CN109733149B - 一种车辆高度调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆高度调节系统，包括供油装置、第一油路、第二油路，还包括控制单元和四个主控阀，每个主控阀通过第一油路与供油装置连接，每个主控阀通过第二油路连有至少一个分控阀，分控阀上连有执行元件，执行元件上设有位移传感器和压力传感器，位移传感器、压力传感器均与控制单元连接，四个主控阀，以及每个主控阀上所连接的分控阀均与控制单元连接。本发明简单有效、构思巧妙，能够对车体进行高度调节，以及在车体高度调节后，对油气弹簧所承受的载荷进行调节。

Description

一种车辆高度调节系统
技术领域
本发明涉及车辆高度调节技术领域，尤其是涉及一种车辆高度调节系统及其控制方法。
背景技术
油气悬架是集弹性元件和减震器于一体的悬架装置，克服了钢板弹簧的线性特征，能很好的应用于工程车辆、特种车辆等，具有良好的减震性能、平顺性和车辆行驶的稳定性，并且能实现车身高度的调节。目前，国外有关油气弹簧及油气悬架技术已经成了较为成熟的产品，其自动调节机构已应用到各种工程车辆和特种车辆中。而国内在此方面研究起步较晚。
车辆中的油气悬架配有执行元件——油气弹簧，油气弹簧111与汽车轮轴112连接（如图1所示），油气弹簧111进油后车体会升高，油气弹簧内的油液排出后，车体高度会降低。即通过油箱向执行元件供油，实现车体上升；执行元件排油后，油液回流至油箱，实现车体下降。
油气弹簧的静平衡压强是指车体在处于静平衡位置时，油气弹簧内气室的压强，油气弹簧静平衡压强是设计人员在设计油气弹簧时设定的参考量。
在设计车体高度调节时，本领域技术人员考虑到车体进行高度调节后，车体顶部未能完全到达目标位置或者有部分高出目标位置，以及车体进行高度调节后，各个轮轴上的油气弹簧所承受的载荷与油气弹簧本身的静平衡压强会有较大的偏差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种车辆高度调节系统及其控制方法，欲通过该控制方法来对车体进行高度调节，以及在车体高度调节后，对油气弹簧所承受的载荷进行调节。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种车辆高度调节系统，包括供油装置、第一油路、第二油路，还包括控制单元和四个主控阀，每个主控阀通过第一油路与供油装置连接，每个主控阀通过第二油路连有至少一个分控阀，所述的分控阀上连有执行元件，所述的执行元件上设有位移传感器和压力传感器，所述的位移传感器、压力传感器均与控制单元连接，所述的四个主控阀，以及每个主控阀上所连接的分控阀均与控制单元连接。
一种车辆高度调节系统的控制方法，包括车体上升策略和车体下降策略；
所述的车体上升策略包括以下步骤：
假定车体调高至最终目标位置的高度为Hmax，
步骤1.1：向控制单元发送车体升高指令，供油装置开始工作；
步骤1.2：各个位移传感器采集执行元件位移数据并传输至控制单元；
步骤1.3：控制单元将步骤1.2中采集的位移数据进行分析处理；
步骤1.4：控制单元根据处理结果来控制各个主控阀，以及与各个主控阀所连接的各个分控阀的开启或者关闭；
步骤1.5：直至车体到达最终目标位置的高度Hmax时，关闭所有主控阀和所有分控阀，供油装置停止工作；
步骤1.6：各个压力传感器采集此时执行元件的油压数据并传输至控制单元；
步骤1.7：控制单元将步骤1.6中采集的油压数据进行分析处理；
步骤1.8：控制单元根据处理结果来控制各个主控阀，以及与各个主控阀所连接的各个分控阀的开启或者关闭，使相应的执行元件中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强；
步骤1.9：直至各个执行元件中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强，关闭所有分控阀，车体上升完成；
所述的车体下降策略包括以下步骤：
假定车体下降到最终目标位置的高度为Hmin，设定车体第一下降位置的高度为Hmin2，且Hmin2<Hmin，
