CN109353177B - 一种用于飞行汽车的减震装置及其操作方法 - Google Patents

一种用于飞行汽车的减震装置及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于飞行汽车的减震装置及其操作方法，包括：独立悬架、接合部件、横梁和副悬架；两个接合部件的内侧分别固定设置在横梁的两端；独立悬架均包括第一减震器和若干连接杆；副悬架均包括液压缸、固定臂、第二减震器和纵臂；液压缸的缸体及固定臂与飞行汽车的车架固定连接；液压缸的推杆的伸出端滑动设置于固定臂的滑道内；上纵臂的一端铰接在飞行汽车的车架上，另一端铰接在上横梁上；下纵臂的一端铰接在固定臂的下端，另一端铰接在下横梁上。本发明的减震装置及用于减震的操作方法既能满足飞行汽车正常行车的减震需求，又能适用于飞行汽车着陆时的冲击减震要求。

Description

一种用于飞行汽车的减震装置及其操作方法
技术领域
本发明属于汽车减震技术领域，特别涉及一种用于飞行汽车的减震装置及其操作方法。
背景技术
近年来，随着经济的快速发展，城市中的私家车数量大量增加，交通压力急剧增加，交通堵塞频发，此外还引发了一系列问题，如何解决现代城市的交通问题已成难题。为此飞行汽车获得大量关注，飞行汽车具有空陆两用的特点，可以有效解决交通拥堵时的出行问题。飞行汽车的结构形式多种多样，但是都存在一个共同的问题，由于着陆时冲击较大，正常行车所使用的悬架无法满足着陆时减缓冲击的功能要求，亟需一种专门适用于飞行汽车的减震装置及减震方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于飞行汽车的减震装置及其操作方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的减震装置及用于减震的操作方法既能满足飞行汽车正常行车的减震需求，又能适用于飞行汽车着陆时的冲击减震要求。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于飞行汽车的减震装置，包括：独立悬架、接合部件、横梁和副悬架；接合部件的数量为两个，两个接合部件的内侧分别固定设置在横梁的两端；横梁包括上横梁和下横梁；独立悬架的数量为两个；每个独立悬架均包括第一减震器和若干连接杆；第一减震器的一端铰接在一个接合部件的外侧，另一端能够铰接在车轮的轮毂电机上；每个连接杆的一端铰接在所述接合部件的外侧，另一端能够铰接在飞行汽车的车轮的轮毂电机上；副悬架的数量为两个；每个副悬架均包括液压缸、固定臂、第二减震器和纵臂；液压缸的缸体及固定臂与飞行汽车的车架固定连接；固定臂设置有滑道，液压缸的推杆的伸出端滑动设置于固定臂的滑道内，推杆能够沿固定臂上的滑道滑动；纵臂包括上纵臂和下纵臂；上纵臂的一端铰接在飞行汽车的车架上，另一端铰接在上横梁上；下纵臂的一端铰接在固定臂的下端，另一端铰接在下横梁上。
进一步的，上纵臂和下纵臂平行设置。
进一步的，还包括：轮毂电机和车轮；每个独立悬架均通过轮毂电机与飞行汽车的车轮连接；独立悬架的连接杆和第一减震器铰接在轮毂电机的壳体上，轮毂电机的输出轴与车轮连接，通过轮毂电机能够带动车轮转动。
进一步的，还包括：液压控制系统；液压控制系统包括：三位四通电磁换向阀b、单向阀d、液压泵e和储液罐f；储液罐f的出液口通过液压管道与液压泵e的进液口相连通；液压泵e的出液口通过液压管道与三位四通电磁换向阀b的P口相连通，液压泵e的出液口与P口之间的液压管道上设置有单向阀d；三位四通电磁换向阀b的T口通过液压管道与储液罐f的进液口相连通；三位四通电磁换向阀b的A口通过液压管道与液压缸的无杆腔相连通，三位四通电磁换向阀b的B口通过液压管道与液压缸的有杆腔相连通。
