CN111137095B - 一种刚度和阻尼多级可调油气悬架及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种刚度和阻尼多级可调油气悬架及控制方法，属于液压与气动、机械工程、车辆工程相结合的领域。本发明包括液压缸、阻尼阀、开关电磁阀和蓄能器；蓄能器采用隔膜式蓄能器，蓄能器的油腔与氮气室之间用蓄能器隔膜分隔，蓄能器包括第一蓄能器A、第二蓄能器B，分别与开关阀9、10串联；阻尼调节机构包括两个开关电磁阀7、8，三个节流阀4、5、6和一个单向阀3，节流阀5、6分别与开关电磁阀7、8串联，节流阀4、5、6之间互相并联。本发明提供的油气悬架系统可根据负载和路况调节刚度和阻尼大小,提高车辆对不同道路的适应性,改善车辆行驶性能，并具有便于拆装、工作可靠，可以有效的提高车辆行驶的舒适性和安全性等特点。

Description

一种刚度和阻尼多级可调油气悬架及控制方法
技术领域
本发明涉及一种刚度和阻尼多级可调油气悬架，是一种适用于乘用车辆、农用车辆、工程车辆等的刚度和阻尼分级可调的悬架系统及控制方法，属于液压与气动、机械工程、车辆工程相结合的技术领域。
背景技术
悬架系统是连接车身(或车架)以及车轮(或车桥)的重要机构。它将车身的重力传递给了车架和车轮，在道路行驶中不断地缓和以及吸收因车轮的上下跳动所产生的振动冲击。悬架系统对汽车的行驶平顺性、操纵稳定性等性能都有非常重要的影响，是现代汽车的关键总成之一。油气悬架作为一种性能优良的汽车悬架系统,在工程车辆、越野车、特种车辆和军事车辆方面具有很好的应用前景。在车辆行驶过程中，油气悬架通过蓄能器和油液减振器的共同作用，缓和地面的冲击，衰减车辆的振动，以改善汽车行驶平顺性，提高汽车运行安全性，增强汽车乘驾舒适性。目前，在一些高档车辆上出现了阻尼可调的减振器，使得阻尼力能在较大范围内调节，但由于此类减振器变阻尼执行机构在减振器内部，结构虽然紧凑，但维修不便，同时，由于采用内置式结构，对部件的配合精度及执行机构的控制精度等要求都较高,从而导致加工困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻尼四级可调，刚度两级可调的独立式油气悬架系统，它以惰性气体氮气作为弹性介质，液体作为传力介质，具有良好的缓冲能力和减振作用。
为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案是：一种刚度和阻尼多级可调油气悬架，包括悬架缸无杆腔1，悬架缸有杆腔2，单向阀3，第一节流阀4，第二节流阀5，第三节流阀6，第一开关电磁阀7，第二开关电磁阀8，第三开关电磁阀9，第四开关电磁阀10，第一蓄能器A，第二蓄能器B；所述单向阀3、第一节流阀4、第二节流阀5和第一开关电磁阀7串联的支路、第三节流阀6和第二开关电磁阀8串联的支路均并联在悬架缸有杆腔2和悬架缸无杆腔1之间；所述第一蓄能器A与第二蓄能器B并联，所述第一蓄能器A与第三开关电磁阀9串联，第二蓄能器B与第四开关电磁阀10串联，所述第三开关电磁阀9与第四开关电磁阀10还和悬架缸无杆腔1相连接。
进一步，第一蓄能器A的初始充气压力为P1，第二蓄能器B的初始充气压力为P2，且P1<P2；第一节流阀4节流孔直径为D1,第二节流阀5节流孔直径为D2,第三节流阀6节流孔直径为D3，节流阀直径不可调且D1<D2<D3。
本发明控制方法的技术方案为：刚度和阻尼多级可调的油气悬架的控制方法，包括以下步骤：
