CN109515104B - 一种带多层附加气室的轮毂驱动电动汽车空气悬架系统 - Google Patents

Abstract

一种带多层附加气室的轮毂驱动电动汽车空气悬架系统，主要包括包括前悬架系统和后悬架系统两组共四个带多层附加气室的空气弹簧；每个空气弹簧包含一个主气室和一个附加气室；主气室为膜式柔性橡胶气囊结构，附加气室为刚性多层结构；主气室和附加气室之间用气体管道连结，气体管道上设置一个孔径可调的节流阻尼孔；每个空气弹簧的控制器能同时对节流阻尼孔和开关阀进行独立控制；每个空气弹簧安装有测量活塞位移的传感器，位移传感器与中央控制器相连；中央控制器分别与每个空气弹簧的控制器连接。中央控制器通过对附加气室开关阀开闭状态组合及节流阻尼孔孔径的控制，可使车辆在不同工况及路况下，其悬架性能均保持在理想状态。

Description

一种带多层附加气室的轮毂驱动电动汽车空气悬架系统

技术领域

本发明主要涉及空气悬架领域，特指一种带多层附加气室的轮毂驱动电动汽车空气悬架系统。

背景技术

随着汽车工业的发展，以节能环保为主题的各种新型车辆成为汽车行业的一个热门领域，基于轮毂电机驱动的电动汽车就作为一类有代表性的新能源车辆而受到广泛关注，由于其分布式的动力结构和节能的动力来源，大大降低了车辆能耗。然而，由于其驱动系统安装在轮毂处，不仅占用了大量空间还使得簧下质量大幅增加，导致了车辆舒适性变差，这是轮毂电机驱动的电动汽车的先天缺陷。所以，为了提高车辆的舒适性，就对悬架系统的性能有了更高的要求，传统的被动悬架明显难以完全满足要求。

空气弹簧作为一种以气体为介质的弹性元件，因其具有较为理想的非线性特性，常作为缓冲元件安装到车辆悬架系统中，即空气悬架。相比于传统被动悬架而言，空气弹簧虽有着较高的经济成本，但在整体性能上却明显优于前者，能够有效提高车辆的舒适性。然而，普通空气悬架也具有结构单一，难以实现悬架性能的控制等局限性。悬架的控制是指悬架的特性如刚度特性、阻尼特性能够根据不同的实际情况进行调整，使悬架能够更加适应实际工况，获得更加优异的操纵性及舒适性。能够通过控制实现悬架刚度及阻尼调节的悬架也称为半主动悬架。综上，为了进一步提高轮毂驱动电动汽车的舒适性，可以提出一种能够实现性能参数可调的空气悬架系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对轮毂驱动电动汽车舒适性较一般车辆更差的缺陷，提供一种舒适性高、适用性强且能实现性能参数可调节的带多层附加气室的轮毂驱动电动汽车空气悬架系统。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种带多层附加气室的轮毂驱动电动汽车空气悬架系统，主要包括前悬架系统和后悬架系统两组共四个带多层附加气室的空气弹簧。每个空气弹簧包含一个主气室和一个附加气室，其中主气室为膜式柔性橡胶气囊结构，属于弹簧的承载部件，其下端活塞接受来自地面传到轮胎的力作用，上端弹簧盖板支撑着车身质量；而附加气室为刚性多层结构，由多层空腔组成；主气室和附加气室之间用气体管道相联结，气体管道上设置一个孔径可调的节流阻尼孔，其本质上是一个内径可调的高精度电磁阀；每个空气弹簧的控制器能同时对节流阻尼孔和开关阀进行独立控制；每个空气弹簧安装有测量活塞位移的传感器，位移传感器与中央控制器相连；中央控制器分别与每个空气弹簧的控制器连接。

