CN115556531A - 高度多级可调的智能自供能主动悬架及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开汽车领域中的一种高度多级可调的智能自供能主动悬架及其工作方法，伸入油缸内的油缸杆的杆端均是由导向器、螺杆和螺母组成的导向端，导向器的外侧壁与油缸的内侧壁之间无密封，螺杆和油缸杆上开有贯通无杆腔和有杆腔的导油槽，无需考虑密封问题；采用非闭合的工作油路，悬架高度调节装置包括容积不相等的第一、第二高度调节油气缸，第一高度调节油气缸、第三电磁阀、高压储气罐、第一单向阀、电动空压机组和低压储气罐依次串联，可提前预先储能，通过并联的两个不同容积的高度调节油气缸实现四档高度控制，实现汽车高速行驶车身低高度、城市工况实行车身正常高度、颠簸路面行驶车身高度的选择，还能在车轮陷入坑内进行脱困操作。

Description

高度多级可调的智能自供能主动悬架及其工作方法

技术领域

本发明属于汽车领域，涉及应用于汽车的悬架，具体是高度多级可调的智能自供能主 动悬架及其工作方法，能有效改善汽车的乘坐舒适性和侧翻稳定性。

背景技术

自供能主动悬架采用了从下到上串联的传统减振结构、悬架第三质量以及反共振减振 结构，其与采用传统一级减振构型的被动悬架、半主动悬架和主动悬架相比，可有效地对 车身的高频振动减振，特别适合路面不平度高频成分占比较高的汽车行驶工况。

为使反共振减振结构在汽车振动频率较低时，提供较大的等惯容和较大的等阻尼来提 高行驶安全性，在汽车振动频率较高时，提供较小的等惯容和较小的等阻尼来改善乘坐舒 适性，中国专利申请号为202210265080.8、名称为“采用双头油缸的自治智能自供能主动 悬架及工作方法”的文献提供了一种采用双头油缸与螺旋弹簧组成的反共振减振结构，并 在反共振油路上设置智能控制开关控制油路等惯容和等阻尼。但是该自供能主动悬架存在 的明显问题是：针对反共振结构的工作油路是闭合油路，智能控制开关局限于仅控制反共 振结构的阻尼和惯容，因此，无法获得更好的行驶安全性和乘坐舒适性。

为了在颠簸路面上行驶时避免悬架限位被撞击而导致乘坐舒适性急剧变差的问题，中 国专利申请号为202111311617.1、名称为“高度与刚度可调的自供能主动悬架及其工作方 法”的文献中提供了一种传统减振结构的刚度主要由第一螺旋弹簧承受而具有较小刚度， 进而获得较好的乘坐舒适性及较好的行驶安全性；而在坏路上行驶时处于高车身状态，传 统减振结构的刚度由第一螺旋弹簧和被充油的第一油气室形成的油气弹簧并联提供，具有 较大刚度；虽然该自供能主动悬架在车身高度与悬架刚度可调装置的工作下能实现悬架高 度调节，但是其存在的明显问题是：由于针对传统减振结构的工作油路是闭合油路，当悬 架高度增加时，传统减振结构的刚度也同时增加，进而传统减振结构的隔振功能变差；此 外，悬架高度只能在好路模式和坏路模式这两种工况下调节，只有两种高度选择，因此， 功能受限，无法满足当车轮陷坑脱困以及改善汽车侧翻稳定性等更多功能需求。

目前的自供能主动悬架中，传统减振结构和反共振减振结构采用的油缸由于存在阻尼 力或阻尼力与惯容力，油缸中的活塞的轴向两侧存在压力差，活塞需要密封且密封要求高， 活塞是易损件寿命短，一旦密封损坏会出现油缸内泄露，油液直接通过损坏处流经活塞， 进而导致传统减振结构的油缸无法提供阻尼力以及反共振减振结构的油缸无法提供阻尼力 和惯容力，影响减振效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有自供能主动悬架存在的上述所有问题，提出了一种新的 高度多级可调的智能自供能主动悬架以及其工作方法，无需考虑活塞密封问题还能有效增 大油缸有效工作面积，在降低制造成本的同时提高整个悬架系统的可靠性，提供悬架多档 高度调节，除改善汽车行驶乘坐舒适性，使汽车具有车轮陷坑脱困外，还具有改善汽车侧 翻稳定性的功能。

为实现上述目的，本发明高度多级可调的智能自供能主动悬架采用的技术方案是：其 具有的传统减振结构和反共振减振结构各有一个油缸，油缸杆在油缸内沿轴向上下运动， 伸入油缸内的油缸杆的杆端均是将油缸分隔成无杆腔和有杆腔的导向端，导向端由导向器、 螺杆和螺母组成，螺杆是由油缸杆的杆身沿轴向延伸且外径比杆身小的外螺纹杆，导向器 是通过内螺纹配合套在螺杆外的圆筒形，螺母与螺杆相配，导向器的外侧壁与油缸的内侧 壁之间无密封；螺杆和油缸杆上开有贯通无杆腔和有杆腔的导油槽；悬架高度调节装置向 传统减振结构的油缸中供油和使油液回流，调节车身处于低高度、正常高度、较高高度或 脱困最高高度这四档高度状态。

