CN113320343A - 一种水陆两栖车辆独立悬架系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水陆两栖车辆独立悬架系统及控制方法，包括升降部和驱动部，所述升降部包括设置于每个车轴两端的升降机构；每个升降机构结构上包括上横臂、上横臂与轮边连接T型轴、一级缓冲限位块、二级限位座、下横臂、悬架油缸、下横臂与轮边连接轴；所述升降部同时应用于车辆陆上行驶时支撑车体。驱动部为液压控制系统，包括对应升降部每个升降机构的悬架液压控制单元、以及通油管路；所述悬架液压控制单元控制升降部的悬架油缸的伸缩，包括调高阀组、位移传感器和蓄能器。本发明中悬架系统具有提高越野车辆的通过性和改善平顺性，同时可实现水陆两栖车的陆上升降、水上提轮等功能，悬架系统还能兼作车辆行驶时转向主销的功能。

Description

一种水陆两栖车辆独立悬架系统及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车悬架技术领域，具体为一种水陆两栖车辆独立悬架系统及控 制方法。

背景技术

水陆两栖特种汽车是一种既可在陆地上行驶，又可在水上浮渡航行的两用车 辆，具有跨域快速机动的特点。面对未来陆军多元化的两栖任务需求，迫切需要 发展一种具有高通过性和高机动性的两栖运输装备，作为对现有两栖装备的有效 补充，提升陆军岛礁防护和守卫能力、提高界江巡查和管控能力、增强河流湖泊 抢险救灾能力。同时，新型水陆两栖运输车作为对现有两栖装备的有效补充，可 在其他军兵种型号上推广使用，相关技术经过验证也可以在国内相关型号上进行 推广。

水上减阻技术是高速水陆两栖车的核心技术，浸在水中的车轮及悬架装置会 产生巨大的水上行驶阻力，高航速两栖车欲获得高航速必须收起车轮并使之高于 水面。

国内外水陆两栖车辆采用了许多先进的车轮收放技术，但存在轮胎无法完全 收起，影响船体造型，轮胎在水中阻力无法消除，继而影响车辆在水中行驶速度， 大吨位独立悬架的两栖车辆还无应用，大吨位轮胎可提起的非独立悬架需额外增 加一套提升装置，牺牲安装空间。采用独立悬架结构，便于船体空间布置和防水 密封。

专利申请“一种控制臂总成”(申请号：CN201410400773.9)提供了应用于 车辆的独立悬架结构，然而该结构以及现有技术中的其他结构上下横臂为分体组 装式，工艺复杂，仅适用于油气弹簧布置于上横臂上，且对中布置，无法实现油 气弹簧布置于下横臂及偏置，对于油气弹簧上支点超高的车辆不适用。该结构上 横臂与转向节回转轴转动副与转向主销转动副无法共线布置，限制了摆臂长度， 不利于小空间车辆布置。

发明内容

根据新一代水陆两栖车水陆航行任务特性，考虑结构轻量化、减小水阻、水 陆两栖行驶等要求，本发明提供一种水陆两用车辆独立悬架系统及控制方法，达 到收放车轮的目的，具有一套独立的液压系统保证车辆在水中收起轮胎和陆地上 车身高度调节能力。技术方法如下所述：

作为本发明的第一个方面，在于提供一种水陆两栖车辆独立悬架系统，包括 升降部和驱动部，所述升降部包括设置于每个车轴两端的升降机构，所述升降机 构一端连接至车轮、另一端连接至车体；每个升降机构结构上包括上横臂、上横 臂与轮边连接T型轴、一级缓冲限位块、二级限位座、下横臂、悬架油缸、下横 臂与轮边连接轴；所述升降部同时应用于车辆陆上行驶时支撑车体。

所述上横臂和下横臂的外端连接至轮边转向节，内端通过销轴结构可旋转地 连接至车体；一级缓冲限位块安装于上横臂上，二级限位座安装于车体上、位于 上横臂上方；一级缓冲限位块和二级限位座作为限位机构，车辆在陆上行驶时通 过一级缓冲限位块和二级限位座接触，限制车辆在不平路面行驶时车桥的上跳 量。

优选的，上横臂与轮边连接T型轴一端固定连接轮边转向节上支点，另一 端通过回转轴孔和转向销轴连接上横臂；下横臂与轮边连接轴一端固定连接轮边 转向节上支点，另一端通过回转轴孔和转向销轴连接下横臂；悬架油缸上部通过 支架与车体连接，下部通过销轴与下横臂连接，用以支撑车体和作为升降的执行 元件。

优选的，所述上横臂与轮边连接T型轴和下横臂与轮边连接轴的中心轴位于 同一直线上。

优选的，所述二级限位座，包括固定于车体上的二级限位座固定部和二级限 位座铰接部，所述二级限位座固定部和二级限位座铰接部通过销轴连接；所述二 级限位座铰接部上设置弹性材质的缓冲垫；当一级缓冲限位块随上横臂上移时， 一级缓冲限位块与二级限位座铰接部弹性接触，起到缓冲作用。

水上航行状态时，将二级限位座的二级限位座铰接部销轴拆下、翻起后再用 销轴固定至车体上，将悬架和车轮收起至最高位。

优选的，所述驱动部为液压控制系统，包括对应升降部每个升降机构的悬架 液压控制单元、以及通油管路；所述通油管路包括总进油管、总回油管以及连接 悬架液压控制单元内部和外部的管路；