所述空气悬架系统中每个空气弹簧位于气体管道上的节流阻尼孔的内径是可改变的，通过控制器可以实现其内径的高精度连续调节。节流阻尼孔对流过气体有限制作用，使得所述空气弹簧具有空气阻尼特性。节流阻尼孔的内径调节由控制器的电信号控制，弹簧拉伸或压缩时由于主气室内部气压的变化，气体会通过气体管道和节流阻尼孔在主气室和附加气室之间流动，通过调整气体管道上节流阻尼孔的内径大小可以改变管道内气体的质量流率。

所述空气悬架系统中空气弹簧的刚性多层附加气室由多层空腔组成，不同空腔之间通过开关阀串联连接。每个开关阀的开闭都由控制器独立控制，当两层空腔之间的开关阀处于开启状态时，两空腔之间相互连通，空腔容积视为一个整体；通过不同开关阀开闭状态的组合，可以获得不同的附加气室容积。

本发明中，控制器可以对过空气弹簧进行两个方面的调节，分别为：改变节流阻尼孔的内径，以及改变开关阀的开闭状态组合。首先，所述空气弹簧的主气室是承载部件，弹簧的拉伸与压缩导致主气室内部气压发生变化，主气室内部气压的变化会导致主气室和附加气室间产生气压差，在气压差的驱动下空气弹簧内的气体通过气体管道及节流阻尼孔在主气室和附加气室之间流动，当气体通过细小的节流阻尼孔时，节流阻尼孔对流过的气体有限制作用，从而使得弹簧有了明显的空气阻尼特性；且在一定孔径范围内，节流阻尼孔内径越小，对气体限制作用越大，弹簧阻尼特性越明显；通过控制器可以精准改变节流阻尼孔的内径，即可实现弹簧的空气阻尼控制，且由于孔径的改变也对内部空气的压缩性产生一定影响，故也能在一定程度上改变弹簧刚度特性。其次，所述空气弹簧的多层附加气室虽不是承载部件，但其内部所存储的空气依然能通过气体管道和节流阻尼孔进入到主气室内参与弹簧的拉伸与压缩运动；故带多层附加气室的空气弹簧参与工作的空气量不仅包括主气室内部的空气还包括多层附加气室内的空气；在主气室基本参数不变的情况下，参与压缩的气体体积越大则弹簧的刚度越小；通过控制器改变开关阀开闭状态组合，可以改变参与附加气室内参与工作的空腔层数，即改变了参与工作的气体量，进而改变弹簧的刚度。故控制器通过对节流阻尼孔内径及开关阀开闭状态组合的协同控制，可实现空气弹簧刚度及阻尼特性的精准调节。

所述空气悬架系统中，控制器可以实现节流阻尼孔内径的调节，而各个控制器的调节指令则是从中央控制器处获得的。每个空气弹簧的控制器在一般情况下会使节流阻尼孔内径保持在特定的范围之内，但在特殊需求下，控制器能实现节流阻尼孔的完全关闭，此时空气弹簧便转为普通被动空气弹簧进行工作；特别地，当各控制器或中央控制器失效时，节流阻尼孔将会自动完全关闭，这样可使弹簧性能不会出现大幅度摄动，保证了悬架控制失效时的安全性。

所述空气悬架系统中，前悬架系统的两个空气弹簧与后悬架系统的两个空气弹簧采用不同的参数：后悬架系统的两个空气弹簧的主气室的横截面积，比前悬架系统的两个空气弹簧的主气室的横截面积大；后悬架系统的两个空气弹簧的附加气室的每层空腔容积，比前悬架系统的两个空气弹簧的附加气室的每层空腔容积大；后悬架系统的两个空气弹簧的节流阻尼孔的初始孔径，比前悬架系统的两个空气弹簧的节流阻尼孔的初始孔径大。这样安排是为了确保前后悬架的初始静态刚度和阻尼更加符合车辆前后悬架的载荷分配，保证了悬架的稳定性。

