CN205298378U - 双通道侧向刚度半主动油气悬架 - Google Patents

Abstract

本专利公布了一种双通道侧向刚度半主动油气悬架，采用左右对称结构，包括：方向盘、角度同步控制阀、流量随动阀、悬挂缸、储能器、控制阀及管路。悬挂缸包括：活塞杆、活塞、内控阀组、缸筒、密封座圈。悬挂缸内部包括副油腔和悬缸内腔，副油腔与悬缸内腔完全隔离。悬缸内腔包括缸筒内腔和活塞杆内腔，中间通过内控阀组连通，形成悬缸内腔系统。副油腔通过管路外接控制阀和储能器，形成外部控制回路。角度同步控制阀分别连接左右两个外部控制回路的控制阀，形成状态控制通道。流量随动阀分别连接左右两个悬缸内腔系统的缸筒内腔，形成压力/流量随动通道。两个控制通道间及所包含的控制回路/内腔系统间彼此独立。角度同步控制阀随方向盘同步控制，流量随动阀随左右悬缸内腔系统压力随动控制。

Description

双通道侧向刚度半主动油气悬架

技术领域

本专利涉及一种车辆主动悬架结构，具体地是公开一种双通道侧向刚度半主动油气悬架。

背景技术

1、主动及半主动悬架

悬架是车辆底盘的重要部件，位于车架与车桥之间，承接底盘对地面的缓冲减震功能，并对车辆的行驶平顺性及操纵稳定性有重大的影响。悬架有被动悬架、半主动悬架、主动悬架等几种形式，体现着对底盘姿态、刚度、阻尼等力学特性以及车辆运行姿态的控制程度。普通车辆，尤其是载重车辆，底盘通常采用的是被动悬架结构，刚度、阻尼结构固定，车辆的行驶平顺性及操纵稳定性较差。随着驾驶品质、操纵品质以及运输安全性、乘坐舒适性的要求，人们开始对悬架的刚度、阻尼以及运行姿态提出了主动控制的要求，进而开发出半主动及主动悬架系统。

主动悬架能够根据汽车的承载状态、运行状态和路面状况，适时地调节悬架的姿态、刚度和阻尼，使悬架系统处于最佳减振状态，车辆在各种路面状况下都会有良好的平顺性、稳定性和舒适性。主动悬架的关键部件是其执行机构，也就是可以调节、控制的悬架姿态、刚度及阻尼系统。

国外轿车、乘用车等高档产品相继研发、应用了半主动、主动悬架系统。主要是采用电子控制技术对悬架的刚度、阻尼进行控制。悬架的基本载体是螺旋弹簧、空气弹簧和液压电子阻尼器。受结构形式、控制容量、系统成本等因素的限制，半主动、主动悬架在商用车辆及载重运输车辆的应用很少。

2、油气悬架

油气悬挂缸集成了空气弹簧和液压阻尼器的结构原理与使用功能，具有更加良好的力学特性和应用范围。油气悬挂缸内部充注氮气和液压油。氮气作为弹性介质和储能介质，具有变刚度特性，而且比金属弹性材料具有更大的储能比。液压油作为阻尼介质，通过悬挂缸内部的阻尼结构产生阻尼力。

由于将氮气封装在缸体结构内，因而油气悬挂缸具有比空气弹簧更大的工作压力和容量。同常规液压缸结构类似，按运动关系与安装结构，油气悬挂缸也由缸筒组件与活塞杆组件构成，内部容积隔腔包含有杆腔、无杆腔，活塞杆通常是空心结构。其中，无杆腔称为悬缸内腔，由缸筒内腔及活塞杆内腔构成。有杆腔称为副油腔，是由缸筒组件与活塞杆组件在悬挂缸腰部侧壁间围成的环状空间。

双油腔结构，悬缸内腔作为一个腔体使用，内部充注液压油和氮气，也称油气混合腔或混合油腔。在使用过程中，副油腔的容积空间变化幅度最大，通常用作悬挂缸内部阻尼流量的来源。副油腔内部充注液压油，并在其腔体内侧的活塞杆侧壁上设有阻尼通道与悬缸内腔接通。只充注液压油的油腔称为纯油腔，包括可变纯油腔和不可变纯油腔。可变纯油腔与混和油腔连通形成阻尼通道。悬挂缸压缩或拉神时，可变纯油腔和混和油腔的容积、压力发生变化产生阻尼流量。悬挂缸内腔系统压力对外提供弹性力的作用面积，称为压力作用面积。随悬挂缸压缩或拉伸速度而产生阻尼流量的面积，称为阻尼流量面积。悬挂缸的弹性力，由悬挂缸内腔系统压力和压力作用面积决定。系统的阻尼流量，由阻尼流量面积和悬挂缸压缩或拉伸速度决定。

