CN109624636B - 油气悬架系统和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及油气悬架控制技术领域，公开一种油气悬架系统和车辆。油气悬架系统包括左悬架油缸和右悬架油缸、有杆腔进油单向阀、压力设定阀、控制单元、有杆腔压力传感器和无杆腔压力传感器，左悬架油缸和右悬架油缸的有杆腔连通有第一油路，左悬架油缸和右悬架油缸的无杆腔连通有第二油路；有杆腔进油单向阀设置在第一油路上；压力设定阀的进油口连接在第一油路并在第一油路的进油方向上位于有杆腔进油单向阀下游，控制单元能够根据有杆腔压力传感器和无杆腔压力传感器的检测值来设定压力设定阀的开启压力，以在不改变蓄能器容积充气压力的前提下，通过设定压力设定阀的压力值实现负载预加载，以在更大的载荷变化范围内发挥有效的减震功能。

Description

油气悬架系统和车辆
技术领域
本发明涉及油气悬架控制技术领域，具体地，涉及一种油气悬架系统和一种车辆。
背景技术
车辆的油气悬架以油液传递压力，以惰性气体(通常为氮气)作为弹性介质，由蓄能器和具有减振器能力的悬架油缸组成，其作用是衰减由路面传递至车辆底盘的振动，提高驾乘人员的舒适性。
目前，国内油气悬架应用领域主要在全地面起重机、越叶轮胎起重机、铲运机械、运输车等，这些车辆多行驶在较平坦路面，车轮或车轴的载荷变化小，为了车辆行驶的平稳性，两侧悬架油缸有杆腔和无杆腔“交叉连接”，当一侧悬架油缸承受的负载较大时(如曲线行驶时)，该一侧的悬架油缸的无杆腔将能够向对侧的悬架油缸的有杆腔传递相应的压力，使两侧悬架油缸实际承受的负载趋于相同，以有效提高了车辆的抗侧倾能力。
但是，两侧油缸交叉连接，限制了车轴的左右偏转。比如农林车辆常行驶在非常不平的路面，有车轴倾斜的作业需求，再比如拖拉机岸下犁地时，很多工况需求车轴可以自如左右偏转。另外，农林车辆(如拖拉机)因为经常要在车辆前部或后部安装农机具，使得车轮或车轴载荷变化范围很大，载荷范围常超过蓄能器的工作范围。此外，车轴载荷变化将引起车身高度变化，即引起悬挂油缸活塞位置变化，但是现有的油气悬架则无法主动调整悬架油缸的活塞杆位置至预设位置。
发明内容
本发明的目的是提供一种油气悬架系统，该油气悬架系统能够在不改变蓄能器容积充气压力的前提下，通过改变与悬架油缸的有杆腔相连的压力设定阀的压力值，实现油气悬架系统的预加载，使油气悬架系统能够在更大的载荷变化范围内发挥有效的减震功能。
为了实现上述目的，本发明提供一种油气悬架系统，该油气悬架系统包括左悬架油缸和右悬架油缸、有杆腔进油单向阀、压力设定阀、控制单元、能够检测左悬架油缸和右悬架油缸的有杆腔压力的有杆腔压力传感器和能够检测左悬架油缸和右悬架油缸的无杆腔压力的无杆腔压力传感器，其中，所述左悬架油缸和所述右悬架油缸的有杆腔连通有第一油路，所述左悬架油缸和所述右悬架油缸的无杆腔连通有第二油路；所述有杆腔进油单向阀设置在所述第一油路上；所述压力设定阀的进油口通过油路连接在所述第一油路的位于所述有杆腔进油单向阀与左悬架油缸和右悬架油缸的有杆腔之间的油路段上，所述压力设定阀的出油口与油箱连通；其中，所述控制单元能够根据所述有杆腔压力传感器和所述无杆腔压力传感器的检测值来设定所述压力设定阀的开启压力。
通过上述技术方案，由于有杆腔进油单向阀设置在第一油路上；压力设定阀的进油口通过油路连接在第一油路的位于有杆腔进油单向阀与左悬架油缸和右悬架油缸的有杆腔之间的油路段上，并且控制单元能够根据有杆腔压力传感器和无杆腔压力传感器的检测值来设定压力设定阀的开启压力，这是因为悬架油缸的无杆腔压力油作用在活塞上的力等于悬架油缸的有杆腔压力油作用在活塞上的力与悬架油缸所承受负载之和，因此，为了使油气悬架系统的工作压力处在蓄能器的工作压力范围内，采用预加载方式，即预加载方式作用类似于额外增加载荷，当作用在悬架油缸上的负载小时，可以向悬架油缸的有杆腔供油以增加有杆腔压力来增加预加载载荷，从而能够使得悬架油缸的无杆腔压力油的压力保持不变或者基本保持不变或者相对地增加无杆腔压力，此时，该有杆腔压力即为压力设定阀的开启压力。当悬架油缸所承受负载大时，可以通过减小有杆腔压力来减小预加载载荷，比如有杆腔的压力油可以进入到有杆腔蓄能器中，并在压力设定阀开启后流向油箱，以减小有杆腔压力油压力，以使得无杆腔压力油压力保持不变或者基本不变或者相对减小无杆腔压力，这样，即使负载变化很大，也不会超过蓄能器的工作压力范围，从而可以在不改变蓄能器容积充气压力的前提下，使油气悬架系统能够在更大的载荷变化范围内发挥有效的减震功能。
进一步地，所述左悬架油缸的有杆腔和所述右悬架油缸的有杆腔之间连接有有杆腔连接油路，所述第一油路与所述有杆腔连接油路连接，其中，所述有杆腔连接油路上连接有有杆腔蓄能器和所述有杆腔压力传感器；
所述左悬架油缸的无杆腔和所述右悬架油缸的无杆腔之间连接有无杆腔连接油路，所述第二油路与所述无杆腔连接油路连接，所述无杆腔压力传感器连接在所述无杆腔连接油路上。
