CN114228845A - 一种悬置装置及其控制方法、车辆和工程机械 - Google Patents

一种悬置装置及其控制方法、车辆和工程机械 Download PDF

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庄超
陈太荣
张达
王敏
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Abstract

本发明公开了一种悬置装置及其控制方法、车辆和工程机械，悬置装置包括上横梁、下横梁、瓦特连杆机构、姿态自主调节系统和减振系统；瓦特连杆机构中连杆A的一端连接上横梁，另一端连接液压缸A，连杆B的一端连接上横梁，另一端连接液压缸B，液压缸A和液压缸B分别与中间连杆上、下端相连，中间连杆与下横梁相连；姿态自主调节系统与液压缸A及液压缸B相连，用于根据驾驶室倾角控制液压缸A和液压缸B伸缩以实现驾驶室倾斜角度的自主调节；减振系统与液压缸A及液压缸B相连，用于调节液压缸A和液压缸B的阻尼和刚度以实现驾驶室主动减振。本发明能够同时实现驾驶室摇摆稳定控制、倾斜姿态控制和主动减振，提升驾驶室振动舒适性。

Description

一种悬置装置及其控制方法、车辆和工程机械
技术领域
本发明属于车辆与工程机械技术领域，具体涉及一种悬置装置及其控制方法、车辆和工程机械。
背景技术
驾驶室悬置装置一般包含减震结构、抗侧倾结构、限位结构及其它连接构件。驾驶室悬置装置的主要作用包括：支撑作用，承受驾驶室总成及乘员的重量，避免产生较大的相对位移并引导相对于底盘的垂向运动，同时保障与车架的稳固连接；隔振作用，具有良好的隔振性能，以衰减路面不平及加速、制动时经悬置、车架传来的振动与冲击，避免低频大晃动并具备良好的振动舒适性。
但车辆倾斜行驶、转弯行驶、制动、加速以及路面不平时，底盘系统会发生左右倾斜与摇摆、前后点头与窜动，由于驾驶室悬置装置的弹性特性，在上述行驶工况时，驾驶室会随着底盘系统发生左右倾斜与摇摆、前后点头与窜动，甚至会放大这种运动现象，严重影响驾驶室的振动舒适性，同时存在行驶安全风险。
现有发明专利带摆振补偿的悬架装置（CN200980151319.1），主要包含锁止机构、上支架、减震单元、左下支架、右下支架、瓦特连杆总成等结构，可实现驾驶室与车架之间的相对运动只有垂直运动或者绕枢纽中间孔转动，不能发生横向移动；但不能在车辆倾斜行驶、路面不平等工况控制驾驶室的侧倾，驾驶室会跟随底盘发生侧倾，由于悬置的弹性特性，侧倾情况甚至会比底盘还要严重。
现有发明专利具有摇摆稳定机构的驾驶室悬挂装置（CN201280065430.0），主要包含底盘、下横桥、上横桥、弹簧/减震器组件、液压缸等结构，可以很好地实现驾驶室在各种行驶工况的摇摆稳定，同时可以提供主动减振，允许驾驶室相对于底盘有限的摇摆运动，但是并未表明驾驶室与车架的侧倾是否可以主动调节，因为处于安全的角度考虑，在极限工况并不希望驾驶室与车架同步侧倾。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种悬置装置及其控制方法、车辆和工程机械，能够同时实现驾驶室摇摆稳定控制、倾斜姿态控制和主动减振，提升驾驶室振动舒适性。
本发明提供了如下的技术方案：
第一方面，提供一种悬置装置，包括上横梁、下横梁、瓦特连杆机构、姿态自主调节系统和减振系统；
所述瓦特连杆机构包括连杆A、液压缸A、中间连杆、液压缸B和连杆B，所述连杆A的一端连接上横梁，另一端连接液压缸A，所述连杆B的一端连接上横梁，另一端连接液压缸B，所述液压缸A和液压缸B分别与中间连杆上、下端相连，所述中间连杆与下横梁相连；
所述姿态自主调节系统与液压缸A及液压缸B相连，用于根据驾驶室倾角控制液压缸A和液压缸B伸缩以实现驾驶室倾斜角度的自主调节；
所述减振系统与液压缸A及液压缸B相连，用于调节液压缸A和液压缸B的阻尼和刚度以实现驾驶室主动减振。