所述悬架液压控制单元控制升降部的悬架油缸的伸缩，包括调高阀组、位移 传感器和蓄能器；

调高阀组通过控制同组的悬架油缸进出油液的流量从而控制油缸动作的速 度；

所述位移传感器设置在悬架油缸中，用来实时检测同组油缸伸缩行程信号。

所述调高阀组包括每个悬架液压控制单元内部的比例换向阀、定差减压阀、 平衡阀和连通的油路，

所述定差减压阀包括减压阀、梭阀和平衡阀，进油管路上设置一个减压阀， 比例换向阀的两个执行端之间连接一梭阀，梭阀的工作口连接至减压阀，比例换 向阀的两个执行端的输油管路上还分别设置一个平衡阀，梭阀检测负载压力，也 就是方向阀出口压力，和减压阀进口压力比较，调整定差减压阀出口压力，使得 方向阀上的压差恒定，比例方向阀和定差减压阀实现负载补偿，可精确地控制油 缸的运动速度不受负载的影响；

所述蓄能器与悬架油缸连接，两者的组合为悬架的弹性元件，当油液压力升 高时，油液进入蓄能器，气体被压缩，直到系统压力不再上升为止。所述悬架油 缸为双腔的油气弹簧缸，油气悬架系统的左右两侧悬架油缸之间没有连通，油气 弹簧缸的上腔和下腔各自连接一蓄能器。

优选的，悬架油缸与蓄能器之间设置了外置可调阻尼阀，用来控制流入油缸 的流量，能够满足压缩和拉伸行程的不同阻尼要求，使地面传给车轮的振动迅速 衰减，解决了传统油气弹簧内部阻尼孔无法调节问题。

优选的，所述蓄能器与悬架油缸之间设置了刚性闭锁阀，实现悬架刚性闭锁 与弹性悬架的切换。

每组内部的所述定差减压阀串联于换向阀的进油端通油管路上，平衡阀串联 于换向阀与同组内悬架油缸之间的通油管路上。当换向阀处于中位时，各组管路 中通过两个平衡阀锁定油缸和蓄能器之间的压力，所有阀组不动作，能满足整车 的正常行驶状态。

作为本发明的第二个方面，在于提供一种水陆两栖车辆悬架控制方法，包括 整车控制器、悬架升降控制器，所述整车控制器连接至悬架升降控制器，所述悬 架升降控制器还与每个悬架液压控制单元中的调高阀组和位移传感器分别连接， 接收位移传感器传递的悬架油缸位置信息，整车控制器将模式状态传递至悬架升 降控制器，进而控制每个调高阀组的动作；各桥悬架分别设定相应的旋钮控制开 关，每个旋钮开关控制本组内阀门的开闭组合，对应不同的档位，从而产生对应 悬架的不同高度；即每组悬架设定四个高度位置，分别与旋钮控制开关的1档、 2档、3档和4档四个档位对应；

在悬架升降时，利用调高阀组的通过控制同组的悬架油缸进出油液的流量从 而控制油缸动作的速度。

优选的，将陆上正常行驶位置时的悬架高度设定为0mm，档位设定为2档， 以此设定为悬架高度基准；档位为1档时，其悬架高度相对于地面最高，悬架设 定高度为升高最高位；档位为3挡时，其悬架高度为悬架一级降低高度，车辆在 必要时使用该档位，比如车辆出水上滩时满足船底高度，不会触底；档位是4 档时，其悬架高度为悬架的收缩的最高位，也是水上航行时，轮胎收置位。

具体的，分为四种工况的控制：

正常行驶时，比例换向阀处于中位，各组管路中通过两个平衡阀锁定油缸和 蓄能器之间的压力，所有阀组不动作；刚性闭锁阀常开，形成弹性悬架模式；

在陆上模式中，每个车桥各组的上升动作具体过程为，比例换向阀的右侧电 磁线圈得电处于平行位，有杆腔刚性闭锁阀和无杆腔刚性闭锁阀内电磁线圈均不 得电，油液依次通过下降平衡阀进入悬架油缸的无杆腔，同时悬架油缸的有杆腔 回油，回油管路上的上升平衡阀打开，实现悬架的平稳上升动作，至到达1档位 置；

陆上模式中，每个车桥各组的下降动作具体过程为，比例换向阀的左侧电磁 线圈得电处于交叉位，有杆腔刚性闭锁阀内电磁线圈得电，无杆腔刚性闭锁阀内 电磁线圈不得电，油液依次通过上升平衡阀进入悬架油缸的有杆腔，同时悬架油 缸的无杆腔回油，回油管路上的下降平衡阀打开，实现悬架的平稳下降动作，至 到达2档位置。

在水上、出水模式中，每个车桥各组的上升动作具体过程为，换向阀的右侧 电磁线圈得电处于平行位，有杆腔刚性闭锁阀和无杆腔刚性闭锁阀内电磁线圈均 得电，油液依次通过下降平衡阀进入悬架油缸的无杆腔，同时悬架油缸的有杆腔 回油，回油管路上的上升平衡阀打开，实现悬架的平稳上升动作，至到达3档位 置；其中，所有车桥各组的刚性闭锁阀均得电关闭，排出蓄能器的变形干扰。

在水上、出水模式中，每个车桥各组的下降动作具体过程为，换向阀的左侧 电磁线圈得电处于交叉位，有杆腔刚性闭锁阀和无杆腔刚性闭锁阀内电磁线圈均 得电，油液依次通过上升平衡阀进入悬架油缸的有杆腔，同时悬架油缸的无杆腔 回油，回油管路上的下降平衡阀打开，实现悬架的平稳下降动作，至到达4档位 置；其中，所有车桥各组的刚性闭锁阀均得电关闭，排除蓄能器的变形干扰。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中悬架油缸为双腔的油气弹簧缸，油气悬架系统的左右两侧悬架 油缸之间没有连通，油气弹簧缸的上腔和下腔各自连接一蓄能器；车辆发生侧倾 时，悬架油缸左右互相独立，彼此不影响；除具有提高越野车辆的通过性和改善 平顺性外，同时可实现水陆两栖车的陆上升降、水上提轮等功能；

