CN110792717A - 一种液气支撑减振装置 - Google Patents

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Abstract

一种液气支撑减振装置，其方法是将主要由液气储能器和单作用液压缸构成的液气支撑减振装置的油路分为两路，其中一路为流入液压缸的进液油路，另一路为流出液压缸的出液油路，用测力元件测量液气支撑减振装置对所支撑物的支撑力值，控制组件将支撑力值与设定力值或支撑减振装置所支撑物的重力值进行比较，根据比较结果通过机械、液压或电控等方式分别控制减振器进液油路和出液油路的阻尼，从而调节支撑减振装置的支撑力值，使支撑减振装置的支撑力值等于或接近于设定力值或支撑减振装置所支撑物的重力。

Description

一种液气支撑减振装置
技术领域
本发明涉及到一种液气支撑减振装置，特别适用于车辆悬挂和减振。
背景技术
液气支撑悬挂是用压缩气体作为弹性元件，以油液作为中间介质，油液通过液压缸传递压力的一种支撑悬挂，液气支撑的减振控制方法通常是由液压缸内部的阻尼阀，单向阀等控制其阻尼以达到减振的目的。
对于被动式支撑减振器，阻尼力的大小通常取决于阻尼阀两边的压差大小，阻尼值不可调节，适应性差，减振效果不理想；对于半主动式支撑减振器或主动式减振器通常采用电控方式调节阻尼阀的阻尼，需要用到较为复杂的数据采集，处理，控制等环节来控制节流孔的阻尼，所用到的部件较多，成本较高，控制理论、方法、数据处理都较为复杂，且可靠性差，这也是当前液气悬挂应用不太普通的原因之一，特别是小轿车上则应用更少。
发明内容
本发明要解决的技术问题
一、液气支撑减振器减振性能不佳，对不同路面适应性较差。
二、液气支撑减振器结构复杂，用于控阻尼控制的部件较多，成本高，维修困难。
三、液气支撑减振器的可靠性低，特别用于主动式悬挂系统，部件较多，控制理论复杂，故障率较高。
本发明的技术方案
将主要由液气储能器和单作用液压缸构成的液气支撑减振装置的油路分为两路，其中一路为流入液压缸的进液油路，另一路为流出液压缸的出液油路，用测力元件测量液气支撑减振装置对所支撑物的支撑力值，控制组件将支撑力值与设定力值或支撑减振装置所支撑物的重力进行比较，根据比较结果通过机械、液压或电控等方式分别控制减振器进液油路和出液油路的阻尼，从而调节支撑减振装置的支撑力值，使支撑减振装置的支撑力值等于或接近于设定力值或支撑减振装置所支撑物的重力。
具体方案如下：
方案1.一种液气支撑减振装置（图1）包括：液气储能器（4）、单作用液压缸（7）、单向阀(16，12)、阻尼阀（24，25）、测力元件（26）、控制组件（1）等；
其特征是：两组串有阻尼阀（24，25）和单向阀（16，12）的油路构成进液油路和出液油路并联连接在液压缸（7）和液气储能器（4）之间；测力元件（26）测量支撑减振装置的实时支撑力值，控制组件（1）将实时支撑力值与目标力值进行比较，再根据比较结果通过机械、液压或电控等方式分别控制两阻尼阀（24,25)的阻尼，以此控制进入液压缸（7）和流出液压缸（7）的液流流量和压力，使支撑减振装置的支撑力值等于或接近于设定力值或支撑减振装置所支撑物的重力。
目标力值：指液气支撑减振装置所要达到的支撑力值；可以是根据需要设定的力值，也可以是支撑减振器所支物的近似重力值。
支撑减振器所支撑物的重力值：即支撑减振器所支撑物的重量，可以由控制组件根据测力元件的实时测量值计算得到，其方法包括以下几种：
a. 静止状态下，由测力元件直接测得支撑减振器所支撑物的重力值。
b. 由控制组件根据测力元件的实时测量值计算单位时内测力元件所测得的平均支撑力值，即通过单位时间内对测力元件测量值进行数次采样，并计算所采样本的平均力值，以此作为支撑减振器所支撑物的近似重力值。