更进一步地，所述油气悬架系统的无杆腔蓄能器通过开口调节比例阀与所述无杆腔连接油路连通，其中，所述控制单元能够调节所述开口调节比例阀的流通面积。
更进一步地，所述无杆腔连接油路上设置有左右偏转开关阀，其中，所述左右偏转开关阀位于所述左悬架油缸的开口调节比例阀和所述右悬架油缸的开口调节比例阀之间。
更进一步地，所述油气悬架系统包括以下至少一种形式：
形式一：所述无杆腔连接油路连接有与所述左右偏转开关阀并联的旁通节流件。
形式二：所述油气悬架系统包括与所述控制单元连接的油缸活塞位置传感器。
形式三：所述右悬架油缸的开口调节比例阀通过第一连接油路连接于所述无杆腔连接油路；所述左悬架油缸的开口调节比例阀通过第二连接油路连接于所述无杆腔连接油路；其中，所述第一连接油路和所述第二连接油路之间连接有第三连接油路，所述第三连接油路上设置有梭阀，所述梭阀连接有无杆腔溢流阀。
此外，所述第一油路上设置有第一开关阀以使得所述压力设定阀的进油口通过油路连接在所述第一油路的位于所述有杆腔进油单向阀和所述第一开关阀之间的油路段上；所述第二油路上设置有第二开关阀。
进一步地，所述油气悬架系统包括以下至少一种情形：
情形一：所述第一油路上设置有第一节流件以使得所述压力设定阀的进油口通过油路连接在所述第一油路的位于所述第一节流件和所述第一开关阀之间的油路段上；所述第二油路上设置有位于所述第二开关阀与所述左悬架油缸和所述右悬架油缸的无杆腔之间的第二节流件。
情形二；所述第一开关阀为第一液控单向阀，所述第二开关阀为第二液控单向阀，其中，在所述第二油路进油方向上，所述第一液控单向阀的控制油路连接在所述第二液控单向阀的上游位置，在所述第一油路进油方向上，所述第二液控单向阀的控制油路连接在所述有杆腔进油单向阀的上游位置。
情形三：所述油气悬架系统包括与所述第一油路和所述第二油路连接的换向阀，其中，所述控制单元控制所述换向阀处于第一位置时，进油通过所述换向阀流入到所述第一油路以向有杆腔供油，无杆腔通过所述第二油路和所述换向阀回油；所述控制单元控制所述换向阀处于第二位置时，进油通过所述换向阀流入到所述第二油路以向无杆腔供油，有杆腔能够在所述压力设定阀开启时回油；所述控制单元控制所述换向阀处于中位位置时，所述第一开关阀截断所述第一油路，所述第二开关阀截断所述第二油路。
进一步地，在所述油气悬架系统包括换向阀的情形中，所述换向阀的进油口连接有进油路，所述换向阀的回油口连接有回油路，所述进油路和所述回油路之间连接有系统安全溢流阀；其中，所述油气悬架系统的油泵为与所述进油路连接的负载敏感变量泵，所述第一油路和所述第二油路之间连接有梭阀，所述梭阀与所述负载敏感变量泵连接。
此外，所述油气悬架系统包括以下至少一种方式：
方式一：所述控制单元包括负载样本存储器、平均负载计算单元和压力设定阀设定压力计算单元，其中，所述负载样本存储器能够存储设定时间内的多个瞬时负载，所述平均负载计算单元能够根据所述负载样本存储器中的多个瞬时负载计算出设定时间内的平均负载，所述压力设定阀设定压力计算单元计算出不同平均负载条件下所述压力设定阀的开启压力。
方式二：所述控制单元包括活塞位置样本存储器、平均位置Ha计算单元和车身高度控制单元，其中，所述活塞位置样本存储器能够存储设定时间内的多个瞬时位置，所述平均位置Ha计算单元能够根据所述活塞位置样本存储器中的多个瞬时位置计算出设定时间内的活塞的平均位置Ha，所述车身高度控制单元根据平均位置Ha和所述压力设定阀的开启压力来控制左悬架油缸和右悬架油缸的进回油。
方式三：所述控制单元包括活塞位置样本存储器、平均位置Ha计算单元和路面不平度计算单元，其中，所述活塞位置样本存储器能够存储设定时间内的多个瞬时位置，所述平均位置Ha计算单元能够根据所述活塞位置样本存储器中的多个瞬时位置计算出设定时间内的活塞的平均位置Ha，所述路面不平度计算单元根据所述活塞位置样本存储器中在设定时间内存储的多个瞬时位置和所述平均位置Ha计算单元计算出的设定时间内的活塞的平均位置Ha来计算出路面不平整度系数，以控制左悬架油缸和右悬架油缸的刚度。
最后，本发明提供一种车辆，所述车辆设置有以上任意所述的油气悬架系统。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的具体实施方式提供的一种油气悬架系统的液压油路示意图；
图2是本发明的具体实施方式提供的一种车辆中，控制单元的控制示意图；
图3是本发明的具体实施方式提供的油气悬架系统自动调整车身高度和预加载的流程示意图；
图4是本发明的具体实施方式体用的油气悬架系统预加载时有杆腔压力和负载的关系图；
图5是本发明的具体实施方式提供的油气悬架系统中悬架刚度控制的流程框图。
附图标记说明