在小阻尼、小刚度工作状态下，第一开关电磁阀7、第二开关电磁阀8和第三开关电磁阀9打开，第四关电磁阀10关闭，油气悬架压缩行程的工作过程如下：悬架缸内活塞杆向下移动，此时，悬架缸无杆腔1体积减小，压力增大，悬架缸有杆腔2体积增大，压力减小；悬架缸无杆腔1油液一方面通过单向阀3、第一节流阀4、第二节流阀5和第三节流阀6流入有杆腔；另一方面油液通过第三开关电磁阀9流入第一蓄能器A；油气悬架拉伸行程工作过程如下：悬架缸内活塞杆向上移动，悬架缸无杆腔1体积增大，压力减小，悬架缸有杆腔2体积减小，压力增大；一方面有杆腔内油液通过第一节流阀4、第二节流阀5和第三节流阀6流入无杆腔；另一方面第一蓄能器A内油液通过第三开关电磁阀9流入无杆腔；
在大阻尼、大刚度工作状态下，第四开关电磁阀10打开，第一开关电磁阀7、第二开关电磁阀8和第三开关电磁阀9关闭，油气悬架压缩行程的工作过程如下：悬架缸内活塞杆向下移动，此时，悬架缸无杆腔1体积减小，压力增大，悬架缸有杆腔2体积增大，压力减小；悬架缸无杆腔1油液一方面通过单向阀3、第一节流阀4流入悬架缸有杆腔2；另一方面油液通过第四开关电磁阀10流入第二蓄能器B；油气悬架拉伸行程工作过程如下：悬架缸内活塞杆向上移动，悬架缸无杆腔1体积增大，压力减小，悬架缸有杆腔2体积减小，压力增大；一方面有杆腔内油液通过第一节流阀4流入悬架缸无杆腔1；另一方面第二蓄能器B内油液通过第四开关电磁阀10流入悬架缸无杆腔1。
进一步，还包括，通过调整开关电磁阀的开、闭能够实现四种阻尼力模式和两种刚性力模式：
软阻尼力模式：第一开关电磁阀7和第二开关电磁阀8开通，第一节流阀4、第二节流阀5和第三节流阀6参与工作；
较软阻尼力模式：第一开关电磁阀7关闭，第二开关电磁阀8开通，第一节流阀4、第三节流阀6参与工作；
较硬阻尼力模式：第一开关电磁阀7开通，第二开关电磁阀8关闭，第一节流阀4、第二节流阀5参与工作；
硬阻尼力模式：第一开关电磁阀7和第二开关电磁阀8关闭，第一节流阀4参与工作；
小刚性力模式：第三开关电磁阀9开通，第四开关电磁阀10关闭，第一蓄能器A参与工作；
大刚性力模式：第三开关电磁阀9关闭，第四开关电磁阀10开通，第二蓄能器B参与工作。
有益效果：
本发明提供的独立式油气悬架系统可根据负载和路况调节刚度和阻尼大小，便于拆装、工作可靠，可以有效的提高车辆行驶的舒适性和安全性。
附图说明
图1为本发明刚度阻尼多级可调油气悬架系统的结构原理图。
图2为油气悬架阻尼力-速度特性仿真曲线图。
图3为油气悬架阻尼力-位移特性仿真曲线图。
图4为油气悬架刚度特性仿真曲线图。
图中，1-悬架缸无杆腔，2-悬架缸有杆腔，3-单向阀，4-第一节流阀，5-第二节流阀，6-第三节流阀，7-第一开关电磁阀，8-第二开关电磁阀，9-第三开关电磁阀，10-第四开关电磁阀，A-第一蓄能器，B-第二蓄能器
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种刚度和阻尼多级可调油气悬架，包括悬架缸无杆腔1，悬架缸有杆腔2，单向阀3，第一节流阀4，第二节流阀5，第三节流阀6，第一开关电磁阀7，第二开关电磁阀8，第三开关电磁阀9，第四开关电磁阀10，第一蓄能器A，第二蓄能器B；所述单向阀3、第一节流阀4、第二节流阀5和第一开关电磁阀7串联的支路、第三节流阀6和第二开关电磁阀8串联的支路均并联在悬架缸有杆腔2和悬架缸无杆腔1之间；所述第一蓄能器A与第二蓄能器B并联，所述第一蓄能器A与第三开关电磁阀9串联，第二蓄能器B与第四开关电磁阀10串联，所述第三开关电磁阀9与第四开关电磁阀10还和悬架缸无杆腔1相连接。第一蓄能器A的初始充气压力为P1，第二蓄能器B的初始充气压力为P2，且P1<P2；第一节流阀4节流孔直径为D1,第二节流阀5节流孔直径为D2,第三节流阀6节流孔直径为D3，节流阀直径不可调且D1<D2<D3。
