CN108839529B - 一种主动式可变容积空气悬架及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种主动式可变容积空气悬架及其控制方法，其可变容积空气悬架包括空气弹簧、液压增压装置、供油装置和连杆机构；所述空气弹簧带有容腔，空气弹簧与液压增压装置连接；液压增压装置通过连杆机构连接车辆的车架；连杆机构的下方与车辆的悬架连接；液压增压装置通过活塞的往复运动推动滑块，使滑块在液压增压装置内的高压油与空气弹簧容腔内的高压气体的推动下往复运动；供油装置与液压增压装置连接。本发明还包括一种主动式可变容积空气悬架的控制方法。本发明一方面能够适应对不同车辆的载荷；另一方面，提高了车辆的抗侧倾和俯仰能力。

Description

一种主动式可变容积空气悬架及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆空气悬架技术领域，特别是一种主动式可变容积空气悬架及其控制方法。

背景技术

空气弹簧利用气体的可压缩性实现其弹性作用，具有缓冲、隔振的功能，空气弹簧刚度是影响汽车舒适性的关键部件之一。为了使汽车空气悬架适应车辆行驶的各种复杂工况，通过改变空气弹簧的容积来改变弹簧的刚度特性和阻尼特性，对车辆的行驶平顺性和稳定性进行改善。

例如，申请号为201480019909X的具有用于空气弹簧阻尼的储器的车辆悬架系统，该发明论述了一种悬架系统，通过流动控制装置可变地限制空气在空气弹簧和空气储器之间的流动，对空气弹簧的阻尼进行调节。又如申请号为2011102872241的一种容积可变的空气弹簧附加气室结构，该发明通过设计可变容积的空气弹簧附加气室对悬架系统阻尼的进行调节。然而上述技术方案都是在原有的空气弹簧和液压减震器的基础上进行研究，所设计的装置并不会对空气弹簧本身的容积进行调节。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种结构紧凑，适用范围广的主动式可变容积空气悬架及其控制方法，能够使车辆产生抗侧倾和俯仰能力；同时能够增加悬架的阻尼，改善车辆的平顺性。

本发明的技术方案是：

本发明之一种主动式可变容积空气悬架，包括空气弹簧、液压增压装置、供油装置和连杆机构；所述空气弹簧带有容腔，空气弹簧与液压增压装置连接；液压增压装置通过连杆机构连接车辆的车架；连杆机构的下方与车辆的悬架连接；液压增压装置通过活塞的往复运动推动滑块，使滑块在液压增压装置内的高压油与空气弹簧容腔内的高压气体的推动下往复运动；供油装置与液压增压装置连接。

进一步，所述空气悬架还包括、检测机构和电子控制单元，检测机构用于将车速信号、液压增压装置内的液压油压力信号以及空气弹簧内的气体压力信号传输至电子控制单元；电子控制单元用于通过对液体压力和气体压力进行对比，来对液压增压装置的液压油进行压力调节。

进一步，所述检测机构包括：

车速传感器，用于检测车辆的车速信号；

液体压力传感器，用于对液压增压装置内的液压油压力进行检测；

气体压力传感器，用于对空气弹簧容腔内的气体压力进行检测；

上述所获得的车速信号、液压油压力信号和气体压力信号均输入至电子控制单元。

进一步，所述电子控制单元包括：

输入模块，用于接收检测机构传送来的车速信号、液压油压力信号和气体压力信号；

计算模块，用于对车速信号进行计算，判断车速是否为零；以及对液体压力和气体压力进行对比，并将得到的运算结果传输到执行机构控制模块，根据计算得到的压力对比结果生成控制指令，并传送至输出模块；

输出模块，用于控制执行机构动作，对液压增压装置的液压油进行压力调节。

进一步，所述供油装置包括储油箱和液压泵，液压增压装置的一条支路通过单向阀和所述液压泵连接储油箱，另一条支路通过电磁阀连接储油箱；所述电磁阀和液压泵与所述执行机构控制模块的输出端连接。

进一步，所述液压增压装置包括所述滑块、所述活塞和液压缸体，液压缸体被活塞分成上腔和下腔，下腔连接供油装置，上腔与空气弹簧的容腔连通，滑块沿上腔的内壁往复运动。

进一步，所述活塞上设有通孔，活塞的通孔直径小于上腔到滑块之间的通孔直径。

进一步，所述连杆机构包括第一铰点、第二铰点、第三铰点、第四铰点以及第五铰点，各相邻铰点之间均连接连杆；第一铰点与车架连接，第三铰点与悬架连接，使第二铰点和第四铰点之间的连杆形成杠杆结构；第五铰点连接活塞连杆。

