CN109109603B - 一种可互动的汽车液压独立悬架系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可互动的液压独立悬架系统，该系统包括所述结构包括液压减震装置、能量收集装置、互动装置、控制装置，液压减震装置包括上固定孔(1.1)、弹簧(1.2)、柱塞杆(1.3)、液压缸(1.4)、进出油口(1.5)、下固定孔(1.6)；能量收集装置包括蓄电池(2.1)、直流发电机(2.2)、第一蓄能器(2.3)、第二蓄能器(2.4)、液压泵(2.5)、第一止回阀(2.6)、第二止回阀(2.7)；第一止回阀(2.6)、第二止回阀(2.7)用于限定液压油的流动方向；互动装置包括推杆电机(3.1)、推杆(3.3)、活塞(3.4)，推杆电机3.1能够改变推杆(3.3)的行程，进而推动活塞(3.4)在液压缸中运动；控制装置包括陀螺仪模块(4.1)、开发板(4.2)，该系统通过液压系统的两个独立悬架之间的互动，有效地防止车辆侧翻，减小车轮爆胎带来的危害。

Description

一种可互动的汽车液压独立悬架系统
技术领域
本发明涉及一种可互动的汽车液压独立悬架系统，特别涉及汽车减震过程中的能量收集，以及通过智能控制该液压系统有效地防止车辆侧翻、减小车轮爆胎带来的危害。
背景技术
悬架系统是汽车上的重要组成部分，一般由弹性元件、减震器和导向原件组成。在汽车行驶的过程中，悬架系统能减缓因路面不平带来的对车身的冲击，传递力矩，并起导向作用。从而提高了汽车的稳定性，舒适性。然而，大量的振动能量以热的形式消散，降低了燃油效率。由于悬架系统受车身状态控制，无法反过来控制车辆状态。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种收集汽车减震过程中的能量，以及通过智能控制实现防侧翻、防爆胎的可互动的液压独立悬架系统。其对现有的液压系统结构进行改造，在正常行程中收集振动能量，对车辆侧翻、车辆爆胎情况下，液压系统通过主动控制使车辆趋于平稳。
本发明提供了一种可互动的液压独立悬架系统，该系统包括所述结构包括液压减震装置、能量收集装置、互动装置、控制装置，其特征在于：
液压减震装置包括上固定孔、弹簧、柱塞杆、液压缸、进出油口、下固定孔；液压缸通过柱塞杆上的上固定孔与车身相接，液压缸通过下固定孔与车轮的轴相接；弹簧设置柱塞杆的上端，用于提供柱塞杆的恢复力；进出油口用于满足液压缸内油液的进出；
能量收集装置包括蓄电池、直流发电机、第一蓄能器、第二蓄能器、液压泵、第一止回阀、第二止回阀；第一止回阀、第二止回阀用于限定液压油的流动方向；蓄电池用于储存电能，第一蓄能器、第二蓄能器能够给液压泵提供压力差，使得其转动；液压泵能带动直流发电机转动；直流发电机产生电能；蓄电池能存储直流发电机产生的电能；
互动装置包括推杆电机、推杆、活塞，推杆电机能够改变推杆的行程，进而推动活塞在液压缸中运动；
控制装置包括陀螺仪模块、开发板，陀螺仪模块能够计算汽车滚转角的值、俯仰角的值；当滚转角在侧翻角度区间时，开发板将控制常开电磁阀及推杆电机；当滚转角在爆胎角度区间，且俯仰角在在爆胎区间时，开发板将控制常开电磁阀及推杆电机。
本发明还提供了一种可互动液压独立悬架系统能量收集方法，具体包括以下步骤：