在小阻尼、小刚度工作状态下，第一开关电磁阀7、第二开关电磁阀8和第三开关电磁阀9打开，第四关电磁阀10，油气悬架压缩行程的工作过程如下：悬架缸内活塞杆向下移动，此时，悬架缸无杆腔1体积减小，压力增大，悬架缸有杆腔2体积增大，压力减小。悬架缸无杆腔1油液一方面通过单向阀3、第一节流阀4、第二节流阀5和第三节流阀6流入有杆腔；另一方面油液通过第三开关电磁阀9流入第一蓄能器A。油气悬架拉伸行程工作过程如下：悬架缸内活塞杆向上移动，悬架缸无杆腔1体积增大，压力减小，悬架缸有杆腔2体积减小，压力增大。一方面有杆腔内油液通过第一节流阀4、第二节流阀5和第三节流阀6流入无杆腔；另一方面第一蓄能器A内油液通过第三开关电磁阀9流入无杆腔。
在大阻尼、大刚度工作状态下，第四开关电磁阀10打开，第一开关电磁阀7、第二开关电磁阀8和第三开关电磁阀9关闭，油气悬架压缩行程的工作过程如下：悬架缸内活塞杆向下移动，此时，悬架缸无杆腔1体积减小，压力增大，悬架缸有杆腔2体积增大，压力减小。悬架缸无杆腔1油液一方面通过单向阀3、第一节流阀4流入悬架缸有杆腔2；另一方面油液通过第四开关电磁阀10流入第二蓄能器B。油气悬架拉伸行程工作过程如下：悬架缸内活塞杆向上移动，悬架缸无杆腔1体积增大，压力减小，悬架缸有杆腔2体积减小，压力增大。一方面有杆腔内油液通过第一节流阀4流入无杆腔；另一方面第二蓄能器B内油液通过第四开关电磁阀10流入无杆腔。
通过调整开关电磁阀的开、闭能够实现四种阻尼力模式和两种刚性力模式。
阻尼力四级可调具体实现如表1所示：
表1
Figure BDA0002372266070000041
刚性力两级可调具体实现如表2所示：
表2
开关电磁阀9 开关电磁阀10 参与工作的蓄能器 刚性力模式
开 关 第一蓄能器A 小
关 开 第二蓄能器B 大
经过对本发明实施例的一种刚度和阻尼多级可调式油气悬架进行仿真分析，结果表明：
1.本发明刚度和阻尼多级可调式油气悬架，能产生所需要的四种阻尼力，且阻尼特性稳定。阻尼力-速度特性曲线如图2所示，阻尼力-位移特性曲线如图3所示。
2.本发明刚度和阻尼多级可调式油气悬架，能产生的两种刚度符合要求，且油气悬架工作性能良好。刚度特性曲线如图4所示。
本发明的一种刚度和阻尼多级可调油气悬架及控制方法，属于液压与气动、机械工程、车辆工程相结合的技术领域。本发明包括液压缸、阻尼阀、开关电磁阀和蓄能器；蓄能器采用隔膜式蓄能器，蓄能器的油腔与氮气室之间用蓄能器隔膜分隔，蓄能器包括第一蓄能器A、第二蓄能器B，分别与开关阀9、10串联；阻尼调节机构包括两个开关电磁阀7、8，三个节流阀4、5、6和一个单向阀3，节流阀5、6分别与开关电磁阀7、8串联，节流阀4、5、6之间互相并联。本发明提供的油气悬架系统可根据负载和路况调节刚度和阻尼大小,提高车辆对不同道路的适应性,改善车辆行驶性能，并具有便于拆装、工作可靠，可以有效的提高车辆行驶的舒适性和安全性等特点。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种刚度和阻尼多级可调的油气悬架的控制方法，其特征在于：所述悬架包括悬架缸无杆腔(1)，悬架缸有杆腔(2)，单向阀(3)，第一节流阀(4)，第二节流阀(5)，第三节流阀(6)，第一开关电磁阀(7)，第二开关电磁阀(8)，第三开关电磁阀(9)，第四开关电磁阀(10)，第一蓄能器A，第二蓄能器B；所述单向阀(3)、第一节流阀(4)、第二节流阀(5)和第一开关电磁阀(7)串联的支路、第三节流阀(6)和第二开关电磁阀(8)串联的支路均并联在悬架缸有杆腔(2)和悬架缸无杆腔(1)之间；所述第一蓄能器A与第二蓄能器B并联，所述第一蓄能器A与第三开关电磁阀(9)串联，第二蓄能器B与第四开关电磁阀(10)串联，所述第三开关电磁阀(9)与第四开关电磁阀(10)还和悬架缸无杆腔(1)相连接；