进一步的，所述下横梁的两端分别设有下支架A和下支架B，所述下支架A与上横梁间安装有空气弹簧A，所述下支架B与上横梁间安装有空气弹簧B。
进一步的，所述姿态自主调节系统包括电磁阀A、电磁阀B、电控液压泵、底盘倾角传感器和驾驶室倾角传感器；所述液压缸A通过电磁阀A与电控液压泵相连，所述液压缸B通过电磁阀B与电控液压泵相连，所述电控液压泵与液压油箱相连；所述底盘倾角传感器和驾驶室倾角传感器分别安装于底盘车桥以及驾驶室的底部。
进一步的，所述减振系统包括可调的节流机构A、节流机构B、节流机构C、节流机构D以及可调的蓄压机构A、蓄压机构B、蓄压机构C和蓄压机构D；所述液压缸A分别与节流机构A和节流机构D相连，所述节流机构A与蓄压机构A相连，所述节流机构D与蓄压机构D相连；所述液压缸B分别与节流机构B和节流机构C相连，所述节流机构B与蓄压机构B相连，所述节流机构C与蓄压机构C相连。
进一步的，所述液压缸A包括活塞杆A以及由活塞杆A分隔的环形腔A和缸腔A，所述环形腔A通过液压管路A与节流机构A相连，所述缸腔A通过液压管路D与节流机构D相连；
所述液压缸B包括活塞杆B以及由活塞杆B分隔的环形腔B和缸腔B，所述环形腔B通过液压管路B与节流机构B相连，所述缸腔B通过液压管路C与节流机构C相连。
第二方面，提供一种悬置装置的控制方法，包括：
所述瓦特连杆机构将驾驶室随底盘的侧倾、横向位移及左右摇摆运动缩减为驾驶室相对底盘的垂向运动；
所述姿态自主调节系统根据驾驶室倾角控制液压缸A和液压缸B伸缩以调整驾驶室姿态；
所述减振系统调节液压缸A和液压缸B的阻尼和刚度以实现自适应衰减驾驶室左右的摆振。
进一步的，液压缸A和液压缸B的阻尼、刚度为空气弹簧A和空气弹簧B的阻尼、刚度的两倍以上。
进一步的，所述姿态自主调节系统调节驾驶室倾斜角度的方法包括：
当判断驾驶室倾角小于等于角度控制阈值时，控制电控液压泵不工作；
当判断驾驶室倾角大于控制阈值，同时小于等于倾角设定值时，控制电控液压泵不工作；
当判断驾驶室倾角大于控制阈值，同时大于倾角设定值时，控制电控液压泵开始工作，使液压缸A和液压缸B伸缩降低驾驶室倾角，直至驾驶室倾角小于等于倾角设定值，控制电控液压泵停止工作，获得合理的驾驶室倾斜姿态。
进一步的，所述减振系统实现驾驶室主动减振的方法包括：
获取驾驶室行驶的加速度以及悬置装置的振动加速度信息作为输入；
当判断驾驶室行驶的加速度与悬置装置的振动加速度频率增大时，控制液压缸A和液压缸B减小刚度和阻尼；
当判断驾驶室行驶的加速度与悬置装置的振动加速度频率减小时，控制液压缸A和液压缸B增大刚度和阻尼。
第三方面，提供一种车辆，包括第一方面所述的悬置装置，所述悬置装置采用第二方面所述的控制方法进行控制。
第四方面，提供一种工程机械，包括第一方面所述的悬置装置，所述悬置装置采用第二方面所述的控制方法进行控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明能够进行驾驶室左右摇摆控制：当车辆行驶在不平路面、倾斜以及转弯行驶转变成正向行驶瞬间，驾驶室会随着底盘的左右倾斜发生侧倾、横向位移或者左右摇摆，瓦特连杆机构的自身特性可以使上述运动被缩减为驾驶室相对底盘的垂向运动以及绕中间连杆安装点的转动，同时由于瓦特连杆机构的自锁作用，驾驶室绕中间连杆安装点的转动会被限制，使驾驶室随底盘的左右摇摆得到控制；
（2）本发明能够进行驾驶室倾斜姿态控制：当车辆持续倾斜与转弯行驶，出现车辆持续向一侧倾斜时，此时由于悬置弹性特性驾驶室也会随之发生倾斜，甚至驾驶室倾斜程度比底盘倾斜程度还要大，此时，与液压缸A及液压缸B相连的姿态自主调节系统，能够根据驾驶室倾角控制液压缸A和液压缸B伸缩以实现驾驶室倾斜角度的自主调节；
（3）本发明能够进行驾驶室摆振主动控制：当车辆路面不平行驶、持续倾斜与转弯行驶、倾斜与转弯行驶变成正常行驶过程，由于悬置弹性特性，驾驶室会随着底盘发生摆振，此时，与液压缸A及液压缸B相连的减振系统能够调节液压缸A和液压缸B的阻尼和刚度，实现车辆行驶各种工况的主动减振，提升驾驶室振动舒适性。