2、本发明提供的悬架系统既满足水陆两栖车辆大行程陆上升降、水上提轮， 又兼作车辆行驶时转向主销的功能；具体地，水上提轮时，悬架旋钮控制开关至 4档，通过整车控制器(VCU)将水上模式信息通讯悬架升降控制器，悬架升降 控制器接收模式状态信息后，按照预定阀组动作顺序，控制各相应阀组动作，油 液进入悬架油缸下腔，使油缸压缩，以上横臂和下横臂为支撑，带动车轮和轮边， 旋转，将悬架收至档位置，以满足航行最小水阻要求。上横臂与轮边T型连接与 下横臂与轮边连接轴的连线形成了转向主销中心线，车轮和轮边转向节绕着此中 心线转动，实现车辆陆上行驶转向功能。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明 的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明提供的一种水陆两栖车辆独立悬架系统中升降部结构示意图；

图2为本发明提供的一种水陆两栖车辆独立悬架系统中液压控制系统连接 示意图；

图3为本发明提供的一种水陆两栖车辆独立悬架系统中二级限位座结构示 意图；

图4为本发明提供的一种水陆两栖车辆独立悬架系统中上横臂与轮边T型连 接轴结构示意图；

图5为本发明提供的一种水陆两栖车辆独立悬架系统中下横臂与轮边连接 轴结构示意图；

图6为本发明提供的一种水陆两栖车辆独立悬架系统中悬架油缸结构示意 图；

图7为本发明提供的一种水陆两栖车辆独立悬架系统中油气悬架液压调节 系统控制时序图；

图8为悬架调高控制原理图。

其中，1-上横臂与轮边T型连接轴，2-上横臂，3-一级缓冲限位块，4-二级 限位座，5-下横臂与轮边连接轴，6-下横臂，7-悬架油缸，8-溢流阀，9-右前组 换向阀，10-右前减压阀，11-右前梭阀，12-右前下降平衡阀，13-右前上升平衡 阀，14-右前无杆腔蓄能器，15-右前无杆腔阻尼阀，16-右前无杆腔刚性闭锁阀， 17-右前悬架油缸，18-右前有杆腔刚性闭锁阀，19-右前有杆腔阻尼阀，20-右前 反压蓄能器，21-左前组换向阀，22-左前梭阀，23-左前减压阀，24-左前下降平 衡阀，25-左前上升平衡阀，26-左前无杆腔蓄能器，27-左前无杆腔阻尼阀，28- 左前无杆腔刚性闭锁阀，29-左前悬架油缸，30-左前有杆腔刚性闭锁阀，31-左前有杆腔阻尼阀，32-左前反压蓄能器，33-左后悬架油缸，34-左后无杆腔刚性 闭锁阀，35-左后无杆腔阻尼阀，36-左后有杆腔刚性闭锁阀，37-左后有杆腔阻 尼阀，38-左后反压蓄能器，39-左后无杆腔蓄能器，40-左后下降平衡阀，41- 左后上升平衡阀，42-左后减压阀，43-左后梭阀，44-左后组换向阀，45-右后悬 架油缸，46-右后无杆腔刚性闭锁阀，47-右后无杆腔阻尼阀，48-右后无杆腔蓄 能器，49-右后有杆腔刚性闭锁阀，50-右后有杆腔阻尼阀，51-右后反压蓄能器， 52-右后下降平衡阀，53-右后减压阀，54-右后上升平衡阀，55-右后梭阀，56- 右后组换向阀，57-回油手动截止阀，58-进油手动截止阀，59-位移传感器，60- 二级限位座固定部，61-二级限位座铰接部，62-缓冲垫，63-轮边转向节，64- 车体，65-总进油管，66-总回油管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。 除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普 通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限 制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出， 否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使 用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件 和/或它们的组合。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个 组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件， 它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为 是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在 居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类 似的表述只是为了说明的目的。

实施例1：水陆两栖车辆独立悬架系统

包括升降部和驱动部，升降部包括设置于每个车桥两端的升降机构，前悬架 升降机构和后悬架升降机构；前悬架升降机构连接至车前桥，包括位于车前桥两 端的左前悬架升降机构和右前悬架升降机构；后悬架升降机构连接至车后桥，包 括位于车后桥两端的左后悬架升降机构和右后悬架升降机构；所述左前悬架升降 机构、右前悬架升降机构、左后悬架升降机构和右后悬架升降机构分别一端连接 至车轮，一端连接于车体，既能满足水陆两用车大行程陆上升降、水上提轮，又 兼有转向主销的功能。

具体地，如图1所示，作为一个典型的实施例，所述升降机构，为四个，对 称设置在车架两侧，每个升降机构均包括上横臂2、上横臂与轮边连接T型轴1、 一级缓冲限位块3、二级限位座4、下横臂6、悬架油缸7、下横臂与轮边连接轴 5；所述升降部同时应用于车辆陆上行驶时支撑车体。

所述上横臂2和下横臂6的左端连接至轮边转向节63，右端通过销轴结构 连接至车体64；一级缓冲限位块3安装于上横臂上，二级限位座4安装于车体 64上、位于上横臂上方；一级缓冲限位块3和二级限位座4作为限位机构，车 辆在陆上行驶时通过一级缓冲限位块3和二级限位座4接触，限制车辆在不平路 面行驶时车桥的上跳量。

所述二级限位座4的结构如图3所示，包括固定于车体上的二级限位座固定 部60和二级限位座铰接部61，所述二级限位座固定部60和二级限位座铰接部 61通过销轴连接；所述二级限位座铰接部61上设置弹性材质的缓冲垫62；当一 级缓冲限位块3随上横臂上移时，一级缓冲限位块3与二级限位座铰接部61弹 性接触，起到缓冲作用。