所述控制方法包括以下步骤：
在小阻尼、小刚度工作状态下：第一开关电磁阀(7)、第二开关电磁阀(8)和第三开关电磁阀(9)打开，第四开 关电磁阀(10)关闭，油气悬架压缩行程的工作过程如下：悬架缸内活塞杆向下移动，此时，悬架缸无杆腔(1)体积减小，压力增大，悬架缸有杆腔(2)体积增大，压力减小；悬架缸无杆腔(1)油液一方面通过单向阀(3)、第一节流阀(4)、第二节流阀(5)和第三节流阀(6)流入悬架缸有杆腔(2)；另一方面油液通过第三开关电磁阀(9)流入第一蓄能器A；油气悬架拉伸行程工作过程如下：悬架缸内活塞杆向上移动，悬架缸无杆腔(1)体积增大，压力减小，悬架缸有杆腔(2)体积减小，压力增大；一方面有杆腔内油液通过第一节流阀(4)、第二节流阀(5)和第三节流阀(6)流入悬架缸无杆腔(1)；另一方面第一蓄能器A内油液通过第三开关电磁阀(9)流入悬架缸无杆腔(1)；
在大阻尼、大刚度工作状态下：第四开关电磁阀(10)打开，第一开关电磁阀(7)、第二开关电磁阀(8)和第三开关电磁阀(9)关闭，油气悬架压缩行程的工作过程如下：悬架缸内活塞杆向下移动，此时，悬架缸无杆腔(1)体积减小，压力增大，悬架缸有杆腔(2)体积增大，压力减小；悬架缸无杆腔(1)油液一方面通过单向阀(3)、第一节流阀(4)流入悬架缸有杆腔(2)；另一方面油液通过第四开关电磁阀(10)流入第二蓄能器B；油气悬架拉伸行程工作过程如下：悬架缸内活塞杆向上移动，悬架缸无杆腔(1)体积增大，压力减小，悬架缸有杆腔(2)体积减小，压力增大；一方面悬架缸有杆腔(2)内油液通过第一节流阀(4)流入悬架缸无杆腔(1)；另一方面第二蓄能器B内油液通过第四开关电磁阀(10)流入悬架缸无杆腔(1)。
2.根据权利要求1所述的刚度和阻尼多级可调的油气悬架的控制方法，其特征在于：所述悬架的第一蓄能器A的初始充气压力为P1，第二蓄能器B的初始充气压力为P2，且P1<P2；第一节流阀(4)节流孔直径为D1,第二节流阀(5)节流孔直径为D2,第三节流阀(6)节流孔直径为D3，节流阀直径不可调且D1<D2<D3。
3.根据权利要求1所述的刚度和阻尼多级可调的油气悬架的控制方法，其特征在于：还包括，通过调整开关电磁阀的开、闭能够实现四种阻尼力模式和两种刚性力模式：
软阻尼力模式：第一开关电磁阀(7)和第二开关电磁阀(8)开通，第一节流阀(4)、第二节流阀(5)和第三节流阀(6)参与工作；
较软阻尼力模式：第一开关电磁阀(7)关闭，第二开关电磁阀(8)开通，第一节流阀(4)、第三节流阀(6)参与工作；
较硬阻尼力模式：第一开关电磁阀(7)开通，第二开关电磁阀(8)关闭，第一节流阀(4)、第二节流阀(5)参与工作；
硬阻尼力模式：第一开关电磁阀(7)和第二开关电磁阀(8)关闭，第一节流阀(4)参与工作；
小刚性力模式：第三开关电磁阀(9)开通，第四开关电磁阀(10)关闭，第一蓄能器A参与工作；
大刚性力模式：第三开关电磁阀(9)关闭，第四开关电磁阀(10)开通，第二蓄能器B参与工作。
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