附图说明
图1是悬置装置的结构示意图；
图2是瓦特连杆机构、姿态自主调节系统和减振系统的结构示意图；
图3是液压油缸A的结构示意图；
图4是姿态自主调节系统调整驾驶室姿态的流程图；
图中标记为：1、空气弹簧A；2、空气弹簧B；3、上横梁；4、下横梁；5、下支架A；6、下支架B；7、连杆A；8、中间连杆；9、连杆B；10、蓄压机构A；11、节流机构A；12、蓄压机构B；13、节流机构B；14、蓄压机构C；15、节流机构C；16、蓄压机构D；17、节流机构D；18、电控液压泵；19、液压油缸A；19-1、活塞杆A；19-2、环形腔A；19-3、缸腔A；20、液压油缸B；21、液压油箱；22、电磁阀A；23、电磁阀B；24、液压管路B；25、液压管路C；26、液压管路A；27、液压管路D。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1和2所示，本实施例提供一种悬置装置，包括上横梁3、下横梁4、瓦特连杆机构、姿态自主调节系统和减振系统。
如图1所示，瓦特连杆机构用于实现驾驶室左右摇摆控制，包括连杆A 7、液压缸A19、中间连杆8、液压缸B 20和连杆B 9，连杆A 7的一端连接上横梁3，另一端连接液压缸A19，连杆B 9的一端连接上横梁3，另一端连接液压缸B 20，液压缸A 19和液压缸B 20分别与中间连杆8的上、下端相连，中间连杆8与下横梁4相连。下横梁4的两端分别设有下支架A 5和下支架B 6，下支架A 5与上横梁3间安装有空气弹簧A 1，下支架B 6与上横梁3间安装有空气弹簧B 2。
如图3所示，液压缸A 19包括活塞杆A 19-1以及由活塞杆A 19-1分隔的环形腔A19-2和缸腔A 19-3，环形腔A 19-2连接液压管路A 26，缸腔A 19-3连接液压管路D 27；液压缸B 24包括活塞杆B以及由活塞杆B分隔的环形腔B和缸腔B，环形腔B连接液压管路B 24，缸腔B连接液压管路C 25。
如图2所示，姿态自主调节系统与液压缸A 19及液压缸B 20相连，用于根据驾驶室倾角控制液压缸A 19和液压缸B 20伸缩以实现驾驶室倾斜角度的自主调节。具体的，姿态自主调节系统包括电磁阀A 22、电磁阀B 23、电控液压泵18、底盘倾角传感器和驾驶室倾角传感器；电磁阀A 22和电磁阀B 23分别与控制器相连，液压缸A 19的液压管路A 26和液压管路D 27与电磁阀A 22相连，电磁阀A 22与电控液压泵18相连，液压缸B 20的液压管路B24和液压管路C 25与电磁阀B 23相连，电磁阀B 23与电控液压泵18相连，电控液压泵18与液压油箱21相连；底盘倾角传感器和驾驶室倾角传感器分别安装于底盘车桥以及驾驶室的底部，分别用于监测底盘和驾驶室的倾斜角度。
如图2所示，减振系统与液压缸A 19及液压缸B 20相连，用于调节液压缸A 19和液压缸B 20的阻尼和刚度以实现驾驶室主动减振。具体的，减振系统包括可调的节流机构A11、节流机构B 13、节流机构C 15、节流机构D 17以及可调的蓄压机构A 10、蓄压机构B 12、蓄压机构C 14和蓄压机构D 16，各节流机构和蓄压机构分别与控制器相连。液压缸A 19的液压管路A 26与节流机构A 11相连，节流机构A 11与蓄压机构A 10相连，液压管路D 27与节流机构D 17相连，节流机构D 17与蓄压机构D 16相连；液压缸B 20的液压管路B 24与节流机构B 13相连，节流机构B 13与蓄压机构B 12相连，液压管路C 25与节流机构C 15相连，节流机构C 15与蓄压机构C 14相连。
实施例2
本实施例提供一种悬置装置的控制方法，包括：
（一）驾驶室左右摇摆控制