步骤2.1：向控制单元发送车体降低指令；
步骤2.2：各个位移传感器采集执行元件位移数据并传输至控制单元；
步骤2.3：控制单元将步骤2.2中采集的位移数据进行分析处理；
步骤2.4：控制单元根据处理结果来控制各个主控阀，以及与各个主控阀所连接的各个分控阀的开启或者关闭；
步骤2.5：直至车体到达第一下降位置的高度Hmin2时，启动供油装置，供油装置开始工作；
步骤2.6：各个位移传感器采集执行元件位移数据并传输至控制单元；
步骤2.7：控制单元根据处理结果来控制各个主控阀，以及与各个主控阀所连接的各个分控阀的开启或者关闭；
步骤2.8：直至车体到达最终目标位置的高度Hmin时，关闭所有主控阀和所有分控阀，供油装置停止工作；
步骤2.9：各个压力传感器采集此时执行元件的油压数据并传输至控制单元；
步骤3.1：控制单元将步骤2.9中采集的油压数据进行分析处理；
步骤3.2：控制单元根据处理结果来控制各个主控阀，以及与各个主控阀所连接的各个分控阀的开启或者关闭，使相应的执行元件中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强；
步骤3.3：直至各个执行元件中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强，关闭所有分控阀，车体下降完成。
与现有技术相比，本发明的优点在于简单有效、构思巧妙，能够对车体进行高度调节，以及在车体高度调节后，对油气弹簧所承受的载荷进行调节。
简单来说，因车体为一个刚性整体，故将车体视作为一个刚性矩形平面，假定车体的高度调节即为矩形平面上四个顶角的高度调节，且四个主控阀分别控制四个顶角的高度，将每个主控阀与其相连的所有分控阀，以及分控阀上所连有的执行元件定位一组，共定为四组；
控制单元将所有位移传感器采集的位移数据进行分析处理，由控制单元根据处理结果来控制各个主控阀和各个分控阀的启闭，使车体四个角进行上升或者下降，然后，直到四个顶角全部到达目标位置，控制单元对所有压力传感器采集的压力数据进行分析处理，最后控制单元根据处理结果来控制各个主控阀，以及与各个主控阀所连接的各个分控阀的启闭，使相应的执行元件（油气弹簧）中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强。
附图说明
图1为油气弹簧结构示意图；
图2为本发明结构示意图；
图3为车体上升轨迹简图；
图4为车体下降轨迹简图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图4所示：一种车辆高度调节系统，包括供油装置1、第一油路2、第二油路8，还包括控制单元3和四个主控阀4，每个主控阀4通过第一油路2与供油装置1连接，每个主控阀4通过第二油路8连有至少一个分控阀5，分控阀5上连有执行元件111，执行元件111上设有位移传感器6和压力传感器7，位移传感器6、压力传感器7均与控制单元3连接，四个主控阀4，以及每个主控阀4上所连接的分控阀5均与控制单元3连接。
位移传感器6用于检测并向控制单元3传输车体距地量（车体与地面之间的间距），压力传感器7用于检测并向控制单元3油气弹簧内的油室中的油压。
一种车辆高度调节系统的控制方法，包括车体上升策略和车体下降策略；
车体上升策略包括以下步骤：
假定车体调高至最终目标位置的高度为Hmax，
步骤1.1：向控制单元3发送车体升高指令，供油装置开始工作；
步骤1.2：各个位移传感器6采集执行元件111位移数据并传输至控制单元3；
步骤1.3：控制单元3将步骤1.2中采集的位移数据进行分析处理；
步骤1.4：控制单元3根据处理结果来控制各个主控阀4，以及与各个主控阀4所连接的各个分控阀5的开启或者关闭；
步骤1.5：直至车体到达最终目标位置的高度Hmax时，关闭所有主控阀4和所有分控阀5，供油装置停止工作；
步骤1.6：各个压力传感器7采集此时执行元件111的油压数据并传输至控制单元3；
步骤1.7：控制单元3将步骤1.6中采集的油压数据进行分析处理；
