CN1146183A - 可独立进行俯仰和侧倾控制的液压悬架 - Google Patents

Abstract

一车辆油气悬架，包括4个双作用式缸杆(1，2，3，4)，每一缸杆位于在车辆各角部位分隔开的车轮之相应的各个车轮之间。第一管路(9，11)将前缸杆(1，2)的主腔(1a，2a)与对角方向的相对的后缸小腔(3b，4b)分别相连，并且，第二管路(10，12)将小腔(1b，2b)分别与对角方向的相对的缸杆(3a，4a)之主腔相连。负荷分配装置(13)具有两个圆形腔(13a，13b)，通过活塞分别将每个腔分成腔室(14，15)和(16，17)。管路(9a，10a，11a，12a)分别将管路(9，10，11，12)连接到腔室(14，16，17，15)。活塞由一弹性装置(20)相连，以提供相对的活塞运动，从而独立控制车辆的俯仰与侧倾运动。

Description

可独立进行俯仰和侧倾控制的液压悬架

本发明涉及车辆悬架系统的改进，尤其是涉及车辆受到路面不平度的影响时，其车体相对于路面配置的控制。

近来的趋势是采用带有可调阻尼和可变弹性系数的弹性悬架系统，以改善车辆的稳定性并减小车体相对于行驶路面的运动。

在车辆上已试用了若干被称为“主动”和“半主动”的悬架系统，这些系统包括根据流体压缩和/或排放原理而操作的系统，目前在采用这种系统时还带有泵，以将工作流体保持在所需的压力，并对其内流体的高速分配产生影响，而且还带有复杂的控制装置，以根据检测到的路面和/或车辆运行状况调节悬架系统的动作。这些公知的系统采用了泵和电子控制系统，这两者均在车辆运行时连续地工作，因此其制造和维护较为昂贵，并且需要较大的能量输入。从而使得其在车辆工业中具有局限性。

已公开的一件国际专利申请(国际公开号为WO93/01948，国际申请号为PCT/AU92/00362，申请日为1993年2月4日)披露了一种“被动式”车辆油气悬架系统。所公开的这一被动式悬架系统具有“主动”或“半主动”悬架系统的若干优点，避免了系统之复杂和昂贵，因而使其更适于汽车工业上的应用。

在上述专利所公开的悬架系统中，一前轮缸杆之上腔与对角方向的相对的后轮缸杆的下腔相互连接，而该前轮缸杆的下腔则与对角方向的相对的后轮缸杆的上腔相互连接。与此类似，另一前轮缸杆的相应腔与后轮缸杆的相应腔也同样地相互连接。这样就提供了两个独立的液压管路，每一管路包括一前轮缸杆和一沿对角方向相对的后轮缸杆。与相应的上腔和下腔相互连接的各个管路一般具有至少一个与之相连的传统的蓄能减振器。正如前述国际专利申请WO93/01948中所详细说明的那样，这两个管路内连于一压力平衡装置，该压力平衡装置用于使所述两个管路的压力大体上保持一致。

上述车辆悬架系统无需使用普通的弹簧(如螺旋弹簧、板簧、或扭杆弹簧)、传统的筒式伸缩减振器以及横向(侧倾或摇摆)稳定杆。

在其入口处带有减振阀的充气蓄能减振器可提供弹性力或缓冲力。当车辆在大部分车速下通过低幅度的路面时，装有蓄能减振器弹簧的传统的车辆可提供良好的行驶舒适性，这已为人所共知。然而，当没有采用侧倾或摇摆横向稳定杆时，这种充有气体以提供柔软的行驶平顺性的蓄能减振器亦会导致并且扩大所不希望的侧倾和俯仰运动。因此，大多数采用油气悬架的车辆一般都提供有由弹簧钢制成的侧倾或摇摆稳定杆，这些侧倾或摇摆稳定杆与每一车轴上的两个车轮机械地横向相互连接，从而限制侧倾运动而俯仰运动则未被限制。

在上述悬架系统中，(专利WO93/01948)，无需采用侧倾稳定杆就可通过油气方式抑制和控制侧倾运动，并且侧倾运动的抑制量为诸缸杆的腔径(对角方向相对的缸杆的孔腔的直径)相对于缸杆的直径的比值的函数，并与其行程以及悬架系统之各蓄能减振器中的气体量有关。

还应注意到，车轮的构造形式、安装位置及各零部件的设计可给一些元件较另一些元件带来机械优越性，从而提供例如，车辆前部较其后部合适的但大小不同的刚度，该刚度的大小可用来确定车辆转向时是不足转向还是过度转向。

在传统的车辆中，是通过侧倾或摇摆杆来抑制侧倾力，即通过横向安装的成形弹簧钢杆来抑制的，当车体发生侧倾时，所述的钢杆必须能产生扭转变形。相反，纵向平面内的俯仰运动通常只能通过悬架结构的布置被部分抑制，在这种悬架结构的布置中，通过适当地选择前后弹簧及阻尼系数就可避免弹簧共振，而无需对侧倾杆施加任何直接作用的机械当量。这是因为纵向的俯仰作用要小于横向的侧倾作用。

人们已了解到，前述公开的系统可提供足够的行驶平顺性、操纵稳定性以及在诸多机动状况下，如车轴咬合及单轮输入时，无论相关车轮的行驶位置如何，都能提供相对稳定的车轮负载，然而俯仰与侧倾大小控制取决于同样的元件，并且无论是在俯仰还是侧倾时，每一车轮相对于车体的有效线性刚度一般都相同。在轴距较长的车辆中，这会使车辆的俯仰性能相对于其侧倾性能要使其刚度变大。在轴距较短的车辆中，其俯仰和侧倾刚度的大小更加接近。由于大多数车辆其宽度比长度要窄，同时由于其它构造方面的影响，已得知，正如上面已指出的那样，控制侧倾比控制俯仰更困难。确实，当悬架系统被设计成能足以抑制侧倾运动时，其俯仰运动可能因此而被过分地抑制了。下面可进一步说明：