所述空气悬架系统的工作方式如下：

车辆在运行过程中，悬架的刚度和阻尼需实行动态调整以保证悬架整体性能在不同时刻下均处于理想状态，即不同时刻悬架所需的附加气室开关阀开闭状态组合和节流阻尼孔孔径期望值不同，当前期望的附加气室开关阀开闭状态组合和节流阻尼孔孔径，由中央控制器根据控制目标和车辆状态信号计算得到；

中央控制器算出期望的空气悬架系统附加气室开关阀开闭状态组合和节流阻尼孔孔径后，产生调节指令并传输给每个空气弹簧的控制器，再由各个控制器对开关阀和节流阻尼孔进行控制；

每个空气弹簧安装有测量活塞位移的传感器，车辆状态信号由中央控制器采集位移传感器信号，并进行处理获得。

本发明的有益效果是：1、与传统螺旋弹簧悬架相比，所述空气悬架刚度具有非线性特性，其舒适性更佳；与普通空气悬架相比，所述空气悬架由于多层附加气室的引入，使得在主气室基本参数不变的情况下有更多气体参与弹簧拉伸或压缩，进一步降低空气弹簧在平衡位置处的刚度，使得非线性特性更加理想；2、由于附加气室由多层空腔组成，不同的开关阀开闭状态组合，能获得不同的附加气室容积，使得附加气室内参与弹簧工作的气体量是可以按照需求进行调整的，实现了弹簧的刚度特性一定程度上的可控性；3、由于气体管道及管道上可调节流阻尼孔的设置，使得空气悬架引入了空气阻尼特性，可以通过调节节流阻尼孔的内径来实现悬架阻尼的控制，且由于孔径的改变也对内部空气的压缩性产生一定影响，故也能在一定程度上改变弹簧刚度特性；4、控制器通过对节流阻尼孔内径及开关阀开闭状态组合的协同控制，可实现空气弹簧刚度及阻尼特性的精准调节；5、车辆在运行过程中，中央控制器根据控制目标和车辆状态信号可计算出最佳附加气室开关阀开闭状态组合及节流阻尼孔孔径，使车辆在不同工况及路况下，其悬架性能均保持在理想状态；6、当所述空气悬架系统控制失效时，节流阻尼孔将会自动完全关闭，这样可使弹簧性能不会出现大幅度摄动，保证了悬架控制失效时的安全性。

附图说明

图1为本发明带多层附加气室的轮毂驱动电动汽车空气悬架系统示意图。

图2为本发明中单个带多层附加气室空气弹簧结构示意图。

图例说明：

1、前悬架系统；2、后悬架系统；3、中央控制器；4、位移传感器；5、弹簧盖板；6、主气室；7、可调节流阻尼孔；8、气体管道；9、活塞；10、控制器；11、多层附加气室；12、开关阀。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1和图2示出了本发明带多层附加气室的轮毂驱动电动汽车空气悬架系统应用于四轮轮毂驱动电动汽车的一种实施例，其中多层附加气室的层数优选为三层。所述带多层附加气室的轮毂驱动电动汽车空气悬架系统，主要包括前悬架系统1和后悬架系统2两组共四个带多层附加气室的空气弹簧。每个空气弹簧包含一个主气室6和一个附加气室11，其中主气室6为膜式柔性橡胶气囊结构，属于弹簧的承载部件，其下端活塞9接受来自地面传到轮胎的力作用，上端弹簧盖板5支撑着车身质量；而附加气室11为刚性多层结构，由多层空腔组成；主气室6和附加气室11之间用气体管道8相联结，气体管道8上设置一个孔径可调的节流阻尼孔7，其本质上是一个内径可调的高精度电磁阀；每个空气弹簧的控制器10能同时对节流阻尼孔7和开关阀12进行独立控制；每个空气弹簧安装有测量活塞9位移的传感器4，位移传感器4与中央控制器3相连；中央控制器3分别与每个空气弹簧的控制器10连接。