12-左悬架油缸，15-右悬架油缸，20-油箱，21-负载敏感变量泵，23-系统安全溢流阀，27-进油路，28-回油路，35-换向阀，36-第二油路，37-第一油路，40-梭阀，41-第二液控单向阀，44-有杆腔进油单向阀，45-第一节流件，46-第一液控单向阀，48-压力设定阀，49-第二节流件，50-无杆腔溢流阀，51-无杆腔蓄能器，52-开口调节比例阀，53-左右偏转开关阀，54-有杆腔蓄能器，56-无杆腔连接油路，58-有杆腔连接油路，59-旁通节流件，60-油缸活塞位置传感器，61-有杆腔压力传感器，62-无杆腔压力传感器，70-控制单元，71-活塞位置样本存储器，72-平均位置Ha计算单元，73-路面不平度计算单元，74-车身高度控制单元，75-悬架刚度控制单元，76-左右偏转锁定控制单元，77-负载样本存储器，78-平均负载计算单元，79-压力设定阀设定压力计算单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示的，本发明提供的油气悬架系统包括左悬架油缸12和右悬架油缸15、有杆腔进油单向阀44、压力设定阀48、控制单元70、能够检测左悬架油缸12的有杆腔压力和右悬架油缸15的有杆腔压力的有杆腔压力传感器61和能够检测左悬架油缸12的无杆腔压力和右悬架油缸15的无杆腔压力的无杆腔压力传感器62，其中，左悬架油缸12的有杆腔11和右悬架油缸15的有杆腔14连通有第一油路37，左悬架油缸12的无杆腔10和右悬架油缸15的无杆腔13连通有第二油路36；有杆腔进油单向阀44设置在第一油路37上以允许向左悬架油缸12的有杆腔11和右悬架油缸15的有杆腔14进油；压力设定阀48的进油口通过油路47连接在第一油路37的位于有杆腔进油单向阀44与左悬架油缸12的有杆腔12和右悬架油缸15的有杆腔15之间的油路段上，压力设定阀48的出油口与油箱20连通；其中，控制单元70能够根据有杆腔压力传感器61和无杆腔压力传感器62的检测值来设定压力设定阀48的开启压力。
在该技术方案中，由于有杆腔进油单向阀44设置在第一油路37上，压力设定阀48的进油口通过油路47连接在第一油路37的位于有杆腔进油单向阀与左悬架油缸和右悬架油缸的有杆腔之间的油路段上，也就是，在有杆腔进油单向阀44的进油方向上，压力设定阀48的进油口通过油路47连接在第一油路37的位于有杆腔进油单向阀44下游的位置处，并且控制单元70能够根据有杆腔压力传感器61和无杆腔压力传感器62的检测值来设定压力设定阀48的开启压力，也就是，在调整悬架油缸活塞位置时，通过设定压力设定阀48的压力来限定悬架油缸有杆腔压力，这是因为左右悬架油缸的无杆腔压力油作用在活塞上的力等于左右悬架油缸的有杆腔压力油作用在活塞上的力与左右悬架油缸所承受负载之和，因此，为了使油气悬架系统的工作压力处在蓄能器的工作压力范围内，采用预加载方式，即预加载方式作用类似于额外增加载荷，当作用在悬架油缸上的负载小时，可以向悬架油缸的有杆腔供油以增加有杆腔压力来增加预加载载荷，从而能够使得悬架油缸的无杆腔压力油的压力保持不变或者基本保持不变或者相对地增加无杆腔压力，此时，该有杆腔压力即为压力设定阀的开启压力。当悬架油缸所承受负载大时，可以通过减小有杆腔压力来减小预加载载荷，比如有杆腔的压力油可以进入到有杆腔蓄能器中，并在压力设定阀48开启后流向油箱，以减小有杆腔压力油压力，以使得无杆腔压力油压力保持不变或者基本不变或者相对减小无杆腔压力，这样，即使负载变化很大，也不会超过蓄能器的工作压力范围，从而可以在不改变蓄能器规格和容积充气压力的前提下，使油气悬架系统能够在更大的载荷变化范围内发挥有效的减震功能。
压力设定阀48可以为压力设定比例阀以能够调节流通面积，或者，压力设定阀48包括在回油方向上依次串联布置的节流阀和开关阀，这样，开关阀开启后，有杆腔的油液通过节流阀的节流从开关阀流回油箱，进一步地，节流阀的节流流通面积能够调整，以根据回流需求调节回流速度。
车辆在某些路况下，比如农林车辆常行驶在非常不平的路面，又比如需要车轴倾斜的作业例如拖拉机岸下犁地时，现有技术中两侧油缸由于交叉连接，限制了车轴的左右偏转。为此，进一步地，本申请的油气悬架系统中，左悬架油缸12的有杆腔和右悬架油缸15的有杆腔之间连接有有杆腔连接油路58，第一油路37与有杆腔连接油路58连接，其中，有杆腔连接油路58上连接有有杆腔蓄能器54和有杆腔压力传感器61；左悬架油缸12的无杆腔和右悬架油缸15的无杆腔之间连接有无杆腔连接油路56，第二油路36与无杆腔连接油路56连接，无杆腔压力传感器62连接在无杆腔连接油路56上。这样，本申请的油气悬架系统中，两侧的悬架油缸有杆腔之间和无杆腔之间将形成“平行连接”，即右侧油缸有杆腔与左侧油缸有杆腔相连，右侧油缸无杆腔与左侧油缸无杆腔相连，在柔性悬架或刚性悬架模式下，左侧悬架油缸有杆腔与右侧悬架油缸有杆腔可以交互油液，左侧悬架油缸无杆腔与右侧悬架油缸无杆腔可以交互油液，这样使车轴能自如地绕其前进方向中心轴转动，即左右偏转，此偏转对车辆吸收地面冲击十分有利，以满足不平坦路面和倾斜作业左右摆动需求。
