CN110370879A

CN110370879A - 汽车防侧倾系统

Info

Publication number: CN110370879A
Application number: CN201910781877.1A
Authority: CN
Inventors: 杨成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2019-10-25

Abstract

本发明公开了一种汽车防侧倾系统，包括ECU控制单元、左电控截止阀、右电控截止阀、蓄能器、左油缸和右油缸，所述左油缸和右油缸均包括上油室和下油室，且左油缸的上油室通过A油管与右油缸的下油室连通，左油缸的下油室通过B油管与右油缸的上油室连通，所述左电控截止阀分别与蓄能器和B油管连接，所述右电控截止阀分别与蓄能器和A油管连接，所述ECU控制单元分别与左电控截止阀和右电控截止阀连接，用于控制左电控截止阀和右电控截止阀的启闭。本发明能够在车辆变道和转弯时，将内侧悬架弹簧的压缩弹力转化并放大，增加外侧油缸的伸长作用力来阻止外侧悬架弹簧压缩和车身的下降，从而有效防止车身侧倾。

Description

汽车防侧倾系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体地说涉及一种汽车防侧倾系统。

背景技术

随着我国道路质量的提高，特别是高速公路已覆盖到了县级城市，高速行驶的乘用车、客运车辆和拖挂货车在遭遇紧急变道和避让时，因离心力过大造成车身严重外倾而汽车方向失控甚至出现侧翻，给车主带来严重的经济损失，更甚者因此失去生命。现在汽车的主要悬架主要有金属弹簧悬架、橡胶空气悬架以及油气悬架，这些悬架几乎都是通过配置稳定杆来减少车辆转弯的侧倾幅度，由于要照顾车辆的行驶平顺性和独立悬架性能，只能一方面牺牲车辆舒适性提高悬架偏频，另一方面采用横向稳定杆将两侧悬架下摆臂或左右车身连接起来，横向稳定杆是一个横置的扭杆弹簧，当车身只作垂直运动时，两侧悬架变形相同，横向稳定杆不起作用。汽车转弯时，车身侧倾，两侧悬架跳动不一致，外侧悬架会压向稳定杆，稳定杆就会发生扭曲，杆身的弹力会阻止车轮抬起，从而使车身尽量保持平衡，起到横向稳定的作用，减小车辆转弯时的侧倾幅度，这些配置都是在牺牲车辆平顺性的前提下的折中办法，不能从根本上彻底解决车辆转弯时的侧倾和急转弯时的侧翻问题。

中国专利号公告号为CN206277915U的现有技术在2017年6月27日公开了一种液压互锁单元及使用该单元的悬架系统、汽车，其中，液压互锁单元包括用于安装在车轮和车架之间的两个液压缸，两液压缸分别对应车架不同侧的车轮，两液压缸中任一个的上腔室分别通过互锁油管连接另一个的下腔室，两互锁油管之间连接有切换机构，切换机构包括阀体，阀体内设有用于桥接连通两互锁油管的过流通道，过流通道内装配有用于在车速增减和/或车架侧倾时关闭过流通道、在车速平稳和/或车架水平时打开过流通道的阀芯。车辆正常行驶状态时，所有管路处于连通状态，悬架系统不起抗侧倾效果，配合阻尼阀使用，与普通减振器功能一样，不产生附加的刚度。当车辆转弯时，由于离心力的作用，惯性球将通过摆杆带动阀芯转动，使切换机构关闭两互锁油管间的油路通道，每一路互锁油管、与之连接的蓄能器、一侧液压缸上腔室、另一侧液压缸下腔室共同组成独立工作的油气弹簧，因外侧车身是下降趋势而内侧车身是升高趋势，而且油缸活塞面积远大于活塞杆面积，从而因蓄能器进入了更多的油液，油液压力变得更大，致使外侧油缸上端面受油压的作用力大幅上升，从而降低车身的外倾幅度。但该专利在实际使用时仍然存在如下缺陷：1、车辆转弯时，切换机构关闭两互锁油管间的油路通道，实际上就是切断同一油缸的活塞上腔室和下腔室，使两侧油缸的上下腔室交叉连接，虽说大幅增加了两蓄能器的压缩和拉伸刚度，以此来降低侧倾，但基于正常行驶的舒适性需要，蓄能器的基础刚度不能太大，可转弯时蓄能器的刚度越大侧倾幅度越小，这样的矛盾致使该技术只能抑制侧倾幅度而不是完全消除侧倾。2、为了在转弯时减小侧倾角度，就只能增加液压缸的缸径与杆径的比值，这样就增加了液压缸的体积和蓄能器的体积，将占用底盘更多的安装空间，需要更粗的油管。同时，每一路互锁油管及其回路都需要连接一个蓄能器，导致结构复杂，成本增加。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种汽车防侧倾系统，本发明能够在车辆变道和转弯时，将内侧悬架弹簧的压缩弹力转化并放大，增加外侧油缸的活塞上端面油压作用力来阻止外侧悬架弹簧压缩和车身的下降，并且外侧油缸迫使内侧油缸的压缩幅度大于外侧油缸的压缩幅度，从而有效防止车身侧倾。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