步骤1.8：控制单元3根据处理结果来控制各个主控阀4，以及与各个主控阀4所连接的各个分控阀5的开启或者关闭，使相应的执行元件111中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强；
步骤1.9：直至各个执行元件111中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强，关闭所有分控阀5，车体上升完成；
车体下降策略包括以下步骤：
假定车体下降到最终目标位置的高度为Hmin，设定车体第一下降位置的高度为Hmin2，且Hmin2<Hmin，
步骤2.1：向控制单元3发送车体降低指令；
步骤2.2：各个位移传感器6采集执行元件111位移数据并传输至控制单元3；
步骤2.3：控制单元3将步骤2.2中采集的位移数据进行分析处理；
步骤2.4：控制单元3根据处理结果来控制各个主控阀4，以及与各个主控阀4所连接的各个分控阀5的开启或者关闭；
步骤2.5：直至车体到达第一下降位置的高度Hmin2时，启动供油装置，供油装置开始工作；
步骤2.6：各个位移传感器6采集执行元件111位移数据并传输至控制单元3；
步骤2.7：控制单元3根据处理结果来控制各个主控阀4，以及与各个主控阀4所连接的各个分控阀5的开启或者关闭；
步骤2.8：直至车体到达最终目标位置的高度Hmin时，关闭所有主控阀4和所有分控阀5，供油装置停止工作；
步骤2.9：各个压力传感器7采集此时执行元件111的油压数据并传输至控制单元3；
步骤3.1：控制单元3将步骤2.9中采集的油压数据进行分析处理；
步骤3.2：控制单元3根据处理结果来控制各个主控阀4，以及与各个主控阀4所连接的各个分控阀5的开启或者关闭，使相应的执行元件111中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强；
步骤3.3：直至各个执行元件111中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强，关闭所有分控阀5，车体下降完成。
实施例：
以十轮车辆为例，车体包括前桥和后桥，前桥设置了4个轮胎，后桥设置了8个轮胎，每个轮胎上设置了一个执行元件，其中，车体设置的四个主控阀，分别为主控阀A、主控阀B、主控阀C、主控阀D，主控阀A连有分控阀A1和分控阀A2，主控阀B连有分控阀B1和分控阀B2，主控阀C连有分控阀C1、分控阀C2、分控阀C3和分控阀C4，主控阀D连有分控阀D1、分控阀D2、分控阀D3和分控阀D4，每个分控阀上连有执行元件（油气弹簧），每个执行元件上设置了位移传感器和压力传感器，位移传感器用于采集执行元件的位移数据，压力传感器用于采集执行元件中的油压数据。
因车体为一个刚性整体，故将车体视作为一个刚性矩形平面，假定车体的高度调节即为矩形平面上四个顶角的高度调节，且四个主控阀分别控制四个顶角的高度。
设置人机交互系统，将人机交互系统与控制单元连接，其中，控制单元中预置程序算法。
每个执行元件（油气弹簧）的静平衡压强为已知量。
图3所示，车体调高过程：
假定车体调高至最终目标位置的高度为Hmax；
1）通过人机交互系统向控制单元发送车体升高指令，供油装置开始工作；
2）各个位移传感器采集执行元件位移数据并传输至控制单元；
3）控制单元将各个位移传感器发送的实时数据进行分析处理，根据处理结果对相应的主控阀进行调控；
可通过先加权平均，再通过做差的方案进行分析处理（算法不唯一）：
假定位移数据分别为HA、HA1、HA2；HB、HB1、HB2；HC、HC1、HC2、HC3；HD、HD1、HD2、HD3；（HA1代表与分控阀A1连接的执行元件上的位移传感器采集的位移数据，HA代表主控阀A下所有分控阀所连的执行元件的位移数据，可以理解为HA=HA1+HA2）
将HA1、HA2加权平均得到HmA；HB1、HB2加权平均得到HmB；HC1、HC2、HC3加权平均得到HmC；HD1、HD2、HD3加权平均得到HmD;
接着，将HA、HB、HC、HD加权平均得到Hm；
当Hm<Hmax时，将HA、HB、HC、HD分别与Hm进行比较；
