CN112440645A - 车身姿态自适应调节主动悬架作动器、系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了车身姿态自适应调节主动悬架作动器、系统及控制方法。主动悬架作动器中，与有杆的复原腔相联通的储油内腔通过内侧节流阀与内侧蓄能器经内侧油路连接，与无杆的压缩腔相联通的储油外腔通过外侧节流阀与外侧储能器经外侧油路连接，复原腔与压缩腔之间设有卸荷阀，内侧油路与外侧油路分别与液压泵的两个油口相连，电机与液压泵同轴连接；主动悬架系统包括主动悬架作动器以及与电机依次连接的控制器和路面不平度检测单元；所述控制方法包括车辆行驶到路面凸起或路面凹坑处，以及车轮受到冲击时，主动悬架作动器对车身姿态的控制过程。本发明在路面不平度激励下，主动改变作动器工作缸两腔压力控制作动器的动作，实现主动调节车身姿态。
Description
技术领域
本发明属于汽车主动悬架系统结构设计技术领域，具体涉及一种车身姿态自适应调节主动悬架作动器、系统及控制方法。
背景技术
主动悬架的概念首次由德国的Federspiel-Labrosse提出,主动悬架中弹簧的刚度和减振器的阻尼能够根据行驶状况实时调节，大大提高悬架的减振能力。目前主动悬架主要包括：电磁式主动悬架、空气式可调悬架和液压式主动悬架三种。
电磁式主动悬架采用电动或液动的力发生器来代替被动悬架中的减振器和弹簧，但其重量大，维护成本高。
空气式可调悬架通过改变各空气弹簧中压缩空气的压力和体积来改变汽车减振系统的软硬和车身高度，但其耐久性差，易损坏，维护成本高。
液压式主动悬架利用液压变化来调节车身的悬架系统，液压式主动悬架的核心部件是作动器内部的电子液压集成模块，可以根据车辆行驶速度、车身振动、车轮跳动以及倾斜状态等信号，调节四个执行油缸中液压油的量，以实现对振器软硬程度及车身高度的调整，其体积较电磁式主动悬架与空气式主动悬架小，易于布置，承载能力大，且维护成本低。
现有的液压式主动悬架作动器电机、液压泵与油液管路布置在车身上，部件集成度低，需要较大的布置空间，并且由于油液管路较长，存在一定的压力损失，损坏导致漏油的风险也较大。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种用于车身姿态自适应调节的主动悬架作动器，在路面不平度激励下，主动改变作动器活塞两端的液压力控制活塞运动，进而主动控制作动器的动作，最终实现通过主动悬架主动调节车身姿态。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明公开了车身姿态自适应调节主动悬架作动器，所述主动悬架作动器包括：电机、液压泵、储油缸、中间缸、工作缸、活塞头、活塞杆、卸荷阀、内侧节流阀、外侧节流阀、内侧蓄能器和外侧蓄能器；
所述活塞头和活塞杆组装后安装在工作缸内将工作缸分隔为有杆的复原腔和无杆的压缩腔，所述卸荷阀安装在活塞头上，实现复原腔与压缩腔联通或隔离；
所述储油缸、中间缸和工作缸从外至内依次套置，并分别形成相互隔离的储油内腔和储油外腔；
所述储油内腔一侧与工作缸的复原腔相联通，另一侧通过内侧油路与内侧蓄能器相联通，在储油内腔与内侧油路之间安装有内侧节流阀；
所述储油外腔一侧与工作缸的压缩腔相联通，另一侧通过外侧油路与外侧蓄能器相联通，在储油外腔与外侧油路之间安装有外侧节流阀；
所述内侧油路与外侧油路分别通过中间油路与液压泵的两个油口相连，所述电机与液压泵同轴连接。
进一步地，在所述储油缸的外侧壁固定连接有密封的保护壳；