为了抑制因重心较高而产生的相对于相对较近设置的缸杆(横向)较大的侧倾力，需要提供在杆径及腔径上具有较大差距的缸杆。因此这就可能自动产生一不需要的俯仰阻抗或纵向的抑制，并且在某些工况下这可能会导致对行驶平顺性的影响。尤其是已发现，由于忽略了因车轴的咬合运动以及单轮输入而产生的对车体的影响，在单根车轴上产生双轮输入的路面(例如‘速度波峰’)或者正弦曲线形的路面，能够影响前述公开的悬架系统。一般地，当轴距约为沿路面方向的波长的一半时，就会发生上述现象。为了平稳地通过这种路面(不带来过大的俯仰运动)，需要使两根车轴的运动相互独立，然而，前述公开的内联式油气悬架系统将这些运动表现为高速俯仰运动，并且将其看作不希望的俯仰运动而对其加以抑制。当车辆通过连续的波峰或波谷时，造成逐步增大的不适当的共振响应。这种高速俯仰阻抗及过度的抑制对其本身会带来不适当的俯仰影响，增加了不舒适感。

因此，本发明的目的是提供一种车辆悬架系统，它能在车辆的俯仰和侧倾控制方面能提供最佳的关系。

车辆悬架系统具有若干横向和纵向隔开布置的车轮，用于支撑车体，该悬架系统包括布置于各车轮与车体间的单独的缸杆装置，每一缸杆装置包括一缸筒、一活塞以及一缸杆，

一个第一和第二平衡装置，每一平衡装置具有两个腔，通过传力装置将这些腔分开，并且所述的传力装置可从根据相应的各个腔中的压力状况移动，

每一平衡装置的上述传力装置可控制地相互连接，用于传递(或转换)力，以在两传力装置间达到平衡状态；

每一平衡装置的两个腔包括一邻近于互连装置(管路)的内腔和一相对的外腔；

每一平衡装置的内腔分别与车辆一端的缸杆装置流体连接，而每一平衡装置的外腔则与车体相对的另一端的缸杆装置分别流体连接，从而使第一平衡装置的两个腔与车体一侧的缸杆装置流体连接，第二平衡装置的两个腔与车体相对的另一侧的缸杆装置流体连接；

在上述传力装置之间所采用所述的互连装置来传递所述的力，并且在所述的传力装置之间允许有相对运动，以在车体之俯仰方向相对于其侧倾方向提供附加的弹力。

上述悬架系统具有在车辆行驶时能使所有的车轮基本上保持与路面附着接触的能力，尤其是在极端的不规则路面上，如越野行驶时。此外，通过流体系统来控制任何两个纵向邻近或横向邻近的车轮相对于车辆的同时产生的单向运动，可有效地控制车辆的俯仰与侧倾振动。通过各个缸杆中的压力状况来使所有车轮保持与路面的附着接触，而俯仰和侧倾控制是通过各缸杆之间以及各缸杆与平衡装置之间流体的运动和流体的压力来进行的。

第一和第二平衡装置最好包括第一和第二控制腔，通过相应的可移动的壁将各个控制腔分成两个腔室。第一控制腔的两个腔室分别与车辆一侧的前后车轮上的缸杆连接，而第二控制腔的腔室则分别与车辆的相对另一侧的前后车轮的流体缸筒连接。还设置有与所述的可移动壁相互连接的传力装置，用于在可移动壁和各个控制腔之间传递力，以在其间达到一平衡状态。传力装置之间的互连装置也包括有弹性装置，用于在可移动的壁之间传递所述的力并允许有相对运动，以在作用于各个可移动的壁的净力之间达到平衡。

所设置的该弹性装置配置成能传递拉力和压力。所述的弹性装置最好为金属弹簧或气体弹簧或者是由弹性材料制成的元件，如橡胶件或塑料件。

通常，一个或每个可移动的壁能采用可弹性变形的形式，从而使流体占据的控制腔的总容积可根据各个腔的两个腔室中的压力而变化。让每一可移动壁包括一弹性装置，加之与每一可移动壁相互连接的弹性装置，可分别并且独立地调节车辆的俯仰和侧倾特性。

这种液压缸杆可以采用双作用式，也可采用单作用式。无论采用哪种方式，对车辆提供支持的缸杆的诸腔都与平衡装置相连。如果平衡装置用于抑制车辆的横向侧倾、同时仍能允许有一定的俯仰弹性，则第一平衡装置的诸腔与车辆纵向一侧各车轮的流体腔连接，而第二平衡装置的诸腔则与车辆另一侧车轮的诸流体腔连接。

如果车辆的俯仰运动是需要抑制的主要因素，同时还允许绕侧倾轴具有某些附加的弹性，则前轮的流体缸筒与第一平衡腔相连，而后轮的流体缸筒则与第二平衡腔相连。

人们将会了解到，在各个控制腔中设置与可移动壁相互连接的弹性装置，可使一个壁之至少一部分的移动由其间的弹性装置吸收，从而可向另一可移动壁传递大小不同的移动量。该弹性装置可弹性地伸张或压缩，因此各个可移动壁的移动量的差别可增大或减少。各个可移动壁的移动量的这一差别的作用在于：根据车辆一根车轴上两个车轮在同一方向的急剧或快速运动，给其它车轮传递更小的移动量，从而降低前述不希望的俯仰控制特性，或者甚至对其产生相反的作用。当可移动壁或件上设置有弹性装置时，这就意味着可省略诸如蓄能减振器之类的其它形式的弹性装置。

车辆悬架具有一承载车体，和一对前接地轮以及一对后接地轮，这些车轮连于承载车体上，用于支承所述的承载车体，并且每一车轮相对于车体在大体上为垂直的方向可移动，该悬架系统包括联接于每一车轮和车体之间的双作用式缸杆，每一缸杆包括第一和第二充有流体的腔，这些腔的容积可根据各个车轮与车体间的相对垂直运动而变化。每一前轮缸杆通过相应的一对流体连接管路与对角方向相对的后轮相连，上述流体连接管路中的第一管路将前轮缸杆的第一腔与后轮缸杆的第二腔相连，而第二管路则将前轮缸杆的第二腔与后轮缸杆的第一腔相连。因而，每一对管路以及互相连接的前后缸杆构成了一相应的封闭的管路，由此形成第一和第二封闭的管路，并且在该第一和第二封闭的管路之间设置有一压力分配装置，用于在所述的封闭的管路之间基本上取得压力平衡，该压力分配装置包括两个初级压力腔，通过活塞装置将每一初级压力腔分成两个次级压力腔，所述初级压力腔中的活塞装置被可操作地联接在其中，以传递其间的运动，并且允许受控制的独立运动来改变所述活塞装置在该初级压力腔中的相对位置，所述的受控制的独立运动保持了所述的大体上的压力平衡，并允许有附加的受控制的俯仰弹性。