所述的悬架高度调节装置包括容积不相等的第一、第二高度调节油气缸，第一高度调 节油气缸、第三电磁阀、高压储气罐、第一单向阀、电动空压机组和低压储气罐依次串联， 第一高度调节油气缸与第三电磁阀串联后的两端并联有相串联的第二高度调节油气缸和第 五电磁阀；第一、第二高度调节油气缸，的油缸出口并联后以液压管路分别连接至第一油 气室和第一油缸，第一高度调节油气缸的气缸进口旁接第二电磁的进口，第二高度调节油 气缸的气缸进口旁接第四电磁的进口，第二、第四电磁的出口共同经气管连接至低压储气 罐；控制器通过控制线分别连接电动空压机组、第二、第三、第四、第五电磁阀。

本发明所述的高度多级可调的智能自供能主动悬架的工作方法采用的技术方案是：汽 车停车且发动机未启动时，控制器控制第二、第四电磁阀开启，第三、第五电磁阀关闭， 第一、第二高度调节油气缸均不工作，车身处于低高度状态；城市工况行驶模式时，控制 器控制第二、第四、第五电磁阀关闭，第三电磁阀开启，压缩空气由高压储气罐经第三电磁阀进入第一高度调节油气缸，容积较小的第一高度调节油气缸工作，液压油排空并输入至第一油缸，车身处于正常高度状态；坏路行驶模式时，控制器控制第二、第三、第四电 磁阀关闭，第五电磁阀开启，压缩空气由高压储气罐经第五电磁阀进入第二高度调节油气缸，容积较大的第二高度调节油气缸工作，液压油排空并输入至第一油缸，车身处于较高高度状态；脱困模式时，控制器控制第二、第四电磁阀关闭，第三、第五电磁阀开启，第 一、第二高度调节油气缸同步工作，车身高度处于脱困的最高高度状态。

进一步地，当需由第一高度调节油气缸回收液压油降低悬架高度时，控制器控制第三 电磁阀关闭、第二电磁阀开启，第一油缸内的液压油流回第一高度调节油气缸；当需由第 二高度调节油气缸回收液压油降低悬架高度时，控制器控制第五电磁阀关闭、第四电磁阀 开启，第一油缸内的液压油流回第二高度调节油气缸。

更进一步地，汽车转向时，转向内侧的两个悬架中的两个控制器分别控制各自的第三、 第五电磁阀关闭以及第二、第四电磁阀开启，转向内侧的两个悬架降到最低；同时转向外 侧的两个悬架的控制器控制各自的第二、第四电磁阀关闭以及第三、第五电磁阀开启，转 向外侧的两个悬架处于脱困的最高高度状态。

本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：

1、与中国专利申请号为202111311617.1、名称为“高度与刚度可调的自供能主动悬 架及其工作方法”以及中国专利申请号为202210265080.8、名称为“采用双头油缸的自治 智能自供能主动悬架及工作方法”提供的悬架相比，本发明采用非闭合的工作油路，通过 并联的两个不同容积的高度调节油气缸实现了四档高度控制。与智能控制开关仅控制反共 振结构的阻尼和惯容不同，本发明通过同步控制传统减振结的阻尼与反共振结构的阻尼及 惯容，进而获得更好的行驶安全性和乘坐舒适性，满足高度多档控制需求；同时，本发明 还具有汽车侧翻稳定性改善功能，并且还具有悬架高度调节装置尾气回收功能，不仅可以 节能，还可加快悬架高度调节装置的工作速度。

2、中国专利申请号为202111311617.1、名称为“高度与刚度可调的自供能主动悬架及 其工作方法”以及中国专利申请号为202210265080.8、名称为“采用双头油缸的自治智能 自供能主动悬架及工作方法”提供的悬架中的第一油缸有效工作面积为第一油缸的截面积 或它减去第一活塞杆的截面积，第二油缸有效工作面积是为第二油缸的截面积或它减去第 二活塞杆的截面积；而本发明提供的悬架由于无需考虑密封问题，第一油缸有效工作面积 为第一油缸杆的截面积，第二油缸有效工作面积为第二油缸杆的截面积，只需在可靠性好 的油缸杆出口端进行密封，因此本发明具有参数稳定性和可获得比常规现有油气弹簧更低 的制造成本及工作可靠性。

3、由于本发明提供的悬架无需考虑密封问题，因此，传统减振结构与反共振减振结构 均可以采用大杆径油缸杆，将多条导油槽形成的连通油道设置在导向器的螺杆上，使得导 向器上无需设置油道，导向器外周完整，从而保证导向器在径向上力学性能的一致，获得 更好的工作可靠性和更长的使用寿命，又可通过增大油缸杆径以增大油气弹簧油缸的有效 工作面积。

4、本发明高度多级可调的智能自供能主动悬架工作时，能实现悬架高度多级调节，能 够在低高度、正常高度、较高高度及脱困高度之间进行快速准确地调节，实现汽车高速行 驶车身低高度、城市工况实行车身正常高度、颠簸路面行驶车身高度的选择，还能在车轮 陷入坑内进行脱困操作，在汽车转向工况下获得较好的侧翻稳定性。