将位移数据HA1、HA2；HB1、HB2；HC1、HC2、HC3；HD1、HD2、HD3分为A、B、C、D，其中A组为HA1、HA2；B组为HB1、HB2；C组为HC1、HC2、HC3；D组为HD1、HD2、HD3；定x为第一差值，y为第二差值，x＞0，y>0；
以A组位移数据处理为例：
当丨HA-Hm丨>x时，在控制单元的控制下，主控阀A为关闭状态；
当0≤丨HA-Hm丨<x时，在控制单元的控制下，主控阀A为打开状态；
当丨HA1-HmA丨>y，0<丨HA2-HmA丨<y时，在控制单元的控制下，分控阀A1为关闭状态，分控阀A2为打开状态；
当0<丨HA1-HmA丨<y，丨HA2-HmA丨>y时，在控制单元的控制下，分控阀A1为打开状态，分控阀A2为关闭状态；
当HA1-HmA=0，HA2-HmA=0时，在控制单元的控制下，分控阀A1和分控阀A2均为打开状态；
同理可将另外三组数据处理，通过控制单元来控制另外三个主控阀，以及与它们各自连接的分控阀的开启与关闭；
此过程先控制同组内执行元件的位移，再进一步控制各组之间执行元件的位移的方式，来使车体四个角同时进行上升，其中，同组指的是一个主控阀下面所有分控阀所对应连接的执行元件，每一组单独控制车体顶角的上升；
4）直至四个顶角逐个趋近目标位置Hmax，关闭所有主控阀和所有分控阀，供油装置停止工作；（此时车体的位置高度调节完成，各个执行元件已经完成了进油阶段）
5）各个压力传感器分别向控制单元发送此时各个执行元件的油压数据；（进入排油阶段，各个执行元件进行调压处理）
6）控制单元根据处理结果来控制各个主控阀，以及与各个主控阀所连接的各个分控阀的开启或者关闭，使相应的执行元件中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强；
其中，因执行元件中摩擦力、侧向力等其他因素的附加力存在，执行元件承受载荷必定大于其自身静平衡压强；
因此，可通过以下方案进行分析处理：
只需将与油压过高的执行元件所连接的分控阀、主控阀打开，进行排油，让油液回流到供油装置中，直至该执行元件的压强趋近于其自身静平衡压强时，关闭与该执行元件相连的分控阀。
图4所示，车体下降过程：
假定车体下降到最终目标位置的高度为Hmin，设定车体第一下降位置的高度为Hmin2，且Hmin2<Hmin；
1）通过人机交互系统向控制单元发送车体高度下降指令；
2）各个位移传感器采集执行元件位移数据并传输至控制单元；
3）控制单元将各个位移传感器发送的实时数据进行分析处理，根据处理结果对相应的主控阀进行调控；
可通过先加权平均，再通过做差的方案进行分析处理（算法不唯一）：
假定位移数据分别为HA、HA1、HA2；HB、HB1、HB2；HC、HC1、HC2、HC3；HD、HD1、HD2、HD3；（HA1代表与分控阀A1连接的执行元件上的位移传感器采集的位移数据，HA代表主控阀A下所有分控阀所连的执行元件的位移数据，可以理解为HA=HA1+HA2）
将HA1、HA2加权平均得到HmA；HB1、HB2加权平均得到HmB；HC1、HC2、HC3加权平均得到HmC；HD1、HD2、HD3加权平均得到HmD;
接着，将HA、HB、HC、HD加权平均得到Hm；
当Hm>Hmin2时，将HA、HB、HC、HD分别与Hm进行比较；
将位移数据HA1、HA2；HB1、HB2；HC1、HC2、HC3、HC4；HD1、HD2、HD3分为A、B、C、D，其中A组为HA1、HA2；B组为HB1、HB2；C组为HC1、HC2、HC3；D组为HD1、HD2、HD3；定x为第一差值，y为第二差值，x＞0，y>0
以A组位移数据处理为例：
当丨HA-Hm丨>x时，在控制单元的控制下，主控阀A为打开状态；
当0≤丨HA-Hm丨<x时，在控制单元的控制下，主控阀A为关闭状态；
当丨HA1-HmA丨>y，0<丨HA2-HmA丨<y时，在控制单元的控制下，分控阀A1为打开状态，分控阀A2为关闭状态；
当0<丨HA1-HmA丨<y，丨HA2-HmA丨>y时，在控制单元的控制下，分控阀A1为关闭状态，分控阀A2为打开状态；
当HA1-HmA=0，HA2-HmA=0时，在控制单元的控制下，分控阀A1和分控阀A2均为关闭状态；