所述电机与液压泵均安装在保护壳内，所述保护壳中充满油液。
进一步地，所述电机为双向旋转电机；
所述液压泵为双向液压泵。
进一步地，所述活塞头的端面上对称地开设有四个卸荷通孔，每个卸荷孔内分别安装有一个卸荷阀。
第二方面，本发明公开了车身姿态自适应调节主动悬架作动器的控制方法：
当检测到车辆行驶到路面凸起处时，控制电机带动液压泵正转，液压泵内部推动油液通过中间油路进入内侧油路，进而从内测油路依次经过内侧节流阀和储油内腔，最终流入到复原腔中，所述复原腔中的油液压力增大，推动活塞头向压缩腔一侧移动，进而带动活塞杆向内收缩，降低车身高度，实现在路面凸起处行驶的车身姿态调节，与此同时，随着压缩腔体积减小，油液依次通过储油外腔、外侧节流阀、外侧油路和中间油路流回到液压泵，多余的油液则流入外侧蓄能器中；
当检测到车辆行驶到路面凹坑处时，控制电机带动液压泵反转，液压泵内部推动油液通过中间油路进入外侧油路，进而从外侧油路依次经过外侧节流阀和储油外腔，最终流入到压缩腔中，所述压缩腔中的油液压力增大，推动活塞头向复原腔一侧移动，进而带动活塞杆向外伸出，提升车身高度，实现在路面凹坑处行驶的车身姿态调节，与此同时，随着复原腔体积减小，油液依次通过储油内腔、内侧节流阀、内侧油路和中间油路流回到液压泵，内侧蓄能器中的油液将流入压缩腔中，以补偿活塞杆在复原腔内所占的体积；
当车轮受到冲击时，活塞杆带动活塞头迅速运动使得压缩腔或复原腔内的油液压力迅速升高，此时，控制活塞头上的卸荷阀在液压油的压力作用下打开，压缩腔和复原腔之间油液通过卸荷阀相互流动，实现压缩腔和复原腔内的油压平衡，与此同时，内侧节流阀和外侧节流阀在油路压力的作用下均闭合，使复原腔与内侧油路相隔离，压缩腔与外侧油路相隔离，限制油液的流量，从而防止对液压泵及电机造成损坏。
第三方面，本发明公开了车身姿态自适应调节主动悬架系统，所述主动悬架系统包括：主动悬架作动器、控制器、路面不平度检测单元；
所述主动悬架作动器为权利要求1-4中任意一项所述车身姿态自适应调节主动悬架作动器；
所述控制器的控制信号输出端与电机的控制信号输入端信号连接；
所述路面不平度检测单元的采集信号输出端与控制器的采集信号输入信号连接。
进一步地，所述控制器密封包装并固定安装在主动悬架作动器的保护壳内侧壁上。
进一步地，所述路面不平度检测单元、控制器与电机之间分别通过传感器总线相连接。
进一步地，所述路面不平度检测单元采用摄像头或激光雷达，通过三维重建技术采集车辆行驶路面的不平度信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明所述的主动悬架作动器可实现车身姿态的自动调节，对路面的不平度激励反应灵敏且调节迅速，能够有效衰减复杂路面产生的冲击与振动，始终保持车身的平稳。
2、本发明所述的主动悬架作动器的缸体采用三缸结构，作动器运动时，油液在工作缸、中间腔和储油腔之间流通，并与缸壁大面积接触，由此使作动器能够获得极佳的散热效果，避免密封元件温度过高过早失效。
3、本发明所述的主动悬架作动器各部分机械结构设计合理且零件应具有良好的工艺性能。
附图说明
图1为本发明所述用于车身姿态自适应调节的主动悬架作动器的结构示意图；
图2为本发明所述用于车身姿态自适应调节的主动悬架系统的结构示意图。
图中：
1活塞杆、 2储油缸、 3中间缸、
4工作缸、 5活塞头、 6卸荷阀、
7内侧节流阀、 8外侧节流阀、 9液压泵、
10电机、 11复原腔、 12压缩腔、
13内侧油路、 14外侧油路、 15中间油路、
16内侧蓄能器、 17外侧蓄能器、 18保护壳、