进一步的，还包括：限流阀h和溢流阀c；三位四通电磁换向阀b的A口与液压缸的无杆腔之间的液压管道上设置有限流阀h；溢流阀c通过液压管道与液压缸的无杆腔和限流阀h之间的液压管道相连通；溢流阀c通过液压管道与三位四通电磁换向阀b的P口与单向阀d之间的液压管道相连通。
进一步的，液压控制系统的参数满足的计算公式为：
Figure BDA0001800683550000021
Figure BDA0001800683550000031
式中，F为飞行汽车正常行车时升起副悬架所要提供的液压缸推力，Fmax为飞行汽车着陆冲击时液压缸所承受的最大压力，G为飞行汽车的重力，a是飞行汽车质心到前轴的距离，L是飞行汽车轴距，α是固定臂2与竖直方向的夹角，S是峰值系数，取值范围2.0～3.0；
限流阀h能够承受的压力大于F，液压缸的最大推力大于μF，μ是液压系统效率，一般取0.9，液压缸能够承受的最大压力应大于Fmax。
进一步的，还包括：电控系统；电控系统包括：ECU、加速度传感器和高度传感器；加速度传感器和高度传感器分别用于采集飞行汽车的行驶加速度和飞行汽车所处高度；加速度传感器和高度传感器的信号输出端与ECU的信号接收端相连接；ECU的信号输出端与液压泵e和三位四通电磁换向阀b的信号接收端相连接。
进一步的，ECU、加速度传感器和高度传感器通过飞行汽车CAN总线实现相互通讯。
进一步的，高度传感器为无线电高度表。
一种用于飞行汽车的减震装置的操作方法，包括以下步骤：
步骤1，飞行汽车需要着陆时，通过液压缸推动推杆放下副悬架中的第二减震器和纵臂；
步骤2，液压缸达到预设行程，将液压缸保压，在独立悬架和副悬架共同减震作用下完成飞行汽车着陆；
步骤3，飞行汽车需要在地面正常行车时，液压缸卸荷，通过液压缸推杆收起副悬架中的第二减震器和纵臂；
步骤4，液压缸的行程为零时，密封液压缸保压，在独立悬架单独减震作用下实现飞行汽车在地面正常行车。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的减震装置包括独立悬架和副悬架组成的二级减震机构，在飞行汽车着陆的瞬间通过独立悬架和副悬架共同减震能够吸收产生的冲击能量，可较好地起到减震作用，能够在一定程度上避免过大的冲击对飞行汽车造成的损坏，可提高飞行汽车的使用寿命；副悬架可通过液压缸收回，飞行汽车在地面行车能够只使用独立悬架，不影响飞行汽车在地面上的正常行车；副悬架采用液压缸操纵，可使副悬架的放下和收回较平顺。
进一步的，上纵臂和下纵臂相互平行，一起摆动可以保证独立悬架的减震方向始终是竖直方向，可以有效吸收着陆瞬间的冲击。
进一步的，通过液压控制系统实现副悬架的放下和收起，操作过程比较平顺，且可实现保压和卸荷不需要动力，更节能。
进一步的，限流阀h用于控制卸荷速度，可进一步使接合更平顺。
进一步的，ECU全自动操作整个降落过程，不用手工操作；相比于现有的空气悬架，本发明的悬架系统不容易损坏，可靠性更好。
本发明的减震装置的操作方法用于实现减震，在飞行汽车着陆时可通过立悬架和副悬架实现二级减震，吸收着陆瞬间冲击，满足飞行汽车的着陆要求；飞行汽车正常行车时，副悬架收起，通过独立悬架单独作用，不影响正常行车；通过本发明的减震方法可满足飞行汽车两种工作模式下的减震要求，操作方便。
附图说明
图1是本发明的一种用于飞行汽车的减震装置的结构示意图；
图2是本发明的一种用于飞行汽车的减震装置收起副悬架状态时的结构示意图；
图3是本发明的一种用于飞行汽车的减震装置放下副悬架状态时的结构示意图；
图4是本发明的一种用于飞行汽车的减震装置的液压系统结构示意图；