下面结合附图，通过对车辆悬架系统若干各种实施方式的描述，本发明将更加清楚。

附图中，

图1为悬架系统的示意图。

图2为图1所示悬架系统中所用的负荷分配装置的放大的示意图。

图3～7示出了可用于图1所示悬架系统中负荷分配装置的各种变化形式。

图8和图9为采用具有单作用式液压缸杆来支承车体悬架的车辆的示意图。

图10为具有另一可供选择的负荷分配装置的悬架的示意图。

图11为图1所示具有一负荷分配锁定布置的悬架系统的示意图。

现参照图1，在车体/底盘(未示出)与车轮总成(未示出)之间设置有4个液压缸或缸杆1、2、3及4，因而每一车轮可相对于底盘运动，使缸杆受到压缩或伸张。

如图1所示，缸杆1连于前左轮，而缸杆2则类似地连于前右轮。缸杆3与后右侧车轮相连，而缸杆4则设置于后左轮与底盘之间。因而车辆的前方指向纸的顶端。

举例来说，图中示出了4个油气弹簧(或称为蓄能减振器弹簧)5、6、7、8，并使蓄能减振器5与前左轮相连，蓄能减振器8则与后左轮相连。每一蓄能减振器的部分或腔室5a、6a、7a、8a中充有气体，而充有液压油的部分5b、6b、7b、8b则与气室5a、6a、7a、8a相连。通过一柔性隔膜或浮动活塞将油室与气室分开。减振器的阀5c、6c、7c、8c最好设置在蓄能减振器5、6、7、8的入口处。

当使用双作用式缸杆时，它们一般被分成两个交互腔，包括一大腔1a、2a、3a、4a和一小腔1b、2b、3b、4b，小腔内设有活塞杆。

通过管子或管路9将上大腔1a和对角方向相对车轮的下小腔3b相连，而通过管子10将该车轮的上腔3a和第一腔的下腔1b相连。因此，这些管子构成了一对流体管路，该流体管路将一对对角方向相对车轮的上下腔室相互连接，反之亦然。分别通过管路11和管路12，使另一对对角方向相对车轮上的腔室2a与4b相连、4a与2b相连。

可在任何适用的位置(中间)以任意合适的方式设置一个作为负荷分配装置13的元件。

申请人在在先专利WO93/01948中描述了一种早期形式的负荷分配装置，其结构大体上为由一固定的壁将圆筒形缸分隔开，并且在每一腔室中具有一可移动的活塞。

前面提出的结构中，其两个活塞是通过一杆直接相连，所述的杆穿过缸的全长，因此这两个活塞可以一起移动，使两个腔室同时扩大，而另两个腔室则随之同时变小。已发现，在某些情况下，这种设计会带来一些固有的问题，如下所述：

在前述公开的结构中，活塞和活塞杆总成不能随两个垂直的车轮的输入(如并列的速度波峰上的运动)而移动。负荷分配装置的腔室按顺序与各车轮液压相连，从而使由两个车轮垂直输入而产生的流体压力及流体容积的变化相反，以防止活塞在负荷分配装置中移动。原先提出的系统专门用于只允许负荷分配装置中的活塞与活塞杆响应于对角方向的车轴咬合移动，这样就导致该负荷分配装置中流体压力与容量的变化，以保证四个车轮中的每个车轮承受最佳的重量，而不管这些车轮的行驶位置如何。

作为限制活塞与活塞杆总成响应于两个相互垂直的车轮输入的移动的结果，悬架的俯仰运动在某些特定条件下会更显著。

例如，当前车轮对遇到一障碍，诸如沿路宽的一速度波峰时，流体首先从两个前轮缸杆的顶腔中排出，并且通过阻尼阀使这些流体中的一部分被压入相连的蓄能式减振器中。通常，这些阻尼阀产生的阻力越大，被压入相连的液压系统中其它部件内流体的容量就越多，并且必然地一些流体会进入对角方向相对的下腔中。

流体容量从前缸杆进入后缸杆的下腔中的传输，迫使相应的活塞上移，从而使两个后缸杆受压缩，这样又会使车辆后部下移。当后轮对遇到相同的速度波峰时，该过程在某些频率时的滞后会引起车辆后部持续下移或下蹲，而且这会导致快速的俯仰振动响应，因为在车辆后部需要一非常快的方向改变。作用于后轴上车轮的附加冲击亦会进一步压缩后缸杆，而且这又会压缩相连蓄能式减振器中的气体。

当后轮离开速度波峰的下侧时，由前后车轮快速的连续输入而引起的后蓄能式减振器气室中气体的累积压缩可使其膨胀，并且因而使流体从后蓄能式减振器的流体腔中流出。这可使后缸杆充分地伸长，使车辆后部升起至重新获得正常的行驶平顺性所需的高度以上。如果在车辆调整好前，车前轮接着遇到更多的路面波峰，则会发生共振响应，并且当进行快速的车辆换向时，该共振响应会扩大。

这些运动至少可由蓄能式减振器入口处的阻尼器以及管路中的节流器部分地抑制。尽管如此，例如根据轴距、波峰间的距离(波长)、速度、阻尼系数、弹性系数以及缸杆相对于车轮布置的位置，会产生相对于恶劣路面的不舒适响应的各种变化。

根据本发明的负荷分配装置13，它提供了弹性，以减小/抑制高频低幅输入，并且也分别地提供某些附加的俯仰或侧倾运动弹性。该负荷分配装置13在结构上与上述具有四个腔室的装置有相似性。但是，前述说明中的一活塞杆由两根活塞杆取代，并通过一弹性缓冲器将这两根活塞杆相互连接起来。图1～11示出了各种不同结构的负荷分配装置13，它们基本上都被分成两个缸筒部分13a、13b，每一缸筒部分分别包括两个交互的容腔14、15、16、17。每一图中，相应的元部件使用相同的参考标号。

图1和2中，负荷分配装置13有四个分别与支管线9a、12a、10a、11a流体连通的主腔14、15、16、17，而这些支管线9a、12a、10a、11a分别通过管路9、12、10、11与缸杆1a、3b；4a、2b以及3a、1b；2a、4b流体相连。