19主动悬架作动器、 20控制器、 21传感器总线、
22路面不平度检测单元。
具体实施方式
为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
实施例一：
本实施例一公开了一种车身姿态自适应调节主动悬架作动器，如图1所示，所述主动悬架作动器包括：电机10、液压泵9、储油缸2、中间缸3、工作缸4、活塞头5、活塞杆1、卸荷阀6、内侧节流阀7、外侧节流阀8、内侧蓄能器16和外侧蓄能器17；其中：
所述活塞头5安装在工作缸4内，活塞头5的圆周外侧与工作缸4的内侧壁密封连接，所述活塞杆1垂直安装在活塞头5的外端面中间位置，所述工作缸4中，活塞杆1所在的有杆腔，即活塞头5的外端面与工作缸4之间形成的腔室为复原腔11，所述工作缸4的无杆腔，即活塞头5的内端面与工作缸4之间形成的腔室为压缩腔12；
在所述活塞头5的端面上对称地开设有四个卸荷通孔，每个卸荷孔内分别安装有一个卸荷阀6，所述卸荷阀6在油路压力作用下打开或闭合实现活塞头5两端的复原腔11与压缩腔12联通或隔离；
所述工作缸4套置安装在储油缸2内部，中间缸3套置安装在工作缸4与储油缸2之间，所述中间缸3将储油缸2与工作缸4之间形成的储油腔分隔成储油内腔和储油外腔，所述储油内腔和储油外腔相互隔离，所述储油内腔一侧与工作缸4的复原腔11相联通，储油内腔另一侧通过内侧油路13与内侧蓄能器16相联通，在储油内腔与内侧油路13之间安装有内侧节流阀7，内侧节流阀7在油路压力作用下打开或闭合，以控制储油内腔与内侧油路13联通或隔离，进而控制复原腔11与内侧油路13联通或隔离；所述储油外腔一侧与工作缸4的压缩腔12相联通，储油外腔另一侧通过外侧油路14与外侧蓄能器17相联通，在储油外腔与外侧油路14之间安装有外侧节流阀8，外侧节流阀8在油路压力作用下打开或闭合，以控制储油外腔与外侧油路14联通或隔离，进而控制压缩腔12与外侧油路14联通或隔离；
所述内侧油路13与外侧油路14分别通过中间油路15与储油缸2外侧的液压泵9的两个油口相连，所述电机10的输出轴与液压泵9机械连接端同轴连接，并安装在保护壳18内，整个保护壳18中充满油液，保护壳18与储油缸2外侧壁固定连接，所述内侧节流阀7、内侧蓄能器16、外侧节流阀8和外侧蓄能器17均设置安装在保护壳18外侧。
所述主动悬架作动器中，所述卸荷阀6为常闭阀，所述内侧节流阀7和外侧节流阀8为常开阀，在卸荷阀6、内侧节流阀7和外侧节流阀8均处于非工作状态时，油液无法通过处于闭合状态的卸荷阀6，但可以通过处于打开状态的内侧节流阀7和外侧节流阀8，此时，压缩腔12、储油外腔、外侧油路14和液压泵9之间彼此互相管路联通，复原腔11、储油内腔、内侧油路13和液压泵9之间彼此互相管路联通；在卸荷阀6、内侧节流阀7和外侧节流阀8均处于工作状态时，油液可以通过处于打开状态的卸荷阀6，但无法通过处于闭合状态的内侧节流阀7和外侧节流阀8，此时，压缩腔12与复原腔11彼此通过卸荷阀6互相联通，内侧油路13和复原腔11通过闭合的内侧节流阀7相隔离，且外侧油路14和压缩腔12通过闭合的外侧节流阀8相隔离。
所述电机10采用双向旋转电机，所述液压泵9采用双向液压泵，电机10与液压泵9工作时，在活塞头两端产生压差以及驱动力，推动活塞杆1伸缩运动，从而调节车身姿态。
实施例二：
本实施例二公开了一种车身姿态自适应调节主动悬架作动器的控制方法，所述主动悬架作动器为实施例一所述的主动悬架作动器，控制过程具体如下：