本发明之一种根据前述所述主动式可变容积空气悬架的控制方法，包括以下步骤：

当车架向下运动或悬架向上运动时，车架与悬架之间的距离变小，使得连杆机构顺时针转动，推动活塞向上运动，液压油在活塞的挤压下使得活塞上方的油压增加，高压油推动滑块向上运动，使得空气弹簧内的容积变小，由于气体容量不变使得气体压力增加，抑制了空气弹簧上端向下运动，进而减小车身向下运动的行程；

当车架向上运动或悬架向下运动时，车架与悬架之间的距离变大，使得连杆机构逆时针转动，拉动活塞向下运动，使得活塞下方的液压油油压增加，液压油在通过活塞通孔时形成阻遏效应，增加了悬架的阻尼，进而减小车身向上的运动行程。

进一步，还包括对液压增压装置的液压油进行压力调节的步骤，具体为：

S1：当车辆启动后，将检测到的车速信号、液压油压力信号与空气弹簧内的气体压力信号进行计算分析；

S2：根据车速信号判断车速是否为零，当车速为零时，对液压油压力与气体压力进行对比，当计算得到气体压力大于液压油压力设定范围时，控制液压泵进行工作，将液压油输送至液压增压装置内，使液压增压装置内液压油压力增加；当计算得到液压油压力与气体压力之差小于或等于设定范围时，液压泵停止工作；

当计算得到气体压力小于液压油压力设定范围时，开启电磁阀，对液压增压装置内的液压油进行卸压；当检测的液压油压力与气体压力之差小于或等于设定范围值时，电磁阀关闭；

当判断车速不为零时，液压泵和电磁阀均停止工作，不再对液压增压装置进行液压油的压力调节。

本发明的有益效果：

（1）通过将空气弹簧与液压增压装置连接，能够对空气弹簧本身的容积进行调节，相比现有增加附加气室结构而言，不仅减小了整体体积，使结构紧凑，还能够适用于不同的车辆，且结构简单；

（2）通过使滑块在液压增压装置内的高压油与空气弹簧容腔内的高压气体的推动下往复运动，能够主动式改变空气弹簧的容积，进而减小车身的运动行程，提高了车辆的抗侧倾和俯仰能力；

（3）通过设置检测机构和电子控制单元，能够对液压增压装置的油压进行自动调控，进而使本装置适应对不同车辆的载荷，提高了主动式可变容积空气弹簧的适应范围；

（4）通过设置活塞中的通孔增加了悬架阻尼，抑制了车辆悬架的振动，从而显著提高车辆的平顺性；

（5）通过使活塞通孔直径小于上腔到滑块之间的通孔直径，能够快速使上腔油压增加，通过高压油推动滑块向上运动。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例连杆机构示意图；

图3为本发明实施例的电路控制原理示意图。

其中，1、空气弹簧；2、滑块；3、上腔；4、活塞；5、下腔；6、液体压力传感器；7、单向阀；8、电磁阀；9、气体压力传感器；10、电子控制单元；11、储油箱；12、液压泵；13、溢流阀；14、车架；15、连杆；16、悬架；

1501、第一铰点；1502、第二铰点；1503、第三铰点；1504、第四铰点；1505、第五铰点。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种主动式可变容积空气悬架，主要包括：空气弹簧1、液压增压装置、供油装置、连杆机构、检测机构以及电子控制单元。

本实施例中，空气弹簧1为带有容腔的囊式空气弹簧，空气弹簧1的底座处连接有液压增压装置，液压增压装置通过连杆机构连接车辆的车架14，连杆机构的下方与车辆的悬架16连接。供油装置与液压增压装置连接，用于为液压增压装置提供高压液压油。

具体地，液压增压装置包括滑块2、上腔3、活塞4以及下腔5。其中，活塞设于液压缸体内，活塞将液压缸体分成上腔3和下腔5，上腔3的上部设有滑块2，且上腔3的上部沿空气弹簧1的底座伸出至空气弹簧的容腔内，滑块2的一部分可选择性地从上腔3的上部移出并进入空气弹簧1的容腔，使得滑块2能够在高压油与高压气体的推动下沿着上腔3的内壁上下运动。活塞4的下端与连杆机构连接，连杆机构用于控制活塞沿着上下腔进行往复运动。活塞上设有通孔，用于保证上腔3和下腔5之间的连通，使液压油在上下腔之间流动。

连杆机构包括第一铰点1501、第二铰点1502、第三铰点1503、第四铰点1504以及第五铰点1505，各相邻铰点之间均连接连杆15。第一铰点1501固定连接在车架14上，第三铰点1503固定连接在悬架16上，使第二铰点1502和第四铰点1504之间的连杆起到杠杆的作用。第五铰点1505与活塞连杆的下端连接。