图5是本发明的一种用于飞行汽车的减震装置的电控系统结构示意图；
图6是本发明的一种用于飞行汽车的减震装置的操作方法的流程示意框图；
图1至图4中：1为液压缸，2为固定臂，3为第二减震器，401为上纵臂，402为下纵臂，5为轮毂电机，601为上横梁，602为下横梁，7为接合部件，8为独立悬架，9为车轮，h为限流阀，b为三位四通电磁换向阀，c为溢流阀，d为单向阀，e为液压泵，f为储液罐。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明的一种用于飞行汽车的减震装置，包括一种二级减震器的机械结构，具体包括：车轮9、轮毂电机5、独立悬架8、副车架、副悬架、液压控制系统和电控系统。
副车架包括接合部件7和横梁，接合部件7的数量为两个，两个接合部件7的内侧分别固定设置在横梁的两端；横梁包括上横梁601和下横梁602。具体的，副车架的两个接合部件7通过两根横梁焊接在一起，横梁通过两个副悬架连接到飞行汽车的原有的车架上。
独立悬架8的数量为两个，副车架两端的接合部件7各连接一个独立悬架8，独立悬架8的外侧连接轮毂电机5，轮毂电机5带动车轮9转动。每个独立悬架8均包括第一减震器和若干连接杆；第一减震器的一端铰接在一个接合部件7的外侧，另一端能够铰接在车轮9的轮毂电机5上；每个连接杆的一端铰接在所述接合部件7的外侧，另一端能够铰接在飞行汽车的车轮9的轮毂电机5上。具体的，每个独立悬架8均通过轮毂电机5与飞行汽车的车轮9连接；独立悬架8的连接杆和第一减震器铰接在轮毂电机5的壳体上，轮毂电机5的输出轴与车轮9连接，通过轮毂电机5能够带动车轮9转动。
副悬架的数量为两个；每个副悬架均包括液压缸1、固定臂2、第二减震器3和纵臂；液压缸1的缸体及固定臂2与飞行汽车的车架固定连接；固定臂2设置有滑道，液压缸1的推杆的伸出端滑动设置于固定臂2的滑道内，推杆能够沿固定臂2上的滑道滑动；纵臂包括上纵臂401和下纵臂402，上纵臂401和下纵臂402平行设置；上纵臂401的一端铰接在飞行汽车的车架上，另一端铰接在上横梁601上；下纵臂402的一端铰接在固定臂2的下端，另一端铰接在下横梁602上。
请参阅图4，液压控制系统包括：三位四通电磁换向阀b、单向阀d、液压泵e、限流阀h、溢流阀c和储液罐f；储液罐f的出液口通过液压管道与液压泵e的进液口相连通；液压泵e的出液口通过液压管道与三位四通电磁换向阀b的P口相连通，液压泵e的出液口与P口之间的液压管道上设置有单向阀d；三位四通电磁换向阀b的T口通过液压管道与储液罐f的进液口相连通；三位四通电磁换向阀b的A口通过液压管道与液压缸1的无杆腔相连通，三位四通电磁换向阀b的B口通过液压管道与液压缸1的有杆腔相连通。三位四通电磁换向阀b的A口与液压缸1的无杆腔之间的液压管道上设置有限流阀h；溢流阀c通过液压管道与液压缸1的无杆腔和限流阀h之间的液压管道相连通；溢流阀c通过液压管道与三位四通电磁换向阀b的P口与单向阀d之间的液压管道相连通。液压系统通过操纵三位四通电磁换向阀b实现对液压缸1的多种操作，进而控制副悬架的放下和收回。三位四通电磁换向阀b内部左边的油路可以把来自液压泵e的动力传递到液压缸1，使液压缸1推动推杆，放下副悬架；中间的油路可以密封液压缸1，实现保压；右边的油路可以使液压缸1内部左右两腔的液体转移，实现卸荷，直到接合部件7与车架某一预设曲面相接合。为了减轻接合时的冲击，两个液压缸1分别安装了用于控制卸荷速度的限流阀h，可以使接合更平顺。
液压控制系统的参数满足的计算公式为：
Figure BDA0001800683550000061
Figure BDA0001800683550000062