缸筒部分13a中的腔室14和15在其内相互作用，如另一缸筒部分13b中的腔室16和17那样。每一缸筒部分13a、13b支持着一活塞总成18、19，每一活塞总成具有一活塞18d、19d，一外活塞杆部分18a、19a以及一内活塞杆部分18b、19b。这两个外活塞杆部分18a、19a一般是在每个缸筒两端之腔室外侧收尾，以使活塞可相对于缸筒自由地移动。

在通常是相互面对着的内活塞杆部分18b、19b的端部可设置任何传统的连接装置，例如在杆端由18c和19c表示的盘式接头。

在相对的活塞杆总成之间设有一弹性件或缓冲器20，以在压缩或拉伸或者这两种状况下提供弹性。在图2所示的实施例中，该弹性件20可包括一橡胶部分，该橡胶部分被连于或粘于图2中的盘18c和19c上。

因此，由一对交互腔室(例如缸筒部分13a的腔室14、15)内流体压力和容量的变化而产生的任何移动通过杆18和弹性件20以及杆19间接地传递给负荷分配装置13的另一缸筒部分13b，并因而进入另一对腔室16、17中。在两个缸筒之间间接的连接/耦合的目的可描述如下：

由图1(结合图2)可看出，与前轮相连的缸杆之上腔1a、2a与负荷分配装置13的相对的缸筒部分之腔室14和17流体相连。如果两个前轮同时遇到一障碍(如一速度波峰)，流体将由上腔1a和2a中排出。

一些流体将通过阻尼阀5c和6c首先进入最近的蓄能式减振器5和6中，而一些流体则可能被分配到后缸杆及控制装置中。在增大的压力下一些流体将进入与缸杆1和2的上前腔相连的支管线9a和11a中。然后这些流体进入分配装置相对端的腔室14和17中，并使这些腔室扩大。当这些腔室容积扩大时，两个活塞与活塞杆总成18、19被迫相向滑动，这样就压缩设置在两个缸筒部分13a和13b之间的弹性件20。

当两个活塞总成18、19被迫相互相向移动时，腔室15、16(其分别与腔室18、19是交互式的)的容积逐步减小，将流体排向支管线12a、10a，进入管路12和10，并以较高压力的流体进入缸筒腔室2b、4a和1b、3a中。这样通过使在缸杆1和2上活塞往上推，具有进一步缓解作用于前轴之速度波峰的冲击的功能，并且更重要的是，它可向后缸杆中的顶腔3a、4a提供流体，以使车辆的后部升起，因为当后轮遇到同样的速度波峰时，缸杆已预先伸长。

因此应当注意到，与前述推荐的结构相比，弹性件20可大大缓解车辆纵向平面内有害的俯仰振动响应，并且随之减弱了俯仰振动的强度，有助于使共振的俯仰运动稳定。

还应当理解，当图1和图2所述的结构改变和减弱俯仰运动时，它并不会影响侧倾刚度。然而，当需要使侧倾刚度降低而不是使俯仰刚度降低时，只需交换支管线，使之连于负荷分配装置的合适的不同腔室即可。

在负荷分配装置内设置弹性件20的另一优点在于可保证车辆的整体柔软性和舒适性，而不会影响其侧倾稳定性。也可以在需要时减小蓄能式减振器中的气体量，以增大侧倾刚度而不影响舒适性程度。另外，当更大的重量作用于车辆上时，蓄能式减振器内的气体进一步受到压缩，而侧倾刚度却不降低，从而有效地减轻了侧倾运动。

然而，设置一弹性件例如橡胶件20，可在当出现非常小的车轴咬合运动时，在车轮间提供某些动力隔断。由于仅当以非常低的速度行驶，例如越野行驶时，才出现较大的车轴咬合运动，结果是很少有作用于弹性体20上的压力峰值，该压力峰值引起动力隔断，因此在低速咬合运动时，这种动力隔断是不显著的。

弹性件20的柔软度应当使当产生一个或较慢的对角方向相对的车轮输入时，例如当发生车轴咬合时，两活塞总成18、19基本上相互随动(即相互推和拉，而在这两个活塞总成18、19之间不存在更多的运动上的差异或损失)，但是当同一轴上的两个车轮同时遇到一突然的波峰或波谷时，该弹性件不应当太硬，使之不易变形，以保证对有害的俯仰运动产生滞后的响应。

实际上，当需要某些刚度时，两个车轮(受到)高速输入时的压力峰值要远大于低速咬合时的压力峰值，因此在选择弹性装置20时，具有某些选择余地。本文中弹性件可由任意合适的阻尼装置随意地代替，只要其能类似地延迟当在轴间没有设置一弹性件，例如弹簧时从一根轴向另一根轴传递力和运动即可。

在图3～7中，弹性装置表示为不同的形式，例如橡胶块或人造橡胶快、螺旋弹簧、气体减振器形式等。应当明白，在本发明的范围内，也可等效地采用盘形弹簧和其它弹性装置，并且该弹簧装置仅用作使元部件复位到其正确的相对位置。

在此可以理解，负荷分配装置13的两个缸筒部分13a、13b相互机械地连接，从而使其活塞总成18、19间的相对运动不会引起其缸筒外壳也移动。标记为21a、26b的连接板分别表示将两个缸筒部分13a和13b连于底盘上的连接装置。

弹性装置20通常根据哪一流体管路被连接于哪一腔室，或者是处于压缩状态，或者是处于拉伸状态，这与任何时刻车辆最重的那一端(或侧)有关，同时也与缸杆1、2、3、4之缸筒及杆的相对大小有关，这些缸筒及杆确定出有关的系统压力，因此必须相应地设计整个元部件，以使弹性件20具有合适的弹性系数或刚度/硬度系数，来补偿(平衡)任何侧倾和/或所需的重量变化。