但是，车辆在快速转弯、高速行驶时，需要尽可能地保持车辆的稳定性，因此，更进一步地，无杆腔连接油路56上设置有左右偏转开关阀53，这样，控制单元可以控制左右偏转开关阀53关闭，从而阻断左右油缸的油液交互，阻碍车轴左右偏转，以有效地增加车辆的防侧倾能力，提高车辆稳定性。进一步地，无杆腔连接油路56连接有与左右偏转开关阀53并联的旁通节流件59，该旁通节流件59可以为并联的旁通节流阀，或者为左右偏转开关阀53包括的旁通节流口，这样，当左右偏转开关阀53长时间关闭时，左悬架油缸的无杆腔10与右悬架油缸的无杆腔13通过该旁通节流件59相连，使得两侧的悬架油缸的无杆腔压力趋于相等，防止因压力不等造成车身不平。
当然，一种方式中，油气悬架系统的无杆腔蓄能器51可以直接与左右悬架油缸的无杆腔连通。
或者，另一种方式中，油气悬架系统的无杆腔蓄能器51通过开口调节比例阀52与无杆腔连接油路56连通，其中，控制单元70能够调节开口调节比例阀52的流通面积。这样，开口调节比例阀52开口越大，悬架油缸的无杆腔压力油与无杆腔蓄能器压力油交互越容易，悬架刚度越柔软，开口调节比例阀52开口调小，可以减缓或阻碍无杆腔压力油与蓄能器压力油交互，从而增大悬架刚度。
比如，某些作业工况时，柔性悬架可能影响作业，如拖拉机犁地，此时，驾驶员可通过车辆的刚性悬架开关68开启刚性悬架状态。刚性悬架状态下开口调节比例阀52关闭，或者可以保持一个较小的开度如2％-5％，优选地为4％-5％，更优选地为5％，使无杆腔蓄能器51能吸收地面或其他原因产生的大的负载冲击。
另外，车辆的换挡、制动或快速加减油门，将使车辆产生急加速或急减速。控制单元70接收到车辆有换挡、制动或快速加减油门时，控制单元70的悬架刚度控制单元75可以设定开口调节比例阀52开口较小，如5％，防止车头的俯仰。
无特殊操作状态下，悬架刚度控制单元75依据路面不平度、车辆速度、转向角度三个因素，确定开口调节比例阀52开口大小。路面不平度可以由控制单元70的路面不平度计算单元计算73得出，或通过传感器检测或操作员判断后通过电位计手动输入。当车辆行驶在不平坦路面时，悬架刚度控制单元75设定开口调节比例阀52开口较大，使悬架柔软，减震性好；当车辆快速行驶在平坦路面时，悬架刚度控制单元75设定开口调节比例阀52开口减小，使悬架刚度相对增大，保证车辆高速时的平稳性；当车辆快速转弯或变道时，悬架刚度控制单元75设定开口调节比例阀52开口减小，使悬架刚度相对增大，增加车辆抗侧倾能力。
根据油气悬架系统是否包括有左右偏转开关阀53，油气悬架系统的无杆腔蓄能器51与无杆腔连接油路56的连通也具有多种方式，比如，在未设置有左右偏转开关阀53时，两侧的悬架油缸的无杆腔可以共用一个无杆腔蓄能器51；或者，无杆腔连接油路56上设置有左右偏转开关阀53时，其中，左右偏转开关阀53位于左悬架油缸12的开口调节比例阀52和右悬架油缸15的开口调节比例阀52之间。这样，在左右偏转开关阀53关闭时，左右悬架油缸的刚度也能进行如上所述的根据所需进行调节。
进一步地，本发明的油气悬架系统包括以下至少一种形式：
形式一：如图1所示的，无杆腔连接油路56连接有与左右偏转开关阀53并联的旁通节流件59，该旁通节流件59可以为并联的旁通节流阀，或者为左右偏转开关阀53包括的旁通节流口，这样，当左右偏转开关阀53长时间关闭时，左悬架油缸的无杆腔10与右悬架油缸的无杆腔13通过该旁通节流件59相连，使得两侧的悬架油缸的无杆腔压力趋于相等，防止因压力不等造成车身不平。
形式二：如图2所示的，油气悬架系统包括与控制单元70连接的油缸活塞位置传感器60，控制单元70可以根据该油缸活塞位置传感器60的检测值来调整左右悬架油缸的活塞位置以控制车辆的车身高度。油缸活塞位置传感器60可以为单独的传感器，或者，如图1所示的，有杆腔压力传感器61和无杆腔压力传感器62可以具备检测油缸活塞位置的功能，以作为油缸活塞位置传感器60。
形式三：为了提升左右悬架油缸的无杆腔压力的稳定性，优选地，如图1所示的，右悬架油缸15的开口调节比例阀52通过第一连接油路连接于无杆腔连接油路56；左悬架油缸12的开口调节比例阀52通过第二连接油路连接于无杆腔连接油路56；其中，第一连接油路和第二连接油路之间连接有第三连接油路，第三连接油路上设置有梭阀，梭阀连接有无杆腔溢流阀50。这样，可以设定左右悬架油缸的无杆腔最高工作压力。
在某些工况下，车轮或车轴载荷变化较小时，希望车身保持合适高度。对于油气悬架系统而言，即希望悬架油缸活塞杆工作预定的相对位置，不随载荷轻易变化而发生很大的变化，因此，如图1所示的，第一油路37上设置有第一开关阀以使得压力设定阀48的进油口通过油路连接在第一油路37的位于有杆腔进油单向阀44和第一开关阀之间的油路段上；第二油路36上设置有第二开关阀。这样，第一开关阀和第二开关阀可以关闭。而随着负载发生较大变化需要进回油时，第一开关阀和第二开关阀打开即可。
进一步地，本发明的油气悬架系统包括以下至少一种情形：