式中，F为飞行汽车正常行车时升起副悬架所要提供的液压缸推力，Fmax为飞行汽车着陆冲击时液压缸所承受的最大压力，G为飞行汽车的重力，a是飞行汽车质心到前轴的距离，L是飞行汽车轴距，α是固定臂2与竖直方向的夹角，S是峰值系数，取值范围2.0～3.0；限流阀h能够承受的压力大于F，液压缸的最大推力大于μF，μ是液压系统效率，一般取0.9，液压缸能够承受的最大压力应大于Fmax。
请参阅图5，电控系统包括：电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)、加速度传感器和高度传感器；加速度传感器和高度传感器分别用于采集飞行汽车的行驶加速度和飞行汽车所处高度；加速度传感器和高度传感器的信号输出端与ECU的信号接收端相连接；ECU的信号输出端与液压泵e和三位四通电磁换向阀b的信号接收端相连接。ECU、加速度传感器和高度传感器通过飞行汽车CAN总线实现相互通讯。高度传感器为无线电高度表。ECU通过加速度传感器采集车身加速度信息，通过无线电高度表采集飞行汽车距离地面高度信息，根据飞行汽车目前的状态，给液压泵e和三位四通电磁换向阀b发送相应的信号。
请参阅图2，副悬架收起的情况如图2所示；液压泵不提供动力，液压缸依靠汽车自重卸荷，推杆收回，带动车轮向上移动，直到接合部件与车架预设曲面相接合。
请参阅图3，副悬架放下的情况如图3所示；液压缸推动推杆使第二减震器上端向斜下方移动，同时第二减震器带动下纵臂摆动，使车轮向下移动，上纵臂起支撑作用，两个纵臂相互平行，一起摆动可以保证独立悬架的减震方向始终是竖直方向，另外，此时的独立悬架与副悬架构成二级减震器，行程增大，刚度降低，可以有效吸收着陆瞬间的冲击。
本发明的一种用于飞行汽车的减震装置的操作方法，包括以下步骤：
步骤1，飞行汽车需要着陆时，通过液压缸推动推杆放下副悬架中的第二减震器和纵臂；
步骤2，液压缸达到预设行程，将液压缸保压，在独立悬架和副悬架共同减震作用下完成飞行汽车着陆；
步骤3，飞行汽车需要在地面正常行车时，液压缸卸荷，通过液压缸推杆收起副悬架中的第二减震器和纵臂；
步骤4，液压缸的行程为零时，密封液压缸保压，在独立悬架单独减震作用下实现飞行汽车在地面正常行车。
请参阅图6，基于本发明的减震装置的一种飞行汽车着陆减震的方法，将后部车轮和车架之间安装两个相互串连的悬架，构成二级减震器，与车架相连的悬架称副悬架，副悬架在正常行车时收缩到车身内部，此时只有独立悬架起作用，在飞行汽车着陆时，放下副悬架，此时二级减震器行程增大，刚度减小，以应对着陆时的冲击。副悬架的收放通过液压系统完成，其两个减震器分别由一个液压缸负责收放，液压缸推动推杆放下副悬架，卸荷收起副悬架。整个降落过程中副悬架的收放是自动完成的，ECU接收到降落信号后放下副悬架，飞行汽车降落后持续监测距离地面高度，确认汽车已经在地面上，之后监测车身加速度，等到车身震动逐渐缓和，收起副悬架。与车轮相连的是独立悬架，车轮通过轮毂电机驱动，与车架相连的是非独立悬架。电控系统包括ECU、加速度传感器、无线电高度表，三个模块通过汽车CAN总线相互通讯。减震方法具体一下步骤：
(1)ECU接收到降落信号后启动液压泵e并操作三位四通电磁换向阀b给液压缸1传递动力，液压缸1推动推杆放下副悬架。
(2)等到液压缸1达到最大行程时，操作三位四通电磁换向阀b密封液压缸1，实现保压，做好应对冲击的准备。
(3)持续监测距离地面高度，如果检测到汽车在地面上停留超过3s，说明已经着陆。
(4)监测车身加速度，等到车身震动峰值加速度降到1.2g以下，操作三位四通电磁换向阀b卸荷，此时液压缸1内液体由左腔经限流阀流到右腔，收起副悬架。