汽车防侧倾系统，其特征在于：包括ECU控制单元、左电控截止阀、右电控截止阀、蓄能器、左油缸和右油缸，所述左油缸和右油缸均包括上油室和下油室，且左油缸的上油室通过A油管与右油缸的下油室连通，左油缸的下油室通过B油管与右油缸的上油室连通，所述左电控截止阀分别与蓄能器和B油管连接，所述右电控截止阀分别与蓄能器和A油管连接，所述ECU控制单元分别与左电控截止阀和右电控截止阀连接，用于控制左电控截止阀和右电控截止阀的启闭。

所述的汽车防侧倾系统还包括均与ECU控制单元连接的方向机传感器和车速传感器，所述ECU控制单元用于根据方向机传感器的方向信号和车速传感器的车速信号计算离心加速度，当离心加速度小于设定值时，ECU控制单元控制左电控截止阀和右电控截止阀均开启；当离心加速度大于设定值，ECU控制单元根据汽车的转向控制左电控截止阀和右电控截止阀的启闭。

所述左油缸和右油缸均为普通双作用油缸或具备减震功能的双作用油缸。

所述左油缸和右油缸分别连接在汽车两侧的车身与车桥或悬架下摇臂之间，左油缸和右油缸为一组，使用一个蓄能器和两个电控截止阀。

所述蓄能器包括气室和油室，油室分别与左电控截止阀和右电控截止阀连接，气室内充有压强为0—10MPa的气体。

采用本发明的优点在于：

1、本发明在汽车发生转向（左转或右转）时，能够根据离心加速度来控制左电控截止阀和右电控截止阀的通断，从而达到有效防侧倾的目的。具体的，在车辆转弯时，通过对左电控截止阀和右电控截止阀的开闭控制，将内侧悬架弹簧的压缩弹力转化并放大，极大增加外侧油缸的伸长作用力来阻止外侧悬架压缩和车身的下降，同时内侧悬架的压缩幅度一定大于外侧悬架的压缩幅度，因此转弯时出现车身内倾结果，通过合适的油缸缸径和活塞杆径的设计，可以得到满意的转弯内倾角度，这就最大限度的防止了车辆转弯时侧翻，确保司乘人员行驶安全和尽可能的减少因侧翻带来的财产损失。同时，还能够防止汽车转弯时出现侧倾，让司乘人员有更好的乘坐舒适感

2、本发明不需要液力输入，最大程度的简化了系统的零件数量并节约了能源。

3、本发明电控截止阀工作于主动安全模式，在线圈失电时阀门关闭，系统处于防侧翻状态，安全性更高。当然电控截止阀也可以工作于通电开启和断电关闭模式。

4、本发明油缸尺寸与传统减震器尺寸接近，能够与金属弹簧悬架、橡胶空气弹簧悬架轻松匹配，适用于绝大多数车型配装。

5、本发明结构简单，成本低，能制作成标准模块化单元，能作为各型车辆底盘的标准配置。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中标号为：1、ECU控制单元，2、车速传感器，3、方向机传感器，4、右电控截止阀，5、左电控截止阀，6、蓄能器，7、气室，8、B油管，9、A油管，10、上油室，11、下油室，12、左油缸，13、右油缸。