情形一：为了控制进回油速率，如图1所示的，第一油路37上设置有第一节流件45比如节流口以使得压力设定阀48的进油口通过油路连接在第一油路37的位于第一节流件45和第一开关阀之间的油路段上；第二油路36上设置有位于第二开关阀与左悬架油缸12和右悬架油缸15的无杆腔之间的第二节流件49比如节流口；第一节流件45和第二节流件49可以通过限制油液流量来限制车身高度调节的速度。
情形二：第一开关阀和第二开关阀可以具有多种形式，比如，可以为普通的电磁开关阀，或者，如图1所示的，第一开关阀为第一液控单向阀46，第二开关阀为第二液控单向阀41，其中，在第二油路进油方向上，第一液控单向阀46的控制油路43连接在第二液控单向阀41的上游位置，在第一油路进油方向上，第二液控单向阀41的控制油路42连接在有杆腔进油单向阀44的上游位置。这样，如图1所示的，第一油路37进油时，第二液控单向阀41将开启，悬架油缸的无杆腔的油液将通过第二油路36回流到油箱，而在第二油路36进油时，第一液控单向阀46将开启，悬架油缸的有杆腔的油液将通过第一液控单向阀46流向压力设定阀48，并在压力设定阀48开启后回流到油箱20。而当第一油路和第二油路都不进油时，则第一液控单向阀46和第二液控单向阀41无法回流油液。
情形三：本发明的油气悬架系统包括与第一油路37和第二油路36连接的换向阀35，比如三位四通阀，其中，控制单元70能够控制换向阀35处于第一位置时比如右位时，进油通过换向阀35的油口31和油口34流入到第一油路37以向有杆腔供油，无杆腔通过第二油路36和换向阀35的油口33和油口32回油；控制单元70控制换向阀35处于第二位置时比如左位时，进油通过换向阀35的油口31和油口33流入到第二油路36以向无杆腔供油，而左右悬架油缸的有杆腔则能够在压力设定阀48开启时回油；而当控制单元70控制换向阀35处于中位位置时，第一开关阀截断第一油路37，第二开关阀截断第二油路36。
进一步地，在本发明的油气悬架系统包括换向阀35的情形中，也就是，在包括有情形三的技术方案中，换向阀35的进油口连接有进油路27，换向阀的回油口连接有回油路28，进油路27和回油路28之间连接有系统安全溢流阀23；其中，油气悬架系统的油泵为与进油路27连接的负载敏感变量泵21以提供压力油，第一油路37和第二油路36之间连接有梭阀40，梭阀40通过油路26与负载敏感变量泵21连接，梭阀40能够随着第一油路37和第二油路36中油液压力而向负载敏感变量泵21提供负载压力。
另外，本发明的油气悬架系统包括以下至少一种方式：
方式一：控制单元70包括负载样本存储器77、平均负载计算单元78和压力设定阀设定压力计算单元79，其中，负载样本存储器77能够存储设定时间内的多个瞬时负载，平均负载计算单元78能够根据负载样本存储器77中的多个瞬时负载计算出设定时间内的平均负载，压力设定阀设定压力计算单元79计算出不同平均负载条件下压力设定阀48的开启压力。
方式二：控制单元70包括活塞位置样本存储器71、平均位置Ha计算单元72和车身高度控制单元74，其中，活塞位置样本存储器71能够存储设定时间内的多个瞬时位置，平均位置Ha计算单元72能够根据活塞位置样本存储器71中的多个瞬时位置计算出设定时间内的活塞的平均位置Ha，车身高度控制单元74根据平均位置Ha和压力设定阀48的开启压力来控制左悬架油缸和右悬架油缸的进回油。
方式三：控制单元70包括活塞位置样本存储器71、平均位置Ha计算单元72和路面不平度计算单元73，其中，活塞位置样本存储器71能够存储设定时间内的多个瞬时位置，平均位置Ha计算单元72能够根据活塞位置样本存储器71中的多个瞬时位置计算出设定时间内的活塞的平均位置Ha，路面不平度计算单元73根据活塞位置样本存储器71中在设定时间内存储的多个瞬时位置和平均位置Ha计算单元72计算出的设定时间内的活塞的平均位置Ha来计算出路面不平整度系数，以控制左悬架油缸12和右悬架油缸15的刚度。
此外，本发明提供一种车辆，该车辆设置有以上任意所述的油气悬架系统。该车辆可以为农林车辆比如拖拉机。
以下详细说明本发明的油气悬架系统的一种应用实施例：
一、活塞平均位置与路面不平整度计算
如图2所示的，油气悬架系统的控制单元70接收油缸活塞位置传感器60的检测值，活塞位置样本存储器71存储N个瞬时位置Hi，采样周期ΔT。平均位置Ha计算单元72根据活塞位置样本存储器71中的样本值计算出N*ΔT时间内的活塞平均位置Ha。N*ΔT可以等于3倍振动周期，ΔT与计算精度相关，可以为50ms。路面不平整度计算单元73依据活塞位置样本存储器71中存储的N个样本和活塞平均位置计算单元72计算得到的平均位置，计算出路面不平整度系数K。计算中用到的符号L为悬架油缸行程。
Figure BDA0001902798210000141
二、自动调整车身高度与预加载
1、自动调整车身高度
理想情况下，不论车轮或车轴载荷如何变化，总希望车身保持合适高度。对于油气悬架系统，希望悬架油缸活塞振动中心在预定位置Hs，不随载荷变化而变化。