c. 采用模拟阻容滤波电路方法测量单位时间内支撑力值的平均力值，即通过（图2）阻容滤波电路将测力元件所测得的实时力值平滑滤波为近似平均力值，以此作为支撑减振器所支撑物的近似重力值。
d. 采用液气储能器与液压缸之间串接阻尼孔的方法通过计算液压缸内液流的平均压力计算平均力值。如方案8（图5）中，控制口（18）与阀口（10）通过阻尼孔（27）互通，使液气储能器（4）内的压力接近液压缸（7）的平均压力值。 即将液压缸（7）通过阻尼孔（27）与液气储能器（4）相通，当液压缸（7）内压力增高或降低时，液气储能器（4）内的压力由于阻尼孔（27）的作用会随着液压缸（7）的压力缓慢增减，阻尼孔（27）越小，液气储能器（4）内的压力越接近液压缸（7）的平均力值，以此作为支撑减振器所支撑物的近似重力值。
采用设定力值的方法作为目标力值时，可以通过调压弹簧或通过控制组件输入等方式设定力值。
测力元件：指可以直接或间接测量或设定压力或力值的部件，如测力弹簧，压力设定弹簧，压力传感器，力传感器等部件。
控制组件的功能：接收处理测力元件测得的实时力值或实时压力值，计算和确定支撑减振器所支撑物的重力值以及目标力值或目标压力值，并将实时测量值与目标值进行比较，根据比较结果输出控制信号，控制阻尼阀的阻尼。
对于采用测力传感器的液气支撑装置，控制组件主要由电子元件构成，还包括单片机、PLC等可编程控制组件。
对于机械或液压控制的液气支撑装置，控制组件是把测力元件与阻尼阀关联起来的部件。如采用弹簧加载作为测力元件的支撑减装置（如图3所示），弹簧(19)和滑阀（15）直接作用，即弹簧和滑阀（15）兼顾了控制组件的功能。支撑减振装置采用液气储能器(如图5所示）作为测力元件时也是一样的，液气储能器（4）和滑阀（15）直接作用，即液气储能器（23）和滑阀（15）兼顾了控制组件的功能。
阻尼控制方法：
当传感器的实时测量值大于目标力值时，则增加液压缸（7）进液油路（9）上的阻尼阀的阻尼值，同时减小液压缸（7）出液油路（6）上的阻尼器的阻尼值。
当传感器的实时测量值小于目标力值时，则减小液压缸（7）进液油路（9）上的阻尼阀的阻尼值，同时增加液压缸（7）出液油路（6）上的阻尼器的阻尼值。
方案2.如方案1所述的液气支撑减振装置，其特征是：由控制组件根据测力元件的测得的支撑减振装置的实时支撑力值计算单位时间内测力元件所测得的平均支撑力值，并将该平均力值作为目标力值。
该平均力值接近于支撑减振装置所支撑物的重力值。
方案3.. 如方案1所述的液气支撑减振装置，其特征是：进液油路上的阻尼阀和出液油路上的阻尼阀集成在一阀组件上，阀组件的阀块（11）与滑阀（15）构成的左右两阻尼阀分别为进液油路阻尼阀和出液油路阻尼阀；滑阀（15）的左右两边分别设置有与控制组件相接的控制口（18）和与液压缸相连的阀口（10）；阀口（10）与进液油路阻尼阀的出液阀口和出液油路阻尼阀的进液阀口相通；阀体上有进液阻尼阀的进液阀口（14）和出液阻尼阀的出液阀口（13）；进液阻尼阀的进液阀口(14)与进液油路上的单向阀(16)相连，出液阻尼阀的出液阀口(13)与出液油路上单向阀(12)相连，构成进液油路和出液油路与液气储能器（4）连接；进液单向阀(16)和出液单向阀(12)可以集成在阀组件上，也可以外接在阀组件上；控制口（18）和阀口（10）可以相通，可以不相通，也可以通过阻尼孔（27）相通；控制组件通过控制口（18）控制滑阀（15）左右移动，以此控制阻尼阀的阻尼。