三油腔结构是通过活塞或阀板结构将悬缸内腔分隔为缸筒内腔和活塞杆内腔，活塞或阀板上布置有阻尼结构。副油腔通过活塞杆侧壁阻尼结构与悬缸内腔导通。

悬挂缸的阻尼流量来源于悬挂缸压缩或拉伸时可变纯油腔的容积变化。而阻尼流量的产生必须将可变纯油腔连接到混合油腔，或通过另外一个纯油腔最终连接到混合油腔，以形成阻尼通道。否则悬挂缸内部的力学关系就不成立。从现有的各种悬缸结构来看，副油腔都是作为系统阻尼流量的主要来源，并无一例外地均与悬缸内腔接通，形成对外封闭的液压回路。

图1～图9，为现有油气悬挂缸的主要结构形式。图1、图2为单气室双油腔结构。图3～图6为单气室三油腔结构，其中图6为压力补偿型结构。图7～图9为双气室三油腔结构，图7为正向串联结构，图8、图9为反压对置结构。

常规的阻尼结构由阻尼孔、单向阀组成，使用过程中不可调控。系统的阻尼特性为基于速度项、正反向差异的二次曲线F＝f(v)，参见图14。

图1～图7结构，刚度特性基本一致，特性曲线参见图12，为一条正向非线性曲线，在曲线的起始位置存在硬点。整个悬挂缸内腔系统是一个封闭的回路，无法引入外部输入进行控制。但可以基于内部空间及结构布置变阻尼机构，在一定程度上实现变阻尼控制。参见图15变阻尼特性曲线。

图8、图9所示，虽然获得了比较良好的刚度特性，消除了硬点(刚度特性曲线参见图13)，但这两种结构必须基于对缸筒内腔与活塞杆内腔的物理隔绝，这样就丧失缸筒内腔及活塞杆内腔之间重要的结构、位置、速度、流量及压力上的关联，而且活塞杆内腔复杂的导管结构占据了内部有效空间。使得在悬缸内腔中基于对位置、流量及压力控制关系的变阻尼结构无法进行布置与应用。参见图11，变阻尼内控阀组结构。另外，活塞杆内腔复杂的导管结构，安装维修困难、可靠性较差。缺乏外部控制的控制目标与控制环节，也难以实现外部对系统刚度、状态的控制。

现有各种结构的油气悬挂缸，都是注重悬挂缸自身内部的刚度和阻尼特性的搭配以及独立运行的完整性和可靠行，并没有考虑设定由外部施加主动控制的外部输入端口与内部控制环节。其内部油腔、气室相互关联、相互控制，之前也通常都是作为单独部件独立使用。但作为整个底盘，尤其是主动、半主动悬架，需要就不同的路况、运行状态、不同的驾驶与操作环境，进行主动或半主动控制。但整个油气悬挂缸没有构建出用于外部控制或多悬挂缸组合控制的独立环节，使得油气悬挂缸的优良性能以及组合潜力得不到完整发挥。在现有类型悬缸结构上施加外部主动控制会造成悬缸内部流量、压力的紊乱，导致系统稳定性及可靠性出现问题。

主动及半主动控制悬架系统，讲求的是对系统刚度、阻尼、行程、状态的主动或半主动综合控制。现有的油气悬挂缸基础结构，缺乏完整实现的结构基础和条件。

主动及半主动悬架在轿车、商务车等高端产品上有着广泛地应用。其主要是基于板簧、螺旋弹簧、空气弹簧等与电控阻尼器的组合，引入电控系统进行控制。但限于悬挂部件、电控系统的工作容量、控制容量、系统精度以及成本构成等问题，在大型车辆以及普及型产品的应用上受到很大限制。在基于油气悬架的工程、重型及特种车辆上的应用还处于空白状态。亟待提出一种可用于主动及半主动控制体系下的基础油气悬挂缸结构，以及基于油气悬挂缸的主动及半主动控制的悬架结构。

发明内容

本专利提出了一种双通道侧向刚度半主动油气悬架。具体地是公开一种基于油气悬架结构，通过方向盘对悬挂缸组件的高度、行程、刚度、阻尼等参数的控制，实现车辆在转向行驶状态下侧倾角度、侧倾刚度、侧倾阻尼与转向角度、转向姿态自动匹配的半主动控制。

本专利构建隔离式双气室油气悬挂缸结构。副油腔充注液压油，与悬缸内腔完全隔离。悬缸内腔通过活塞杆底部的内控阀组分隔为缸筒内腔(纯油腔)和活塞杆内腔(混合油腔)。缸筒内腔和活塞杆内腔，通过内控阀组上的阻尼通道连通，形成完整、独立的悬缸内腔系统。悬缸内腔系统，提供油气悬挂缸的主体力学参数。副油腔通过管路外部连接控制阀和储能器，形成独立的外部控制回路。外部控制回路通过副油腔与悬缸内腔系统形成双气室反压对置结构关系，除修正、补充悬缸内腔系统的力学参数外，还可实施对悬缸内腔系统的的主动控制。参见图20——隔离式双气室油气悬挂缸结构，图10为其结构示意图。