步骤1、柱塞杆向下压缩时，弹簧压缩，柱塞杆在液压缸中占有的空间增大；液压油通过常开电磁阀流向第一止回阀和第二止回阀；此时，由于两个止回阀的流通方向不同，液压油通过第一止回阀流向第一蓄能器和液压泵；第一蓄能器的压力升高，液压泵由于两端压力差不足以克服自身转轴的阻力矩而静止；当第一蓄能器的压力高于第二蓄能器，且液压泵两端的压力差足够克服阻力矩时，液压泵带动直流发电机转动，直流发电机产生的电能存储在蓄电池中，同时部分液压油通过液压泵进入第二蓄能器；
步骤2、弹簧拉伸时，柱塞杆向上拉伸，柱塞杆在液压缸中占有的空间减小；由于两个止回阀的方向相反，液压油从第二蓄能器中通过第二止回阀流入液压缸，第二蓄能器的压力减小，当第二蓄能器的压力低于第一蓄能器的压力，且液压泵两端产生的压力差足以克服阻力矩时，液压泵带动直流发电机转动，直流发电机产生的电能存储在蓄电池中，同时第一蓄能器内的液压油通过液压泵补充到第二蓄能器和液压缸中。
本发明还提供了一种互动液压独立悬架系统的互动方法，其特征在于：具体包括以下工作模式：
第一模式：当汽车即将向左侧翻时，则通过智能控制推杆电机通电并控制推杆电机的杆向左运动；
该过程中，减小杆的行程，即左边的液压独立悬架系统的互动装置（3）中的液压油所占空间减小，这部分液压油被迫流向液压缸，液压缸内部压力增大，此时柱塞杆被迫向上拉伸；右边的液压独立悬架系统的互动装置（3)中的液压油所占空间增大，液压油补充到多余的空腔部分，使得液压缸内压力减小，柱塞杆向下压缩；
到车身相对平衡后，智能控制推杆电机断电，直到智能检测到汽车位于平缓路段后，智能控制常开电磁阀开启且推杆电机通电并将杆恢复至之前的状态；
第二模式：当汽车即将向右侧翻时，则通过智能控制推杆电机通电并控制推杆电机的杆向右运动；
该过程中，增大杆的行程，即左边的液压独立悬架系统的互动装置中的液压油所占空间增大，液压油补充到多余的空腔部分，使得液压缸内部压力减小，柱塞杆向下压缩；右边的液压独立悬架系统的互动装置中的液压油所占空间减小，这部分液压油被迫流向液压缸，液压缸内压力增大，此时柱塞杆被迫向上拉伸；
到车身相对平衡后，智能控制推杆电机断电，直到智能检测到汽车位于平缓路段后，智能控制常开电磁阀开启且推杆电机通电并将杆恢复至之前的状态；
第三模式：当汽车左侧的一个车轮爆胎时，则通过智能控制推杆电机通电并控制推杆电机的杆向左运动；
该过程中，减小杆的行程，即左边的液压独立悬架系统的互动装置中的液压油所占空间减小，这部分液压油被迫流向液压缸，液压缸内部压力增大，此时柱塞杆被迫向上拉伸；右边的液压独立悬架系统的互动装置中的液压油所占空间增大，液压油补充到多余的空腔部分，使得液压缸内压力减小，柱塞杆向下压缩；
到车身相对平衡后，智能控制推杆电机断电，直到智能检测到汽车位于平缓路段后，智能控制常开电磁阀开启且推杆电机通电并将杆恢复至之前的状态；
第四模式：当汽车右侧的一个车轮爆胎时，则通过智能控制推杆电机通电并控制推杆电机的杆向右运动；
该过程中，增大杆的行程，即左边的液压独立悬架系统的互动装置中的液压油所占空间增大，液压油补充到多余的空腔部分，使得液压缸内部压力减小，柱塞杆向下压缩；右边的液压独立悬架系统的互动装置中的液压油所占空间减小，液压油被迫流向液压缸，液压缸内压力增大，此时柱塞杆被迫向上拉伸。
发明的有益效果：
1）收集车辆行驶在不平整路面时产生的部分振动的能量，并存储为电能，提高了燃油的利用率；