方案4.一种由方案1所述的支撑减振装置构成的电控液气支撑减振装置，其特征是：测力元件主要由测力传感器或压力传感器构成，阻尼阀主要由分别串联在进液单向阀（16）和出液单向阀（12）上的两路电控阻尼器构成；控制组件根据传感器的测量值计算支撑减振装置所支撑物的近似重力值，并将传感器的实时测量值与支撑减振装置所支撑物的近似重力值进行比较，根据比较结果控制电控阻尼器的阻尼值。
电控阻尼器：通过控制电流大小、电压大小、通电时间等改变阀组件阻尼的部件为电控阻尼器，包括比例电磁阀，磁流变阻尼阀，电流变阻尼器等。
方案5. （图1）一种由方案1所述的液气支撑减振装置构成的磁流变液气支撑减振装置，其特征是：液压介质为磁流变液，测力元件主要由测力传感器或压力传感器（26）构成，阻尼阀主要由两只磁流变阻尼阀（25，24）构成；控制组件（1）根据传感器（26）的测量值计算支撑减振装置所支撑物的重力值，并将传感器（26）的实时测量值与支撑减振装置所支撑物的重力值进行比较，根据比较结果控制磁流变阻尼阀（25，24)的阻尼值。
方案6.(图2）如方案3所述的支撑减振装置还包括：比例电磁铁（17）等，其特征是：测力元件主要由测力传感器或压力传感器构成，控制口（18）与阀口（10）完全相通；控制组件根据传感器的测量值计算支撑减振装置所支撑物的重力值，并将传感器的实时测量值与支撑减振装置所支撑物的重力值进行比较，根据比较结果控制比例电磁铁（17）带动滑阀（15）左右移动，从而控制两阻尼阀的阻尼值。
方案7.（图3）如方案3所述的支撑减振装置其特征是：测力元件主要由调压弹簧（19）构成，控制组件主要由调压弹簧（19）和滑阀（15）构成；控制口（18）与阀口（10）不相通，控制口（18）上有调压弹簧（19），调压弹簧（19）的力直接作用在滑阀（15）上与阀口（10）的压力进行比较并控制滑阀（15）左右移动，以此控制两阻尼阀的阻尼。
方案8. （图4）如方案7所述的支撑减振装置还包括有电控调压执行装置（21）、主要由控制组件（1）构成的控制组件、压力传感器或力传感器（8）构成的测力元件等；其特征是：控制组件根据测力元件测得的支撑减振装置所支撑物的近似重力值大小通过电控调压执行装置（21）调节调压弹簧（19）的预设压力值，预设压力值与液压缸（7）内的液流加载在滑阀（15）上的压力值进行比较并控制滑阀（15）左右移动，以此控制两阻尼阀的阻尼。
调压执行组件的功能是调节调压弹簧（19）的预设力值。
方案9. （图5）如方案3所述的支撑减振装置其特征是：测力元件主要由液气储能器（23）构成；控制口（18）与阀口（10）不相通或者通过阻尼孔（27）互通；液气储能器（23）接在控制口（18）上；作用在滑阀（15）上的液气储能器（23）的压力与作用在滑阀（15）上的阀口（10）的液压缸的压力进行比较并推动滑阀（15）左右移动，以此控制两阻尼阀的阻尼。
方案10. 一种车辆，如两轮，三轮或多轮车辆，其特征是采用了前述方案1~9所述的支撑减振装置中的一种或几种支撑减振装置。
本发明的有益效果
一、使液气支撑减振器的减振阻尼能根据车辆行驶过程的路况自动调节，具有自适应减振的功能。
二、使液气支撑减振装置的可靠性更高，成本更低，减振效果更好，适应性更强。
三、相对于主动式支撑减振装置，其结构更加简单，而且具有主动减振控制功能。
附图说明
图1. 磁流变液气支撑减振装置示意图
图2. 电磁比例阀控制式液气支撑减振器示意图
图3. 弹簧预设控制式液气支撑减振器示意图
图4. 电控自动控制式液气支撑减振器示意图
图5. 液气储能器控制式液气支撑减振器示意图
图示编号名称:
1-控制组件 2-控制信号线 3-传感器信号线
4-主液气储能器 5-主液气储能器接口 6-出液油路
7-单作用液压缸 8-测力传感器 9-进液油路
10-阀口（接液压缸） 11-阀块 12-出液单向阀