本专利通过角度同步控制阀分别连接、控制左/右两个悬挂缸的外部控制回路，形成以角度同步控制阀为核心的“状态控制通道”，对左/右悬挂缸副油腔中的存油量进行控制，改变悬挂缸的行程和高度，进而控制底盘或上车部分的侧倾角度。角度同步控制阀与方向盘转动同步，进而控制底盘所产生的侧倾角度与车辆的转向角度同步，形成最佳的底盘转向姿态。通过流量随动阀分别连接左/右两个悬挂缸的悬缸内腔系统，形成以流量随动阀为核心的“压力/流量随动通道”，根据压力对左/右悬挂缸内腔系统中的存油量进行调节与补偿。过程是，以角度同步控制阀通过“状态控制通道”对左/右悬挂缸副油腔进行先导控制，通过悬缸内腔系统的压力传导推动流量随动阀在左/右悬缸内腔系统之间进行流量的随动补偿，保持左/右悬缸内腔系统间处于等压/等刚度状态。流量随动阀对左/右悬缸内腔系统中的存油量进行随动控制，保持左/右悬挂缸的等压力/刚度，跟随、配合角度同步控制阀控制产生的侧倾角度。流量随动阀随左/右悬缸内腔压力变化保持随动，确保车辆的转向角度与底盘所产生的侧倾角度、侧倾刚度匹配并同步，形成最佳的底盘转向动力学关系。

另外，本专利所构建的悬挂缸结构，悬缸内腔系统与外部控制回路完全隔离、彼此独立。既构成了双气室反压对置的力学结构关系，又保持了悬缸内腔完整的结构以及内部组件在位置、速度、压力、流量等参数的完整关联。据此，悬缸内腔的内控阀组，可以根据悬缸内腔压力以及刚度变化情况自动实施悬缸内腔系统的变阻尼控制。

根据方向盘转动角度、转动速度的不同，车辆底盘的转向角度、转弯幅度与底盘的侧倾角度、侧倾刚度、侧倾阻尼形成了各种最优的对应关系，从而实现车辆转向时对底盘悬架系统运行姿态与力学参数的半主动控制。

本专利是采用如下结构方案来实现对悬架侧倾角度、侧倾刚度及内部阻尼的半主动控制的：一种双通道侧向刚度半主动油气悬架，采用左右对称布局结构，包括：方向盘、角度同步控制阀、流量随动阀、悬挂缸、储能器、控制阀及管路。图21，为本例——双通道侧向刚度半主动油气悬架系统结构图。

左/右悬挂缸构建隔离式双气室油气悬挂缸结构，包括：活塞杆、活塞、内控阀组、缸筒、密封座圈。缸筒、活塞杆及活塞在悬挂缸内部围成悬缸内腔(无杆腔)；缸筒、密封座圈及活塞杆、活塞在悬挂缸腰部侧壁间围成副油腔(有杆腔)；副油腔充注液压油，与悬缸内腔完全隔离；悬缸内腔通过活塞杆底部的内控阀组分隔为缸筒内腔和活塞杆内腔；缸筒内腔中充注液压油，底部设有外部控制接口；活塞杆内腔中充注液压油和氮气；缸筒内腔和活塞杆内腔通过内控阀组上的阻尼通道连通，形成完整、独立的悬缸内腔系统，提供油气悬挂缸的主体力学参数(刚度和阻尼)。对于副油腔，在缸筒靠近密封座圈位置设置外部接口，通过管路外接控制阀和储能器，形成独立的外部控制回路；控制阀上设有外部控制接口；外部控制回路通过副油腔与悬缸内腔系统构成双气室反压对置力学结构关系，对悬缸内腔系统力学参数进行补充与修正，并且可以通过控制阀输入外部压力及流量实施主动控制。图20，为本例所构建的隔离式双气室油气悬挂缸结构及基本系统/回路构成图，图10为其结构示意图。

当悬缸压缩或拉伸时，缸筒内腔、副油腔容积均发生变化。对于悬缸内腔系统，缸筒内腔与活塞杆内腔之间进行流量的交换，阻尼流量面积为缸筒内腔面积。对于外部控制回路，副油腔与储能器之间进行流量的交换，阻尼流量面积为副油腔面积。悬挂缸的总阻尼流量为悬缸内腔系统和外部控制回路的阻尼流量之和。悬缸内腔系统的压力作用面积为缸筒内腔面积，外部控制回路的压力作用面积为副油腔面积。悬挂缸总体弹性力输出，为缸筒面积与副油腔面积的压力叠加。参见图16——本例悬挂缸刚度特性曲线图，曲线1为悬缸内腔系统的刚度特性曲线，曲线2为外部控制回路的刚度特性曲线，曲线3为悬挂缸系统的综合刚度特性曲线。由图16可见，外部控制回路对悬缸内腔系统在初始阶段的刚度特性进行了良好地修正，消除了起始位置的硬点，并形成双向特性以及过零平衡位。