2）通过液压系统的两个独立悬架之间的互动，有效地防止车辆侧翻，减小车轮爆胎带来的危害；
3）互动装置能够自动恢复，提高了车辆的舒适性，安全性。
附图说明
图1为可互动的液压独立悬架系统结构示意图；
图2为液压减震装置结构示意图；
图3为能量收集装置结构示意图；
图4为互动装置结构示意图；
图5为控制装置结构示意图；
图6为车的一次振动模拟过程示意图；
图7为滚转角示意图；
图8为俯仰角示意图。
其中：1-液压减震装置、2-能量收集装置、3-互动装置、4-控制装置、1.1-上固定孔、1.2-弹簧、1.3-柱塞杆、1.4-液压缸、1.5-进出油口、1.6-下固定孔、2.1-蓄电池、2.2-直流发电机、2.3-第一蓄能器、2.4-第二蓄能器、2.5-液压泵、2.6-第一止回阀、2.7-第二止回阀、2.8-常开电磁阀、3.1-推杆电机、3.2-阻油结构、3.3-推杆、3.4-活塞、4.1-陀螺仪模块、4.2-开发板、5.1-车的行进方向、5.2-上坡弹簧压缩、5.3-下坡弹簧拉伸、5.4-第一种振动源、5.5-上坡弹簧拉伸、5.6-下坡弹簧压缩、5.7-第二种振动源。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将通过实施例并结合附图对本发明做进一步详细说明。
本申请文件中的上、下、左、右等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。
本发明中，术语“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例记载了一种可互动的液压独立悬架系统，该系统包括上固定孔1.1、弹簧1.2、柱塞杆1.3、液压缸1.4、进出油口1.5、下固定孔1.6、蓄电池2.1、直流发电机2.2、第一蓄能器2.3、第二蓄能器2.4、液压泵2.5、第一止回阀2.6、第二止回阀2.7、常开电磁阀2.8、推杆电机3.1、阻油结构3.2、推杆3.3、活塞3.4、陀螺仪模块4.1、开发板4.2。
液压减震装置由上固定孔1.1、弹簧1.2、柱塞杆1.3、液压缸1.4、进出油口1.5、下固定孔1.6组成，液压缸1.4通过上固定孔1.1与车身相接，通过下固定孔1.6与车轮的轴相接，能够将汽车行驶过程中的振动带动柱塞杆1.3的运动，从而改变液压缸1.4的体积，改变其压力，使得液压油运动，弹簧1.2设置柱塞杆1.3的上端，用于提供柱塞杆1.3的恢复力,进出油口1.5用于满足液压缸1.4内油液的进出。
能量收集装置由蓄电池2.1、直流发电机2.2、第一蓄能器2.3、第二蓄能器2.4、液压泵2.5、第一止回阀2.6、第二止回阀2.7、常开电磁阀2.8组成，其具体连接方式如图3所示。第一止回阀2.6、第二止回阀2.7限定了不同过程中的液压油的流动方向。第一蓄能器2.3、第二蓄能器2.4能够给液压泵2.5提供足够的压力差，使得其转动。液压泵2.5能带动直流发电机2.2转动。直流发电机2.2产生电能。蓄电池2.1能存储直流发电机2.2产生的电能。
互动装置由推杆电机3.1、推杆3.3、活塞3.4组成，推杆电机3.1能够改变推杆3.3的行程，进而推动活塞3.4在液压缸中运动；从而改变压力，使得柱塞杆状态改变，阻油结构3.2防止高压油的泄漏。