当车辆行驶在不平路面、倾斜以及转弯行驶转变成正向行驶瞬间，驾驶室会随着底盘的左右倾斜发生侧倾、横向位移或者左右摇摆，瓦特连杆机构的自身特性可以使上述运动被缩减为驾驶室相对底盘的垂向运动以及绕中间连杆安装点的转动，同时由于瓦特连杆机构的自锁作用，驾驶室绕中间连杆安装点的转动会被限制，使驾驶室随底盘的左右摇摆得到控制。其中，液压缸A和液压缸B的阻尼、刚度为空气弹簧A和空气弹簧B的阻尼、刚度的两倍以上，否则弹性过小，则不具备摇摆稳定的控制作用。
（二）驾驶室倾斜姿态控制
当车辆持续倾斜与转弯行驶，出现车辆持续向一侧倾斜时，此时由于悬置弹性特性驾驶室也会随之发生倾斜，甚至驾驶室倾斜程度比底盘倾斜程度还要大。一方面，出于对路面及车辆姿态感知的角度考虑，当底盘倾斜时，驾驶室应当发生倾斜，以感受到车辆整体的运动姿态；另一方面，出于安全行驶的角度考虑，不希望驾驶室随底盘运动的倾斜角度过大。在这种工况下，可以通过姿态自主调节系统控制液压油缸A、B的伸缩自主调节驾驶室倾斜程度，以获得合理的驾驶室倾斜姿态。以驾驶室倾角作为控制角度值，设置其为底盘倾角的1/2或者根据需要设置，控制阈值为5°或者根据需要设置，即只有当驾驶室倾角大于5°时才开始进行驾驶室姿态的控制，即允许驾驶室有一定的倾斜角度。
如图4所示，姿态自主调节系统调节驾驶室倾斜角度的方法包括：当判断驾驶室倾角小于等于角度控制阈值时，控制电控液压泵不工作，便于获得合理的车辆姿态感知；当判断驾驶室倾角大于控制阈值，同时小于等于倾角设定值时，控制电控液压泵不工作，便于获得合理的车辆姿态感知；当判断驾驶室倾角大于控制阈值，同时大于倾角设定值时，控制电控液压泵开始工作，使液压缸A和液压缸B伸缩降低驾驶室倾角，直至驾驶室倾角小于等于倾角设定值，控制电控液压泵停止工作，获得合理的驾驶室倾斜姿态，提升行驶安全性，避免驾驶室相对底盘有过大倾角，而造成侧翻或者影响驾驶安全。
（三）驾驶室摆振主动控制
当车辆路面不平行驶、持续倾斜与转弯行驶、倾斜与转弯行驶变成正常行驶过程，由于悬置弹性特性，驾驶室会随着底盘发生摆振。悬置装置可以根据车辆行驶的速度、加速度信息以及悬置主动端振动加速度特性综合考虑主动衰减上述摆振。首先，所述悬置装置具有衰减摆振的功能，这是由液压缸A和液压缸B对应的各蓄压机构和节流机构所提供的刚度与阻尼效果实现的；其次，所述蓄压机构与节流机构是可调的，通过蓄压机构调节液压缸A和液压缸B的压力，从而改变其刚度，通过节流机构调节液压缸A和液压缸B的流速，从而改变其阻尼，再结合控制器可以提供刚度、阻尼可调的减振系统，从而实现摆振的主动控制。
减振系统实现驾驶室主动减振的方法包括：获取驾驶室行驶的车速、加速度以及悬置装置的振动加速度信息作为输入；综合考虑车速、加速度与振动加速度频率特性，当判断驾驶室行驶的加速度与悬置装置的振动加速度频率增大时，通过液压管路A和液压管路D中的可控的蓄压机构A和蓄压机构D减小液压缸A的刚度，通过液压管路B和液压管路C中的可控的蓄压机构B和蓄压机构C减小液压缸B的刚度，通过可控的节流机构A和节流机构D减小液压缸A的阻尼，节流机构B和节流机构C减小液压缸B的阻尼，即在高频时，提供小刚度小阻尼，从而提高减振系统的隔振率；当加速度与振动加速度频率减小时，通过各蓄压机构和节流机构增大液压缸A和液压缸B的刚度和阻尼，即在低频时，提供大刚度大阻尼，提高在低频段的减振系统隔振率，从而实现自适应衰减驾驶室左右的摆振，提高驾驶室振动舒适性；当然，液压缸A和液压缸B的阻尼、刚度为空气弹簧A和空气弹簧B的阻尼、刚度的两倍以上，否则不具备摇摆稳定的控制作用。
实施例3
本实施例提供一种车辆，配置有实施例1所述的悬置装置，所述悬置装置采用实施例2所述的控制方法进行控制。
实施例4
本实施例提供一种工程机械，配置有实施例1所述的悬置装置，所述悬置装置采用实施例2所述的控制方法进行控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种悬置装置，其特征在于，包括上横梁、下横梁、瓦特连杆机构、姿态自主调节系统和减振系统；