5、本发明采用压缩空气操纵悬架高度调节装置时改善汽车的侧翻稳定性，可实现提前 预充压缩空气，即提前预先储能，与无储能助力的电动主动防倾杆相比，可大幅加快改善 汽车侧翻稳定性的悬架高度调节速度。

6、本发明高度多级可调的智能自供能主动悬架工作时，仅由传统减振结构的第一油缸 提供悬架高度调节操作，在不同悬架高度下，传统减振结构的刚度及阻尼特性基本相同， 与采用空气弹簧提升车身高度时悬架刚度必需增大相比，在颠簸工况下可以获得更好的乘 坐舒适性。

附图说明

图1是本发明所述的高度多级可调的智能自供能主动悬架的第一种实施例的结构示意 图；

图2是图1中第一油缸6内部结构放大图及其局部外接油路图；

图3是图2中A-A剖面放大图；

图4是图1中悬架高度调节装置2的结构示意图及其局部外接油路图。

图中：1.第一油气室；2.悬架高度调节装置；3.第一衬套；4.车轮；5.第一油缸杆；6.第 一油缸；7.附加质量块；8.惯容螺旋管；9.第一电磁阀；10.智能控制开关；11.第二油气室； 12.第二油缸；13.第二油缸杆；14.螺旋弹簧安装上托架；15.第二衬套；16.车身；17.螺旋弹 簧；18.螺旋弹簧安装下托架；19.第一节流阀；20.螺母；21.导油槽；22.螺栓；23.导向器； 24.第二电磁阀；25.第三电磁阀；26.高压储气罐；27.第四电磁阀；28.第一单向阀；29.电动 空压机组；30.空气滤清器；31.第二单向阀；32.低压储气罐；33.压力传感器；34.控制器； 35.第五电磁阀；36.第二高度调节油气缸；37.第一高度调节油气缸；38.第六电磁阀；39.第 二节流阀。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的高度多级可调的智能自供能主动悬架安装在车轮4和位于 车轮4上方的车身16之间，从下向上是串联的传统减振结构和反共振减振结构。所述的传 统减振结构通过液压管路连接悬架高度调节装置2，悬架高度调节装置2设置在传统减振 结构旁侧。传统减振结构包含第一油缸6、第一油气室1、第一节流阀19、第二节流阀39与第六电磁阀38组成的并联油路，第一油缸6上下布置，第一油缸杆5能在第一油缸6内 沿轴向作上下运动。所述的反共振减振结构具有螺旋弹簧17、惯容螺旋管8、第一电磁阀 9、智能控制开关10和第二油缸12，第二油缸12上下布置，第二油缸杆13能在第二油缸 12内沿轴向作上下运动。

第一油缸杆5的上端杆端是导向端，导向端向上伸在第一油缸6内部将第一油缸6分 隔成上、下两个油腔，上油腔是无杆腔，下油腔是有杆腔，无杆腔和有杆腔中均储有油液。 第一油缸6通过液压管路依次串联悬架高度调节装置2、第一节流阀19、第二节流阀39与 第六电磁阀38组成的并联油路、第一油气室1，形成传统减振结构的调节油路，该调节油路既可连接第一油缸6的无杆腔，也可连接第一油缸6的有杆腔，即第一油缸6的无杆腔 或者有杆腔通过液压管路连接该调节油路。第一油缸杆5的下端向下伸出第一油缸6外部， 并且通过第一衬套3与下方的车轮4固定相连。悬架高度调节装置2能向第一油缸6中供 油，也能使第一油缸6中的油液回流其中，从而调节车身高度处于低高度状态、正常高度 状态、比正常高度要高的较高高度状态或脱困的最高高度状态这四档高度。

第二油缸杆13的下端是导向端，导向端向下伸在第二油缸12内部将第二油缸12分隔 成上、下两个油腔，上油腔是有杆腔，下油腔是无杆腔，第二油缸12的有杆腔和无杆腔中均储有油液。第二油缸12通过液压管路依次串联惯容螺旋管8、智能控制开关10和第二 油气室11，在智能控制开关10的两端并联第一电磁阀9，第一电磁阀9是常闭延时关闭电 磁阀，智能控制开关10通过控制线连接常闭的第一电磁阀9，可以控制第一电磁阀9的开 启，如此形成反共振减振结构的工作油路，该工作油路既可串联第二油缸12的无杆腔，也 可串联第二油缸12的有杆腔，即第二油缸12的无杆腔或者有杆腔通过液压管路串联所述 的工作油路。第二油缸杆13的上端向上伸出在第二油缸12外，并且通过第二衬套15与车 身16固定连接。

在车身16和第二油缸12上部的空间设置螺旋弹簧17，螺旋弹簧17的上端固定连接于第二油缸杆13的上端，螺旋弹簧17的下端与第二油缸12的缸体之间刚性连接。其最佳 实施结构是：将螺旋弹簧17同轴心套在第二油缸杆13和第二油缸12外部，螺旋弹簧17 上端通过螺旋弹簧安装上托架14固定连接于第二油缸杆13的上端，螺旋弹簧安装上托架 14固定套在第二油缸杆13外，螺旋弹簧17上端与螺旋弹簧安装上托架14固定连接；螺 旋弹簧17的下端通过螺旋弹簧安装下托架18固定连接第二油缸12的缸体，螺旋弹簧安装 下托架18固定套在第二油缸12的缸体外部，螺旋弹簧17的下端与螺旋弹簧安装下托架 18固接。螺旋弹簧17、第二油缸12、第二油缸杆13三者的中心轴均上下垂直且共线。