水上航行状态时，将二级限位座4的二级限位座铰接部61销轴拆下、翻起 后再用销轴固定至车体上，将悬架和车轮收起至最高位。

在上横臂与轮边连接T型轴1和下横臂与轮边连接轴5的结构分别如图4 和图5所示，结构上均设置回转轴孔和转向销轴，上横臂与轮边连接T型轴1 一端固定连接轮边转向节上支点，另一端通过回转轴孔和转向销轴连接上横臂 2，下横臂与轮边连接轴5一端固定连接轮边转向节上支点，另一端通过回转轴 孔和转向销轴连接下横臂6；悬架油缸7上部通过支架与车体连接，下部通过销 轴与下横臂6连接，用以支撑车体和作为升降的执行元件。

所述上横臂与轮边连接T型轴1和下横臂与轮边连接轴5的中心轴位于同一 直线上。

所述驱动部为液压控制系统，包括前悬架液压控制单元和后悬架液压控制单 元、以及通油管路，所述前悬架液压控制单元包括右前组悬架控制机构和左前组 悬架控制机构，后悬架液压控制单元包括右后组悬架控制机构和左后组悬架控制 机构，所述右前组悬架控制机构和左前组悬架控制机构分别连接至车辆前桥的两 端，右后组悬架控制机构和左后组悬架控制机构分别连接至后桥的两端。所述通 油管路包括总进油管65、总回油管66以及连接前悬架液压控制单元和后悬架液压 控制单元内部和两者之间的管路；

总进油管65和总回油管66上分别设置进油手动截止阀58和回油手动截止阀 57，在总进油管65上设置溢流阀8；

右前组悬架控制机构、左前组悬架控制机构、右后组悬架控制机构和左后组 悬架控制机构分别对应整车的四个悬架支点，驱动和控制升降部的悬架油缸的伸 缩，四组悬架控制机构结构上相同，分布于车辆的两侧，分别包括比例换向阀、 阻尼阀、平衡阀、蓄能器、位移传感器和刚性闭锁阀。

所述蓄能器与悬架油缸连接，两者的组合为悬架的弹性元件，当油液压力升 高时，油液进入蓄能器，气体被压缩，直到系统压力不再上升为止。

所述悬架油缸为双腔的油气弹簧缸，油气悬架系统的左右两侧悬架油缸之间 没有连通，油气弹簧缸的上腔和下腔各自连接一蓄能器。车辆发生侧倾时，悬架 油缸左右互相独立，彼此不影响。除具有提高越野车辆的通过性和改善平顺性外， 同时可实现水陆两栖车的陆上升降、水上提轮等功能。悬架油缸与蓄能器之间设 置了外置可调阻尼阀，用来控制流入油缸的流量，能够满足压缩和拉伸行程的不 同阻尼要求，使地面传给车轮的振动迅速衰减，解决了传统油气弹簧内部阻尼孔 无法调节问题。位移传感器设置在油气弹簧缸中，用来实时检测同组油缸伸缩行 程信号。同时油气弹簧缸的动密封采用了双向组合密封，能满足海水中行驶时四 级风、三级浪的密封要求。

比例换向阀通过比例电磁铁控制液压油液的流量和流动方向，控制油液流向 油缸中的无杆腔或是有杆腔，同时保证同一油缸中另一个腔的油液流出，从而实 现悬架油缸的伸缩，与普通开关阀相比，能简单的实现远距离控制，并能连续、 按比例地控制液压系统的压力和流量，实现了对油缸的位置、速度的控制，并能 减少压力变换时的冲击，不仅控制液流的方向，还可以控制油缸的运动速度。进 油管路上设置一个减压阀，比例换向阀的两个执行端之间连接一梭阀，梭阀的工 作口连接至减压阀，比例换向阀的两个执行端的输油管路上还分别设置一个平衡 阀，减压阀和梭阀组组成定差减压阀，梭阀检测负载压力，也就是方向阀出口压 力，和减压阀进口压力比较，调整定差减压阀出口压力，使得方向阀上的压差恒 定，比例方向阀和定差减压阀实现负载补偿，可精确地控制油缸的运动速度不受负载的影响。平衡阀通过控制压力口的压力来控制平衡阀的开启量，控制压力口 与悬架油缸的无杆腔管路相连，利用这一端口压力的变化来控制平衡阀的开启 量，从而控制油缸动作的速度。蓄能器与油气弹簧缸之间设置了刚性闭锁阀，实 现悬架刚性闭锁与弹性悬架的切换。

具体地，如图2所示，总进油管65管口连接液压泵，总回油管66管口连接压 油箱，在总进油管65上串联总进油截止阀58，总回油管T上串联总回油截止阀57， 方便系统的维修和更换备件。

所述比例换向阀为三位四通比例换向阀，每组悬架控制机构内部通过一个三 位四通比例换向阀来控制液压油液的流动方向，控制油液流向油缸中的无杆腔或 是有杆腔，同时保证同一悬架油缸中另一个腔的油液流出，从而实现悬架油缸的 伸缩。

每组悬架控制机构内部的三位四通比例换向阀与同组的定差减压阀、平衡阀 以及连通的油路构成一个调高阀组，调高阀组通过控制同组的悬架油缸进出油液 的流量从而控制油缸动作的速度。

每组内部的所述定差减压阀串联于换向阀的进油端通油管路上，平衡阀串联 于换向阀与同组内悬架油缸之间的通油管路上。当换向阀处于中位时，各组管路 中通过两个平衡阀锁定油缸和蓄能器之间的压力，所有阀组不动作，能满足整车 的正常行驶状态。

