CN110873143A - 变刚度空气弹簧系统、车辆及车辆稳定性控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变刚度空气弹簧系统、车辆及车辆稳定性控制方法。变刚度空气弹簧系统包括前空气弹簧和后空气弹簧，所述前空气弹簧和后空气弹簧分别具有各自的气室调节装置，两者的气室调节装置相互独立设置以互不影响地调节前空气弹簧和后空气弹簧的气室容积。车辆稳定性控制方法包括以下步骤：a、判断车辆的车速和车辆的转向状态，b、根据车辆的车速和转向状态判断车辆是否处于紧急变道工况，c、如果车辆处于紧急变道工况，主动减小车辆后轴处设置的后空气弹簧的气室容积，同时保持车辆前轴处设置的前空气弹簧的工作状态或增大前空气弹簧的气室容积。上述方案能够解决现有技术中变刚度空气弹簧系统在紧急变道工况下舒适性较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及变刚度空气弹簧系统、车辆及车辆稳定性控制方法。
背景技术
受高铁和轿车普及的影响，客车驾驶员对车辆的驾驶性能提出了越来越高的要求，一方面既要求车辆具有较高的操控性能，另一方面又要求车辆具有良好的舒适性，而传统的采用了空气弹簧的空气悬架由于自身结构限制，无法满足客户的需求。而且，在车辆在行驶过程中，载荷、车速以及路况等行驶状态会有较大的变化，被动式空气悬架难以适应复杂多变的行驶工况，在遇到一些较为颠簸的路面时，空气弹簧的自振频率会很高，不能很好的起到减振作用，影响乘客乘坐舒适性及司机驾驶感受。为适应不同路况，客车主动悬架成为汽车行业发展的趋势，而变刚度空气弹簧为主动悬架的设计提供了重要的技术支撑。
现有技术中的一种变刚度空气弹簧系统采用的是增加附加气室的结构，通过控制空气弹簧的气囊与附加气室之间的连通和隔离来控制空气悬架的刚度。上述形式的变刚度空气弹簧系统如申请公布号为CN106274339A的中国专利申请中公开的空气弹簧系统，如图1所示，其包括分别用于设置到车辆的前轴处和后轴处的前空气弹簧和后空气弹簧，每个空气弹簧包括气囊、附加气室、连接气囊与附加气室的气路、控制气路开通和关断的控制阀，控制阀采用电磁阀，电磁阀上连接有操作电磁阀的手动控制按钮、显示电磁阀状态的指示灯，电磁阀设置在气囊与附加气室之间的气路上，手动控制按钮装在驾驶室仪器台上，控制电磁阀的通断即可控制气囊与附加气室连接的连通与隔离。车辆在路况较好的情况下行驶时，为得到较高的侧倾刚度可关闭气路，将手动控制按钮置于“关”档，电磁阀关闭，状态指示灯不亮，附加气室与气囊隔离，此时气囊的有效体积减小，动刚度变大，可以给车辆附加较高的抗侧倾力矩，提高车辆高速变道时的侧倾稳定性和安全性；当在颠簸路面行驶时，需要提高车辆的舒适性，此时将手动控制按钮置于“开”档，电磁阀打开，状态指示灯亮，附加气室与气囊连通，由于附加气室的联通使得气囊的有效体积增大，动刚度减小，进而舒适性得到提升。当在弯道较多的路况行驶时，需要提高车辆的抗侧倾性能，此时将手动控制按钮置于“关”档，电磁阀关闭，状态指示灯不亮，附加气室与气囊隔离，使得气囊的有效体积减小，气囊动刚度增大，可以给车辆附加较高的抗侧倾力矩，提高车辆过弯时的侧倾稳定性和安全性。
但是，在紧急变道工况下，车辆的附加气室均为关闭状态，车辆的舒适性较差。另外，由于附加气室为手动控制，在某些工况下，手动开关无法实时兼顾车辆的操控性与舒适性，比如车辆在高速直线行驶时，需要车辆提供较好的舒适性，此时附加气室应打开，只有在紧急变道时才需要关闭附加气室，以提高车辆的侧倾稳定性和操控性能，而上述专利中车辆在高速行驶时要求附加气室一直为关闭状态，显然手动控制存在较大的不合理性及不方便性。再者，该专利中采用的技术方案需要司机根据路况自行决策附加气室的打开或者关闭，给司机的驾驶增加了额外的驾驶负担，可能会导致驾驶疲劳。