对于外部控制回路，在控制阀的外部控制接口上输入/输出一定的压力和流量，既可改变副油腔中的压力与存油量，从而改变悬挂缸状态、行程以及整体刚度。这种控制，是外部控制回路通过副油腔施加的，是与悬缸内腔系统完全隔离的，而且是一种反向控制，因而是一种安全型的控制。如图17所示为外部控制回路刚度控制特性图，曲线1为原始刚度特性曲线，曲线2为输入控制流量，压缩悬缸高度，悬缸刚度增加的曲线。

对于悬缸内腔系统，在缸筒底部的外部控制接口上输入/输出一定的压力和流量，既可改变悬缸内腔系统中的压力与存油量，从而显著改变悬挂缸整体刚度。如图18所示为对悬缸内腔系统实施控制的刚度控制特性图，曲线1为原始刚度特性曲线，曲线2为输出控制流量后的刚度特性曲线，曲线3为输入控制流量后的刚度特性曲线。

对外部控制回路及悬缸内腔系统实施组合、同步控制，可以实现多种控制效果。图19所示为对外部控制回路及悬缸内腔系统实施等压、同步控制的刚度控制特性图，曲线1为原始刚度特性曲线，曲线2为压缩行程、降低高度后的刚度特性曲线。

对于内控阀组，是一种内部压力控制的自动变阻尼控制组件。它可以根据悬缸内腔系统的压力来感知、判定悬挂缸的工作状态，并对缸筒内腔与活塞杆内腔之间的流量和阻尼系数进行自动调整和控制。如图15所示，为内控阀组根据系统内部压力自动控制的阻尼特性曲线。图11为内控阀组详细结构图。

以角度同步控制阀分别连接左/右悬挂缸外部控制回路的两个外部控制接口，形成以角度同步控制阀为核心的“状态控制通道”，控制左/右悬挂缸两个外部控制回路。以流量随动阀，通过管路分别连接左/右悬缸内腔系统的两个外部控制接口，形成以流量随动阀为核心的“压力/流量随动通道”，控制左/右悬挂缸的两个悬缸内腔系统。两个控制通道以及所包含的控制系统及回路间彼此独立，确保系统工作的稳定性和可靠性。角度同步控制阀，随方向盘同步控制。流量随动阀，根据左/右悬缸内腔系统压力对流量进行随动补偿与调整，保持左/右悬缸内腔系统的等压力/刚度。

图21为本例——双通道侧向刚度半主动油气悬架系统结构图。

“状态控制通道”，通过角度同步控制阀控制左/右两个悬挂缸的外部控制回路副油腔中的存油量，来改变悬挂缸的行程与高度，进而控制底盘的侧倾角度与侧倾刚度，实现对悬架的姿态控制。

“压力/流量随动通道”，通过流量随动阀控制左/右两个悬挂缸的悬缸内腔系统中的存油量来保持左/右悬挂缸的等刚度，形成所需的侧倾刚度。

流量随动阀保持左/右悬缸内腔系统压力随车辆运行进行同步变化，而内控阀组基于悬缸内腔系统压力进一步对系统阻尼自动进行控制，由此建立基础性的多级、完备、开放的控制架构，极大丰富了油气悬架主动控制的方法及手段。

图22为车辆左转时系统结构状态图，图23为车辆右转时系统结构状态图。

车辆在直线行驶时，角度同步控制阀对左/右两侧外部控制回路不主动产生控制流量，流量随动阀与左/右悬缸内腔系统之间也没有控制流量。悬缸内腔系统中，活塞杆内腔与缸筒内腔之间通过内控阀组进行流量的交换；外部控制回路中，储能器与副油腔之间通过控制阀进行流量的交换。遇路面颠簸，左/右两侧外部控制回路产生的压差被角度同步控制阀截止；流量随动阀内部包含阻尼截止阀，左/右悬缸内腔系统之间产生的瞬间高压被流量随动阀衰减并截止。

车辆在转向行驶时，各系统及回路均处于工作状态。在“状态控制通道”中，角度同步控制阀对左/右两个外部控制回路进行流量的调整与分配，实现对底盘的姿态控制。在“压力/流量随动通道”中，流量随动阀根据角度同步控制阀的控制姿态，对左/右两个悬缸内腔系统进行流量的补偿与调整，实现对底盘的侧向姿态控制以及对“状态控制通道”的力学响应。在方向盘不同转向角度的控制下，车辆的转向角度、侧倾角度、侧倾刚度就形成了一系列的对应状态，实现悬架系统侧倾刚度的半主动控制。