具体的，如图2所示，右前组悬架控制机构包括右前组换向阀9，在右前组 换向阀9与总进油管之间设置右前减压阀10，右前组换向阀9与同右前油缸17 之间设置平衡阀，其中，在右前组换向阀9连接至右前油缸17无杆腔管路之间 设置右前下降平衡阀12，在右前组换向阀9连接至右前油缸17有杆腔管路之间 设置右前上升平衡阀13，右前减压阀10与右前下降平衡阀12和右前上升平衡 阀13之间设置右前梭阀11。右前下降平衡阀12的压力控制口连接在右前换向 阀9和右前上升平衡阀13之间；当右前组换向阀9位于S1位时，利用压力控制 口的压力变化来控制右前下降平衡阀12的开启量，以便控制油缸的无杆腔回油量，从而使负载平稳的下降。右前上升平衡阀13的压力控制口连接在右前组换 向阀9和右前下降平衡阀12之间；当右前组换向阀9位于S2位时，利用压力控 制口的压力变化来控制右前上升平衡阀13的开启量，以便控制油缸的有杆腔回 油量，从而使负载平稳的上升。

同样的，左前组悬架控制机构包括左前组换向阀21，在左前组换向阀21与总 进油管之间设置左前减压阀23，左前组换向阀21与左前油缸29之间设置平衡阀， 其中，在左前组换向阀21连接至左前油缸29无杆腔管路之间设置左前下降平衡阀 24，在左前组换向阀21连接至左前油缸29有杆腔管路之间设置左前上升平衡阀 25；左前减压阀23与左前下降平衡阀24和左前上升平衡阀25之间设置左前梭阀 22。在右后组悬架控制机构中，在右后组换向阀56与总进油管之间设置右后减压 阀63，右后组换向阀56与右后油缸45之间设置平衡阀，其中，在右后组换向阀56 连接至右后油缸45无杆腔管路之间设置右后下降平衡阀52，在右后组换向阀56 连接至右后油缸45有杆腔管路之间设置右后上升平衡阀54；右后减压阀53与右后 下降平衡阀52和右后上升平衡阀54之间设置右后梭阀55。在左后组悬架控制机构 中，在左后组换向阀44与总进油管之间设置左后减压阀42，左后组换向阀44与左后油缸33之间设置平衡阀，其中，在左后组换向阀44连接至左后油缸33无杆腔管 路之间设置左后下降平衡阀40，在左后组换向阀44连接至左后油缸33有杆腔管路 之间设置左后上升平衡阀41；左后减压阀42与左后下降平衡阀40和左后上升平衡 阀41之间设置左后梭阀43。

其余各组动作的上升和下降与右前组悬架控制机构所述原理相同。

所述水陆两用独立悬架液压控制系统还包括悬架升降控制器和设置在每个 悬架油缸上的位移传感器，每组悬架油缸上的位移传感器分别连接至悬架升降控 制器，悬架升降控制器通过分别实时读取四组悬架油缸上的位移传感器数值，发 出调高指令，控制各个调高阀组上的电磁线圈得电和失电，可以实现对各个组的 动作控制，实现整车姿态的调整和整车调平等动作。通过信息显示终端进行显示。 悬架调高控制功能原理如图8所示。

悬架升降控制器设定悬架的收起位置、最高位置、行驶位置、最低位置四个 位置。在陆上模式时，驾驶员通过悬架调整按钮操纵悬架升降控制器，悬架升降 控制器首先识别现有悬架位置，而后响应悬架调整按钮发送的调整指令，将悬架 升降到指定位置，并通过整车控制器发送悬架位置状态型号给仪表盘(或人机显 示界面)，以上操作只在整车陆上车速为0时才能执行；由水上航行模式进入“出 入水模式”且车速为0时，悬架升降控制器辨别当前悬架位置并自动调整悬架位 置至形式位置；在水上航行模式时，自动收起悬架到收起位置，也可手动收起悬 架位置至收起位置。

本发明采用的比例换向阀为三位四通电磁换向阀，由阀体，弹簧，弹簧座， 阀芯，隔套，壳体，插头组件(也有的是接线盒组件)、比例电磁铁、放大器组 成。具有四个油口，一般两进两出，分别用P、T、A、B表示，P为进油口，T为回 油口、A/B分别接执行元件的上下两腔，阀自然位置时在中位。电磁比例换向阀 利用电磁线圈，通电吸合时利用电磁力操控铁芯(滑块)运动。三位四通电磁比 例环向阀有三个不同的工作位置，当两边的电磁铁均断电时，在两端弹簧的作用 下，阀芯处于中间的位置，此时PABT腔互不相通，相互处于封闭状态。当左边 的电磁铁通电时，电磁铁吸力通过推杆克服弹簧力将阀芯推向右端P腔和B腔，A腔和T腔相通。当右边的电磁铁通电时，电磁铁吸力通过推杆将阀芯推向左端P 腔和A腔，B腔和T腔相通。放大器把放大的信号传送到电磁阀，电磁阀依据传来 的信号大小，克服弹簧力，调节推杆的行程，输出流量、压力随信号变化的控制 油量，控制油到达主阀芯的两端，依据不同的压力，推动阀芯移动相应的行程， 因为阀芯本身有锥度的台阶，与阀体组合，不同的行程得到不同的过流面积，在 入口压力稳定的情况下，得到不同的流量，最终实现比例功能。

如图2所示，右前组换向阀9包括左侧的第一电磁线圈S1和右侧的第二电磁线 圈S2，左前组换向阀21包括左侧的第三电磁线圈S3和右侧的第四电磁线圈S4，右 后组换向阀56包括左侧的第五电磁线圈S5和右侧的第六电磁线圈S6，左后组换向 阀44包括左侧的第七电磁线圈S7和右侧的第八电磁线圈S8。

以右前组悬架系统上升和下降为例，当右前组换向阀9在第二电磁线圈S2得 电处于平行位时，刚性闭锁阀16电磁线圈S9和刚性闭锁阀18电磁线圈S10均不得 电，油液依次通过右前下降平衡阀12进入右前油缸17的无杆腔，同时右前油缸17 的有杆腔回油，回油陆上的右前上升平衡阀13在其压力控制口的控制下打开，实 现右前组平稳上升的动作。