第二油缸12位于第一油缸6的上方，两者的中心轴上下垂直且共线，且两个缸体底部 上下面对面贴合后固定连接形成一个整体。在第一油缸6和第二油缸12的缸体上固定连接 一个附加质量块7，附加质量块7固定套在第一油缸6和第二油缸12的缸体外部，作为悬架第三质量的一部分。

为了充分利用悬架自身质量，将第一油气室1和第二油气室11固定在第一油缸6和第二油缸12上，与附加质量块7、第一油缸6和第二油缸12一起共同作为悬架第三质量， 也就是悬架第三质量的总质量包含有第一油气室1的质量和第二油气室11的质量。

除第一电磁阀9外，智能控制开关10还通过控制线连接常闭的第六电磁阀38，从而控制传统减振结构的调节油路，智能控制开关1同步控制第一电磁阀9和第六电磁阀38启闭，当汽车在好路面上高速行驶时，智能控制开关10同时控制第一电磁阀9和第六电磁阀38关闭，使传统减振结构提供大阻尼，反共振结构提供大阻尼和大惯容，获得较好的行驶 安全性；当汽车在坏路面上行驶，智能控制开关10同时控制第一电磁阀9和第六电磁阀 38打开，使传统减振结构提供小阻尼，反共振结构提供小阻尼和小惯容，获得较好的乘坐 舒适性。智能控制开关10的具体工作方法与中国专利申请号为202210265080.8、名称为“采 用双头油缸的自治智能自供能主动悬架及工作方法”提供的悬架中智能控制开关10的工作方法雷同，因此不再赘述。由此，本发明解决了智能控制开关10局限于仅控制反共振结构的阻尼和惯容的问题。

如图3和图4所示，第一油缸杆5为大杆径油缸杆，伸在第一油缸6内的第一油缸杆5的杆端导向端由导向器23、螺杆22和螺母20组成，其中，螺杆22是由第一油缸杆5沿 轴向延伸且外径比油缸杆小的外螺纹杆，导向器23是圆筒形，通过内螺纹固定套在螺杆 22外，再用螺母20配合螺杆22，以加固导向器23，螺母20的外径也小于第一油缸杆5 的杆端外径。

导向器23的外径与第一油缸6的内径相同，导向器23的外径大于第一油缸杆5的外径，导向器23上无连通油道，使得第一油缸杆5的杆径能尽量做到最大。导向器2的外侧 壁与第一油缸6的内侧壁之间无密封，导向器23的材质比第一油缸6的材质要软。

螺杆22和油缸杆上开有贯通无杆腔和有杆腔的导油槽21，形成导向器23轴向两侧的 连通油道，导油槽21贯通第一油缸杆5的无杆腔和有杆腔两个腔室，即连通导向器23的轴向两侧。图4示出的是在螺杆22的外边缘开有2个上下贯通的导油槽21，导油槽21上 端与第一油缸杆5的无杆腔相通，导油槽21的下端延伸到第一油缸杆5处，形成了导向器 23轴向两侧的连通油道。本发明中的导油槽21也可以有其他开槽方式，例如可将螺杆22 和油缸杆与其相连接的部位设置成中空形状，在油缸杆中空位置开有径向孔，导油槽21由 中间孔和径向孔形成，实现第一油缸杆5的无杆腔和有杆腔的贯通。由此，导向器23上无 需设置连通油道且外周完整，保证导向器23在径向上力学性能的一致，获得更好的工作可 靠性和更长的使用寿命，且可尽量增大第一油缸杆5的杆端直径，以增大第一油缸6的有 效工作面积，获得比常规现有油气弹簧更低的制造成本及工作可靠性。

第二油缸杆13的结构和第一油缸杆5的结构相同，两者中心轴共线，相差180度布置。 第二油缸杆13伸在第二油缸12内的导向端是下端，第二油缸杆13的下端是导向端，同样 由导向器23、螺杆22和螺母20组成。第二油缸杆13与第二油缸12之间装配方式和安装要求相同，因此，不再赘述第二油缸杆13。

由于第一油缸6和第二油缸12的有杠腔和无杠腔之间有导油槽21连通，所以，所述的传统减振结构的调节油路在第一油缸6的连接位置可根据安装和布置方便的需要任意布置，不改变第一油缸杆5相对于第一油缸6向上运动时第一油缸6内的液压油流向第一油 气室1，也不改变第一油缸杆5相对于第一油缸6向下运动时第一油气室1内的液压油流 向第一油缸6。同理，反共振减振结构的工作油路在第二油缸12的连接位置也可根据安装 和布置方便的需要任意布置。