具体实施方式

本发明提供了一种汽车防侧倾系统，包括ECU控制单元1、左电控截止阀5、右电控截止阀4、蓄能器6、左油缸12和右油缸13，所述左油缸12和右油缸13均包括上油室10和下油室11，且左油缸12的上油室10通过A油管9与右油缸13的下油室11连通，左油缸12的下油室11通过B油管8与右油缸13的上油室10连通，所述左电控截止阀5分别与蓄能器6和B油管8连接，所述右电控截止阀4分别与蓄能器6和A油管9连接，所述ECU控制单元1分别与左电控截止阀5和右电控截止阀4连接，所述ECU控制单元1用于控制左电控截止阀5和右电控截止阀4的启闭。

本发明中，所述的汽车防侧倾系统还包括均与ECU控制单元1连接的方向机传感器3和车速传感器2，所述ECU控制单元1用于根据方向机传感器3的方向信号和车速传感器2的车速信号计算离心加速度，当离心加速度小于设定值时，ECU控制单元1控制左电控截止阀5和右电控截止阀4均开启；当离心加速度大于设定值，ECU控制单元1根据汽车的转向控制左电控截止阀5和右电控截止阀4的启闭。具体的，当离心加速度大于设定值时，ECU控制单元1根据方向机传感器3判断汽车是左转还是右转，若判断出汽车是左转，则ECU控制单元1对左电控截止阀5断电，使左电控截止阀5关闭，对右电控截止阀4通电，使右电控截止阀4开启；若判断出汽车是右转，则ECU控制单元1对右电控截止阀4断电，使右电控截止阀4关闭，对左电控截止阀5通电，使左电控截止阀5开启。

本发明中，所述左油缸12和右油缸13均为普通双作用油缸或具备减震功能的双作用油缸，其中，油缸缸径与杆径之比值与防侧倾能力成反比，即油缸缸径与杆径之比越小，转弯时外侧油缸迫使内侧油缸收缩的幅度与外侧油缸压缩的幅度之比越大，转弯内倾角越大，反之，油缸缸径与杆径之比值越大，转弯内倾角度越小。

本发明中，所述左油缸12和右油缸13分别连接在汽车两侧的车身与车桥或悬架下摇臂之间，即左油缸12安装在汽车左侧的车身与车桥（或悬架下摇臂）之间，右油缸13安装在汽车右侧的车身与车桥（或悬架下摇臂）之间。一根或以上的左油缸12与对应数量的右油缸13为一组，每一组共用一个蓄能器6和使用两个电控截止阀（左电控截止阀5和右电控截止阀4）。左油缸12与左侧的悬架弹簧并联工作，右油缸13与右侧的悬架弹簧并联工作。左油缸12和右油缸13都可以具备减震功能，可替代原车减震器。

本发明中，所述蓄能器6包括气室7和油室，油室分别与左电控截止阀5和右电控截止阀4连接，气室7内根据车辆悬架需要预先充有压强为0—10MPa的气体。所述蓄能器6内可安装阻尼组件对进出油液具有阻尼作用。

本发明中涉及到的油管均为具有合适耐压能力的金属管、胶管或者是两者的结合。

本发明中，左油缸和右油缸均为普通双作用油缸或具备减震功能的双作用油缸，其体积小巧，和原车减震器体积基本相同，只是壁厚比原车有所增加，具备减震功能后可以代替原来的减震器。比如乘用车原车减震器外径为43mm，而本发明双作用油缸的外径仅46mm。其活塞面积虽然只有5cm²，但转弯外侧承担2000N抗侧倾压力时，缸壁承受的油压也不过才4MPa。