同样，当右前组换向阀9在第一电磁线圈S1得电处于交叉位时，刚性闭锁阀 16电磁线圈S9不得电，刚性闭锁阀18电磁线圈S10得电，油液依次通过右前上升 平衡阀13进入右前油缸17的有杆腔，同时右前油缸17的无杆腔回油，回油陆上的 右前下降平衡阀12在其压力控制口的控制下打开，实现右前组悬架系统平稳下降 动作。其余各组，包括左前组、右后组、左后组的上升和下降的原理与上述右前 组悬架系统的上升和下降过程原理相同，在此不再赘述，具体电磁线圈得失电情 况如图4所示。

为实现油气弹簧的刚性闭锁，各个组的悬架控制机构中蓄能器分别通过同组 的刚性闭锁阀与油缸的无杆腔连接。

本发明所述水陆两栖车辆悬架系统中的悬架油缸主要承受垂直载荷，同时又 承担调高悬架油缸的作用。如图3所示，所述悬架油缸7(包括右前油缸17、左前 油缸29、右后油缸45、左前油缸29)为双腔油缸，内设位移传感器59，位移传 感器的磁头固定在悬架油缸活塞上，磁尺固定在油缸的缸底组件上，磁头跟随油 缸活塞移动，保持传感器与油缸同步运行，实现悬架升降高度的测量。

油缸的动密封采用了双向组合密封，能满足海水中行驶时四级风、三级浪的 密封要求。

所述悬架油缸7(包括右前油缸17、左前油缸29、右后油缸45、左前油缸29) 和蓄能器组成为反压式油气弹簧，油缸无杆腔与有杆腔分别与各自的蓄能器连 接，既满足陆上行驶的平顺性和升降功能，又能满足水上提轮功能。

以右前组悬架控制机构为例，在右前油缸17无杆腔与右前无杆腔蓄能器14 之间设置右前无杆腔刚性闭锁阀16和右前无杆腔阻尼阀15，右前油缸17有杆腔与 右前有杆腔蓄能器20之间设置右前有杆腔刚性闭锁阀18和右前有杆腔阻尼阀19， 右前组刚性闭锁阀16内设置第九电磁线圈S9，右前组刚性闭锁阀18内设置第九电 磁线圈S10，系统正常工作时阀常开，保证油液流动畅通，形成弹性悬架模式。 需要刚性闭锁时，通过第九电磁线圈S9、S10得电而右前组刚性闭锁阀16、18关 闭，切断右前蓄能器14、20和右前油缸17之间的油路，排除蓄能器的变形干扰， 从而实现悬架刚性闭锁与弹性悬架的切换。以右前组为例，在刚性闭锁状态下， 右前组刚性闭锁阀16、18得电，切断右前蓄能器14、20和右前油缸17管路的联系， 即可实现右前蓄能器的放油动作和压力释放，方便该侧蓄能器的更换和检修，可 减少油液浪费和喷溅污染。

在左前组悬架控制机构中，在左前油缸29无杆腔与左前无杆腔蓄能器26之间 设置左前无杆腔刚性闭锁阀28和左前无杆腔阻尼阀27，在左前油缸29有杆腔与左 前有杆腔蓄能器32之间设置左前有杆腔刚性闭锁阀30和左前有杆腔阻尼阀31，左 前无杆腔刚性闭锁阀28内设置第十电磁线圈S11，左前有杆腔刚性闭锁阀30内设 置第十电磁线圈S11；在右后组悬架控制机构中，在右后油缸45无杆腔与右后无 杆腔蓄能器48之间设置右后无杆腔刚性闭锁阀46和右后无杆腔阻尼阀47，右后油 缸45有杆腔与右后反压蓄能器51之间设置右后有杆腔刚性闭锁阀49和右后有杆 腔阻尼阀50，右后组无杆腔刚性闭锁阀46内设置第十一电磁线圈S13，右后组有 杆腔刚性闭锁阀49内设置第十一电磁线圈S14；在左后组悬架控制机构中，在左 后油缸33无杆腔与左后组无杆腔蓄能器39之间设置左后组无杆腔刚性闭锁阀34 和左后无杆腔阻尼阀35，在左后油缸33有杆腔与左后组有杆腔蓄能器38之间设置 左后组有杆腔刚性闭锁阀36和左后有杆腔阻尼阀37，左后组刚性闭锁阀34内设置 第十二电磁线圈S15，左后组刚性闭锁阀36内设置第十二电磁线圈S16。左前组悬 架控制机构、右后组悬架控制机构、左后组悬架控制机构中刚性闭锁阀的工作原 理与右前组悬架控制机构的原理相同。

所述比例换向阀(包括右前组换向阀9、左前组换向阀21、右后组换向阀56、 左后组换向阀44)、刚性闭锁阀(包括右前无杆腔刚性闭锁阀16、右前有杆腔刚 性闭锁阀18、左前组无杆腔刚性闭锁阀28、左前组有杆腔刚性闭锁阀30、右后组 无杆腔刚性闭锁阀46、右后组无杆腔刚性闭锁阀49、左后组无杆腔刚性闭锁阀34、 左后组有杆腔刚性闭锁阀36)分别与悬架升降控制器连接。悬架升降控制器也分 别与各个组的位移传感器连接；悬架升降控制器主要用来检测位移传感器的信 号，从而判断整车状态，继而控制比例换向阀的阀芯开口度和刚性闭锁阀的得电 和失电，实现悬架系统的柔性调节作用。

所述阻尼阀(右前无杆腔阻尼阀15、右前有杆腔阻尼阀19、左前无杆腔阻 尼阀27、左前有杆腔阻尼阀31、右后有杆腔阻尼阀50、左后无杆腔阻尼阀35、 右后无杆腔阻尼阀47、左后有杆腔阻尼阀37)为外置可调式阻尼阀，连接于油 气弹簧缸与蓄能器之间，通过调整阀体的流量，可实现油缸拉伸行程和压缩行程 阻尼的控制。

