，解决现有单摆臂悬挂铰点刚性固定的缺点。

为了简化安装结构以及提高摆动缸和摆臂之间的支撑强度，本实施例将转动轴3既作为摆动缸和摆臂之间的传动件，同时也利用转动轴3承担一部分的竖向支撑。具体如图1和图5所示，在双腔浮动缸1的缸筒101中间位置横向加工有转轴安装孔112，转动轴3通过内轴套32和外轴套33转动装配在转轴安装孔112内，摆动缸2的壳体通过摆动缸安装法兰13固定在缸筒101的转轴安装孔112外侧，转动轴3一端与通过转动轴固定法兰31与摆动缸2的输出端传动连接，另一端与摆臂4端部设置的传动孔连接，转动轴3和摆臂4之间可通过方孔或键连接装配。

结合参见图6，摆动缸2的具体结构为现有的单臂摆动悬架结构，包括有两个分别连接内部压力腔体的进、出管路，这两个进、出管路连接驱动摆动缸的压力系统的同时，还分别引出压力管路连接至双腔浮动缸1的第一管路106和第二管路107，这样摆动缸2和双腔浮动缸1的压力管路之间耦合连接，摆动缸2可作为双腔浮动缸的阻力油路，进而参与竖直悬架性能的调节。

为了主动控制调节本实施例的悬挂系统，本实施例的压力系统中设置采用一套控制阀组7来实现。该套控制阀组7具体包括用于调节双腔浮动缸1升降和摆动缸2摆动的调节阀71、用于分别切换锁定双腔浮动缸1和摆动缸2的第一开关阀72和第二开关阀73以及用于控制双腔浮动缸1和摆动缸2之间连接关系的连接阀74。

为了节省成本和安装空间，双腔浮动缸1和摆动缸2共用一套压力系统，以液压控制系统为例，调节阀71采用一个三位四通电磁换向阀，包括一个截止位和两个互为换向的连通位，其进油口和出油口分别连接到压力系统的压力源和油箱，两个工作油口通过压力管路与第一开关阀72和第二开关阀73并联，第一开关阀72和第二开关阀73分别采用两位四通电磁换向阀，均包括一个截止位和一个连通位，第一开关阀72的两个工作油口通过压力管路连接到双腔浮动缸1上部的第一管路106和第二管路107，第二开关阀73的两个工作油口通过压力管路连接到摆动缸2的进、出管路；连接阀74设置在摆动缸2和双腔浮动缸1之间连接的压力管路上，采用两位四通电磁换向阀，包括一个截止位和一个连通位。

以下结合图6和图7具体说明本实施例的单摆臂悬挂系统的悬挂调节方法。

在本实施例中，调节阀71的初始位为断开状态，第一开关阀72和第二开关阀73的初始位均为断开状态，连接阀74的初始为位连通状态。

本实施例包括四个悬挂模式：柔性支撑悬挂模式，升降调节模式、摆动调节模式和刚性锁定悬挂模式。

在初始状态下为柔性支撑模式，此时调节阀71、第一开关阀72、第二开关阀73以及连接阀74均不得电，保持初始位，压力系统不对双腔浮动缸1和摆动缸2进行调节控制，此时仅仅双腔浮动缸1和摆动缸2之间的压力介质相互连通。

当需要切换到升降调节模式时，控制调节阀71、第一开关阀72和连接阀74得电，第二开关阀73不得电，此时调节阀71和第一开关阀72为打开连通状态，第二开关阀73和连接阀74为关闭阻断状态，此时通过控制调节阀71的开度和换向可调节双腔浮动缸1的缸筒升降，进而实现车辆的悬挂高度调节。

此时在调节缸筒升降的过程中，本实施例在双腔浮动缸1的其中一组固定导向套上设有检测缸筒101升降位置的位置传感器，包括上位传感器110，中位传感器111和下位传感器112，当缸筒的浮动升降位置触发对应的位置传感器后，位置传感器将缸筒的位置信号反馈传送至调节阀71的控制单元，实现缸筒浮动升降的自动控制。

当需要切换到摆动调节模式时，控制调节阀71、第二开关阀73和连接阀74得电，第一开关阀72不得电，此时调节阀71和第二开关阀73为打开连通状态，第一开关阀72和连接阀74为关闭阻断状态，此时通过控制调节阀71的开度和换向可调节双腔浮动缸1的摆动调节，进而实现车辆的悬挂高度和前后轴距的调节。

当需要切换到刚性锁定悬挂模式，控制连接阀74得电，调节阀71、第一开关阀72和第二开关阀73均不得电，此时调节阀71、第一开关阀72、第二开关阀73和连接阀74均为关闭阻断状态，此时双腔浮动缸1、摆动缸2与压力系统之间以及双腔浮动缸1和摆动缸2之间的压力介质相互断开，这样车辆的悬挂系统仅通过双腔浮动缸以及摆动缸内部的压力介质支撑。