同理可将另外三组数据处理，通过控制单元来控制另外三个主控阀，以及与它们各自连接的分控阀的开启与关闭；
此过程先控制同组内执行元件的位移，再进一步控制各组之间执行元件的位移的方式，来使车体四个角同时进行下降，其中，同组指的是一个主控阀下面所有分控阀所对应连接的执行元件，每一组单独控制车体顶角的下降。
4）直至四个顶角全部到达第一下降位置的高度Hmin2时，启动供油装置，供油装置开始工作；
5）再将车体四个顶角逐个上升至目标位置的高度Hmin；（以下过程与车体上升过程一致，在此不在赘述）
另外，可将本发明所述的调节系统进行嵌套，即调节系统中可包括四个阀组，每个阀组中包括一个主控阀，一个主控阀下连有四个一级分控阀，每个一级分控阀下连有n个二级分控阀，每个二级分控阀连接执行元件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种车辆高度调节系统，包括供油装置、第一油路、第二油路，其特征在于还包括控制单元和四个主控阀，每个主控阀通过第一油路与供油装置连接，每个主控阀通过第二油路连有至少一个分控阀，所述的分控阀上连有执行元件，所述的执行元件上设有位移传感器和压力传感器，所述的位移传感器、压力传感器均与控制单元连接，所述的四个主控阀，以及每个主控阀上所连接的分控阀均与控制单元连接；
还包括控制方法，所述的控制方法包括车体上升策略和车体下降策略；
所述的车体上升策略包括以下步骤：
假定车体调高至最终目标位置的高度为Hmax，
步骤1.1：向控制单元发送车体升高指令，供油装置开始工作；
步骤1.2：各个位移传感器采集执行元件位移数据并传输至控制单元；
步骤1.3：控制单元将步骤1.2中采集的位移数据进行分析处理；
步骤1.4：控制单元根据处理结果来控制各个主控阀，以及与各个主控阀所连接的各个分控阀的开启或者关闭；
步骤1.5：直至车体到达最终目标位置的高度Hmax时，关闭所有主控阀和所有分控阀，供油装置停止工作；
步骤1.6：各个压力传感器采集此时执行元件的油压数据并传输至控制单元；
步骤1.7：控制单元将步骤1.6中采集的油压数据进行分析处理；
步骤1.8：控制单元根据处理结果来控制各个主控阀，以及与各个主控阀所连接的各个分控阀的开启或者关闭，使相应的执行元件中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强；
步骤1.9：直至各个执行元件中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强，关闭所有分控阀，车体上升完成；
所述的车体下降策略包括以下步骤：
假定车体下降到最终目标位置的高度为Hmin，设定车体第一下降位置的高度为Hmin2，且Hmin2<Hmin，
步骤2.1：向控制单元发送车体降低指令；
步骤2.2：各个位移传感器采集执行元件位移数据并传输至控制单元；
步骤2.3：控制单元将步骤2.2中采集的位移数据进行分析处理；
步骤2.4：控制单元根据处理结果来控制各个主控阀，以及与各个主控阀所连接的各个分控阀的开启或者关闭；
步骤2.5：直至车体到达第一下降位置的高度Hmin2时，启动供油装置，供油装置开始工作；
步骤2.6：各个位移传感器采集执行元件位移数据并传输至控制单元；
步骤2.7：控制单元根据处理结果来控制各个主控阀，以及与各个主控阀所连接的各个分控阀的开启或者关闭；
步骤2.8：直至车体到达最终目标位置的高度Hmin时，关闭所有主控阀和所有分控阀，供油装置停止工作；
步骤2.9：各个压力传感器采集此时执行元件的油压数据并传输至控制单元；
步骤3.1：控制单元将步骤2.9中采集的油压数据进行分析处理；
步骤3.2：控制单元根据处理结果来控制各个主控阀，以及与各个主控阀所连接的各个分控阀的开启或者关闭，使相应的执行元件中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强；
步骤3.3：直至各个执行元件中的油压等于或者趋近于其自身的静平衡压强，关闭所有分控阀，车体下降完成。
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