值得注意的是，由于弹性件20通常是某种弹簧，而在负荷分配装置中设置阻尼件来降低该装置中所不希望的弹性共振是有益的。这种阻尼装置可设计成负荷分配装置中作为该装置本体的一整体部件。另外，一阻尼器(例如图2中标记为22的筒式减振器)的两端可连于两杆端(如18a和19a)，从而使阻尼器随着由两个垂直的车轮输入而不是由对角方向的两个车轮输入例如当出现咬合时所产生的任何运动而被拉伸或压缩。这就进一步确保了仅在需要时才产生阻尼衰减，并且在车轴咬合时通过阻尼器使摩擦阻力最小。这一点很重要，这会在车轴咬合时，产生最平顺的路面压力，而当车轮连续地遭受平行的障碍冲击时，产生附加的阻尼。

该阻尼装置应被当成一种重要的可选元件，因为它可在悬架系统中进行特定功能的调节。该阻尼器也可用于延迟前后车轴间的响应与干扰，从而在路面不平度的波长等于轴距时使这样的共振频率下的输入不至于影响车辆的平稳行驶。阻尼器亦可采取在管路里设置节流器9b、9c、12b、12c、11b、11c、10b、10c这种形式(最好为可变式)，这些节流器用于各个元件的独立调节。例如，当采用这种节流器一阻尼器9b、10b、11b、12b时，限制流体与下腔1b、2b、3b、4b相连，从而使负荷分配装置13的弹性效果最大。相反，当主要采用阻尼器9c、10c、11c、12c时，可防止流体从缸杆到负荷分配装置间的自由流通，并且可促使流体作用于下缸杆腔室1b、2b、3b、4b，以得到完全不同的结果。通过调节节流器9b、10b、11b、12b相对于节流器9c、10c、11c、12c所产生节流阻力间的平衡，可提供用对作用于车辆的整个阻尼力的适当地调节功能。通过精心地选择管路的尺寸来提供适当的摩擦阻力，以获得类似的阻尼衰减响应这种方法，同样可完成上述那种调节功能。

图3为另一种组成负荷分配装置13的不同方法。该实施例中，两个缸筒部分13a、13b是通过弹性装置20a间接地相连，该弹性装置20a可包括一固定于杆部19b取代图2中的盘19c的缸筒部分19c。在该缸筒部分之面向另一杆的那一端设有一孔，使相对的杆部18b可方便地穿过该孔。

相对的杆部分18b的一端穿过孔进入缸筒19c内，使设置于该端的一盘18c位于腔内并朝向缸筒19c的中央。在盘18c的任一侧具有一弹性装置，例如一螺旋弹簧或盘形弹簧或橡胶块，标记为18e、19e。另外盘或活塞18c的任一侧之腔室内可充入气体以提供一空气弹簧，用于使活塞18c间接地设置于缸筒19d内。

弹性装置例如20a相对于20的优点之一是这两个弹性件相对于悬架系统中的其它元件可分别以不同的方式构成，以便使之最适合于满足所需的用作拉伸或压缩件的功能。

弹性件20a亦可由一减振器(阻尼装置)构成，只要在缸筒元件内或外设置一个或两个同轴的螺旋弹簧即可。

图4示出了图2中中央弹性件20的另一种不同方式。这种方式与图2所示方式的弹性件20的区别在于：无论两个部分缸18c和19c是相互分离还是相互靠近，这两个部分缸18c和19c之间的弹性件20总是处于压缩状态。由于弹性件是处于压缩状态，因此就省去了图2之实施例中需要将橡胶块粘于端盘18c和19c上这一机械问题。

图5示出了一种充气形式的弹性件。一般地两个杆端18c、19c构成可在缸腔21内承受密封的活塞，该缸腔21是缸筒部分13a、13b的延伸。如图所示，这两个活塞将缸21分成三个小腔室21a、21b、21c。

在中央腔21a两侧的腔室21b和21c通过管路21c相互连接，从而使这两个腔保持基本上为同一压力，同时保持容量上互补。其目的是防止产生影响中央活塞18c、19c的偏压，从而防止在平顺的车轮输入时发生车轴咬合。

还设有两个充气阀22a、22b，阀22a可使腔室21a充气到一适当的压力，以防止由于车辆前部重量超过后部重量而产生的压力偏差，而阀22b使腔室21b和21c同时充气，以产生足够的弹性，在当车辆发生俯仰运动而使其后部可能更重时，用来保持车辆的高度。

图6为中央弹性装置的另一种形式，并表示另一种充气的弹性装置。

该实施例中，两缸筒部分13a和13b并列地设置，使其端部18c、19c不是相互面对，而是朝向同一方向。中央缸筒腔21被分隔开，使其一部分邻近于缸筒部分13a，并在其中装配有活塞18c，缸筒21的另一部分邻近于另一缸筒部分13b，其中设置有活塞19c。

如图6所示，腔21b和21c由管路21d连接，从而使腔21b、21c保持基本上相同的压力。当腔21a被分成两个部分21a(i)和21a(ii)时，它们通过管路21e被类似地相连。

图6所示方式的功能与图5所示的相同，而图6方式的优点在于负荷分配装置13的总长可降低，从而便于包装。

图7a和7b示出了另一种形式的负荷分配装置，其两个缸部分13a和13b并列设置。然而在这种形式中，是通过下述方法用橡胶块或螺旋弹簧来代替弹性空气弹簧腔。

图7a表示一类似于图6的方式的主视图。图7b为图7a之右视图，并且是为清楚起见。

内活塞杆部分18b、19b被延长到点18d、19d。在沿着该伸长的杆部分的长度上具有某些点18c、19c，其功能等效于其它图中标记为18c和19c的元件。在这些图中，18c和19c一般包括滑动地安装于杆18b、19b上的盘。从这些两个盘的每一个的相对侧伸出有两个套筒或小杆，其上带有4个臂18e、19e。这些臂再相似地相同柔性连接于公共摆杆23的点18f和19f，该公共摆杆23转动地安装在用于固定负荷分配装置13本体之其余部分的那个部件上。盘和套筒装置18c、19c相互机械地交互安装，从而使如果其中一个构件上移，则另一个构件下移。

例如，弹性件24a和24b功能上类似于图3中的弹性装置18d、19d或图6中的空气弹簧21a(i)和21a(ii)以及21b和21c。在图7所示实施例中，弹性装置24a和24b可以是绕杆18b和19b同轴地设置的橡胶块或人造橡胶块，并被夹持于标记为25a和25b的端部止动器之间，通过图示任何适当的装置，以防止橡胶块从杆上滑脱。