多轴车辆的应用形式有多种组合方式，方式一：支持前后两个悬架液压控制 单元中多个油缸并联叠加，满足多轴车辆调高使用要求，拓展性好，应用范围广。 方式二：支持多个左右各一个油缸的悬架液压控制单元的数量叠加，满足多轴车 辆空载时中间轴提升功能，可达到节省燃油、减少磨损、降低成本等目的。多种 组合的悬架控制系统均在本专利保护范围之内。

该结构既满足水陆两栖车辆大行程陆上升降、水上提轮，又兼作车辆行驶时 转向主销的功能。具体地，陆上降高或水上提轮时，手动操作悬架调整按钮，或 者或按下4档工作模式按钮，通过整车控制器(VCU)将水上模式信息通讯悬架 升降控制器，悬架升降控制器接收模式状态信息后，按照预定阀组动作顺序，控 制各相应阀组动作，油液进入悬架油缸7下腔，使油缸压缩，以上横臂2和下横臂 6为支撑，带动车轮和轮边，绕上横臂、下横臂与车体连接的回转轴旋转，将悬 架收至4档位置，以满足航行最小水阻要求。上横臂与轮边T型连接1与下横臂与 轮边连接轴5的连线形成了转向主销中心线，车轮和轮边转向节绕着此中心线转 动，实现车辆陆上行驶转向功能。

实施例2：水陆两栖车辆悬架控制方法

所述控制系统水陆两栖车的悬架控制通过手动和模式控制，各桥悬架分别设 定相应的旋钮控制开关，每个旋钮开关控制本组内阀门的开闭组合，对应不同的 档位，从而产生对应悬架的不同高度，即每组悬架设定四个高度位置，分别与旋 钮控制开关的1档、2档、3档和4档四个档位对应。

通过旋钮控制开关档位的选择对悬架升降控制器进行输入，悬架升降控制器 进行对应阀组PWM控制信号的输出，进行阀组组合控制相应悬架的动作，从而实 现相应工况的匹配。陆上正常行驶位置时，悬架高度设定为0mm，档位设定为2 档，以此设定为悬架高度基准；档位为1档时，其悬架高度相对于地面最高，悬 架设定高度为升高最高位；档位为3挡时，其悬架高度为悬架一级降低高度，车 辆在必要时使用该档位，比如车辆出水上滩时满足船底高度，不会触底。同时该 档位作为悬架和转向极限的边界条件，以保护车辆轮边传动轴不被破坏；档位是 4档时，其悬架高度为悬架的收缩的最高位，也是水上航行时，轮胎收置位。

例如：在陆上模式时，车辆正常行驶时，档位都保持在2档，保持相应的支 撑与减震效应。当需要将悬架提高以越障时，将档位调整旋钮分别设置到1挡位 置，悬架升降控制器将通过设定控制逻辑，动作阀组，将悬架高度升至1档位置， 实现越障功能。

当需要进入水上航行状态时，通过整车VCU将水上模式信息通讯悬架升降控 制器，悬架升降控制器接收模式状态信息后，按照预定阀组动作顺序，控制各相 应阀组动作，将悬架收置4档位置，以满足航行最小水阻要求。

正常行驶时，比例换向阀处于中位，各组管路中通过两个平衡阀锁定油缸和 蓄能器之间的压力，所有阀组不动作；刚性闭锁阀常开，形成弹性悬架模式；

在悬架升降时，利用调高阀组的通过控制同组的悬架油缸进出油液的流量从 而控制油缸动作的速度。

如图7所示，在陆上模式中，每个车桥各组的上升动作具体过程为，比例换 向阀的右侧电磁线圈得电处于平行位，有杆腔刚性闭锁阀和无杆腔刚性闭锁阀内 电磁线圈均不得电，油液依次通过下降平衡阀进入悬架油缸的无杆腔，同时悬架 油缸的有杆腔回油，回油管路上的上升平衡阀打开，实现悬架的平稳上升动作， 至到达1档位置；

陆上模式中，每个车桥各组的下降动作具体过程为，比例换向阀的左侧电磁 线圈得电处于交叉位，有杆腔刚性闭锁阀内电磁线圈得电，无杆腔刚性闭锁阀内 电磁线圈不得电，油液依次通过上升平衡阀进入悬架油缸的有杆腔，同时悬架油 缸的无杆腔回油，回油管路上的下降平衡阀打开，实现悬架的平稳下降动作，至 到达2档位置。

在水上、出水模式中，每个车桥各组的上升动作具体过程为，比例换向阀的 右侧电磁线圈得电处于平行位，有杆腔刚性闭锁阀和无杆腔刚性闭锁阀内电磁线 圈均得电，油液依次通过下降平衡阀进入悬架油缸的无杆腔，同时悬架油缸的有 杆腔回油，回油管路上的上升平衡阀打开，实现悬架的平稳上升动作，至到达3 档位置；其中，所有车桥各组的刚性闭锁阀均得电关闭，排出蓄能器的变形干扰。

在水上、出水模式中，每个车桥各组的下降动作具体过程为，比例换向阀的 左侧电磁线圈得电处于交叉位，有杆腔刚性闭锁阀和无杆腔刚性闭锁阀内电磁线 圈均得电，油液依次通过上升平衡阀进入悬架油缸的有杆腔，同时悬架油缸的无 杆腔回油，回油管路上的下降平衡阀打开，实现悬架的平稳下降动作，至到达4 档位置；其中，所有车桥各组的刚性闭锁阀均得电关闭，排除蓄能器的变形干扰。 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，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种水陆两栖车辆独立悬架系统，包括升降部和驱动部，其特征在于，所述升降部包括设置于每个车轴两端的升降机构，所述升降机构一端连接至车轮、另一端连接至车体；每个升降机构结构上包括上横臂、上横臂与轮边连接T型轴、一级缓冲限位块、二级限位座、下横臂、悬架油缸、下横臂与轮边连接轴。