汽车行驶时，当车轮4开始向上振动的瞬间，车身16还来不及运动，车轮4通过向上压缩第一油缸6，推动其向上运动，向上压缩螺旋弹簧17和第二油缸12，推动车身16向 上运动，在此运动过程中，车轮4的向上振动经过传统减振结构时，第一油缸6无杆腔内 很小的一部分液压油经导油槽21流向第一油缸6的有杆腔内，第一油缸6无杆腔内绝大部 分液压油在第一油缸杆5以其杆身截面积为有效工作面积经第一节流阀19、第二节流阀39 与第六电磁阀38组成的并联油路，流向第一油气室1，这绝大部分液压油流入第一油气室 1导致其内气体被压缩进而使第一油气室1内气体压力升高，该压力传递至第一油缸杆5， 使第一油缸杆5输出向上的弹性力，完成对车轮4向上振动进行了一次隔振，同时由第一 节流阀19和第二节流阀39与第六电磁阀38组成的并联油路产生阻尼对车轮4向上振动进 行了一次减振；经传统减振结构隔振与减振后的车轮4向上振动传至第二油缸12缸体时， 悬架第三质量对车轮4向上振动动能进行了一次吸收；当经过悬架第三质量吸收动能后的 车轮4向上振动经过反共振减振结构时，第二油缸12上的螺旋弹簧安装下托架18通过螺 旋弹簧17由螺旋弹簧安装上托架14推动车身16向上运动，同时第二油缸12通过缸体压 缩其无杆腔内液压油，无杆腔内很小的一部分液压油经导油槽21流向第二油缸12的有杆 腔，但绝大部分液压油以第二油缸杆13杆身截面积为有效工作面积经惯容螺旋管8、智能 控制开关10与第一电磁阀9组成的并联油路流向第二油气室11，这绝大部分液压油流入 第二油气室11导致其内气体被压缩进而使第二油气室11内气体压力升高，该压力传递至 第二油缸杆13，使第二油缸杆12向车身16输出向上的弹性力，同时流经惯容螺旋管8、 智能控制开关10与第一电磁阀9组成的并联油路产生阻尼及惯容，该阻尼及惯容与螺旋弹 簧17及第二油缸杆13向车身16输出弹性力产生的刚度和对车轮4向上振动进行了一次反 共振减振，最终起到了大幅度衰减车轮4向上振动对车身16的向上振动输入。

当车轮4开始向下振动的瞬间，车身16还来不及运动，车轮4通过向下拉伸第一油缸 6，悬架第三质量向下运动，致使悬架第三质量产生惯性力，悬架第三质量向下运动时向下 拉伸螺旋弹簧17和第二油缸12，带动车身16向下运动，在此运动过程中，车轮4的向下振动经过传统减振结构时，第一油缸6有杆腔内的液压油经导油槽21流向第一油缸6无杆腔，流入第一油缸6无杆腔绝大部分液压油因第一油气室1内的液压油在其内气体压力作用下以第一油缸杆5杆身截面积为有效工作面积经第一节流阀19、第二节流阀39与第六 电磁阀38并联油路压入，这绝大部分液压油流出第一油气室1导致其内气体体积膨胀进而 使第一油气室1内气体压力降低，该压力传递至第一油缸杆5，使第一油缸杆5向悬架第 三质量输出向下的弹性力，完成对车轮4向下振动进行了一次隔振，同时由第一节流阀19 和第二节流阀39与第六电磁阀38并联油路产生阻尼对车轮4向下振动进行了一次减振； 经传统减振结构隔振与减振后的车轮4向下振动传至第二油缸12缸体及悬架第三质量时， 悬架第三质量对车轮4向下振动动能进行了一次吸收；当经过悬架第三质量吸收动能后的 车轮4向下振动经过反共振减振结构时，第二油缸12上的螺旋弹簧安装下托架18通过螺 旋弹簧17由螺旋弹簧安装上托架14带动车身16向下运动，同时第二油缸12通过缸体下 移，使得第二油缸12有杆腔内液压油经第二油缸杆13上的导油槽21流向第二油缸12无 杆腔，流入第二油缸12无杆腔内绝大部分液压油由第二油气室11内的液压油在其内气体 压力作用下以第二油缸杆13杆身截面积为有效工作面积经流经惯容螺旋管8、智能控制开 关10与第一电磁阀9组成的并联油路压入，这绝大部分液压油流出第二油气室11导致其 内气体体积膨胀进而使第二油气室11内气体压力降低，该压力传递至第二油缸杆13，使 第二油缸杆13向车身16输出向下的弹性力，同时流经惯容螺旋管8、智能控制开关10与 第一电磁阀9组成的并联油路产生阻尼及惯容，该阻尼及惯容与螺旋弹簧17及第二油缸杆 13向车身16输出向下的弹性力产生的刚度和对车轮4向下振动进行了一次反共振减振， 最终起到了大幅度衰减车轮4向下振动对车身16的向下振动输入。

如图4所示，所述的高度多级可调的悬架高度调节装置2包括依次串联的第一高度调 节油气缸37、第三电磁阀25、高压储气罐26、第一单向阀28、电动空压机组29以及低压储气罐32，低压储气罐32经第二单向阀31连接空气滤清器30。第一高度调节油气缸37 与第三电磁阀25串联后的两端并联有相串联的第二高度调节油气缸36和第五电磁阀35； 第一高度调节油气缸37与第二高度调节油气缸36的活塞一侧为油缸，另一侧为气缸。