如图3所示的，随着负载的增加，液压油被推出无杆腔10和13，进入无杆腔蓄能器51，使得活塞振动中心下移，此位置变化将被活塞位置传感器60检测到，并反馈给控制单元70。当负载增加明显时，活塞平均位置变化明显Ha<Hmin，控制单元70向换向阀35比如三位四通换向阀发出指令，要求左位工作，无杆腔10和13与压力油源相连，使得液压油被供给无杆腔10和13，直到再次达到预设位置Hs，三位四通阀中位工作，停止活塞向上移动。
随着负载的减少，液压油从无杆腔蓄能器51流出至无杆腔10和13，使得活塞振动中心上移，此位置变化将被活塞位置传感器60检测到，并反馈给控制单元70。当负载减小明显时，活塞平均位置变化明显Ha>Hmax，控制单元70向三位四通换向阀发出指令，要求右位工作，有杆腔12和15与压力油源相连，使得液压油被供给有杆腔12和15，直到再次达到预设位置Hs，三位四通阀中位工作，停止活塞向下移动。
这样，由于控制单元70接收油缸活塞位置传感器60检测值并控制活塞平均位置，因此不论载荷如何变化，控制单元总能让车身保持合适高度。
较小的负载变化，通常不会导致悬架油缸活塞平均位置发生明显变化，也就是Hmin<Ha<Hmax，这种情况不调整活塞位置，将减少油气悬架系统中车身高度控制系统的工作频率，增加使用寿命。较小的负载变化包括如路面不平对车辆的冲击力和入土农具因土壤变化而产生的负载变化。
本发明的油气悬架系统允许驾驶员在安全条件下，通过车身高度增加开关66、车身高度降低开关67调整悬架油缸活塞位置。驾驶员手动调整的悬架油缸活塞位置可以短时间有效，有效时间通过车身高度控制单元74设定，比如可以为5min。有效时间结束后，车身高度控制单元74将自动调整车身高度至生产厂家设定的最佳高度。
2、预加载
农林机械或工业机械油气悬架系统，例如拖拉机前桥悬挂系统，可以有各种各样的前桥载荷，轴载范围通常超过蓄能器可能的压力比。拖拉机后部安装机具(例如犁)时，拖拉机后轴载很重，而前轴载很轻；拖拉机前部安装机具时，拖拉机前轴载很重，而后轴载很轻。因而拖拉机在不同的工作状态下，前桥载荷变化很大。悬架油缸通常承受的载荷为有杆腔对活塞杆的作用力与无杆腔对活塞杆的作用力之差。本申请为了使悬架系统工作压力在蓄能器的工作压力范围内，采用预加载方式。预加载方式作用类似于额外增加载荷，当载荷小时，通过增加有杆腔压力，从而增加无杆腔压力，随着载荷增加而降低有杆腔压力。这样即使悬挂载荷变化很大，也不会超过蓄能器的工作范围。
控制单元70接收有杆腔压力传感器61的检测值P1i和无杆腔压力传感器62的检测值P2i。负载样本存储器77存储N个瞬时负载Fi，采样周期等于悬架油缸活塞瞬时位置Hi采用周期ΔT。设有杆腔直径为D1，无杆腔直径为D2，瞬时负载Fi按下面公式计算。
Figure BDA0001902798210000161
平均负载计算单元78根据负载样本存储器中N个瞬时负载Fi，计算出N*ΔT时间内的平均负载Fa。
Figure BDA0001902798210000162
这样，无杆腔压力油作用在活塞上的力等于有杆腔压力油作用在活塞上的力与悬架油缸所承受负载之和。当悬架油缸所承受负载减小时，增大有杆腔压力油压力，可使得无杆腔压力油压力保持不变或基本保持不变或者相对地增加无杆腔压力；当悬架油缸所承受负载增大时，减小有杆腔压力油压力，可使得无杆腔压力油压力保持不变或基本保持不变或者相对减小无杆腔压力。
图4说明了有杆腔压力PV与负载Fa的关系。F1为悬架油缸设计最大负载与最小负载的中间值，PV0为有杆腔蓄能器允许最小工作压力，PV2为有杆腔蓄能器允许最大工作压力，PV1为有杆腔蓄能器允许工作压力范围的中间值。悬架油缸负载在F0到F2范围内变化时，有杆腔压力与负载成反比例地变化，斜率-1/D1 2，可使无杆腔压力油压力保持不变。F2-F0为通过改变有杆腔压力而增加的负载范围。确定PV0、PV2、F1后，压力设定阀设定压力计算单元79可计算出不同平均负载Fa条件下有杆腔应设定的压力，即压力设定阀48应设定的开启压力。
这样，悬架油缸活塞伸出时，无杆腔10和13经过换向阀35的油口31和33与压力油源连接，有杆腔11和14的油液被压入有杆腔蓄能器54，当有杆腔压力超过限值时，压力设定阀48打开，有杆腔油液流出至油箱20。悬架油缸活塞缩回时，有杆腔11和14经过换向阀35的油口31和34与压力油源连接，无杆腔10和13油液经过换向阀35的油口33和32与回油路28相连。这样，调整车身高度，悬架油缸活塞伸出或缩回时，第一液控单向阀46和第二液控单向阀41打开，悬架油缸有杆腔和无杆腔合适地与压力油源或回油路连接，当换向阀35位于中位时，第一液控单向阀46和第二液控单向阀41关闭，悬架油缸与蓄能器交换液压油，实现减振，吸收地面不平带来的冲击。
三、悬架刚度控制
开口调节比例阀52位于无杆腔蓄能器与无杆腔之间。开口调节比例阀52开口越大，无杆腔压力油与无杆腔蓄能器压力油交互越容易，悬架刚度越柔软。开口调节比例阀52开口调小或关闭，可以减缓或阻碍无杆腔压力油与蓄能器压力油交互，从而增大悬架刚度。