发明内容
本发明的目的是提供一种变刚度空气弹簧系统，以解决现有技术中变刚度空气弹簧系统在紧急变道工况下舒适性较差的问题。本发明的另一个目的是提供一种车辆和一种车辆稳定性控制方法。
本发明中变刚度空气弹簧系统采用的技术方案如下。
变刚度空气弹簧系统，包括分别用于设置到车辆的前轴处和后轴处的前空气弹簧和后空气弹簧，前空气弹簧和后空气弹簧均包括用于调节空气弹簧的气室容积的气室调节装置，所述前空气弹簧和后空气弹簧分别具有各自的气室调节装置，两者的气室调节装置相互独立设置以互不影响地调节前空气弹簧和后空气弹簧的气室容积。
该技术方案的有益效果：本发明采用上述技术方案，前空气弹簧和后空气弹簧分别具有各自的气室调节装置，两者的气室调节装置相互独立设置以互不影响地调节前空气弹簧和后空气弹簧的气室容积，因此可以分开调节前空气弹簧和后空气弹簧的气室容积，在车辆在紧急变道工况下，可以主动减小车辆后轴处设置的后空气弹簧的气室容积，增加后轴处空气弹簧的动刚度，而前轴处的空气弹簧可以保持现有的正常动作状态或增大前空气弹簧的气室容积以减小前轴处空气弹簧的动刚度，从而提高车辆的舒适性，提高产品竞争力。
作为一种优选的技术方案，前空气弹簧和后空气弹簧的气室调节装置连接有用于控制气室调节装置动作的控制单元，变刚度空气弹簧系统还包括与所述控制单元连接的车速检测装置和转向检测装置。
有益效果：通过控制单元进行控制能够根据车速检测装置和转向检测装置判断车况，实现更为灵活的控制方式，并且能够减轻驾驶员的驾驶负担。
作为一种优选的技术方案，所述转向检测装置包括方向盘转角传感器、加速度传感器和陀螺仪中的至少一种。
作为一种优选的技术方案，所述控制单元还连接有制动传感器。
作为一种优选的技术方案，所述前空气弹簧和后空气弹簧均包括气囊和附加气室，所述气囊的顶部设有隔层，所述附加气室设置在所述隔层的上方。
有益效果：该结构使得气囊与附加气室形成一体式设计，从而能够节省空间，利于安装布置。
作为一种优选的技术方案，所述气室调节装置为连接在空气弹簧的气囊与附加气室之间以控制气囊与附加气室的通断的控制阀，所述控制阀为直动式常开电磁阀，其阀口封堵件设置在阀口朝向附加气室的一侧。
上述各优选的技术方案可以单独采用，在能够组合的情况下也可以两种以上任意组合采用。
本发明中车辆采用的技术方案如下。
车辆，包括前轴、后轴和变刚度空气弹簧系统，变刚度空气弹簧系统包括分别用于设置到车辆的前轴处和后轴处的前空气弹簧和后空气弹簧，前空气弹簧和后空气弹簧均包括用于调节空气弹簧的气室容积的气室调节装置，所述前空气弹簧和后空气弹簧分别具有各自的气室调节装置，两者的气室调节装置相互独立设置以互不影响地调节前空气弹簧和后空气弹簧的气室容积。
该技术方案的有益效果：本发明采用上述技术方案，前空气弹簧和后空气弹簧分别具有各自的气室调节装置，两者的气室调节装置相互独立设置以互不影响地调节前空气弹簧和后空气弹簧的气室容积，因此可以分开调节前空气弹簧和后空气弹簧的气室容积，在车辆在紧急变道工况下，可以主动减小车辆后轴处设置的后空气弹簧的气室容积，增加后轴处空气弹簧的动刚度，而前轴处的空气弹簧可以保持现有的正常动作状态或增大前空气弹簧的气室容积以减小前轴处空气弹簧的动刚度，从而提高车辆的舒适性，提高产品竞争力。
作为一种优选的技术方案，前空气弹簧和后空气弹簧的气室调节装置连接有用于控制气室调节装置动作的控制单元，变刚度空气弹簧系统还包括与所述控制单元连接的车速检测装置和转向检测装置。