第一高度调节油气缸37和第二高度调节油气缸36的油缸出口并联后以液压管路分别 连接至第一油气室1和第一油缸6，第一高度调节油气缸37的气缸进口串联第三电磁阀25， 在第一高度调节油气缸37的气缸进口与第三电磁阀25之间的气路上旁接常开的第二电磁 24，连接第二电磁24的进口。第二高度调节油气缸36的气缸进口串联第五电磁阀35，第 二高度调节油气缸36的气缸进口和第五电磁阀35之间的气路上旁接常开的第四电磁27， 连接第四电磁27的进口。第二电磁24与第四电磁27的出口共同经气管连接至低压储气罐 32。

空气滤清器30、第二单向阀31、低压储气罐32和电动空压机组29经气管串联而成，由空气滤清器30、第二单向阀31及低压储气罐32经气管串联而成组成电动空压机组29 的供气管路。第三电磁阀25和单向阀28之间的气路上外接压力传感器33，用于检测此处 的气压。第二单向阀28用于禁止压缩空气回流到电动空压机组29，第一单向阀31用于第 一高度调节油气缸37及第二高度调节油气缸36排出的有压空气直接释放到大气中。压力 传感器33通过信号线连接至控制器34，控制器34分别通过控制信号线连接电动空压机组 29、第二电磁阀24、第三电磁阀25、第四电磁阀27以及第五电磁阀35。

第一高度调节油气缸37和第二高度调节油气缸36的容积不相等，第一高度调节油气 缸37与第二高度调节油气缸36的容积之和需要满足汽车车轮陷坑脱困要求。本发明仅以 第二高度调节油气缸36的容积大于第一高度调节油气缸37的容积为例，图4示出的是第二高度调节油气缸36的容积为第一高度调节油气缸37的两倍。

如图4所示，汽车处于停车且发动机未启动的初始状态时，悬架与车身高度处于初始 设定的低高度状态，即悬架高度调节装置2处于初始设定，默认第一高度调节油气缸37与 第二高度调节油气缸36均为非排空状态，控制器34控制第二电磁阀24开启、第三电磁阀25关闭、第四电磁阀27开启、第五电磁阀35关闭，第一高度调节油气缸37与第二高度 调节油气缸36均不工作，悬架高度调节装置2未向传统减振结构中的第一油缸6供油。当 汽车发动机启动时，控制器34控制电动空压机组29工作，此时，如果低压储气罐32内压 力小于大气压力，空气流经空气滤清器30和第二单向阀31，由电动空压机组29加压产生 压缩空气，如果低压储气罐32内压力大于大气压力，由低压储气罐32供气给电动空压机 组29加压产生压缩空气。压缩空气经第一单向阀28进入高压储气罐26储存。此时，当压 力传感器33检测到高压储气罐26的压力达到控制预设上限值时，关闭电动空压机组29， 停止对高压储气罐26充气，完成悬架高度调节装置2工作准备。当悬架高度调节装置2工 作，导致高压储气罐26的压力达到控制预设下限值时，开启电动空压机组29，为高压储 气罐26加压充气，直到压力传感器33检测到高压储气罐26的压力达到控制预设上限值时， 关闭电动空压机组29，停止对高压储气罐26充气，如此循环。

当汽车发动机启动后，驾驶员选择城市工况行驶模式时，由控制器34控制第二电磁阀 24关闭、第四电磁阀27关闭、第五电磁阀35关闭，开启第三电磁阀25，压缩空气由高压储气罐26经第三电磁阀25进入第一高度调节油气缸37的气缸，容积较小的第一高度调节油气缸37工作，通过其内活塞将液压油排空并输入至第一油缸6，使第一油缸6带通第二 油缸12、第二油缸杆13及车身16相对于第一油缸杆5及车轮4上移，使车身4处于正常 高度状态，以便避免低温导致第一油气室1的压力降低导致悬架高度降低，此时悬架高度 调节装置2控制第二高度调节油气缸36处于非排空状态。

当驾驶员选择坏路行驶模式时，由控制器34控制第二电磁阀24关闭、第三电磁阀25 关闭、第四电磁阀27关闭，开启第五电磁阀35，压缩空气由高压储气罐26经第五电磁阀35进入第二高度调节油气缸36的气缸，容积较大的第二高度调节油气缸36工作，通过其 内活塞将其内液压油排空并输入至第一油缸6，使第一油缸6带通第二油缸12、第二油缸 杆13及车身16相对于第一油缸杆5及车轮4上移，由于第二高度调节油气缸36的容积比 第一高度调节油气缸37的容积大，所以使车身4处于比所述的正常高度要高的较高高度状 态，避免悬架限位被撞击而影响乘坐舒适性，此时悬架高度调节装置2控制第一高度调节 油气缸37处于非排空状态。

当驾驶员选择脱困模式时，由控制器34控制第二电磁阀24关闭、第四电磁阀27关闭， 开启第三电磁阀25和第五电磁阀35，压缩空气由高压储气罐26经第三电磁阀25进入第一高度调节油气缸37的气缸，通过其内活塞将其内液压油排空并输入至第一油缸6，同时压缩空气也由高压储气罐26经第五电磁阀35进入第二高度调节油气缸36的气缸，通过其内活塞将其内液压油也排空并输入至第一油缸6，即第一高度调节油气缸37和第二高度调节油气缸3同步工作，共同使第一油缸6带通第二油缸12、第二油缸杆13及车身16相对 于第一油缸杆5及车轮4上移，使车身4高度处于脱困的最高高度状态，以便汽车车轮驶 出凹坑实现脱困。