13-出液阻尼阀阀口 14-进液阻尼阀阀口
15-滑阀 16-进液单向阀 17-比例电磁阀
18-阀块上的控制口 19-调压弹簧 20-调压螺栓
21-电控调压执行装置 22-调压执行装置动块
23-辅助液气储能器 24-出液油路上的磁流变阻尼阀
25-进液油路上的磁流变阻尼阀 26-压力传感器 27-阻尼孔。
具体实施方式
优选方案1： 如图1磁流变液气支撑减振装置示意图
该支撑减振装置包括：液气储能器（4）、单作用液压缸（7）、进液单向阀（15）(15）、出液单向阀（12）、出液磁流变阻尼阀（24）、进液磁流变阻尼阀（25）、压力传感器（26）、控制组件（1）等。串有进液磁流变阻尼阀（25）和进液单向阀（15）的进液油路与串有出液单向阀（12）和出液磁流变阻尼阀（24）的出液油路以并联方式接在液气储能器（4）和液压缸（7）之间。压力传感器（26）连接在液压缸（7）的油路上测量液压缸（7）内液压力值。
工作原理：
控制组件（1）根据压力传感器（26）测得的压力值计算实时压力值和单位时间内的平均压力值，并将单位时间内的平均压力值作为该减振装置的目标压力值与实时压力值与进行比较，当压力传感器（26）的实时压力值大于目标力值时，则控制组件（1）输出控制信号增加液压缸（7）进液油路（9）上的磁流变阻尼阀（25）的阻尼值，同时减小液压缸（7）出液油路上的磁流变阻尼阀（24）的阻尼值。
当传感器的实时压力值小于目标力值，则控制组件（1）输出控制信号减小液压缸（7）进液油路（9）上的磁流变阻尼阀（25）的阻尼值，同时增加液压缸（7）出液油路上的磁流变阻尼阀（24）的阻尼值。
优选方案2： 如图2电磁比例阀控制式液气支撑减振器示意图：
该支撑减振装置包括：主要由阀体（11）和滑阀（15）构成的两只阻尼阀、测力元件主要由测力传感器（8）构成、控制组件主要由控制组件（1）构成、进液单向阀（16）和出液单向阀（12）集成在阀体（11）上、以及比例电磁铁（17）等。液气储能器（4）分别经过进液单向阀（16）和出液单向阀（12）与滑阀（15）的进液阻尼阀口（14）和出液阻尼阀口（13）相通，然后再经过阀口（10）连接到液压缸（7）上，控制口（18）与阀口（10）相通，滑阀（15）由比例电磁铁（17）控制其左右移动。
工作原理：
控制组件（1）根据测力传感器(8)测得的支撑力值计算实时支撑力值和单位时间内的平均支撑力值，并将单位时间内的平均支撑力值作为该减振装置的目标支撑力值与实时支撑力值与进行比较，当测力传感器的实时支撑力值大于目标力值时，则控制组件（1）输出控制信号控制比例电磁铁（17）左移，从而带动滑阀（15）左移，使液压缸（7）进液油路（9）上阻尼阀的阻尼值增加，液压缸（7）出液油路（6）上的阻尼值减小。
当测力传感器的实时支撑力值小于目标力值时，则控制组件（1）输出控制信号控制比例电磁铁（17）右移，从而带动滑阀（15）右移，使液压缸（7）进液油路（9）上阻尼阀的阻尼值减小，液压缸（7）出液油路（6）上的阻尼值增加。
优选方案3：如图3弹簧预设控制式液气支撑减振器示意图：
该支撑减振装置包括：主要由阀体（11）和滑阀（15）构成的阻尼阀，进液单向阀（16）和出液单向阀（12）集成在阀体（11）上，测力元件主要由调压弹簧（19）构成，控制组件主要由调压弹簧（19）和滑阀（15）构成。液气储能器（4）经过进液单向阀（16）和出液单向阀（12）与滑阀（15）的进液阻尼阀口（14）和出液阻尼阀口（13）相通，然后再经过阀口（10）连接到液压缸（7）上，控制口（18）与阀口（10）不相通，控制口上有调压弹簧（19），调压弹簧（19）的力直接作用在滑阀（15）上。
工作原理：