本专利的核心是：

1、将油气悬挂缸副油腔与悬缸内腔(包括缸筒内腔及活塞杆内腔)完全隔离，并将副油腔作为进行外部控制的目标环节，实现对悬挂缸行程、高度及刚度的主动或半主动控制；

2、悬缸内腔，以内控阀组为核心连接、控制缸筒内腔和活塞杆内腔，构建一个完整的压力/流量控制系统，提供悬挂缸的主体力学参数(刚度/阻尼)，以及实现系统内部的变阻尼主动控制。

3、在油气悬挂缸外部设置储能器、控制阀，通过管路与悬挂缸副油腔连接，构建独立的外部控制回路。此举同时达到以下三个目的：

①以储能器(混合油腔)，与副油腔构建外部控制回路完整的压力、流量关系。

②以控制阀，建立外部控制输入端口，同时兼做外部控制回路自身的阻尼元件；

③所建立的外部控制回路与悬缸内腔系统，通过副油腔形成新型的、完整的双气室反压对置力学结构关系；

4、构建的外部控制回路与悬缸内腔系统独立。通过副油腔补充、修正悬缸内腔系统的力学参数，并且在状态、行程、压力及刚度等参数上对悬缸内腔系统进行反向主动控制。

5、在实现双气室反压对置结构的基础上，构建完整的悬缸内腔结构，实现基于双气室反压对置结构下的悬缸内腔系统自动变阻尼控制，为今后的各种变阻尼主动控制提供了一种全新的基础性架构。

6、依托隔离式双气室油气悬挂缸结构特性(完整的悬缸内腔系统以及独立外部控制回路)，整个悬架控制系统按照双通道设定：以角度同步控制阀为核心建立“状态控制通道”，连接、控制左/右悬挂缸的两个外部控制回路。以流量随动阀为核心建立“压力/流量随动通道”，连接、控制左/右悬挂缸的两个悬缸内腔系统。两控制通道以及所包含的系统及回路间彼此独立，确保系统工作的稳定性和可靠性。

几点说明：

1、本专利构建左/右对称结构，整个系统实现最完整的功能和特性，包括反压对置刚度特性，双系统、双通道控制，变刚度控制、变阻尼控制、高度控制、行程控制、侧倾角度、侧倾刚度控制等，并保持开放性的结构。具有多级控制、组合控制、同步控制、反向控制、安全控制等特点。

2、新型的双气室反压对置悬挂缸结构保持完整、简洁的悬缸内腔结构，以及缸筒内腔与活塞杆内腔之间完整的关联，构建完整的悬缸内腔系统及独立的外部控制回路。悬缸内腔系统提供悬挂缸的主体参数，外部控制回路提供系统的控制参数。独立的悬缸内腔系统与外部控制回路结构，确保悬架系统工作的稳定性和可靠性；

3、悬缸内腔系统的压力作用面积和阻尼流量面积为缸筒内腔面积。外部控制回路的压力作用面积和阻尼流量面积为副油腔面积。外部控制回路与悬缸内腔系统构成双气室反压对置结构，除补偿与修正悬缸内腔系统压力特性的缺陷和不足外，还形成悬挂缸的双向压力特性及过零平衡点，并可对悬挂缸的行程及刚度进行有效控制。参见图16、17、18、19。

4、本例的变阻尼自适应控制，是基于悬缸内腔的完整结构，以及缸筒内腔与活塞杆内腔之间的相对位置、速度、压力、流量等完整的结构及关联。内控阀组是基于系统内部压力的一种变阻尼控制机构，实现的是双点、稳态的变阻尼流量控制。F＝f(p，v)。图15为在空/满载状态下，系统自动匹配的两条阻尼特性曲线。本例的变阻尼控制流量面积为缸筒内腔面积，已经达到了缸体结构的最大状态。

内控阀组的核心是构建了以内部压力为控制输入的阀芯组件及可变阻尼结构，形成内部可变阻尼通道。阀芯组件内部包含一个用于系统识别的密闭压力腔，内部以弹簧提供阀芯基准压力推动阀芯运动。阀芯基准压力设定在悬挂缸空载压力与满载压力之间。阀芯上布置有内/外两组阻尼孔和单向阀，与阀芯座圈配合形成固定阻尼通道和可控阻尼通道，固定阻尼通道长通。阀芯伸出时可控阻尼通道开启，阀芯缩回时可控阻尼通道关闭。阀芯组件还包含有阻尼腔、阻尼环，用于控制阀芯自身的稳态响应。图11为内控阀组结构详图。