(5)当到液压缸1的行程为0，密封液压缸1保压。
本发明的减震装置及减震方法，在后部车轮和车架之间安装两个相互串连的悬架，与车轮相连的是独立悬架，车轮通过轮毂电机驱动，与车架相连的是非独立悬架，又称为副悬架。副悬架在正常行车时收缩到车身内部，此时只有独立悬架起作用，可以满足正常行车的减震需求；在飞行汽车着陆时，放下副悬架，此时副悬架与独立悬架构成二级减震器，二级减震器的行程和刚度计算公式如下：
X＝x1+x2
Figure BDA0001800683550000091
其中，X是总行程，K是总刚度，F是弹力，x1、x2是每个弹簧的行程，k1、k2是每个弹簧的刚度。串联的减震器总行程X增大，有利于充分吸收来自地面冲击的能量，总刚度K减小，可以降低车身垂直方向的加速度，使车身运动缓和。
本发明中副悬架的收放采用液压的控制方式，电控系统通过操作液压泵和电磁阀来控制液压缸的动作，从而控制副悬架的收放。副悬架的两个减震器分别由一个液压缸负责收放，液压缸推动推杆放下副悬架，卸荷收起副悬架，每个液压缸附近安装一个限流阀控制卸荷速度。整个降落过程中副悬架的收放是自动完成的，驾驶人启动降落后，ECU接收到降落信号，启动液压泵使液压缸推动推杆放下副悬架，然后操作电磁阀密封液压缸实现保压，做好应对冲击的准备，同时停止液压泵。之后ECU持续监测离地高度，如果检测到汽车在地面停留一定时间，证明已经降落，再监测车身加速度，等车身震动趋于缓和，操作电磁阀利用车身重量卸荷，之后密封液压缸保压，完成整个降落过程。本发明中的悬架系统在着陆的瞬间吸收了冲击的能量，避免过大的冲击对飞行汽车的损坏，提高了飞行汽车的使用寿命；副悬架可收回，地面行车只使用独立悬架，不影响正常行车；采用液压操纵元件，副悬架的放下和收回更平顺，而且保压和卸荷不需要动力，更节能；ECU全自动操作整个降落过程，不用手工操作；虽然刚度变换是非连续的，但是相比刚度连续变换的空气悬架，该悬架系统不容易损坏，可靠性更好。

Claims (10)

1.一种用于飞行汽车的减震装置，其特征在于，包括：独立悬架(8)、接合部件(7)、横梁和副悬架；
接合部件(7)的数量为两个，两个接合部件(7)的内侧分别固定设置在横梁的两端；
横梁包括上横梁(601)和下横梁(602)；
独立悬架(8)的数量为两个；每个独立悬架(8)均包括第一减震器和若干连接杆；第一减震器的一端铰接在一个接合部件(7)的外侧，另一端能够铰接在车轮(9)的轮毂电机(5)上；每个连接杆的一端铰接在所述接合部件(7)的外侧，另一端能够铰接在飞行汽车的车轮(9)的轮毂电机(5)上；
副悬架的数量为两个；每个副悬架均包括液压缸(1)、固定臂(2)、第二减震器(3)和纵臂；液压缸(1)的缸体及固定臂(2)与飞行汽车的车架固定连接；固定臂(2)设置有滑道，液压缸(1)的推杆的伸出端滑动设置于固定臂(2)的滑道内，推杆能够沿固定臂(2)上的滑道滑动；纵臂包括上纵臂(401)和下纵臂(402)；上纵臂(401)的一端铰接在飞行汽车的车架上，另一端铰接在上横梁(601)上；下纵臂(402)的一端铰接在固定臂(2)的下端，另一端铰接在下横梁(602)上；所述第二减震器(3)的上下两端分别固定设置于所述液压缸(1)的推杆和所述下纵臂(402)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于飞行汽车的减震装置，其特征在于，上纵臂(401)和下纵臂(402)平行设置。
3.根据权利要求1所述的一种用于飞行汽车的减震装置，其特征在于，还包括：轮毂电机(5)和车轮(9)；
每个独立悬架(8)均通过轮毂电机(5)与飞行汽车的车轮(9)连接；