所述瓦特连杆机构包括连杆A、液压缸A、中间连杆、液压缸B和连杆B，所述连杆A的一端连接上横梁，另一端连接液压缸A，所述连杆B的一端连接上横梁，另一端连接液压缸B，所述液压缸A和液压缸B分别与中间连杆上、下端相连，所述中间连杆与下横梁相连；
所述姿态自主调节系统与液压缸A及液压缸B相连，用于根据驾驶室倾角控制液压缸A和液压缸B伸缩以实现驾驶室倾斜角度的自主调节；
所述减振系统与液压缸A及液压缸B相连，用于调节液压缸A和液压缸B的阻尼和刚度以实现驾驶室主动减振。
2.根据权利要求1所述的悬置装置，其特征在于，所述下横梁的两端分别设有下支架A和下支架B，所述下支架A与上横梁间安装有空气弹簧A，所述下支架B与上横梁间安装有空气弹簧B。
3.根据权利要求1所述的悬置装置，其特征在于，所述姿态自主调节系统包括电磁阀A、电磁阀B、电控液压泵、底盘倾角传感器和驾驶室倾角传感器；所述液压缸A通过电磁阀A与电控液压泵相连，所述液压缸B通过电磁阀B与电控液压泵相连，所述电控液压泵与液压油箱相连；所述底盘倾角传感器和驾驶室倾角传感器分别安装于底盘车桥以及驾驶室的底部。
4.根据权利要求1所述的悬置装置，其特征在于，所述减振系统包括可调的节流机构A、节流机构B、节流机构C、节流机构D以及可调的蓄压机构A、蓄压机构B、蓄压机构C和蓄压机构D；所述液压缸A分别与节流机构A和节流机构D相连，所述节流机构A与蓄压机构A相连，所述节流机构D与蓄压机构D相连；所述液压缸B分别与节流机构B和节流机构C相连，所述节流机构B与蓄压机构B相连，所述节流机构C与蓄压机构C相连。
5.根据权利要求4所述的悬置装置，其特征在于，所述液压缸A包括活塞杆A以及由活塞杆A分隔的环形腔A和缸腔A，所述环形腔A通过液压管路A与节流机构A相连，所述缸腔A通过液压管路D与节流机构D相连；
所述液压缸B包括活塞杆B以及由活塞杆B分隔的环形腔B和缸腔B，所述环形腔B通过液压管路B与节流机构B相连，所述缸腔B通过液压管路C与节流机构C相连。
6.一种权利要求1~5任一项所述的悬置装置的控制方法，其特征在于，包括：
所述瓦特连杆机构将驾驶室随底盘的侧倾、横向位移及左右摇摆运动缩减为驾驶室相对底盘的垂向运动；
所述姿态自主调节系统根据驾驶室倾角控制液压缸A和液压缸B伸缩以实现驾驶室倾斜角度的自主调节；
所述减振系统调节液压缸A和液压缸B的阻尼和刚度以实现驾驶室主动减振。
7.根据权利要求6所述的悬置装置的控制方法，其特征在于，所述姿态自主调节系统调节驾驶室倾斜角度的方法包括：
当判断驾驶室倾角小于等于角度控制阈值时，控制电控液压泵不工作；
当判断驾驶室倾角大于控制阈值，同时小于等于倾角设定值时，控制电控液压泵不工作；
当判断驾驶室倾角大于控制阈值，同时大于倾角设定值时，控制电控液压泵开始工作，使液压缸A和液压缸B伸缩降低驾驶室倾角，直至驾驶室倾角小于等于倾角设定值，控制电控液压泵停止工作，获得合理的驾驶室倾斜姿态。
8.根据权利要求6所述的悬置装置的控制方法，其特征在于，所述减振系统实现驾驶室主动减振的方法包括：
获取驾驶室行驶的加速度以及悬置装置的振动加速度信息作为输入；
当判断驾驶室行驶的加速度与悬置装置的振动加速度频率增大时，控制液压缸A和液压缸B减小刚度和阻尼；
当判断驾驶室行驶的加速度与悬置装置的振动加速度频率减小时，控制液压缸A和液压缸B增大刚度和阻尼。
9.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1~5任一项所述的悬置装置，所述悬置装置采用权利要求6~8任一项所述的控制方法进行控制。
10.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求1~5任一项所述的悬置装置，所述悬置装置采用权利要求6~8任一项所述的控制方法进行控制。
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