因此，如果车辆一车轴上的车轮受到速度波峰的冲击，两杆部分18a和19a都将被推下(相对于图)，从而使两套橡胶块24a在盘25a和18c、19c间受到压缩，而另外的橡胶块24b则允许其拉伸。因此两个前轮的冲击将由橡胶块24a承受一部分，而且同时作用于后轮的类似冲击将使橡胶块24b受到压缩，以承受一些冲击。

然而，如果在车轴咬合中，仅在对角方向的相对车轮上受到冲击，这4个橡胶快将保持大体上不发生变形，虽然一个活塞杆可能会伸张，而另一活塞杆则可能会在相对的方向受到压缩。在这种方式中，在对角方向的车轮运动中，由于可通过弹性装置24部分地克服两个正交的车轮输入，并且由于可通过液压阻滞作用于其它两个正交设置的车轮上的侧倾力，因此负荷分配可保持最优。

再参照附图1，在沿每一管路的长度上的某些点可有选择地设置一固定的或可调的阀，以改变流过管路之流体阻力。这些阀标记为9b、10b、11b、12b，并且一般是设置在小缸腔和支管线9a、10a、11a、12a之间，而支管线9a、10a、11a、12a还可进一步包括沿其长度设置的节流器9c、10c、11c、12c。通常在操作中，这些阀可使大容量的流体以低速流动(如在车轴咬合时)，而这些阀却限制小容量的流体以高速流动，当车轮受到速度波峰冲击时，流体通常会高速流动，并且这会影响车辆的平顺行驶。

另外还发现，考虑到装配方面的原因，往往宁愿在车轮拱板区设置尽可能少的蓄能式减振器，相应地此在每一液压管路中仅设置一个蓄能式减振器，尽管通过在下腔1b、2b、3b、4b附近设置第二个小的蓄能式减振器可获得更好的平顺性。此外，对于图1～7所示的布置形式(作为在负荷分配装置13中设置弹性装置的直接结果，是可以有附加的俯仰弹性)，发现在与液压缸之下相连的蓄能式减振器中一般仅需小容量的气体。

图8是本发明应用于车辆中的说明图，与图1所示的双作用式缸杆不同，此处的液压缸杆1、2、3和4为单作用式缸杆。作为单作用式缸杆的结果，每一管路9、10、11和12仅分别将缸杆的上腔1a、2a、3a、4a与负荷分配装置13之相应腔室14、15、16、17相连。因此，可省去与液压缸杆之下腔3b、1b、4b以及2b相连的管路部分。

可通过在管路9、10、11及12之剩余部分设置节流器9b、10b、11b、12b来进一步调节悬架特性。在“半主动”悬架系统的开发中，可安装可调节流器。

图8还示出了一种进一步修改的负荷分配装置13，该装置可选择设置于图1所示的方案中。图8中的外杆部分18a和19a的直径与内杆部分18b及19b的直径不同。这对于为平衡从前至后不同的系统压力而在活塞的两侧产生不同的面积是必要的，这种从前至后的系统压力是由于例如不平衡的车辆重量分配造成的。根据偏差的方向，外杆部分的直径可比内杆部分的直径大或者小，而这种(压力)偏差的方向则取决于将管路连接于负荷分配装置的连接次序。

图9示出了与图8所示相同的管路配置，其不同之处仅限于负荷分配装置13。虽然图8中，外杆部分18a和19a与内杆部分18b和19b的直径不同，但如果需要，基于同样的推理，可完全省去外杆部分18a和19a。根据车辆重量的分配，可能需要如下所述地改变管路连接于负荷分配装置的次序。

此外，通过将图2中的活塞18和19更换成如图2中的弹性件20基本上相同结构方式所构成的活塞，图9对图1和图2所示的负荷分配装置13进行了修改。图2中将弹性件20夹持于其中的相同的盘部分18c和19c，用作在腔13a和13b中往复运动的活塞，其具有中央弹性部分，可在当一个车轮受到一突然的冲击载荷时，在这两个活塞部分直接提供一些有限的弹性运动，其作用方式与前述参照图1和图2描述的负荷分配装置20的相同。采用图8和图9所示的结构，也会产生侧倾运动，使侧倾刚度降低。

图10示出了一种更优的负荷分配装置13的变化形式。除了前述形式的分配装置13中的腔室14、15、16、17外，还通过一中央腔35将两个活塞总成18和19分开，其中，中央腔35中充有可压缩的气体或流体。一蓄能式减振器38与该中央腔35相连，通过充于中央腔35中的气体或流体，可阻滞活塞总成18和19相向移动。外杆部分18a、19a的直径大于内杆部分18b、19b的直径，并且分别装置于外腔33、34内。这些外腔通过一管路36相连，在该管路36上还设置有一蓄能式减振器37。在外腔33、34以及管路36中充有流体，通过其中的流体阻滞活塞总成18、19相互分开地移动。

这一负荷分配装置13具有控制俯仰振动以及调节车辆负荷大的变化的能力。例如，如果在车后作用一大的载荷，则会由于内腔15、16内流体压力及容积的增大而使负荷分配装置13的活塞总成18、19进一步分开。为了平衡来自于内腔15、16的增大的负荷，可通过一泵40或其它装置向外腔33、34内输入附加的流体，以增大作用于外杆部分18a、19a端部的压力，从而使活塞18、19克服车辆增大的负荷，复位到其合适的操作位置。相反，当活塞总成靠得太近时，可能需要将外腔33、34中的流体排出到一油箱41内，用于补偿车辆卸载或车辆前部增加的负荷。也可从中央腔35泵入或排出流体，以控制活塞总成18、19的位置。将活塞总成18、19复位到其合适的工作位置，要允许有更大的活塞总成移动的间隙，从而防止对活塞18、19在其相应的缸筒部分内的运动造成阻滞。因此，对于中央腔35内一设定的压力(理论上是通过使用压力调节阀来取得)，可控制负荷分配装置13以平衡车辆负荷的变化。

为了控制流入或流出负荷分配装置13的流体的流动，需设置一负荷分配装置位置传感器(最好是一霍尔效应传感器)，以确定每个活塞18、19的位置。为了取得所述活塞的准确位置，通过一电子控制装置对负荷分配装置位置传感的信号进行求平均，以通过向外腔33、34输入流体或从其中排出流体来在活塞18、19间获得所需的初始间距。