如图5所示的，某作业工况，柔性悬架可能影响作业，如拖拉机犁地，驾驶员可通过刚性悬架开关68开启刚性悬架状态。刚性悬架状态下开口调节比例阀52应保持一个较小的开度如5％，使无杆腔蓄能器能吸收地面或其他原因产生的大的负载冲击。
车辆的换挡、制动或快速加减油门，将使车辆产生急加速或急减速。控制单元70接收到车辆的油门制动换挡状态信号65，悬架刚度控制单元75设定开口调节比例阀52开口较小，如5％，以防止车尾后蹲严重或车头下沉严重。
无特殊操作状态下比如检测，悬架刚度控制单元75依据路面不平度、整车速度64、转向角度63三个因素，确定开口调节比例阀52开口大小。路面不平度可以由路面不平度计算单元73计算得出，或通过传感器检测或操作员判断后通过电位计手动输入。当车辆行驶在不平坦路面时，悬架刚度控制单元75设定开口调节比例阀52开口较大，使悬架柔软，减震性好；当车辆快速行驶在平坦路面时，悬架刚度控制单元75设定开口调节比例阀52开口减小，使悬架刚度相对增大，保证车辆高速时的平稳性；当车辆快速转弯或变道时，悬架刚度控制单元75设定开口调节比例阀52开口减小，使悬架刚度相对增大，增加车辆抗侧倾能力。
四、左右偏转锁定控制
如图1和图2所示的，由于左悬架油缸的无杆腔10与右悬架油缸的无杆腔13相连，左悬架油缸的有杆腔11与右悬架油缸的有杆腔14相连。在柔性悬架或刚性悬架模式下，左悬架油缸的有杆腔与右悬架油缸的有杆腔可以交互油液，左悬架油缸的有杆腔与右悬架油缸的有杆腔可以交互油液，从而允许车轴左右偏转。在路面不平的行驶条件下，此旋转对车辆吸收地面冲击有利；在某些作业工况，如岸下犁作业时，左右偏转功能也是必要的。然而当车辆高速行驶在平坦路面时，当车辆快速转弯时，此功能关闭可以有效地增加车辆侧倾能力。
因此，控制单元70的左右偏转锁定控制单元76依据车辆速度和转向角度控制左右偏转开关阀53的工作位置。当车辆高速行驶或快速转弯时，使左右偏转开关阀53得电，阻止无杆腔10与无杆腔13压力油快速交互，从而阻碍左右偏转，提高车辆稳定性和抗侧倾能力。
进一步地，左右偏转开关阀53伴有旁通节流件59，比如旁通节流口，当左右偏转开关阀53长时间关闭时，左悬架油缸的无杆腔10与右悬架油缸的无杆腔13通过该旁通节流件59相连，两腔压力趋于相等，防止因压力不等造成车身不平。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种油气悬架系统，其特征在于，包括左悬架油缸(12)和右悬架油缸(15)、有杆腔进油单向阀(44)、压力设定阀(48)、控制单元(70)、能够检测左悬架油缸(12)和右悬架油缸(15)的有杆腔压力的有杆腔压力传感器(61)和能够检测左悬架油缸(12)和右悬架油缸(15)的无杆腔压力的无杆腔压力传感器(62)，其中，
所述左悬架油缸(12)和所述右悬架油缸(15)的有杆腔连通有第一油路(37)，所述左悬架油缸(12)和所述右悬架油缸(15)的无杆腔连通有第二油路(36)；
所述有杆腔进油单向阀(44)设置在所述第一油路(37)上；
所述压力设定阀(48)的进油口通过油路连接在所述第一油路(37)的位于所述有杆腔进油单向阀(44)与左悬架油缸(12)和右悬架油缸(15)的有杆腔之间的油路段上，所述压力设定阀(48)的出油口与油箱(20)连通；
其中，所述控制单元(70)能够根据所述有杆腔压力传感器(61)和所述无杆腔压力传感器(62)的检测值来设定所述压力设定阀(48)的开启压力。
2.根据权利要求1所述的油气悬架系统，其特征在于，所述左悬架油缸(12)的有杆腔和所述右悬架油缸(15)的有杆腔之间连接有有杆腔连接油路(58)，所述第一油路(37)与所述有杆腔连接油路(58)连接，其中，所述有杆腔连接油路(58)上连接有有杆腔蓄能器(54)和所述有杆腔压力传感器(61)；
所述左悬架油缸(12)的无杆腔和所述右悬架油缸(15)的无杆腔之间连接有无杆腔连接油路(56)，所述第二油路(36)与所述无杆腔连接油路(56)连接，所述无杆腔压力传感器(62)连接在所述无杆腔连接油路(56)上。
3.根据权利要求2所述的油气悬架系统，其特征在于，所述油气悬架系统的无杆腔蓄能器(51)通过开口调节比例阀(52)与所述无杆腔连接油路(56)连通，其中，所述控制单元(70)能够调节所述开口调节比例阀(52)的流通面积。
4.根据权利要求3所述的油气悬架系统，其特征在于，所述无杆腔连接油路(56)上设置有左右偏转开关阀(53)，其中，所述左右偏转开关阀(53)位于所述左悬架油缸(12)的开口调节比例阀(52)和所述右悬架油缸(15)的开口调节比例阀(52)之间。
5.根据权利要求4所述的油气悬架系统，其特征在于，所述油气悬架系统包括以下至少一种形式：
形式一：所述无杆腔连接油路(56)连接有与所述左右偏转开关阀(53)并联的旁通节流件(59)；
形式二：所述油气悬架系统包括与所述控制单元(70)连接的油缸活塞位置传感器(60)；