本实施例中，所述空气悬架系统中每个空气弹簧位于气体管道8上的节流阻尼孔7的内径是可改变的，通过控制器10可以实现其内径的高精度连续调节。节流阻尼孔7对流过气体有限制作用，使得所述空气弹簧具有空气阻尼特性。节流阻尼孔内径调节由控制器10的电信号控制，弹簧拉伸或压缩时由于主气室6内部气压的变化，气体会通过气体管道8和节流阻尼孔7在主气室6和附加气室11之间流动，通过调整气体管道8上节流阻尼孔内径大小可以改变管道内气体的质量流率。

本实施例中，所述空气悬架系统中空气弹簧的刚性多层附加气室11由多层空腔组成，不同空腔之间通过开关阀12串联连接。每个开关阀开闭都由控制器10独立控制，当两层空腔之间的开关阀处于开启状态时，两空腔之间相互连通，空腔容积视为一个整体；通过不同开关阀12开闭状态的组合，可以获得不同的附加气室容积。

本实施例中，控制器10可以对过空气弹簧进行两个方面的调节，分别为：改变节流阻尼孔内径，以及改变开关阀开闭状态组合。首先，所述空气弹簧的主气室6是承载部件，弹簧的拉伸与压缩导致主气室6内部气压发生变化，主气室6内部气压的变化会导致主气室6和附加气室11间产生气压差，在气压差的驱动下空气弹簧内的气体通过气体管道8及节流阻尼孔7在主气室6和附加气室11之间流动，当气体通过细小的节流阻尼孔7时，节流阻尼孔7对流过的气体有限制作用，从而使得弹簧有了明显的空气阻尼特性；且在一定孔径范围内，节流阻尼孔内径越小，对气体限制作用越大，弹簧阻尼特性越明显；通过控制器10可以精准改变节流阻尼孔内径，即可实现弹簧的空气阻尼控制，且由于孔径的改变也对内部空气的压缩性产生一定影响，故也能在一定程度上改变弹簧刚度特性。其次，所述空气弹簧的多层附加气室11虽不是承载部件，但其内部所存储的空气依然能通过气体管道8和节流阻尼孔7进入到主气室6内参与弹簧的拉伸与压缩运动；故带多层附加气室的空气弹簧参与工作的空气量不仅包括主气室6内部的空气还包括多层附加气室11内部的空气；在主气室6基本参数不变的情况下，参与压缩的气体体积越大则弹簧的刚度越小；通过控制器10改变开关阀开闭状态组合，可以改变参与附加气室11内参与工作的空腔层数，即改变了参与工作的气体量，进而改变弹簧的刚度。故控制器10通过对节流阻尼孔内径及开关阀开闭状态组合的协同控制，可实现空气弹簧刚度及阻尼特性的精准调节。

本实施例中，所述空气悬架系统中，控制器10可以实现节流阻尼孔内径的调节，而各个控制器10的调节指令则是从中央控制器3处获得的。每个空气弹簧的控制器10在一般情况下会使节流阻尼孔内径保持在特定的范围之内，但在特殊需求下，控制器10能实现节流阻尼孔7的完全关闭，此时空气弹簧便转为普通被动空气弹簧进行工作；特别地，当各控制器10或中央控制器3失效时，节流阻尼孔7将会自动完全关闭，这样可使弹簧性能不会出现大幅度摄动，保证了悬架控制失效时的安全性。

本实施例中，所述空气悬架系统中，前悬架系统1的两个空气弹簧与后悬架系统2的两个空气弹簧采用不同的参数：后悬架系统2的两个空气弹簧的主气室6的横截面积，比前悬架系统1的两个空气弹簧的主气室6的横截面积大；后悬架系统2的两个空气弹簧的附加气室11的每层空腔容积，比前悬架系统1的两个空气弹簧的附加气室11的每层空腔容积大；后悬架系统2的两个空气弹簧的节流阻尼孔7的初始孔径，比前悬架系统1的两个空气弹簧的节流阻尼孔7的初始孔径大。这样安排是为了确保前后悬架的初始静态刚度和阻尼更加符合车辆前后悬架的载荷分配，保证了悬架的稳定性。