本发明中的蓄能器根据油缸为悬架弹簧分担多少载荷来确定其工作压力。比如：油缸活塞杆面积为2cm²，当蓄能器压力静态为1MPa时，油缸具有200N的举升力，当蓄能器油压达到10MPa时，油缸便具有2000N的举升力。

本发明中的电控截止阀需具备通径大、速度快，且需要是双向开关的特性。具体可采用公告号为CN205806499U文献中所公开的截止阀。

本发明中的蓄能器6，因为活塞杆面积小，而且不为转弯外侧油缸上油室提供油压，所以一直工作在小刚度状态，体积小巧，乘用车用蓄能器外径和长度也不超过90*130mm。

本发明的工作原理为：

1，汽车行驶过程中，ECU控制单元1用于根据方向机传感器3的方向信号和车速传感器2的车速信号计算离心加速度，当ECU控制单元1计算出的离心加速度小于设定值时，ECU控制单元1向左电控截止阀5和右电控截止阀4输出电压，控制左电控截止阀5和右电控截止阀4均开启，此时左油缸12和右油缸13同时与蓄能器6连通，左油缸12与右油缸13将独立伸缩，互不干涉。

2，汽车行驶过程中，ECU控制单元1用于根据方向机传感器3的方向信号和车速传感器2的车速信号计算离心加速度，当ECU控制单元1计算出的离心加速度大于设定值时，ECU控制单元1根据方向机传感器3判断汽车是左转还是右转。

若判断出汽车是左转，则ECU控制单元1对左电控截止阀5断电，使左电控截止阀5关闭，对右电控截止阀4通电，使右电控截止阀4开启。此时，右油缸13上油室10内的油液将在离心力作用被压缩到左油缸12的下油室11内，因右油缸13活塞上端面面积大于左油缸12下油室11活塞下端面面积，左油缸12一方面被迫缩短并压缩弹簧，使得其下油室11产生较大的油压。此油压经油管传递给右油缸13的上油室10并作用于活塞上端面，将对右油缸13产生更大的推力，以减小右油缸13缩短幅度，从而阻止右侧车身下降，相当于在右悬架弹簧叠加了一个具有较大刚度的弹性元件，这样右侧车身在车辆左转弯时将大幅度减少下降高度。同时因右电控截止阀4处于连通状态，右油缸13的下油室11、左油缸12的上油室10通过B油管8与蓄能器6交换油液，当蓄能器6气室7容积设计的足够大、气体压强足够小时，右油缸13下油室11油液对活塞下端面的作用力和左油缸12上油室10的油液对活塞上端面增加的作用力可以忽略不计。

同理，若判断出汽车是右转，则ECU控制单元1对右电控截止阀4断电，使右电控截止阀4关闭，对左电控截止阀5通电，使左电控截止阀5开启。其原理上左转时一样。

综上，在车辆转弯时，通过对左电控截止阀5和右电控截止阀4的开闭控制，将内侧悬架弹簧的压缩弹力转化并放大，极大增加外侧油缸的伸长作用力来阻止外侧悬架压缩和车身的下降，同时内侧悬架的压缩幅度一定大于外侧悬架的压缩幅度，因此转弯时出现车身内倾结果，通过合适的油缸缸径和活塞杆径的设计，可以得到满意的转弯内倾角度，这就最大限度的防止了车辆转弯时侧翻。

下面对装有本发明技术的汽车悬架抗侧倾性能进行简单计算，设定条件如下：

假设油缸活塞上端面面积为10cm²，活塞杆面积为5cm²，也即油缸下油室11活塞下端面面积为5 cm²，再假设悬架弹簧刚度为100N/mm，悬架弹簧载荷为1500Kg，且左转弯时右侧悬架弹簧被压缩10mm，蓄能器6气压为0。则有下述计算结果：