供油装置包括单向阀7、电磁阀8、储油箱11、液压泵12和溢流阀13，用于为液压增压装置提供高压液压油，保证液压增压装置内的油压与车辆静止时空气弹簧1内的气体压力相同。液压增压装置的下腔5的一条支路通过单向阀7和液压泵12连接储油箱11，另一条支路通过电磁阀8连接储油箱11，液压泵12的一侧连接有溢流阀13。其中，单向阀7能够防止液压增压装置内的油压回流到储油箱11；电磁阀8为常闭电磁阀，当液压增压装置内的液压油需要泄压时开启；液压泵将储油箱内的液压油泵入到液压增压装置内；所述的溢流阀能够防止液压泵产生的油压过高，对液压油路进行泄压。

检测机构包括车速传感器、液体压力传感器6和气体压力传感器9。其中，车速传感器用于检测车辆的车速信号。液体压力传感器6的探头部设于液压增压装置的下腔5内，用于对液压增压装置内的液压油压力进行检测。气体压力传感器9的探头部设于空气弹簧1的容腔内，用于对空气弹簧容腔内的气体压力进行检测。上述所获得的车速信号、液压油压力信号和气体压力信号均输入至电子控制单元的输入模块。

电子控制单元包括输入模块、运算模块、电磁阀控制模块、液压泵控制模块以及输出模块。其中，输入模块用于接收检测机构传送来的车速信号、液压油压力信号和气体压力信号。计算模块用于对车速信号进行计算，判断车速是否为零；以及对液体压力和气体压力进行对比，并将得到的运算结果传输到电磁阀控制模块和液压泵控制模块，根据计算得到的压力对比结果生成电磁阀开关指令和液压泵开关指令，并将所产生控制指令传送至输出模块，输出模块与电磁阀和液压泵电连接，分别控制电磁阀和液压泵动作。

本实施例的控制方法具体为：

当车辆启动后，检测机构将检测到的车速信号、液压油压力信号与气体压力信号分别输入至电子控制单元的输入端，电子控制单元中的计算模块根据车速信号判断车速是否为零，当车速为零时，电子控制单元中的计算模块对于液压油压力与气体压力进行对比，当计算得到气体压力大于液压油压力设定范围时，将计算结果输入到液压泵控制模块，液压泵控制模块生成液压泵控制指令并输入到输出模块，输出模块输出控制电压使液压泵进行工作，进而使液压增压装置内液压油压力增加；当计算得到液压油压力与气体压力之差小于或等于设定范围时，液压泵控制模块不再生成控制指令，输出模块不再输出控制电压，使液压泵停止工作。当计算得到气体压力小于液压油压力设定范围时，将计算结果输入到电磁阀控制模块，电磁阀控制模块生成电磁阀控制指令并输入到输出模块，输出模块输出控制电压使电磁阀开启，液压增压装置内的液压油流入储油箱；当检测的液压油压力与气体压力之差小于或等于设定范围值时，输出端不在生成控制电压，电磁阀关闭。当计算模块根据车速信号判断车速不为零时，电子控制单元中的液压控制模块和电磁阀控制模块均不再生成工作指令，使得液压增压装置不再进行液压油的压力调节。

当车辆行驶在颠簸路面时，车架14与悬架16之间的距离不断变化；当车架向下运动或悬架向上运动时，导致车架与悬架之间的距离变小，进而导致第二铰点1502与第四铰点1504之间的连杆绕第三铰点1503顺时针运动，连杆机构推动活塞4向上运动，由于活塞通孔直径小于上腔到滑块之间通孔的直径，上腔液压油在活塞的挤压下使得油压增加，高压油推动滑块向上运动，使得空气弹簧内的容积变小，由于气体容量不变使得气体压力增加，抑制了空气弹簧上端向下运动，减小车身向下运动的行程，从而提高了该空气弹簧的抗变形程度，改善车辆的抗侧倾和俯仰的能力。当车架14向上运动或悬架16向下运动时，导致车架与悬架之间的距离变大，进而导致第二铰点1502与第四铰点1504之间的连杆绕第三铰点1503逆时针运动，连杆机构拉动活塞向下运动，液压增压装置下腔内的液压油油压增加，液压油在通过活塞通孔时形成阻遏效应，增加了悬架16的阻尼，减小车身的运动行程，抑制了车辆悬架的振动，从而提高车辆的平顺性。

综上所述，本实施例在车辆发生振动时，通过液压推动滑块改变空气弹簧的内部容积，增加空气弹簧内的气体压力，使车辆产生抗侧倾和俯仰的能力；同时液压增压装置增加了悬架的阻尼，改善车辆的平顺性。通过检测机构通过对液压增压装置内油压与空气弹簧内气体压力的检测，通过电子控制单元的处理和计算，对液压增压装置内的油压进行调节，使油压与气体压力基本保持一致；当悬架与车架上下运动时，连杆机构推动或拉动活塞上下运动，活塞向上运动时高压油推动滑块向上运动，改变空气弹簧的容积，增加空气弹簧内的压力；活塞向下运动时，下腔内的高压油通过活塞通孔向上腔流动，增加了悬架的阻尼，有效改善车辆的平顺性。