对内控阀组的几点说明：

①.在缸体内部构建的可变阻尼结构、可变阻尼通道以及自动控制结构，以悬缸内腔系统压力作为变阻尼控制的输入参数，F＝f(p，v)。

②.阀芯基准压力用于识别系统内部的空载压力与满载压力，并与系统压力叠加推动阀芯保持伸出与缩回两个特定的位置。因此，是一个典型的双点变阻尼控制，见图15。

③.阀芯组件中的阻尼腔、阻尼环，用于控制阀芯自身的稳态响应。系统内部的压力波动与压力冲击，不会造成阀芯的瞬态启动和刚性撞击。因此，系统是一个稳态控制，

④.本例是目前唯一基于双气室反压对置结构下，实现外部主动控制与内部变阻尼自动控制的悬挂缸结构，为今后的技术发展提供了一个全新的基础油气悬挂缸结构。

5、本专利为现有文献及产品之外的首次提出。作为机械/液压控制方式下的主动控制油气悬架结构，具有明显的创新特性和应用价值。

本专利-双通道侧向刚度半主动油气悬架，基于油气悬架，以机械、液压的方式，通过特定的结构与控制原理实现油气悬架侧倾刚度的半主动控制。对于现存复杂、昂贵的电子控制主动悬架系统具有良好地应用范围和使用价值。

附图说明

图1-活塞杆上置，单气室双油腔结构示意图；

图2-活塞杆下置，单气室双油腔结构示意图；

图3-活塞杆上置，单气室三油腔结构示意图；

图4-活塞杆下置，单气室三油腔结构示意图；

图5-活塞杆下置，单气室三油腔结构示意图；

图6-活塞杆上置，单气室三油腔压力补偿式结构示意图；

图7-活塞杆下置，双气室正向串联三油腔结构示意图；

图8-活塞杆下置，双气室反向对置三油腔结构示意图；

图9-活塞杆下置，双气室反向对置三油腔结构示意图；

图10本专利-隔离式双气室悬挂缸结构示意图；

图11本专利-悬挂缸变阻尼内控阀组结构放大图；

图12-传统单气室以及串联双气室悬挂缸刚度特性曲线图；

图13-传统双气室反压对置结构悬挂缸刚度特性曲线图；

图14-传统油气悬挂缸阻尼特性曲线图；

图15本专利-悬挂缸压力控制变阻尼特性曲线图；

图16本专利-隔离式双气室悬挂缸刚度特性曲线图；

图17本专利-外部控制回路刚度控制特性图；

图18本专利-悬缸内腔系统刚度控制特性图；

图19本专利-外部控制回路与悬缸内腔系统等压/同步刚度控制特性图

图20本专利-隔离式双气室悬挂缸结构以及基本系统/回路构成图；

图21本专利-双通道侧向刚度半主动油气悬架系统结构图；

图22本专利-双通道侧向刚度半主动油气悬架左转系统结构图；

图23本专利-双通道侧向刚度半主动油气悬架右转系统结构图；

具体实施方式

本专利，双通道侧向刚度半主动油气悬架，采用左右对称布局结构，包括方向盘1、角度同步控制阀2、流量随动阀3、悬挂缸8、储能器15、控制阀16、管路17、管路18。所述悬挂缸8，包括活塞杆10、活塞11、内控阀组12、缸筒13、密封座圈14。所述缸筒13、活塞杆10及活塞11在悬挂缸8内部围成悬缸内腔20(无杆腔)。所述缸筒13、密封座圈14及活塞杆10、活塞11在悬挂缸8腰部侧壁间围成副油腔21(有杆腔)。所述副油腔21充注液压油，与悬缸内腔20完全隔离。所述悬缸内腔20通过活塞杆10底部的内控阀组12分隔为缸筒内腔22和活塞杆内腔23。所述缸筒内腔22中充注液压油，活塞杆内腔23中充注液压油和氮气。所述缸筒内腔22和活塞杆内腔23，通过内控阀组12上的阻尼通道连通，形成悬挂缸8完整的悬缸内腔系统30。所述缸筒内腔22底部设有外部控制接口31。所述副油腔21，在缸筒13靠近密封座圈14的位置设置连接口，通过管路17外接储能器15和控制阀16，形成悬挂缸8独立的外部控制回路40。所述控制阀16上设有外部控制接口41。所述外部控制回路40与悬缸内腔系统30完全隔离，彼此独立。图20为所述悬挂缸8的内部结构以及基本系统/回路构成图，图10为结构示意图。

所述外部控制回路40中的副油腔21与悬缸内腔系统30中的缸筒内腔22形成双气室反压对置结构。所述储能器15，内部充注液压油和氮气。所述副油腔21，作为外部控制悬挂缸状态、行程与刚度的目标环节。所述控制阀16，除作为外部控制悬挂缸状态、行程与刚度的输入端口外，也作为外部控制回路40自身的阻尼/流量控制元件。