本实施例的该套控制阀组仅仅针对换向阀门切换和控制部分，其他的压力源和安全控制阀门等并未涉及，该部分可参考现有的液压控制系统或气动压力控制系统。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易实现本发明专利其他结构设计的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出的图例。

Claims (8)

1.双腔浮动缸，其特征在于：用于车辆的单摆臂悬挂系统；

包括竖向布置的缸筒（101）和两组一体连接的固定活塞和固定导向筒；

所述缸筒（101）两端为两个筒状结构，所述固定活塞和固定导向筒同轴固定成一环形凹槽，所述缸筒（101）两端的筒状结构分别装配于两组固定活塞和固定导向筒的环形凹槽内，缸筒的内壁与固定活塞密封滑动装配，缸筒的外壁与固定导向筒的内壁密封滑动装配，固定活塞和缸筒之间的腔体以及固定活塞和固定导向筒的环形腔体分别形成活塞两侧的两个压力腔体，其中，

位于上部的两个压力腔体分别通过管路连接外部压力系统接入压力介质；

位于下部的两个压力腔体分别通过管路连接蓄能元件；

所述固定活塞和固定导向筒与车架（8）固定连接，所述缸筒（101）与车轮总成（5）连接；

其中，单摆臂悬挂系统包括双腔浮动缸（1）、摆动缸（2）、转动轴（3）和摆臂（4）；所述摆动缸（2）和双腔浮动缸（1）之间连接的管路上设置有连接阀（74）；所述双腔浮动缸（1）和摆动缸（2）并联共用一套压力系统，该套压力系统中设有用于调节双腔浮动缸（1）升降和摆动缸（2）摆动的调节阀（71）以及用于分别切换锁定双腔浮动缸（1）和摆动缸（2）的第一开关阀（72）和第二开关阀（73）；

其中，单摆臂悬挂系统包括四个悬挂模式：

柔性支撑悬挂模式，打开连接阀（74），阻断调节阀（71）、第一开关阀（72）和第二开关阀（73），使双腔浮动缸（1）和摆动缸（2）之间的压力介质相互连通；

升降调节模式，打开调节阀（71）和第一开关阀（72），阻断第二开关阀（73）和连接阀（74），通过调节阀（71）控制双腔浮动缸（1）的缸筒升降调节；

摆动调节模式，打开调节阀（71）和第二开关阀（73），阻断第一开关阀（72）和连接阀（74），通过调节阀（71）控制摆动缸（2）摆动调节；

刚性锁定悬挂模式，阻断调节阀（71）、第一开关阀（72）、第二开关阀（73）和连接阀（74），使双腔浮动缸（1）和摆动缸（2）之间的压力介质相互断开。

2.根据权利要求1所述的双腔浮动缸，所述固定活塞为中空结构，其上设有第一管路（106）和第二管路（107），所述第一管路（106）贯穿连接至固定活塞和缸筒之间的腔体，所述第二管路（107）连接至固定活塞的中空腔体，所述固定活塞的上设有与固定活塞和固定导向筒的环形腔体连通的阻尼孔（108）和单向阀（109）。

3.根据权利要求1或2所述的双腔浮动缸，所述双腔浮动缸为液压油缸或气动缸，对应的压力系统为液压系统或气压系统，采用的压力介质为液压油或压力气体。

4.权利要求3中的双腔浮动缸应用的单摆臂悬挂系统，其特征在于：包括双腔浮动缸（1）、摆动缸（2）、转动轴（3）和摆臂（4）；

所述双腔浮动缸（1）的固定活塞和固定导向筒端与车架（8）固定，所述摆动缸（2）与缸筒（101）固定连接，所述摆动缸（2）通过转动轴（3）连接摆臂（4），所述摆臂（4）连接至车轮总成（5）。

5.根据权利要求4所述的单摆臂悬挂系统，所述转动轴（3）横向穿过缸筒（101）并与缸筒（101）之间转动装配。

6.根据权利要求4所述的单摆臂悬挂系统，所述摆动缸（2）的进、出管路分别并联连通至所述双腔浮动缸（1）位于上部的两个压力腔体。

7.根据权利要求6所述的单摆臂悬挂系统，

所述调节阀（71）为一组，所述双腔浮动缸（1）和摆动缸（2）分别并联在调节阀（71）的工作油路上；

所述第一开关阀（72）和第二开关阀（73）分别设置在调节阀（71）的两组并联工作油路上。

8.根据权利要求7所述的单摆臂悬挂系统，所述双腔浮动缸（1）的其中一组固定导向套上设有检测缸筒（101）升降位置的位置传感器，所述位置传感器与调节阀（71）的控制单元反馈连接。