控制装置由陀螺仪模块4.1、开发板4.2组成，陀螺仪模块4.1能够通过计算3轴角速度，从而计算出不同的角度。在该装置中，需要的是其滚转角的值、俯仰角的值。滚转角就是相对于车平稳时，车的左右倾斜的角度；俯仰角就是相对于车平稳时，车的上下倾斜的角度。当滚转角在侧翻角度区间时，开发板4.2将控制常开电磁阀2.8及推杆电机3.1；当滚转角在爆胎角度区间，且俯仰角在在爆胎区间时，开发板4.2将控制常开电磁阀2.8及推杆电机3.1。
该实施例还提供了一种可互动液压独立悬架系统能量收集方法，具体包括以下步骤：
在汽车行驶至不平整路面过程中，在汽车行驶至不平整路面过程中，会发生振动，每一次振动过程可以简化为先上坡弹簧压缩5.2，再下坡弹簧拉伸5.3或先下坡弹簧压缩5.6，再上坡弹簧拉伸5.5。这两种振动过程中，弹簧1.2的状态分别为压缩和拉伸。推杆电机3.1不通电静止，常开电磁阀2.8不通电常开；
步骤1、柱塞杆1.3向下压缩时，弹簧1.2压缩，柱塞杆1.3在液压缸1.4中占有的空间增大，则液压缸总体积不变的情况下，液压油所占的空间将减小，又由于液压油体积不变，所以内部压力将增大。液压油通过常开电磁阀2.8流向第一止回阀2.6和第二止回阀2.7；此时由于两个止回阀的流通方向不同，液压油只能通过第一止回阀2.6流向第一蓄能器2.3和液压泵2.5。第一蓄能器2.3的压力升高，液压泵2.5由于两端压力差不足以克服自身转轴的阻力矩而静止。当第一蓄能器2.3的压力高于第二蓄能器2.4，且液压泵2.5两端的压力差足够克服阻力矩时，液压泵2.5带动直流发电机转动，直流发电机2产生的电能存储在蓄电池2.1中，同时部分液压油通过液压泵2.5进入第二蓄能器2.4；
步骤2、弹簧1.2拉伸时，柱塞杆1.3向上拉伸，柱塞杆1.3在液压缸1.4中占有的空间减小，则液压缸总体积不变的情况下，液压油所占的空间将增大，又由于液压油体积不变，所以内部压力将减小。由于两个止回阀的方向相反，液压油从第二蓄能器2.4中通过第二止回阀2.7流入液压缸1.4，第二蓄能器2.4的压力减小，当第二蓄能器2.4的压力低于第一蓄能器2.3的压力，且液压泵2.5两端产生的压力差足以克服阻力矩时，液压泵2.5带动直流发电机2.2转动，直流发电机2.2产生的电能存储在蓄电池2.1中，同时第一蓄能器2.3内的液压油通过液压泵2.5补充到第二蓄能器2.4和液压缸1.4中。
该实施例还提供了一种互动液压独立悬架系统对互动方法，具体包括以下工作模式：
在汽车侧翻、爆胎时，常开电磁阀2.8通电关闭；
第一模式：当汽车即将向左侧翻时，则通过智能控制推杆电机3.1通电并控制推杆电机3.1的杆向左运动；
该过程中，减小杆的行程，即左边的液压独立悬架系统的互动装置3中的液压油所占空间减小，这部分液压油被迫流向液压缸1.4，液压缸1.4内部压力增大，此时柱塞杆1.3被迫向上拉伸；
右边的液压独立悬架系统的互动装置3中的液压油所占空间增大，液压油补充到多余的空腔部分，使得液压缸内压力减小，柱塞杆1.3向下压缩。
到车身相对平衡后，智能控制推杆电机3.1断电，直到智能检测到汽车位于平缓路段后，智能控制常开电磁阀2.8开启且推杆电机3.1通电并将杆恢复至之前的状态。
第二模式：当汽车即将向右侧翻时，则通过智能控制推杆电机3.1通电并控制推杆电机3.1的杆向右运动；
该过程中，增大杆的行程，即左边的液压独立悬架系统的互动装置3中的液压油所占空间增大，液压油补充到多余的空腔部分，使得液压缸1.4内部压力减小，柱塞杆1.3向下压缩；右边的液压独立悬架系统的互动装置3中的液压油所占空间减小，这部分液压油被迫流向液压缸1.4，液压缸1.4内压力增大，此时柱塞杆1.3被迫向上拉伸。