以上所述的具体实施案例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施案例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种主动式可变容积空气悬架，其特征在于，包括空气弹簧、液压增压装置、供油装置和连杆机构；所述空气弹簧带有容腔，空气弹簧与液压增压装置连接；液压增压装置通过连杆机构连接车辆的车架；连杆机构的下方与车辆的悬架连接；所述液压增压装置包括滑块、活塞和液压缸体，液压缸体被活塞分成上腔和下腔，下腔连接供油装置，上腔与空气弹簧的容腔连通，通过活塞的往复运动推动滑块，使滑块在液压增压装置内的高压油与空气弹簧容腔内的高压气体的推动下沿上腔的内壁往复运动。

2.根据权利要求1所述的主动式可变容积空气悬架，其特征在于，所述可变容积空气悬架还包括检测机构和电子控制单元，检测机构用于将车速信号、液压增压装置内的液压油压力信号以及空气弹簧内的气体压力信号传输至电子控制单元；电子控制单元用于通过对液体压力和气体压力进行对比，来对液压增压装置的液压油进行压力调节。

3.根据权利要求2所述的主动式可变容积空气悬架，其特征在于，所述检测机构包括：

车速传感器，用于检测车辆的车速信号；

液体压力传感器，用于对液压增压装置内的液压油压力进行检测；

气体压力传感器，用于对空气弹簧容腔内的气体压力进行检测；

上述所获得的车速信号、液压油压力信号和气体压力信号均输入至电子控制单元。

4.根据权利要求3所述的主动式可变容积空气悬架，其特征在于，所述电子控制单元包括：

输入模块，用于接收检测机构传送来的车速信号、液压油压力信号和气体压力信号；

计算模块，用于对车速信号进行计算，判断车速是否为零；以及对液体压力和气体压力进行对比，并将得到的运算结果传输到执行机构控制模块，根据计算得到的压力对比结果生成控制指令，并传送至输出模块；

输出模块，用于控制执行机构动作，对液压增压装置的液压油进行压力调节。

5.根据权利要求4所述的主动式可变容积空气悬架，其特征在于，所述供油装置包括储油箱和液压泵，液压增压装置的一条支路通过单向阀和所述液压泵连接储油箱，另一条支路通过电磁阀连接储油箱；所述电磁阀和液压泵与所述执行机构控制模块的输出端连接。

6.根据权利要求1~5任一项所述的主动式可变容积空气悬架，其特征在于，所述活塞上设有通孔，活塞的通孔直径小于上腔到滑块之间的通孔直径。

7.根据权利要求1~5任一项所述的主动式可变容积空气悬架，其特征在于，所述连杆机构包括第一铰点、第二铰点、第三铰点、第四铰点以及第五铰点，各相邻铰点之间均连接连杆；第一铰点与车架连接，第三铰点与悬架连接，使第二铰点和第四铰点之间的连杆形成杠杆结构；第五铰点连接活塞连杆。

8.一种根据权利要求1~7任一项所述主动式可变容积空气悬架的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当车架向下运动或悬架向上运动时，车架与悬架之间的距离变小，使得连杆机构顺时针转动，推动活塞向上运动，液压油在活塞的挤压下使得活塞上方的油压增加，高压油推动滑块向上运动，使得空气弹簧内的容积变小，由于气体容量不变使得气体压力增加，抑制了空气弹簧上端向下运动，进而减小车身向下运动的行程；

当车架向上运动或悬架向下运动时，车架与悬架之间的距离变大，使得连杆机构逆时针转动，拉动活塞向下运动，使得活塞下方的液压油油压增加，液压油在通过活塞通孔时形成阻遏效应，增加了悬架的阻尼，进而减小车身向上的运动行程。

9.根据权利要求8所述主动式可变容积空气悬架的控制方法，其特征在于，还包括对液压增压装置的液压油进行压力调节的步骤，具体为：

S1：当车辆启动后，将检测到的车速信号、液压油压力信号与空气弹簧内的气体压力信号进行计算分析；

S2：根据车速信号判断车速是否为零，当车速为零时，对液压油压力与气体压力进行对比，当计算得到气体压力大于液压油压力且压力之差大于设定范围时，控制液压泵进行工作，将液压油输送至液压增压装置内，使液压增压装置内液压油压力增加；当计算得到液压油压力与气体压力之差小于或等于设定范围时，液压泵停止工作；

当计算得到气体压力小于液压油压力且压力之差小于设定范围时，开启电磁阀，对液压增压装置内的液压油进行卸压；当检测的液压油压力与气体压力之差小于或等于设定范围值时，电磁阀关闭；

当判断车速不为零时，液压泵和电磁阀均停止工作，不再对液压增压装置进行液压油的压力调节。