形式三：所述右悬架油缸(15)的开口调节比例阀(52)通过第一连接油路连接于所述无杆腔连接油路(56)；所述左悬架油缸(12)的开口调节比例阀(52)通过第二连接油路连接于所述无杆腔连接油路(56)；其中，所述第一连接油路和所述第二连接油路之间连接有第三连接油路，所述第三连接油路上设置有梭阀，所述梭阀连接有无杆腔溢流阀(50)。
6.根据权利要求1所述的油气悬架系统，其特征在于，所述第一油路(37)上设置有第一开关阀以使得所述压力设定阀(48)的进油口通过油路连接在所述第一油路(37)的位于所述有杆腔进油单向阀(44)和所述第一开关阀之间的油路段上；所述第二油路(36)上设置有第二开关阀。
7.根据权利要求6所述的油气悬架系统，其特征在于，所述油气悬架系统包括以下至少一种情形：
情形一：所述第一油路(37)上设置有第一节流件(45)以使得所述压力设定阀(48)的进油口通过油路连接在所述第一油路(37)的位于所述第一节流件(45)和所述第一开关阀之间的油路段上；所述第二油路(36)上设置有位于所述第二开关阀与所述左悬架油缸(12)和所述右悬架油缸(15)的无杆腔之间的第二节流件(49)；
情形二：所述第一开关阀为第一液控单向阀(46)，所述第二开关阀为第二液控单向阀(41)，其中，在所述第二油路进油方向上，所述第一液控单向阀(46)的控制油路连接在所述第二液控单向阀(41)的上游位置，在所述第一油路进油方向上，所述第二液控单向阀(41)的控制油路连接在所述有杆腔进油单向阀(44)的上游位置；
情形三：所述油气悬架系统包括与所述第一油路(37)和所述第二油路(36)连接的换向阀(35)，其中，所述控制单元(70)控制所述换向阀(35)处于第一位置时，进油通过所述换向阀(35)流入到所述第一油路(37)以向有杆腔供油，无杆腔通过所述第二油路(36)和所述换向阀(35)回油；所述控制单元(70)控制所述换向阀(35)处于第二位置时，进油通过所述换向阀(35)流入到所述第二油路(36)以向无杆腔供油，有杆腔能够在所述压力设定阀(48)开启时回油；所述控制单元(70)控制所述换向阀(35)处于中位位置时，所述第一开关阀截断所述第一油路(37)，所述第二开关阀截断所述第二油路(36)。
8.根据权利要求7所述的油气悬架系统，其特征在于，在所述油气悬架系统包括换向阀(35)的情形中，所述换向阀(35)的进油口连接有进油路(27)，所述换向阀的回油口连接有回油路(28)，所述进油路(27)和所述回油路(28)之间连接有系统安全溢流阀(23)；其中，
所述油气悬架系统的油泵为与所述进油路(27)连接的负载敏感变量泵(21)，所述第一油路(37)和所述第二油路(36)之间连接有梭阀(40)，所述梭阀(40)与所述负载敏感变量泵(21)连接。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的油气悬架系统，其特征在于，所述油气悬架系统包括以下至少一种方式：
方式一：所述控制单元(70)包括负载样本存储器(77)、平均负载计算单元(78)和压力设定阀设定压力计算单元(79)，其中，所述负载样本存储器(77)能够存储设定时间内的多个瞬时负载，所述平均负载计算单元(78)能够根据所述负载样本存储器(77)中的多个瞬时负载计算出设定时间内的平均负载，所述压力设定阀设定压力计算单元(79)计算出不同平均负载条件下所述压力设定阀(48)的开启压力；
方式二：所述控制单元(70)包括活塞位置样本存储器(71)、平均位置Ha计算单元(72)和车身高度控制单元(74)，其中，所述活塞位置样本存储器(71)能够存储设定时间内的多个瞬时位置，所述平均位置Ha计算单元(72)能够根据所述活塞位置样本存储器(71)中的多个瞬时位置计算出设定时间内的活塞的平均位置Ha，所述车身高度控制单元(74)根据平均位置Ha和所述压力设定阀(48)的开启压力来控制左悬架油缸(12)和右悬架油缸(15)的进回油；
方式三：所述控制单元(70)包括活塞位置样本存储器(71)、平均位置Ha计算单元(72)和路面不平度计算单元(73)，其中，所述活塞位置样本存储器(71)能够存储设定时间内的多个瞬时位置，所述平均位置Ha计算单元(72)能够根据所述活塞位置样本存储器(71)中的多个瞬时位置计算出设定时间内的活塞的平均位置Ha，所述路面不平度计算单元(73)根据所述活塞位置样本存储器(71)中在设定时间内存储的多个瞬时位置和所述平均位置Ha计算单元(72)计算出的设定时间内的活塞的平均位置Ha来计算出路面不平整度系数，以控制左悬架油缸(12)和右悬架油缸(15)的刚度。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆设置有根据权利要求1-9中任意一项所述的油气悬架系统。
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