这种负荷分配装置的更详细的情况公开于申请人的国际申请NO.PCT/AU94/00646中，这些详细描述在此用作参考。

如上所指出，本发明所述的悬架系统有助于在车辆通过速度波峰或其它障碍时，减小其俯仰振动。然而，最好能保持车辆后部的高度在较高的位置，直到后轮压过速度波峰之前以及当后轮驶过该波峰时，使后轮缸杆回复。这更加有助于当车辆驶过波峰或其它障碍时，降低其俯仰运动。

为此，在负荷分配装置13的一个或两个蓄能式减振器37、38的入口处，设置有一快速作用阀42，例如一电磁阀。该阀42例如可设置在图10所示的中央腔35之蓄能式减振器38的入口处。由于当前轮遇到一波峰时，气体或流体进入蓄能式减振器38中，并且流体从前缸杆1、2的顶腔1a、2a中排出进入负荷分配装置13中，电磁阀42可暂时关闭蓄能式减振器38，从而存储压力气体或流体。一电子控制装置可确定何时后轮驶过波峰，并且还具有当后轮驶过该波峰时，使后缸杆3、4回复的功能，从而使车辆的俯仰运动进一步减小对后轴的输入。

图11示出了图1所示的已改成结合有一“负荷分配锁止”配置的悬架系统。

申请人的悬架系统有助于允许有较大的车轴咬合而不至于显著地影响每个车轮对路面的正常的反作用力，从而使车辆在粗糙路面上具有与在平坦路面上相近的牵引性能。名词“咬合”是指对角方向配置的车轮在同一方向上的运动。此外，当无需采用侧倾稳定杆的车辆转向时，这些系统可抵抗并从而限制此时产生的车体侧倾运动。

已得知在装有上述悬架系统的车辆中，在极端状况下，例如当车辆高速转向同时紧急制动或迅即加速时，会导致车辆负荷较轻的车轮完全抬离路面。尽管这并不会必然影响车辆的整体稳定性，但车辆的一个车轮的抬起会令人烦乱。

这种负荷分配锁止配置包括设置于至少一个分管路9a、10a、11a、12a上的至少一个“锁止”阀30a、30b。在图11所示的配置中，阀30a、30b分别设置于与负荷分配装置13的外腔14、17相连的分管路9a、11a内。

当阀30a、30b启动而关闭分管路内流体的流动时，这会用于使悬架系统停止起作用，从而限制或防止悬架系统内的咬合。在上面指出的极端的行驶状况下，这会抑制或使车轮的上抬最小。可通过安装在车辆上的一传感器装置来检测这些行驶状况，该传感器装置用于启动阀30a、30b。

所述传感器装置可包括一加速度传感器。作为替代或者附加，这种传感器装置可包括一车速传感器。当同时检测到车辆的横向与纵向加速度超过可编程的预设值时，所述的传感器装置可向控制装置提供一信号，由此使控制装置启动锁止装置。当来自于车速传感器的信号表明车速超过一预定值时，该控制装置可只启动所述的锁止装置。这就可防止在车辆通过粗糙路面时启动该锁止装置。

应当注意到该传感器装置可包括若干不同类型的传感器，只要控制装置可根据所测得的输入信号对作用于车辆的横向和纵向加速能作出正确的反应即可。例如，该传感器装置可选择地包括车速、转向角、节气门位置以及制动踏板位置传感器。通过在图9所示的负荷分配装置13中采用弹性件20来替代活塞，有可能使在悬架系统中无需采用蓄能式减振器5、6、7、8。本发明所述的悬架系统的任一实施例大体上都是这种情形。

本发明所述的负荷分配装置在车辆的俯仰方向给悬架提供附加的弹性，而不至于增大车辆侧倾方向的柔性。这对于当前轮遭受一速度波峰冲击或其它障碍时，使前轮与后轮实际上能“消除”其相互影响是有益的，从而使后轮不会因为前轮在上述状况下的这种运动而受到明显的影响。这就使得车辆的俯仰运动不太强而且带来较柔和的行驶平顺性。

Claims (25)

1.一车辆悬架系统，具有若干横向和纵向隔开布置的车轮，用于支撑车体，该悬架系统包括布置于各车轮与车体间的单个的缸杆装置，每一缸杆装置包括一缸筒、一活塞以及一缸杆，

第一和第二平衡装置，每一平衡装置具有两个腔，通过传力装置将这些腔分开，并且所述的传力装置可从根据相应的各个腔中的压力状况移动，

每一平衡装置的上述传力装置可控制地相互连接，用于传递力，以在两传力装置间达到平衡状态；

每一平衡装置的两个腔包括一邻近于互连装置(管路)的内腔和一相对的外腔；

每一平衡装置的内腔分别与车辆一端的缸杆装置流体连接，而每一平衡装置的外腔则与车体相对的另一端的缸杆装置分别流体连接，从而使第一平衡装置的两个腔与车体一侧的缸杆装置流体连接，第二平衡装置的两个腔与车体相对的另一侧的缸杆装置流体连接；

在上述传力装置之间所采用的所述的互连装置，用于传递所述的力，并且在所述的传力装置之间允许有相对运动，以在车体之俯仰方向相对于其侧倾方向提供附加的弹力。

2.如权利要求1所述的悬架系统，其特征在于：所述的传力装置可控制地相互连接，以通过可压缩流体来实现这种传力。

3.如权利要求1所述的悬架系统，其特征在于：所述的传力装置可控制地相互连接，以通过一可弹性压缩装置来实现这种传力。

4.如权利要求1～3之任一项所述的悬架系统，其特征在于：它还包括一阻尼装置，用于阻滞所述传力装置的运动。

5.如权利要求1～4之任一项所述的悬架系统，其特征在于：所述的传力装置可根据所述的压力状况弹性地调节所述传力装置的位移值。

6.如权利要求1～4之任一项所述的悬架系统，其特征在于：每一个所述的第一和第二平衡装置都包括由一活塞分隔成两个所述腔室的主腔，每一所述的活塞构成所述的传力装置，所述的活塞通过弹性装置相互连接，由此使活塞间的有效距离可变。