到车身相对平衡后，智能控制推杆电机3.1断电，直到智能检测到汽车位于平缓路段后，智能控制常开电磁阀2.8开启且推杆电机3.1通电并将杆恢复至之前的状态。
第三模式：当汽车左侧的一个车轮爆胎时，则通过智能控制推杆3.1电机通电并控制推杆电机3.1的杆向左运动；
该过程中，减小杆的行程，即左边的液压独立悬架系统的互动装置3中的液压油所占空间减小，这部分液压油被迫流向液压缸1.4，液压缸1.4内部压力增大，此时柱塞杆1.3被迫向上拉伸；右边的液压独立悬架系统的互动装置3中的液压油所占空间增大，液压油补充到多余的空腔部分，使得液压缸内压力减小，柱塞杆1.3向下压缩。
到车身相对平衡后，智能控制推杆电机3.1断电，直到智能检测到汽车位于平缓路段后，智能控制常开电磁阀2.8开启且推杆电机通电并将杆恢复至之前的状态。
第四模式：当汽车右侧的一个车轮爆胎时，则通过智能控制推杆电机3.1通电并控制推杆电机3.1的杆向右运动；
该过程中，增大杆的行程，即左边的液压独立悬架系统的互动装置3中的液压油所占空间增大，液压油补充到多余的空腔部分，使得液压缸1.4内部压力减小，柱塞杆1.3向下压缩；右边的液压独立悬架系统的互动装置3中的液压油所占空间减小，这部分液压油被迫流向液压缸1.4，液压缸1.4内压力增大，此时柱塞杆1.3被迫向上拉伸。
到车身相对平衡后，智能控制推杆电机3.1断电，直到智能检测到汽车位于平缓路段后，智能控制常开电磁阀2.8开启且推杆电机通电并将杆恢复至之前的状态。
上述智能检测、智能控制是指陀螺仪模块4.1能够通过计算3轴角速度、从而计算出滚转角的值、俯仰角的值。当滚转角在侧翻角度区间内时，开发板4.2将控制常开电磁阀2.8及推杆电机3.1；当滚转角在侧翻角度区间外时，车为相对平衡状态。当滚转角在爆胎角度区间内，且俯仰角在在爆胎区间内时，开发板4.2将控制常开电磁阀2.8及推杆电机3.1；当滚转角在侧翻角度区间外时，车为相对平衡状态。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种可互动的液压独立悬架系统，包括液压减震装置、能量收集装置、互动装置、控制装置，其特征在于：
液压减震装置包括上固定孔(1.1)、弹簧(1.2)、柱塞杆(1.3)、液压缸(1.4)、进出油口(1.5)、下固定孔(1.6)；液压缸(1.4)通过柱塞杆(1.3)上的上固定孔(1.1)与车身相接，液压缸(1.4)通过下固定孔(1.6)与车轮的轴相接；弹簧(1.2)设置柱塞杆(1.3)的上端，用于提供柱塞杆(1.3)的恢复力；进出油口（1.5）用于满足液压缸（1.4）内油液的进出；
能量收集装置包括蓄电池(2.1)、直流发电机(2.2)、第一蓄能器(2.3)、第二蓄能器(2.4)、液压泵(2.5)、第一止回阀(2.6)、第二止回阀(2.7)；第一止回阀(2.6)、第二止回阀(2.7)用于限定液压油的流动方向；蓄电池(2.1)用于储存电能，第一蓄能器(2.3)、第二蓄能器(2.4)能够给液压泵(2.5)提供压力差，使得其转动；液压泵(2.5)能带动直流发电机(2.2)转动；直流发电机(2.2)产生电能；蓄电池(2.1)能存储直流发电机(2.2)产生的电能；