当阀口（10）的压力低于调压弹簧（19）的设定力值时，滑阀（15）右移，从液气储能器（4）流入液压缸（7）液流阻减小，从液压缸（7）流入液气储能器（4）的液流阻尼增加。
当阀口（10）的压力高于调压弹簧（19）或调压液气储能器（4）的设定力值时，滑阀（15）左移，从液气储能器（4）流入液压缸（7）液流阻增加，从液压缸（7）流入液气储能器（4）的液流阻尼减小。
优选方案4：如图4电控自动控制式液气支撑减振器示意图
该支撑减振装置包括：主要由阀体（11）和滑阀（15）构成的阻尼阀、进液单向阀（16）和出液单向阀（12）集成在阀体（11）上、控制组件主要由控制组件(1)构成、电控调压执行装置（21）、力传感器(8)以及调压弹簧（19）构成的测力元件等；其特征是：液气储能器（4）经过进液单向阀（16）和出液单向阀（12）与滑阀（15）的进液阻尼阀口（14）和出液阻尼阀口（13）相通，然后再经过阀口（10）连接到液压缸（7）上，控制口（18）与阀口（10）不相通，控制口上有调压弹簧（19），调压弹簧（19）的力直接作用在滑阀（15）上；控制组件根据测力元件测得的支撑减振装置所支撑物的近似重力值操控电控调压执行装置（21）调节调压弹簧（19）的预设压力值，预设压力值与液压缸（7）内的液流加载在滑阀（15）上的压力值进行比较并控制滑阀（15）左右移动。
工作原理：
当阀口（10）的压力低于调压弹簧（19）的设定力值时，滑阀（15）右移，从液气储能器（4）流入液压缸（7）液流阻减小，从液压缸（7）流入液气储能器（4）的液流阻尼增加。
当阀口（10）的压力高于调压弹簧（19）的设定力值时，滑阀（15）左移，从液气储能器（4）流入液压缸（7）液流阻增加，从液压缸（7）流入液气储能器（4）的液流阻尼减小。
调压执行装置（21）的功能是调节调压弹簧（19）的预设力值。
优选方案5：如图5液气储能器控制式液气支撑减振器示意图
该支撑减振装置包括：主要由阀体（11）和滑阀（15）构成的阻尼阀，进液单向阀（16）和出液单向阀（12）集成在阀体（11）上；其特征是：液气储能器（4）分别经过进液单向阀（16）和出液单向阀（12）与滑阀（15）的进液阻尼阀口（14）和出液阻尼阀口（13）相通，然后再经过阀口（10）连接到液压缸（7）上，控制口（18）与阀口（10）通过阻尼孔（27）互通，控制口（18）上接有液气储能器（23），由于阻尼孔（27）的作用使液气储能器（23）内的液压力接近于液压缸（7）内的平均压力值。
减振器工作时，加载在滑阀（15）上的液气储能器（23）的压力与加载在滑阀（15）上的阀口（10）的压力进行比较，当阀口（10）的压力高于调压液气储能器（23）的压力值时，滑阀（15）左移，从液气储能器（4）流入液压缸（7）的液流阻尼增加，从液压缸（7）流入液气储能器（4）的液流阻尼减小。当阀口（10）的压力低于调压液气储能器（23）的压力值时，滑阀（15）右移，从液气储能器（4）流入液压缸（7）的液流阻尼减小，从液压缸（7）流入液气储能器（4）的液流阻尼增加。

Claims (10)

1.一种液气支撑减振装置包括：
液气储能器、单作用液压缸、单向阀、阻尼阀、测力元件、控制组件等；
其特征是：两组串有阻尼阀和单向阀的油路构成进液油路和出液油路并联连接在液压缸和液气储能器之间；测力元件测得的支撑减振装置的实时支撑力值，控制组件将实时支撑力值与目标力值进行比较，再根据比较结果通过机械、液压或电控等方式分别控制两阻尼阀的阻尼。
2.如权利要求1所述的液气支撑减振装置，其特征是：由控制组件根据测力元件的实时测量值计算单位时间内测力元件所测得的平均支撑力值，并将该平均力值作为目标力值。
3.如权利要求1所述的液气支撑减振装置，其特征是：