独立悬架(8)的连接杆和第一减震器均铰接在轮毂电机(5)的壳体上，轮毂电机(5)的输出轴与车轮(9)相连接，通过轮毂电机(5)能够带动车轮(9)转动。
4.根据权利要求1所述的一种用于飞行汽车的减震装置，其特征在于，还包括：液压控制系统；
液压控制系统包括：三位四通电磁换向阀(b)、单向阀(d)、液压泵(e)和储液罐(f)；
储液罐(f)的出液口通过液压管道与液压泵(e)的进液口相连通；液压泵(e)的出液口通过液压管道与三位四通电磁换向阀(b)的P口相连通，液压泵(e)的出液口与P口之间的液压管道上设置有单向阀(d)；三位四通电磁换向阀(b)的T口通过液压管道与储液罐(f)的进液口相连通；三位四通电磁换向阀(b)的A口通过液压管道与液压缸(1)的无杆腔相连通，三位四通电磁换向阀(b)的B口通过液压管道与液压缸(1)的有杆腔相连通。
5.根据权利要求4所述的一种用于飞行汽车的减震装置，其特征在于，还包括：限流阀(h)和溢流阀(c)；
三位四通电磁换向阀(b)的A口与液压缸(1)的无杆腔之间的液压管道上设置有限流阀(h)；
溢流阀(c)通过液压管道与液压缸(1)的无杆腔和限流阀(h)之间的液压管道相连通；溢流阀(c)通过液压管道与三位四通电磁换向阀(b)的P口与单向阀(d)之间的液压管道相连通。
6.根据权利要求5所述的一种用于飞行汽车的减震装置，其特征在于，液压控制系统的参数满足的计算公式为：
Figure FDA0002932462390000021
Figure FDA0002932462390000022
式中，F为飞行汽车正常行车时升起副悬架所要提供的液压缸推力，Fmax为飞行汽车着陆冲击时液压缸所承受的最大压力，G为飞行汽车的重力，a是飞行汽车质心到前轴的距离，L是飞行汽车轴距，α是固定臂与竖直方向的夹角，S是峰值系数，S取值范围2.0～3.0；
限流阀(h)能够承受的压力大于F，液压缸的最大推力大于μF，μ是液压系统效率，液压缸能够承受的最大压力应大于Fmax。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的一种用于飞行汽车的减震装置，其特征在于，还包括：电控系统；
电控系统包括：ECU、加速度传感器和高度传感器；加速度传感器和高度传感器分别用于采集飞行汽车的行驶加速度和飞行汽车所处高度；加速度传感器和高度传感器的信号输出端与ECU的信号接收端相连接；ECU的信号输出端与液压泵(e)和三位四通电磁换向阀(b)的信号接收端相连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于飞行汽车的减震装置，其特征在于，ECU、加速度传感器和高度传感器通过飞行汽车CAN总线实现相互通讯。
9.根据权利要求7所述的一种用于飞行汽车的减震装置，其特征在于，高度传感器为无线电高度表。
10.一种权利要求1至9中任一项所述的用于飞行汽车的减震装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，飞行汽车需要着陆时，通过液压缸(1)推动推杆放下副悬架中的第二减震器(3)和纵臂；
步骤2，液压缸(1)达到预设行程，将液压缸(1)保压，在独立悬架(8)和副悬架共同减震作用下完成飞行汽车着陆；
步骤3，飞行汽车需要在地面正常行车时，液压缸(1)卸荷，通过液压缸(1)推杆收起副悬架中的第二减震器(3)和纵臂；
步骤4，液压缸(1)的行程为零时，密封液压缸(1)保压，在独立悬架(8)单独减震作用下实现飞行汽车在地面正常行车。
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