右油缸13因被压缩10mm，上油室10油液将被挤出10*1=10ML油液，这部分油液经油管全部压入左油缸12的下油室11，10/5=2cm，左油缸12将压缩弹簧20mm，弹簧被压缩20mm的弹力为20*100=2000N=200Kg力（设1Kg力=10N），也即左油缸12下腔的液压压力将变为200/5=40Kg/cm²。由此，右油缸13活塞上端面油压作用力为40*10=400Kg=4000N，可以看出右油缸13压缩10mm，其产生4000N推力来阻止右侧车身下降，相当于在右悬架弹簧叠加了一个刚度为4000/10=400N/mm的弹性元件，这样右侧侧身在车辆左转弯时将大幅度减少下降高度。同时，因油缸活塞面积是活塞杆面积的2倍，如果外侧车身下降10mm，内侧车身将下降20mm，迫使车身内倾。如果在活塞杆面积不变的条件下减小油缸活塞面积，比如将缸径与杆径比变为2:1.5，即活塞面积为6.666cm²，活塞背面面积为1.666cm²，则转弯外侧油缸压缩10mm，内侧油缸将会收缩40mm，内外侧车身下降幅度是4:1，将会出现大幅内倾，但此时外侧油缸将会出现很大压缩刚度，对转弯外侧车轮经过凹凸障碍时，车辆舒适性会很差，所以建议缸径和杆径之比在4:1，既能保证车辆转弯的舒适性不会太差，又能保证车辆在包括高速紧急变道时的任何转弯不外倾。

而装有背景技术所述技术的汽车，根本不能做到转弯内倾，只能抑制侧倾幅度，因此，本发明的技术效果远远优于背景技术中所引证文献的技术效果。

同理将本发明技术应用于车辆前后悬架，也可以实现消除车辆急刹车和急加速时的俯仰，具体的就是在左侧前后悬架上布置一组油缸，在右侧前后悬架上布置一组油缸，每一侧油缸使用一个蓄能器和两个电控截止阀，在车身上加装纵向加速度信号传感器并与ECU连接，ECU将根据纵向加速度信号判断车身是俯冲还是后仰，来确定两个截止阀的开闭状态，其工作原理和防侧倾的工作原理一样，就不再赘述。

Claims

1.汽车防侧倾系统，其特征在于：包括ECU控制单元（1）、左电控截止阀（5）、右电控截止阀（4）、蓄能器（6）、左油缸（12）和右油缸（13），所述左油缸（12）和右油缸（13）均包括上油室（10）和下油室（11），且左油缸（12）的上油室（10）通过A油管（9）与右油缸（13）的下油室（11）连通，左油缸（12）的下油室（11）通过B油管（8）与右油缸（13）的上油室（10）连通，所述左电控截止阀（5）分别与蓄能器（6）和B油管（8）连接，所述右电控截止阀（4）分别与蓄能器（6）和A油管（9）连接，所述ECU控制单元（1）分别与左电控截止阀（5）和右电控截止阀（4）连接，用于控制左电控截止阀（5）和右电控截止阀（4）的启闭。

2.如权利要求1所述的汽车防侧倾系统，其特征在于：所述的汽车防侧倾系统还包括均与ECU控制单元（1）连接的方向机传感器（3）和车速传感器（2），所述ECU控制单元（1）用于根据方向机传感器（3）的方向信号和车速传感器（2）的车速信号计算离心加速度，当离心加速度小于设定值时，ECU控制单元（1）控制左电控截止阀（5）和右电控截止阀（4）均开启；当离心加速度大于设定值，ECU控制单元（1）根据汽车的转向控制左电控截止阀（5）和右电控截止阀（4）的启闭。

3.如权利要求1所述的汽车防侧倾系统，其特征在于：所述左油缸（12）和右油缸（13）均为普通双作用油缸或具备减震功能的双作用油缸。

4.如权利要求1所述的汽车防侧倾系统，其特征在于：所述左油缸（12）和右油缸（13）分别连接在汽车两侧的车身与车桥或悬架下摇臂之间，左油缸（12）和右油缸（13）为一组，共用一个蓄能器（6）和两个电控截止阀。

5.如权利要求1所述的汽车防侧倾系统，其特征在于：所述蓄能器（6）包括气室和油室，油室分别与左电控截止阀（5）和右电控截止阀（4）连接，气室内充有压强为0—10MPa的气体。