当需要由第一高度调节油气缸37回收液压油降低悬架高度时，控制器34控制第三电 磁阀25关闭，第二电磁阀24开启，第四电磁阀27和第五电磁阀35维持原状，第一高度 调节油气缸37的气缸的压缩空气经第二电磁阀24流入低压储气罐32储存，实现有压尾气 能量回收；同时，第一油缸6内的液压油流回第一高度调节油气缸37，实现悬架刚度降低。 当需要由第二高度调节油气缸36回收液压油降低悬架高度时，由控制器34控制第五电磁 阀35关闭，第四电磁阀27开启，第二电磁阀24和第三电磁阀25维持原状，第二高度调 节油气缸36的气缸的压缩空气经第四电磁阀27流入低压储气罐32储存，实现有压尾气能 量回收，同时第一油缸6内的液压油流回第二高度调节油气缸36，实现悬架刚度降低。由 于采用低压储气罐32回收操纵第一高度调节油气缸37和第二高度调节油气缸36用的压缩 空气，除了能回收能量节能外，还可降低电动空压机组29出气口与进气口间的压差，在其 功率不增大的情况下，可以加快电动空压机组29提供高压压缩空气的速度。

汽车上安装了四个本发明所述的高度多级可调的智能自供能主动悬架，当汽车转向时， 汽车转向内侧的两个本发明所述的高度多级可调的智能自供能主动悬架中的两个控制器34 分别控制各自的两个第三电磁阀25和两个第五电磁阀35关闭，然后控制各自的两个第二 电磁阀24和两个第四电磁阀27开启，两个第一高度调节油气缸37的气缸的压缩空气经相 应的第二电磁阀24流入相应的低压储气罐32储存，相应的第二高度调节油气缸36的气缸 的压缩空气经相应的第四电磁阀27流入相应的低压储气罐32储存，相应的第一油缸6内 的液压油流回相应的第一高度调节油气缸37和第二高度调节油气缸36，实现悬架高度调 节装置2控制相应的两个第一高度调节油气缸37和第二高度调节油气缸36处于非排空状 态，也就是并列的两个调节油气缸均不工作，将汽车转向内侧的两个悬架降到最低。同时， 通过汽车转向外侧的两个悬架的控制器34先控制各自的相应的两个第二电磁阀24和两个 第四电磁阀27关闭，然后控制各自的两个第三电磁阀25和两个第五电磁阀35开启，压缩 空气由相应的高压储气罐26经各自的第三电磁阀25进入各自的第一高度调节油气缸37的 气缸，通过其内活塞将其内液压油排空并输入至各自的第一油缸6，同时压缩空气也由高 压储气罐26经各自的第五电磁阀35进入各自的第二高度调节油气缸36的气缸，通过其内 活塞将其内液压油也排空并输入至各自的第一油缸6，共同使各自的第一油缸6带动各自 的第二油缸12、第二油缸杆13及车身16相对于各自的第一油缸杆5及车轮4上移，使汽 车转向外侧的两个本发明所述的悬架的高度处于脱困的最高高度状态，使汽车车身产生一 个与汽车转向离心力引起的侧倾力矩方向相反的车身重心横向偏移距，实现提高汽车的侧 翻稳定性。因此，本发明采用压缩空气操纵悬架高度调节装置2，能改善汽车的侧翻稳定 性时，可实现提前预充压缩空气，即提前预先储能，与常规的无储能助力的电动主动防倾 杆相比，可大幅加快改善汽车侧翻稳定性的悬架高度调节速度。

Claims (10)

1.一种高度多级可调的智能自供能主动悬架，具有的传统减振结构和反共振减振结构各有一个油缸，油缸杆在油缸内沿轴向上下运动，其特征是：伸入油缸内的油缸杆的杆端均是将油缸分隔成无杆腔和有杆腔的导向端，导向端由导向器(23)、螺杆(22)和螺母(20)组成，螺杆(22)是由油缸杆的杆身沿轴向延伸且外径比杆身小的外螺纹杆，导向器(23)是通过内螺纹配合套在螺杆(22)外的圆筒形，螺母(20)与螺杆(22)相配，导向器(23)的外侧壁与油缸的内侧壁之间无密封；螺杆(22)和油缸杆上开有贯通无杆腔和有杆腔的导油槽(21)；悬架高度调节装置(2)向传统减振结构的油缸中供油和使油液回流，调节车身处于低高度、正常高度、较高高度或脱困最高高度这四档高度状态。

2.根据权利要求1所述的高度多级可调的智能自供能主动悬架，其特征是：传统减振结构的第一油缸(6)通过液压管路依次串联悬架高度调节装置(2)、第一、第二节流阀(19、39)与第六电磁阀(38)组成的并联油路、第一油气室(1)；反共振减振结构的第二油缸(12)通过液压管路依次串联惯容螺旋管(8)、智能控制开关(10)和第二油气室(11)，智能控制开关(10)的两端并联第一电磁阀(9)，智能控制开关(10)通过控制线分别连接第一、第六电磁阀(9、38)。