有益效果：通过控制单元进行控制能够根据车速检测装置和转向检测装置判断车况，实现更为灵活的控制方式，并且能够减轻驾驶员的驾驶负担。
作为一种优选的技术方案，所述转向检测装置包括方向盘转角传感器、加速度传感器和陀螺仪中的至少一种。
作为一种优选的技术方案，所述控制单元还连接有制动传感器。
作为一种优选的技术方案，所述前空气弹簧和后空气弹簧均包括气囊和附加气室，所述气囊的顶部设有隔层，所述附加气室设置在所述隔层的上方。
有益效果：该结构使得气囊与附加气室形成一体式设计，从而能够节省空间，利于安装布置。
作为一种优选的技术方案，所述气室调节装置为连接在空气弹簧的气囊与附加气室之间以控制气囊与附加气室的通断的控制阀，所述控制阀为直动式常开电磁阀，其阀口封堵件设置在阀口朝向附加气室的一侧。
上述各优选的技术方案可以单独采用，在能够组合的情况下也可以两种以上任意组合采用。
本发明中车辆稳定性控制方法采用的技术方案如下。
车辆稳定性控制方法，该方法包括以下步骤：a、判断车辆的车速和车辆的转向状态，b、根据车辆的车速和转向状态判断车辆是否处于紧急变道工况，c、如果车辆处于紧急变道工况，主动减小车辆后轴处设置的后空气弹簧的气室容积，同时保持车辆前轴处设置的前空气弹簧的工作状态或增大前空气弹簧的气室容积。
该技术方案的有益效果：本发明采用上述技术方案，根据车辆的车速和转向状态能够判断车辆是否处于紧急变道工况，在车辆在紧急变道工况下，可以主动减小车辆后轴处设置的后空气弹簧的气室容积，增加后轴处空气弹簧的动刚度，同时保持车辆前轴处设置的前空气弹簧的工作状态或增大前空气弹簧的气室容积，从而提高车辆的舒适性，提高产品竞争力。
作为一种优选的技术方案，车辆的转向状态是通过方向盘转角传感器、加速度传感器和陀螺仪中的至少一种实现。
作为一种优选的技术方案，车辆后轴处设置的后空气弹簧的气室容积的减小是通过隔离前空气弹簧的气囊与附加气室实现。
上述各优选的技术方案可以单独采用，在能够组合的情况下也可以两种以上任意组合采用。
附图说明
图1是现有技术中变刚度空气弹簧系统的结构示意图；
图2是本发明中变刚度空气弹簧系统中空气弹簧的结构示意图；
图3是图2中电磁阀的原理图。
图中各附图标记所对应的组成部分的名称为：1-活塞，2-气囊，3-附加气室，4-电磁阀，5-隔层，6-阀体，7-励磁线圈，8-阀芯，9-阀口封堵件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明中变刚度空气弹簧系统的一个实施例，是一种采用了如图2至图3所示的空气弹簧的变刚度空气弹簧系统，该空气弹簧的基本结构与现有技术相同，包括活塞1和气囊2，但是本专利中的空气弹簧还包括附加气室3和电磁阀4，附加气室3跟气囊2为一体式结构，所述气囊2的顶部设有隔层5，所述附加气室3设置在所述隔层5的上方，电磁阀4设置在隔层5上。通过电磁阀4的通断，能够改变空气弹簧的气室容积，从而改变空气弹簧的刚度。通过设置附加气室3实现空气弹簧刚度的调节属于现有技术，此处不再具体说明。
电磁阀4是一种直动式常开电磁阀，包括阀体6、励磁线圈7和阀芯8，阀芯8的端部连接有用于封堵阀口的阀口封堵件9，其阀口封堵件9设置在阀口朝向附加气室3的一侧，能够在得电时封闭阀口，在失电时打开阀口。当然，在其他实施例中，电磁阀4也可以为其他形式的控制阀，例如气动阀或液动阀，能够实现气囊2与附加气室3的连通和隔离即可。并且，控制阀也可以是常闭式控制阀。