7.一车辆悬架，具有一承载车体，和一对前接地轮以及一对后接地轮，这些车轮连于车体上，用于支承所述的车体，并且每一车轮相对于车体在大体上为垂直的方向可移动，该悬架系统包括联接于每一车轮和车体之间的双作用式缸杆，每一缸杆包括第一和第二充有流体的腔，这些腔的容积可根据各个车轮与车体间的相对垂直运动而变化，每一前轮缸杆通过相应的一对流体连接管路与对角方向的相对的后轮相连，上述流体连接管路中的第一管路将前轮缸杆的第一腔与后轮缸杆的第二腔相连，而第二管路则将前轮缸杆的第二腔与后轮缸杆的第一腔相连，因而，每一对管路以及互相连接的前后缸杆构成了一相应的封闭的管路，由此形成第一和第二封闭的管路，并且在该第一和第二封闭的管路之间设置有一压力分配装置，用于在所述的封闭的管路之间基本上取得压力平衡，该压力分配装置包括两个初级压力腔，通过活塞装置将每一初级压力腔分成两个次级压力腔，所述初级压力腔中的活塞装置被可操作地内联于其中，以传递其间的运动，并且允许受控制的独立的运动来改变所述活塞装置在该初级压力腔的相对位置，从而在车体俯仰方向相对于其侧倾方向提供附加的弹性。

8.如权利要求7所述的悬架系统，其特征在于：所述的次级腔室包括一邻近于所述互连装置的内腔和一相对的外腔，该外腔分别与每一所述的封闭管路的第一管路相连，内腔则分别与每一所述管路的第二管路相连，一所述初级压力腔的两个初级腔室分别与车体一侧的缸杆连接，另一所述初级压力腔的两个初级腔室则分别与车体另一侧的缸杆连接。

9.如权利要求8所述的悬架系统，其特征在于：各初级腔室的活塞装置通过在传力装置间可控制其相对移动的方式相互连接，由此可实现前后车轮相对于底盘的不同运动。

10.如权利要求9所述的悬架系统，其特征在于：所述的互连装置是一个弹性件。

11.如权利要求9所述的悬架系统，其特征在于：所述的互连装置是一可压缩的气体装置。

12.一车辆悬架，具有一承载车体，和一对前接地轮以及一对后接地轮，这些车轮连于车体上，用于支承所述的车体，并且每一车轮相对于车体在大体上为垂直的方向可移动，该悬架系统包括联接于每一车轮和车体之间的双作用式缸杆，每一缸杆包括第一和第二充有流体的腔，这些腔的容积可根据各个车轮与车体间的相对垂直运动而变化，每一前轮缸杆通过相应的一对流体连接管路与对角方向的相对的后轮相连，上述流体连接管路中的第一管路将前轮缸杆的第一腔与后轮缸杆的第二腔相连，而第二管路则将前轮缸杆的第二腔与后轮缸杆的第一腔相连，因而，每一对管路以及互相连接的前后缸杆构成了一相应的封闭的管路，由此形成第一和第二封闭的管路，并且在该第一和第二封闭的管路之间设置有一压力分配装置，用于在所述的封闭的管路之间基本上取得压力平衡，所述的压力分配装置包括两个封闭的腔室，每一腔室通过一活塞分成一内腔和外腔，所述的活塞可在相应的各腔室内移动，所述内腔邻近于所述的互连装置，外腔则分别与每一所述的封闭管路的第一管路相连，而内腔分别与每一所述管路的第二管路相连，从而使每一所述的封闭腔室之内腔与外腔分别与车体一侧的缸杆连接，而另一封闭腔室之内腔与外腔则分别与车体另一侧的缸杆相连，由此在使用中，活塞通常会在相应的封闭腔室中位于某一位置，使所述的两个封闭管路中取得压力平衡，位于两个活塞之间的所述互连装置包括从每一活塞上伸出进入另一腔内的相应的刚性件，该刚性件被连于相应的控制活塞内，所述的控制活塞在所述的另一腔内构成一位于所述活塞之间的第一控制腔和位于每一控制活塞相对侧的相应的第二控制腔，在所述的第一和第二控制腔内充有一流体，使活塞居中，以构成小腔室，并允许其间有可控制的运动，从而分别对车辆的俯仰和侧倾进行控制。

13.如权利要求12所述的悬架系统，其特征在于：所述的两个封闭的腔室并列地设置，并且每一所述的控制活塞位于相应的并列地设置的腔室中。

14.如权利要求12或13中所述的悬架系统，其特征在于：相邻端的每一所述的活塞装置伸入与初级压力腔室隔离的公共腔内，所述的公共腔内充有流体，以对每一活塞装置作用相同的力。

15.如权利要求14中所述的悬架系统，其特征在于：一蓄能式减振器可控制地连于所述的公共腔，以使流体在其间可流动。

16.如权利要求15中所述的悬架系统，其特征在于：所述的可控制的连接是通过一流量可选择地变化的通道。

17.如权利要求14、15或16所述的悬架系统，其特征在于：每一所述的活塞装置伸入位于初级腔室之相对于公共腔室的另一侧的一相应的第三腔内，所述的第三腔与流过其间的流体可控制地相连。

18.如权利要求17中所述的悬架系统，其特征在于：所述的可控制的连接包括在其间的一用于流体流动的蓄能式减振器。

19.如权利要求18中所述的悬架系统，其特征在于：所述的可控制的连接是通过一流量可选择地变化的通道。

20.如权利要求17、18或19所述的悬架系统，其特征在于：还设置有可选择地向所述的第三腔供应流体，或者从其中排出流体的装置。

21.如权利要求14～20之任一项所述的悬架系统，其特征在于：还设置有可选择地向所述的公共腔供应流体，或者从其中排出流体的装置。

22.如权利要求14～21之任一项所述的悬架系统，其特征在于：所述的流体为气体。

23.如权利要求7～22之任一项所述的悬架系统，其特征在于：还设置有可选择地使压力分配装置与至少所述诸对流体连接管路之一隔离的装置。

24.如权利要求7～23之任一项所述的悬架系统，其特征在于：每一活塞包括从其相对两侧伸出的活塞杆部分，其中一个活塞杆部分位于第三腔内，另一活塞杆部分则位于公共腔内，所述的一个活塞杆部分的直径不同于所述的另一活塞杆部分的直径。

25.如权利要求24中所述的悬架系统，其特征在于：所述的一个活塞杆部分的直径大于所述的另一活塞杆部分的直径。

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