2.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车辆独立悬架系统，其特征在于，所述上横臂和下横臂的外端连接至轮边转向节，内端可旋转地连接至车体；一级缓冲限位块安装于上横臂上，二级限位座安装于车体上、位于上横臂上方。

3.根据权利要求2所述的一种水陆两栖车辆独立悬架系统，其特征在于，上横臂与轮边连接T型轴一端固定连接轮边转向节上支点，另一端通过回转轴孔和转向销轴连接上横臂；下横臂与轮边连接轴一端固定连接轮边转向节上支点，另一端通过回转轴孔和转向销轴连接下横臂；悬架油缸上部与车体连接，下部下横臂连接。

4.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车辆独立悬架系统，其特征在于，所述上横臂与轮边连接T型轴和下横臂与轮边连接轴的中心轴位于同一直线上。

5.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车辆独立悬架系统，其特征在于，所述二级限位座，包括固定于车体上的二级限位座固定部和二级限位座铰接部，所述二级限位座固定部和二级限位座铰接部通过销轴连接；所述二级限位座铰接部上设置弹性材质的缓冲垫。

6.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车辆独立悬架系统，其特征在于，所述驱动部为液压控制系统，包括对应升降部每个升降机构的悬架液压控制单元、以及通油管路；所述通油管路包括总进油管、总回油管以及连接悬架液压控制单元内部和外部的管路；

所述悬架液压控制单元控制升降部的悬架油缸的伸缩，包括调高阀组、位移传感器和蓄能器；

调高阀组通过控制同组的悬架油缸进出油液的流量从而控制油缸动作的速度；

所述位移传感器设置在悬架油缸中，用来实时检测同组油缸伸缩行程信号。

7.根据权利要求6所述的一种水陆两栖车辆独立悬架系统，其特征在于，所述调高阀组包括每个悬架液压控制单元内部的比例换向阀、定差减压阀、平衡阀和连通的油路，

所述定差减压阀包括减压阀、梭阀和平衡阀，进油管路上设置一个减压阀，比例换向阀的两个执行端之间连接一梭阀，梭阀的工作口连接至减压阀，比例换向阀的两个执行端的输油管路上还分别设置一个平衡阀；

所述蓄能器与悬架油缸连接。

8.根据权利要求7所述的一种水陆两栖车辆独立悬架系统，其特征在于，悬架油缸与蓄能器之间设置外置可调阻尼阀；所述蓄能器与悬架油缸之间设置刚性闭锁阀。

9.一种水陆两栖车辆悬架控制方法，其特征在于，包括整车控制器、悬架升降控制器，所述整车控制器连接至悬架升降控制器，所述悬架升降控制器还与每个悬架液压控制单元中的调高阀组和位移传感器分别连接，接收位移传感器传递的悬架油缸位置信息，整车控制器将模式状态传递至悬架升降控制器，进而控制每个调高阀组的动作；

各桥悬架分别设定相应的旋钮控制开关，每个旋钮开关控制本组内阀门的开闭组合，对应不同的档位，从而产生对应悬架的不同高度。

10.根据权利要求9所述的一种水陆两栖车辆悬架控制方法，其特征在于，每组悬架设定四个高度位置，分别与旋钮控制开关的1档、2档、3档和4档四个档位对应；将陆上正常行驶位置时的悬架高度设定为0mm，档位设定为2档，以此设定为悬架高度基准；档位为1档时，其悬架高度相对于地面最高，悬架设定高度为升高最高位；档位为3挡时，其悬架高度为悬架一级降低高度；档位是4档时，其悬架高度为悬架的收缩的最高位；

分为四种工况的控制：

正常行驶时，比例换向阀处于中位，各组管路中通过两个平衡阀锁定油缸和蓄能器之间的压力，所有阀组不动作；刚性闭锁阀常开，形成弹性悬架模式；

在陆上模式中，每个车桥各组的上升动作具体过程为，比例换向阀的右侧电磁线圈得电处于平行位，有杆腔刚性闭锁阀和无杆腔刚性闭锁阀内电磁线圈均不得电，油液依次通过下降平衡阀进入悬架油缸的无杆腔，同时悬架油缸的有杆腔回油，回油管路上的上升平衡阀打开，实现悬架的平稳上升动作，至到达1档位置；

陆上模式中，每个车桥各组的下降动作具体过程为，比例换向阀的左侧电磁线圈得电处于交叉位，有杆腔刚性闭锁阀内电磁线圈得电，无杆腔刚性闭锁阀内电磁线圈不得电，油液依次通过上升平衡阀进入悬架油缸的有杆腔，同时悬架油缸的无杆腔回油，回油管路上的下降平衡阀打开，实现悬架的平稳下降动作，至到达2档位置；

在水上、出水模式中，每个车桥各组的上升动作具体过程为，换向阀的右侧电磁线圈得电处于平行位，有杆腔刚性闭锁阀和无杆腔刚性闭锁阀内电磁线圈均得电，油液依次通过下降平衡阀进入悬架油缸的无杆腔，同时悬架油缸的有杆腔回油，回油管路上的上升平衡阀打开，实现悬架的平稳上升动作，至到达3档位置；

在水上、出水模式中，每个车桥各组的下降动作具体过程为，换向阀的左侧电磁线圈得电处于交叉位，有杆腔刚性闭锁阀和无杆腔刚性闭锁阀内电磁线圈均得电，油液依次通过上升平衡阀进入悬架油缸的有杆腔，同时悬架油缸的无杆腔回油，回油管路上的下降平衡阀打开，实现悬架的平稳下降动作，至到达4档位置。

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