变刚度空气弹簧系统包括分别用于设置到车辆的前轴处和后轴处的前空气弹簧和后空气弹簧，前空气弹簧和后空气弹簧均采用上述空气弹簧，空气弹簧的电磁阀4构成用于调节空气弹簧的气室容积的气室调节装置。所述前空气弹簧和后空气弹簧的气室调节装置相互独立设置，从而能够互不影响地调节前空气弹簧和后空气弹簧的气室容积。
前空气弹簧和后空气弹簧的电磁阀4连接有用于控制电磁阀4动作的控制单元，控制单元可以采用车辆自身的控制器，也可以采用单独设置的控制器。变刚度空气弹簧系统还包括与所述控制单元连接的车速检测装置和转向检测装置，车速检测装置可以为单独设置的车速传感器，也可以是车辆自身设置的车速传感器，可以通过CAN总线采集心号。转向检测装置为用于安装在方向盘的转向管柱上的方向盘转角传感器，用来采集方向盘转角及角速度。另外，控制器还连接有用于采集制动信号的制动传感器。控制器根据方向盘转角信号、制动信号及从CAN总线中采集的车速信息，根据一定控制策略，对电磁阀4发出控制指令，进而控制前空气弹簧和/或后空气弹簧的附加气室3与气囊2的通断，控制器判断当前工况需要打开附加气室3时，附加气室3与气囊2相通，相应设置的“开”状态指示灯被点亮；控制器判断当前工况需要关闭附加气室3时，附加气室3与气囊2隔离，相应设置的“关”状态指示灯被点亮。通过控制附加气室3的通断，使车辆的舒适性（操控性能、抗侧倾性能）得到提升。另外，附加气室3与气囊2做成一体式，结构更加精简，安装布置更加方便，状态指示灯用来显示附加气室3的通断状态，使驾驶员更加直观地了解空气弹簧的状态。
当车速较低、驻车以及当车辆保持匀速直线行驶时，此时司机对车辆的操控性能要求不高，司机更关注车辆的舒适性能，附加气室3应打开。控制器通过采集到方向盘转角信号及车速信号，综合判断当前工况为直线行驶工况，电磁阀4应保持开启状态，所以电磁阀4保持断电，“开”状态指示灯保持点亮，辅助气室与气囊2保持联通，气囊2有效体积增大，气囊2动刚度降低，提高舒适性；当车辆紧急变道或进行弯道行驶时，此时车辆应具有较好的操控性能，以提高驾驶安全性，辅助气室应关闭。控制器通过采集方向盘转角信号及车速信号，综合判断出当前工况，然后给电磁阀4发出上电指令，电磁阀4关闭，“关”状态指示灯被点亮，辅助气室与气囊2断开，使得气囊2的有效体积减小，气囊2动刚度得到提高，从而提升车辆的操控性能。在紧急变道工况中,前辅助气室保持打开，只将后桥辅助气室关闭，提高车辆紧急变道时的横摆稳定性，其余工况中前后桥辅助气室仍是同时关闭。相应的，“开”状态指示灯和“关”状态指示灯均变成2个，前后桥的空气弹簧均同时对应一个“开”状态指示灯和“关”状态指示灯。
在上述实施例中，空气弹簧的气室容积调节是依靠附加气室3和控制阀实现，并且附加气室3与气囊2是一体式结构。在本发明的其他实施例中，还可以通过其他形式实现空气弹簧的气室容积调节，例如通过向气囊2内注入液体来实现，或者通过调节空气弹簧的活塞1与气囊2连通的部分的容积来实现，这些方式均为现有技术，此处不再详细说明。在其他实施例中，附加气室3与气囊2也可以采用分体式结构，或者将附加气室3设置在空气弹簧的其他部位，例如设置到活塞1内部，该种结构也为现有技术，此处不再详细说明。
在上述实施例中，空气弹簧的气室容积调节是依靠控制单元自动控制，在其他实施例中，也可以采用手动方式实现空气弹簧的气室容积调节。
在上述实施例中，在本发明的其他实施例中，还可以加入加速度传感器或者陀螺仪，通过采集更多的车身信息使控制器对车身状态的判断更精确和快速。
本发明中车辆的实施例包括前轴、后轴和变刚度空气弹簧系统，其中变刚度空气弹簧系统即上述变刚度空气弹簧系统的实施例中所述的变刚度空气弹簧系统，此处不再赘述。