所述内控阀组12，为压力控制自动变阻尼组件，安装在活塞杆10的底部。通过感知悬缸内腔系统30的压力实现对悬挂缸空/满载状态下的自动变阻尼控制。图11为内控阀组12的详细结构图。图15为内控阀组12自动变阻尼控制曲线。

以角度同步控制阀2分别连接左/右悬挂缸外部控制回路40的外部控制接口41，形成以角度同步控制阀2为核心的“状态控制通道”，连接、控制左/右悬挂缸的两个外部控制回路40。以流量随动阀3，通过管路18分别连接左/右悬挂缸悬缸内腔系统30的外部控制接口31，形成以流量随动阀3为核心的“压力/流量随动通道”，连接、控制左/右悬挂缸的两个悬缸内腔系统30。“状态控制通道”/“压力/流量随动通道”以及所包含的外部控制回路40/悬缸内腔系统30之间彼此独立，确保系统工作的稳定性和可靠性。所述角度同步控制阀2，随方向盘1同步控制。流量随动阀3，随左/右悬缸内腔系统30之间的压差随动控制，对左/右悬缸内腔系统30的流量/压力进行补偿。

图21为本例——双通道侧向刚度半主动油气悬架系统结构图。

当方向盘1左转时，角度同步控制阀2对左/右外部控制回路40分别输出/输入控制流量Q1，左侧外部控制回路40压力升高，左侧储能器15吸收流量ql，左侧副油腔21增加流量Ql，ql＝Q1-ql；右侧外部控制回路40压力降低，右侧储能器15释放流量qr，右侧副油腔21减少流量Qr，Qr＝Q1-qr，控制底盘产生向左的侧倾角度。流量随动阀3，根据角度同步控制阀2的左转操作所产生的左/右悬缸内腔系统30的压力变化，做出随动操作：对左/右悬缸内腔系统30分别输入/输出控制流量Q2，使左侧悬缸内腔系统30减少流量Q2，右侧悬缸内腔系统30增加流量Q2，以保持左/右悬缸内腔系统30之间的压力处于平衡状态。这样，角度同步控制阀2控制左/右外部控制回路40产生向左的侧倾角度Φ，流量随动阀3随动操作，控制左/右悬缸内腔系统30保持一致的压力和刚度。见图22，车辆左转时系统结构状态图。

当方向盘1右转时，角度同步控制阀2对左/右外部控制回路40分别输入/输出控制流量Q1，左侧外部控制回路40压力降低，左侧储能器15释放流量ql，左侧副油腔21减少流量Ql，Ql＝Q1-ql，右侧外部控制回路40压力升高，右侧储能器15吸收流量qr，右侧副油腔21增加流量Qr，Qr＝Q1-qr，控制底盘产生向右的侧倾角度。流量随动阀3，根据角度同步控制阀2的右转操作所产生的左/右悬缸内腔系统30的压力变化，做出随动操作：对左/右悬缸内腔系统30分别输出/输入控制流量Q2，使左侧悬缸内腔系统30增加流量Q2，右侧悬缸内腔系统30减少流量Q2，以保持左/右悬缸内腔系统30之间的压力处于平衡状态。这样，角度同步控制阀2控制左/右外部控制回路40产生向右的侧倾角度Φ，流量随动阀3随动操作，控制左/右悬缸内腔系统30保持一致的压力和刚度。见图23车辆左转时系统结构状态图。

角度同步控制阀2在“状态控制通道”对左/右外部控制回路40所进行的Q1流量控制，是一个过程控制。相应地，流量随动阀3在“压力/流量随动通道”对左/右悬缸内腔系统30所进行的Q2流量控制，也是一个同步伴随过程控制。在角度同步控制阀2对“状态控制通道”进行侧倾角度控制，产生的左/右悬挂缸的高度变化的过程中，流量随动阀3保持左/右悬缸内腔系统30之间的压力均衡、刚度一致。这种控制是一种等压、同步的随动控制。图19，为这一过程悬缸刚度特曲线。

车辆在直线行驶时，角度同步控制阀2对左/右两侧外部控制回路40不主动产生控制流量，流量随动阀3与左/右悬缸内腔系统30之间也没有控制流量。悬缸内腔系统30中，活塞杆内腔23与缸筒内腔22之间通过内控阀组12进行流量的交换；外部控制回路40中，储能器15与副油腔21之间通过控制阀16进行流量的交换。遇路面颠簸，左/右两侧外部控制回路40产生的压差被角度同步控制阀2截止。流量随动阀3内部包含阻尼截止阀，左/右悬缸内腔系统30之间产生的瞬间高压被阻尼截止阀衰减并截止。