互动装置包括推杆电机(3.1)、推杆(3.3)、活塞(3.4)，推杆电机（3.1）能够改变推杆(3.3)的行程，进而推动活塞(3.4)在液压缸中运动；
控制装置包括陀螺仪模块(4.1)、开发板(4.2)，陀螺仪模块(4.1)能够计算汽车滚转角的值、俯仰角的值；当滚转角在侧翻角度区间时，开发板(4.2)将控制常开电磁阀(2.8)及推杆电机(3.1)；当滚转角在爆胎角度区间，且俯仰角在爆胎区间时，开发板(4.2)将控制常开电磁阀(2.8)及推杆电机(3.1)；
具体包括以下工作模式：
第一模式：当汽车即将向左侧翻时，则通过智能控制推杆电机(3.1)通电并控制推杆电机(3.1)的杆向左运动；
该过程中，减小杆的行程，即左边的液压独立悬架系统的互动装置（3）中的液压油所占空间减小，这部分液压油被迫流向液压缸(1.4)，液压缸(1.4)内部压力增大，此时柱塞杆(1.3)被迫向上拉伸；右边的液压独立悬架系统的互动装置（3)中的液压油所占空间增大，液压油补充到多余的空腔部分，使得液压缸内压力减小，柱塞杆(1.3)向下压缩；
到车身相对平衡后，智能控制推杆电机(3.1)断电，直到智能检测到汽车位于平缓路段后，智能控制常开电磁阀(2.8)开启且推杆电机(3.1)通电并将杆恢复至之前的状态；
第二模式：当汽车即将向右侧翻时，则通过智能控制推杆电机(3.1)通电并控制推杆电机(3.1)的杆向右运动；
该过程中，增大杆的行程，即左边的液压独立悬架系统的互动装置（3)中的液压油所占空间增大，液压油补充到多余的空腔部分，使得液压缸(1.4)内部压力减小，柱塞杆(1.3)向下压缩；右边的液压独立悬架系统的互动装置（3)中的液压油所占空间减小，这部分液压油被迫流向液压缸(1.4)，液压缸(1.4)内压力增大，此时柱塞杆(1.3)被迫向上拉伸；
到车身相对平衡后，智能控制推杆电机(3.1)断电，直到智能检测到汽车位于平缓路段后，智能控制常开电磁阀(2.8)开启且推杆电机(3.1)通电并将杆恢复至之前的状态；
第三模式：当汽车左侧的一个车轮爆胎时，则通过智能控制推杆电机(3.1)通电并控制推杆电机(3.1)的杆向左运动；
该过程中，减小杆的行程，即左边的液压独立悬架系统的互动装置（3)中的液压油所占空间减小，这部分液压油被迫流向液压缸(1.4)，液压缸(1.4)内部压力增大，此时柱塞杆(1.3)被迫向上拉伸；右边的液压独立悬架系统的互动装置（3)中的液压油所占空间增大，液压油补充到多余的空腔部分，使得液压缸内压力减小，柱塞杆(1.3)向下压缩；
到车身相对平衡后，智能控制推杆电机(3.1)断电，直到智能检测到汽车位于平缓路段后，智能控制常开电磁阀(2.8)开启且推杆电机通电并将杆恢复至之前的状态；
第四模式：当汽车右侧的一个车轮爆胎时，则通过智能控制推杆电机(3.1)通电并控制推杆电机(3.1)的杆向右运动；
该过程中，增大杆的行程，即左边的液压独立悬架系统的互动装置（3)中的液压油所占空间增大，液压油补充到多余的空腔部分，使得液压缸(1.4)内部压力减小，柱塞杆(1.3)向下压缩；右边的液压独立悬架系统的互动装置（3)中的液压油所占空间减小，液压油被迫流向液压缸(1.4)，液压缸(1.4)内压力增大，此时柱塞杆(1.3)被迫向上拉伸。
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