本发明中车辆稳定性控制方法的一个实施例：该方法包括以下步骤：a、通过车速传感器和方向盘转角传感器判断车辆的车速和车辆的转向状态，b、依据车辆的车速和转向状态，通过控制策略判断车辆是否处于紧急变道工况，当然，该控制策略是人为制定，能够满足对紧急变道的判断要求即可，这种控制策略是本领域技术人员的常规手段。c、如果车辆处于紧急变道工况，通过控制空气弹簧的电磁阀4主动减小车辆后轴处设置的后空气弹簧的气室容积，同时保持车辆前轴处设置的电磁阀4维持现状，保持前空气弹簧的现有工作状态。在车辆稳定性控制方法的其他实施例中，还可以通过其他方式主动减小车辆后轴处设置的后空气弹簧的气室容积，例如通过向气囊2内注入液体来实现，或者通过调节空气弹簧的活塞1与气囊2连通的部分的容积来实现，这些方式均为现有技术，此处不再详细说明。在车辆稳定性控制方法的其他实施例中，还可以加入加速度传感器或者陀螺仪，通过采集更多的车身信息使控制器对车身状态的判断更精确和快速。另外，车辆稳定性控制方法的其他实施例中，主动减小车辆后轴处设置的后空气弹簧的气室容积的同时，还可以增大前空气弹簧的气室容积。
另外，在紧急制动和急加速工况下，可以将附加气室均关闭，避免因悬架刚度降低，造成车身前后俯仰过大。
最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.变刚度空气弹簧系统，包括分别用于设置到车辆的前轴处和后轴处的前空气弹簧和后空气弹簧，前空气弹簧和后空气弹簧均包括用于调节空气弹簧的气室容积的气室调节装置，其特征在于：所述前空气弹簧和后空气弹簧分别具有各自的气室调节装置，两者的气室调节装置相互独立设置以互不影响地调节前空气弹簧和后空气弹簧的气室容积。
2.根据权利要求1所述的变刚度空气弹簧系统，其特征在于：前空气弹簧和后空气弹簧的气室调节装置连接有用于控制气室调节装置动作的控制单元，变刚度空气弹簧系统还包括与所述控制单元连接的车速检测装置和转向检测装置。
3.根据权利要求2所述的变刚度空气弹簧系统，其特征在于：所述转向检测装置包括方向盘转角传感器、加速度传感器和陀螺仪中的至少一种。
4.根据权利要求2或3所述的变刚度空气弹簧系统，其特征在于：所述控制单元还连接有制动传感器。
5.根据权利要求1或2或3所述的变刚度空气弹簧系统，其特征在于：所述前空气弹簧和后空气弹簧均包括气囊和附加气室，所述气囊的顶部设有隔层，所述附加气室设置在所述隔层的上方。
6.根据权利要求1或2或3所述的变刚度空气弹簧系统，其特征在于：所述气室调节装置为连接在空气弹簧的气囊与附加气室之间以控制气囊与附加气室的通断的控制阀，所述控制阀为直动式常开电磁阀，其阀口封堵件设置在阀口朝向附加气室的一侧。
7.车辆，包括前轴、后轴和变刚度空气弹簧系统，其特征在于：变刚度空气弹簧系统为权利要求1至6中任一权利要求所述的变刚度空气弹簧系统。
8.车辆稳定性控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：a、判断车辆的车速和车辆的转向状态，b、根据车辆的车速和转向状态判断车辆是否处于紧急变道工况，c、如果车辆处于紧急变道工况，主动减小车辆后轴处设置的后空气弹簧的气室容积，同时保持车辆前轴处设置的前空气弹簧的工作状态或增大前空气弹簧的气室容积。
9.根据权利要求8所述的车辆稳定性控制方法，其特征在于：车辆的转向状态是通过方向盘转角传感器、加速度传感器和陀螺仪中的至少一种实现。
10.根据权利要求8或9所述的车辆稳定性控制方法，其特征在于：车辆后轴处设置的后空气弹簧的气室容积的减小是通过隔离前空气弹簧的气囊与附加气室实现。
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