当检测到车轮即将行驶到路面凸起处时，控制电机10顺时针旋转带动液压泵9顺时针旋转，液压泵9内部推动油液通过中间油路15进入内侧油路13，进而从内测油路13依次经过内侧节流阀7和储油内腔，最终流入到复原腔11中，所述复原腔11中的油液压力增大，推动活塞头5向压缩腔12一侧移动，进而带动活塞杆1向内收缩，降低车身高度，实现在路面凸起处行驶的车身姿态调节；与此同时，随着压缩腔12体积减小，油液依次通过储油外腔、外侧节流阀8、外侧油路14和中间油路15流回到液压泵9，而多余的油液则流入外侧蓄能器17中；
当检测到车轮即将行驶到路面凹坑处时，控制电机10逆时针旋转带动液压泵9逆时针旋转，液压泵9内部推动油液通过中间油路15进入外侧油路14，进而从外侧油路14依次经过外侧节流阀8和储油外腔，最终流入到压缩腔12中，所述压缩腔12中的油液压力增大，推动活塞头5向复原腔11一侧移动，进而带动活塞杆1向外伸出，提升车身高度，实现在路面凹坑处行驶的车身姿态调节；与此同时，随着复原腔11体积减小，油液依次通过储油内腔、内侧节流阀7、内侧油路13和中间油路15流回到液压泵9，而内侧蓄能器16中的油液将根据需要流入压缩腔12中，以补偿活塞杆1在复原腔11内所占的体积。
当车轮受到大冲击时，活塞杆1带动活塞头5迅速运动使得压缩腔12或复原腔11内的油液压力迅速升高，此时，控制活塞头5上的卸荷阀6在液压油的压力作用下打开，压缩腔12和复原腔11之间油液通过卸荷阀6相互流动，实现平衡活塞头5两侧压缩腔12和复原腔11内的油压，与此同时，内侧节流阀7和外侧节流阀8在油路压力的作用下均闭合，通过内侧节流阀7使复原腔11与内侧油路13相隔离，通过外侧节流阀8使压缩腔12与外侧油路14相隔离，限制油液的流量，从而防止液压泵9及电机10超速造成损坏。
实施例三：
本实施例三公开了一种车身姿态自适应调节主动悬架系统，所述主动悬架系统包括：主动悬架作动器19、控制器20、路面不平度检测单元22。其中：
所述主动悬架作动器19采用上述实施例一中所述主动悬架车身姿态自适应调节主动悬架作动器；
所述控制器20密封包装并固定安装在主动悬架作动器19的保护壳18内侧壁上，所述控制器20的控制信号输出端与主动悬架作动器19的电机10的控制信号输入端通过传感器总线21相连接，实现控制信号的传递；
所述路面不平度检测单元22设置安装在车身上，用于通过三维重建技术采集车辆行驶路面的不平度信息，所述路面不平度检测单元22采用摄像头或激光雷达，所述路面不平度检测单元22的采集信号输出端与控制器20的采集信号输入端通过传感器总线21相连接，实现所采集到的路面不平度信号的传递。
所述车身姿态自适应调节主动悬架系统的工作过程简述如下：
当车辆行驶于不平路面时，路面不平度检测单元22利用三维重建技术获取路面不平度信息，并将检测的路面不平度信息通过传感器总线21发送给控制器20，控制器20会根据路面不平度来控制车身姿态自适应调节的主动悬架作动器19的电机10顺时针或者逆时针转动从而带动液压泵9工作，液压泵9的工作带动主动悬架作动器19的活塞杆1主动地向上或向下运动，以此调节车身的高度来补偿道路上下起伏导致的车身位姿变化。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.车身姿态自适应调节主动悬架作动器，其特征在于：
所述主动悬架作动器包括：电机、液压泵、储油缸、中间缸、工作缸、活塞头、活塞杆、卸荷阀、内侧节流阀、外侧节流阀、内侧蓄能器和外侧蓄能器；
所述活塞头和活塞杆组装后安装在工作缸内将工作缸分隔为有杆的复原腔和无杆的压缩腔，所述卸荷阀安装在活塞头上，实现复原腔与压缩腔联通或隔离；