本实施例中，所述空气悬架系统的工作方式如下：

车辆在运行过程中，悬架的刚度和阻尼需实行动态调整以保证悬架整体性能在不同时刻下均处于理想状态，即不同时刻悬架所需的附加气室开关阀开闭状态组合和节流阻尼孔孔径期望值不同，当前期望的附加气室开关阀开闭状态组合和节流阻尼孔孔径，由中央控制器3根据控制目标和车辆状态信号计算得到；

中央控制器3算出期望的空气悬架系统附加气室开关阀开闭状态组合和节流阻尼孔孔径后，产生调节指令并传输给每个空气弹簧的控制器10，再由各个控制器10对开关阀12和节流阻尼孔7进行控制；

每个空气弹簧安装有测量活塞9位移的传感器4，车辆状态信号由中央控制器3采集位移传感器4的信号，并进行处理获得。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种带多层附加气室的轮毂驱动电动汽车空气悬架系统，其特征在于：包括前悬架系统（1）和后悬架系统（2）两组共四个带多层附加气室的空气弹簧；每个空气弹簧包含一个主气室（6）和一个附加气室（11）；主气室（6）为膜式柔性橡胶气囊结构，附加气室（11）为刚性多层结构；主气室（6）和附加气室（11）之间用气体管道（8）连结，气体管道（8）上设置一个孔径可调的节流阻尼孔（7）；每个空气弹簧的控制器（10）能同时对节流阻尼孔（7）和开关阀（12）进行独立控制；每个空气弹簧安装有测量活塞（9）位移的传感器（4），位移传感器（4）与中央控制器（3）相连；中央控制器（3）分别与每个空气弹簧的控制器（10）连接；

位于气体管道（8）上的节流阻尼孔（7）的内径能根据需要进行改变；

刚性多层附加气室（11）由多层空腔组成，不同空腔之间通过开关阀（12）串联连接；每个开关阀（12）的开闭可以控制；通过不同的开关阀（12）开闭状态组合，能获得不同的附加气室（11）容积；

每个空气弹簧的控制器（10）通过调节节流阻尼孔（7）的孔径，以及开关阀（12）的开闭状态组合，实现空气弹簧刚度和阻尼的改变；

在每个空气弹簧的控制器（10）的控制下，节流阻尼孔（7）可完全关闭；每个空气弹簧的控制器（10）失效时，节流阻尼孔（7）自动完全关闭；中央控制器（3）失效时，节流阻尼孔（7）自动完全关闭；

前悬架系统（1）的两个空气弹簧与后悬架系统（2）的两个空气弹簧采用不同的参数：后悬架系统（2）的两个空气弹簧的主气室（6）的横截面积，比前悬架系统（1）的两个空气弹簧的主气室（6）的横截面积大；后悬架系统（2）的两个空气弹簧的附加气室（11）的每层空腔容积，比前悬架系统（1）的两个空气弹簧的附加气室（11）的每层空腔容积大；后悬架系统（2）的两个空气弹簧的节流阻尼孔（7）的初始孔径，比前悬架系统（1）的两个空气弹簧的节流阻尼孔（7）的初始孔径大。

2.根据权利要求1所述的带多层附加气室的轮毂驱动电动汽车空气悬架系统，其特征在于：空气悬架系统的工作方式如下：

当前期望的附加气室开关阀开闭状态组合和节流阻尼孔孔径，由中央控制器（3）根据控制目标和车辆状态信号计算得到；

期望的空气悬架系统附加气室开关阀开闭状态组合和节流阻尼孔孔径，由每个空气弹簧的控制器（10）对开关阀（12）和节流阻尼孔（7）进行控制实现；

车辆状态信号由中央控制器（3）采集位移传感器（4）的信号，并进行处理获得。

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