车辆在转向行驶时，各系统及回路均处于工作状态。在“状态控制通道”中，角度同步控制阀2对左/右两个外部控制回路40进行流量的调整与分配，实现对底盘的姿态控制。在“压力/流量随动通道”中，流量随动阀3根据角度同步控制阀2的控制姿态，对左/右两个悬缸内腔系统30进行流量的补偿与调整，实现对底盘的侧向姿态控制以及对“状态控制通道”的力学响应。在方向盘不同转向角度的控制下，车辆的转向角度、侧倾角度、侧倾刚度就形成了一系列的对应状态，实现悬架系统侧倾刚度的半主动控制。

本例-双通道侧向刚度半主动油气悬架，首次提出了基于油气悬架侧向刚度半主动悬架控制方案以及新型基础悬挂缸部件结构。方案基于传统的机械液压技术，摒弃了复杂、昂贵的电子控制系统，在系统稳定性、可靠性、使用寿命等方面具有突出的优势，而且系统的控制容量得到大幅度提升，显著扩大了应用范围和使用价值。

将基础悬架结构，由钢板板簧、螺旋弹簧提升到油气悬架，重点是提出隔离式双气室悬挂缸结构，是控制方案获得突破的一个基础性条件。另一个重要的突破是解决了非电控条件下，油气悬挂缸变阻尼控制的系统性难题。由此，油气悬架的主动控制技术将不再依赖于复杂的电子控制系统，而依靠经典的机械/液压原理就可以实现经济、高效、大容量的底盘主动控制。本例是基于行程、状态与刚度的底盘半主动控制的方案架构，与目前建构的自动变阻尼控制技术结合将极大地扩展应用的领域和车型的范围。

之前的主动控制技术过度依赖于电子控制系统，忽视了对传统结构和技术的研究。从现有文献以及现有各类车型产品来看，本结构方案都是首次揭示了非电控条件下侧向刚度半主动控制悬架系统的完整结构方案，具有明显的创新特性和应用价值。

Claims (5)

1.一种双通道侧向刚度半主动油气悬架，采用左右对称结构，包括方向盘、角度同步控制阀、流量随动阀、悬挂缸、储能器、控制阀及管路；所述悬挂缸，包括活塞杆、活塞、内控阀组、缸筒、密封座圈；所述缸筒、活塞杆及活塞在悬挂缸内部围成悬缸内腔；所述缸筒、密封座圈及活塞杆、活塞在悬挂缸腰部侧壁间围成副油腔；所述副油腔充注液压油，与悬缸内腔完全隔离；所述悬缸内腔通过活塞杆底部的内控阀组分隔为缸筒内腔和活塞杆内腔；所述缸筒内腔中充注液压油，活塞杆内腔中充注液压油和氮气；所述缸筒内腔和活塞杆内腔，通过内控阀组上的阻尼通道连通，形成完整的悬缸内腔系统；所述缸筒内腔底部设有外部控制接口；所述副油腔，在缸筒靠近密封座圈的位置设置连接口，通过管路外接储能器和控制阀，形成独立的外部控制回路；所述控制阀上设有外部控制接口；所述外部控制回路与悬缸内腔系统完全隔离，彼此独立；其特征在于：角度同步控制阀分别连接左/右悬挂缸外部控制回路的外部控制接口，形成以角度同步控制阀为核心的“状态控制通道”，连接、控制左/右悬挂缸的两个外部控制回路；流量随动阀分别连接左/右悬挂缸悬缸内腔系统的外部控制接口，形成以流量随动阀为核心的“压力/流量随动通道”，连接、控制左/右悬挂缸的两个悬缸内腔系统；“状态控制通道”/“压力/流量随动通道”之间以及所包含的外部控制回路/悬缸内腔系统之间彼此独立；所述角度同步控制阀随方向盘同步控制，流量随动阀随左/右悬缸内腔系统之间的压差随动控制。

2.根据权利要求1所述双通道侧向刚度半主动油气悬架，其特征在于：缸筒内腔和活塞杆内腔，通过内控阀组上的阻尼通道连通，形成完整的悬缸内腔系统；副油腔，在缸筒靠近密封座圈的位置设置连接口，通过管路外接储能器和控制阀，形成独立的外部控制回路。

3.根据权利要求1或2所述双通道侧向刚度半主动油气悬架，其特征在于：副油腔充注液压油，与悬缸内腔完全隔离。

4.根据权利要求3所述双通道侧向刚度半主动油气悬架，其特征在于所述外部控制回路中的副油腔与悬缸内腔系统中的缸筒内腔形成双气室反压对置结构。

5.根据权利要求1或2所述双通道侧向刚度半主动油气悬架，其特征在于所述悬缸内腔保持完整的内腔结构以及压力/流量关联，内控阀组作为缸筒内腔与活塞杆内腔之间变阻尼控制组件。