所述储油缸、中间缸和工作缸从外至内依次套置，并分别形成相互隔离的储油内腔和储油外腔；
所述储油内腔一侧与工作缸的复原腔相联通，另一侧通过内侧油路与内侧蓄能器相联通，在储油内腔与内侧油路之间安装有内侧节流阀；
所述储油外腔一侧与工作缸的压缩腔相联通，另一侧通过外侧油路与外侧蓄能器相联通，在储油外腔与外侧油路之间安装有外侧节流阀；
所述内侧油路与外侧油路分别通过中间油路与液压泵的两个油口相连，所述电机与液压泵同轴连接。
2.如权利要求1所述车身姿态自适应调节主动悬架作动器，其特征在于：
在所述储油缸的外侧壁固定连接有密封的保护壳；
所述电机与液压泵均安装在保护壳内，所述保护壳中充满油液。
3.如权利要求1或2所述车身姿态自适应调节主动悬架作动器，其特征在于：
所述电机为双向旋转电机；
所述液压泵为双向液压泵。
4.如权利要求1所述车身姿态自适应调节主动悬架作动器，其特征在于：
所述活塞头的端面上对称地开设有四个卸荷通孔，每个卸荷孔内分别安装有一个卸荷阀。
5.如权利要求1所述车身姿态自适应调节主动悬架作动器的控制方法，其特征在于：
当检测到车辆行驶到路面凸起处时，控制电机带动液压泵正转，液压泵内部推动油液通过中间油路进入内侧油路，进而从内测油路依次经过内侧节流阀和储油内腔，最终流入到复原腔中，所述复原腔中的油液压力增大，推动活塞头向压缩腔一侧移动，进而带动活塞杆向内收缩，降低车身高度，实现在路面凸起处行驶的车身姿态调节，与此同时，随着压缩腔体积减小，油液依次通过储油外腔、外侧节流阀、外侧油路和中间油路流回到液压泵，多余的油液则流入外侧蓄能器中；
当检测到车辆行驶到路面凹坑处时，控制电机带动液压泵反转，液压泵内部推动油液通过中间油路进入外侧油路，进而从外侧油路依次经过外侧节流阀和储油外腔，最终流入到压缩腔中，所述压缩腔中的油液压力增大，推动活塞头向复原腔一侧移动，进而带动活塞杆向外伸出，提升车身高度，实现在路面凹坑处行驶的车身姿态调节，与此同时，随着复原腔体积减小，油液依次通过储油内腔、内侧节流阀、内侧油路和中间油路流回到液压泵，内侧蓄能器中的油液将流入压缩腔中，以补偿活塞杆在复原腔内所占的体积；
当车轮受到冲击时，活塞杆带动活塞头迅速运动使得压缩腔或复原腔内的油液压力迅速升高，此时，控制活塞头上的卸荷阀在液压油的压力作用下打开，压缩腔和复原腔之间油液通过卸荷阀相互流动，实现压缩腔和复原腔内的油压平衡，与此同时，内侧节流阀和外侧节流阀在油路压力的作用下均闭合，使复原腔与内侧油路相隔离，压缩腔与外侧油路相隔离，限制油液的流量，从而防止对液压泵及电机造成损坏。
6.车身姿态自适应调节主动悬架系统，其特征在于：
所述主动悬架系统包括：主动悬架作动器、控制器、路面不平度检测单元；
所述主动悬架作动器为权利要求1-4中任意一项所述车身姿态自适应调节主动悬架作动器；
所述控制器的控制信号输出端与电机的控制信号输入端信号连接；
所述路面不平度检测单元的采集信号输出端与控制器的采集信号输入信号连接。
7.如权利要求6所述车身姿态自适应调节主动悬架系统，其特征在于：
所述控制器密封包装并固定安装在主动悬架作动器的保护壳内侧壁上。
8.如权利要求6所述车身姿态自适应调节主动悬架系统，其特征在于：
所述路面不平度检测单元、控制器与电机之间分别通过传感器总线相连接。
9.如权利要求6所述车身姿态自适应调节主动悬架系统，其特征在于：
所述路面不平度检测单元采用摄像头或激光雷达，通过三维重建技术采集车辆行驶路面的不平度信息。
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