3.根据权利要求2所述的高度多级可调的智能自供能主动悬架，其特征是：第一、第二油缸(6、12)缸体上固定连接附加质量块(7)，第一、第二油气室(1、11)固定连接于第一、第二油缸(6、12)缸体上，与附加质量块(7)和第一、第二油缸(6、12)共同作为悬架第三质量。

4.一种如权利要求2所述的智能自供能主动悬架的工作方法，其特征是：汽车在好路面上高速行驶时，智能控制开关(10)控制第一、第六电磁阀(9、38)同步关闭；汽车在坏路面上行驶时，智能控制开关10控制第一、第六电磁阀(9、38)同步打开。

5.一种如权利要求2所述的智能自供能主动悬架的工作方法，其特征是：汽车行驶时车轮向上振动，第一油缸(6)无杆腔内很小一部分液压油经导油槽(21)流向有杆腔，绝大部分液压油以油缸杆的杆身截面积为有效工作面积流向第一油气室(1)使其内气体压力升高；第二油缸(12)无杆腔内很小一部分液压油经导油槽(21)流向有杆腔，绝大部分液压油以油缸杆的杆身截面积为有效工作面积流向第二油气室(11)使其内气体压力升高；当车轮向下振动，第一油缸(6)有杆腔内液压油经导油槽21流向无杆腔，无杆腔内绝大部分液压油以油缸杆的杆身截面积为有效工作面积流出第一油气室(1)使其内气体压力降低；第二油缸(12)有杆腔内液压油经导油槽(21)流向无杆腔，无杆腔内绝大部分液压油以油缸杆的杆身截面积为有效工作面积流出第二油气室(11)使其内气体压力降低。

6.根据权利要求1所述的高度多级可调的智能自供能主动悬架，其特征是：所述的悬架高度调节装置(2)包括容积不相等的第一、第二高度调节油气缸(37、36)，第一高度调节油气缸(37)、第三电磁阀(25)、高压储气罐(26)、第一单向阀(28)、电动空压机组(29)和低压储气罐(32)依次串联，第一高度调节油气缸(37)与第三电磁阀(25)串联后的两端并联有相串联的第二高度调节油气缸(36)和第五电磁阀(35)；第一、第二高度调节油气缸(37、36)，的油缸出口并联后以液压管路分别连接至第一油气室(1)和第一油缸(6)，第一高度调节油气缸(37)的气缸进口旁接第二电磁(24)的进口，第二高度调节油气缸(36)的气缸进口旁接第四电磁(27)的进口，第二、第四电磁(24、27)的出口共同经气管连接至低压储气罐(32)；控制器(34)通过控制线分别连接电动空压机组(29)、第二、第三、第四、第五电磁阀(24、25、27、35)。

7.根据权利要求6所述的高度多级可调的智能自供能主动悬架，其特征是：空气滤清器(30)、第二单向阀(31)和低压储气罐(32)经气管串联组成电动空压机组(2)9的供气管路。

8.一种如权利要求6所述的智能自供能主动悬架的工作方法，其特征是：

汽车停车且发动机未启动时，控制器(34)控制第二、第四电磁阀(24、27)开启，第三、第五电磁阀(25、35)关闭，第一、第二高度调节油气缸(37、36)均不工作，车身处于低高度状态；

城市工况行驶模式时，控制器(34)控制第二、第四、第五电磁阀(24、27、35)关闭，第三电磁阀(25)开启，压缩空气由高压储气罐(26)经第三电磁阀(25)进入第一高度调节油气缸(37)，容积较小的第一高度调节油气缸(37)工作，液压油排空并输入至第一油缸(6)，车身处于正常高度状态；

坏路行驶模式时，控制器(34)控制第二、第三、第四电磁阀(24、25、27)关闭，第五电磁阀(35)开启，压缩空气由高压储气罐(26)经第五电磁阀(35)进入第二高度调节油气缸(36)，容积较大的第二高度调节油气缸(36)工作，液压油排空并输入至第一油缸(6)，车身处于较高高度状态；

脱困模式时，控制器(34)控制第二、第四电磁阀(24、27)关闭，第三、第五电磁阀(25、35)开启，第一、第二高度调节油气缸(37、36)同步工作，车身高度处于脱困的最高高度状态。

9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征是：当需由第一高度调节油气缸(37)回收液压油降低悬架高度时，控制器(34)控制第三电磁阀(25)关闭、第二电磁阀(24)开启，第一油缸(6)内的液压油流回第一高度调节油气缸(37)；当需由第二高度调节油气缸(36)回收液压油降低悬架高度时，控制器(34)控制第五电磁阀(35)关闭、第四电磁阀(27)开启，第一油缸(6)内的液压油流回第二高度调节油气缸(36)。

10.根据权利要求8所述的工作方法，其特征是：汽车转向时，转向内侧的两个悬架中的两个控制器(34)分别控制各自的第三、第五电磁阀(25、35)关闭以及第二、第四电磁阀(24、27)开启，转向内侧的两个悬架降到最低；同时转向外侧的两个悬架的控制器(34)控制各自的第二、第四电磁阀(24、27)关闭以及第三、第五电磁阀(25、35)开启，转向外侧的两个悬架处于脱困的最高高度状态。

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