进液油路上的阻尼阀和出液油路上的阻尼阀集成在一阀组件上；
阀组件的阀块（11）与滑阀（15）构成的左右两阻尼阀分别为进液油路阻尼阀和出液油路阻尼阀；
滑阀（15）的左右两边分别设置有与控制组件相接的控制口（18）和与液压缸相连的阀口（10）；
阀口（10）与进液油路阻尼阀的出液阀口和出液油路阻尼阀的进液阀口相通；
阀体上有进液阻尼阀的进液阀口（14）和出液阻尼阀的出液阀口（13）；
进液阻尼阀的进液阀口(14)与进液油路上的单向阀(16)相连，出液阻尼阀的出液阀口(13)与出液油路上单向阀(12)相连，构成进液油路和出液油路与液气储能器（4）连接；
进液单向阀(16)和出液单向阀(12)可以集成在阀组件上，也可以外接在阀组件上；
控制口（18）和阀口（10）可以相通，可以不相通，也可以通过阻尼孔（27）相通；
控制组件通过控制口（18）控制滑阀（15）左右移动，以此控制阻尼阀的阻尼。
4.一种由权利要求1所述的支撑减振装置构成的电控液气支撑减振装置，其特征是：
测力元件主要由测力传感器或压力传感器构成，阻尼阀主要由分别串联在进液单向阀和出液单向阀上的两路电控阻尼器构成；
控制组件根据传感器的测量值计算支撑减振装置所支撑物的近似重力值，并将传感器的实时测量值与支撑减振装置所支撑物的近似重力值进行比较，根据比较结果控制电控阻尼器的阻尼值。
5.一种由权利要求1所述的支撑减振装置构成的磁流变液气支撑减振装置，其特征是：
液压介质为磁流变液，测力元件主要由测力传感器或压力传感器构成，阻尼阀主要由两只磁流变阻尼器（24，25）构成；
控制组件（1）根据传感器（26）的测量值计算支撑减振装置所支撑物的重力值，并将传感器（26）的实时测量值与支撑减振装置所支撑物的重力值进行比较，根据比较结果的控制磁流变阻尼器（24，25)的阻尼值。
6.如权利要求3所述的支撑减振装置还包括：比例电磁铁等；其特征是：
测力元件主要由测力传感器或压力传感器构成，控制口（18）与阀口（10）完全相通；
控制组件根据传感器的测量值计算支撑减振装置所支撑物的重力值，并将传感器的实时测量值与支撑减振装置所支撑物的重力值进行比较，根据比较结果的控制比例电磁铁（17）带动滑阀（15）左右移动，从而控制两阻尼阀的阻尼值。
7.如权利要求3所述的支撑减振装置，其特征是：
测力元件主要由调压弹簧（19）构成，控制组件主要由调压弹簧（19）和滑阀（15）构成；控制口（18）与阀口（10）不相通，控制口（18）上接有调压弹簧（19），调压弹簧（19）的力直接作用在滑阀（15）上与阀口（10）的压力进行比较并控制滑阀（15）左右移动，以此控制两阻尼阀的阻尼。
8.如权利要求7所述的支撑减振装置还包括有电控调压执行装置（21）、压力传感器或力传感器构成的测力元件等；其特征是：
控制组件根据测力元件测得的支撑减振装置所支撑物的近似重力值大小通过电控调压执行装置调节调压弹簧（19）的预设压力值，预设压力值与液压缸（7）内的液流加载在滑阀（15）上的压力值进行比较并控制滑阀（15）左右移动，以此控制两阻尼阀的阻尼。
9.如权利要求3所述的支撑减振装置，其特征是：
测力元件主要由液气储能器（23）构成，控制口（18）与阀口（10）不相通或者通过阻尼孔互通，液气储能器（23）接在控制口（18）上，作用在滑阀（15）上的液气储能器（23）的压力与作用在滑阀（15）上的阀口（10）的液压缸的压力进行比较并推动滑阀（15）左右移动，以此控制两阻尼阀的阻尼。
10.一种车辆，如两轮、三轮或多轮车辆，其特征是采用了权利要求1~9所述的支撑减振装置中的一种或几种支撑减振装置。
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