CN214057159U - 一种电磁平衡式车辆液压悬架系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁平衡式车辆液压悬架系统，其前左液压缸的无杆腔、前右液压缸的有杆腔、后左液压缸的无杆腔以及后右液压缸的有杆腔相连形成液压回路P1；前左液压缸的有杆腔、前右液压缸的无杆腔、后左液压缸的有杆腔以及后右液压缸的无杆腔相连形成液压回路P2；液压回路P1和液压回路P2均连有蓄能器；电磁开关阀用于实现两条液压回路互通，电磁开关阀设在液压回路P1和液压回路P2之间；中央处理器用于控制电磁开关阀工作，中央处理器与电磁开关阀相连。控制电磁阀的开闭，以此实现两条液压回路互通，解决因为磨损泄漏等原因引起的两条油液回路设定工作压力的压差问题，保证液压互联悬架系统处于最佳性能。

Description

一种电磁平衡式车辆液压悬架系统

技术领域

本实用新型涉及车辆液压悬架技术领域，尤其是涉及一种电磁平衡式车辆液压悬架系统。

背景技术

随着汽车行业不断发展，汽车的安全性、操稳性和舒适性越来越受到客户的关注。现有主流的传统悬架形式，多为弹性元件与横向稳定杆匹配，弹性元件包括钢板弹簧、螺旋弹簧或者是气囊弹簧等。横向稳定杆只能提供线性刚度，若要满足一定的操稳性，横向稳定杆需要做的比较粗，此时对车辆的平顺性会产生明显负面影响。因此，使用钢板弹簧或螺旋弹簧作为弹性元件的车辆，普遍具有平顺性较差的问题；使用气囊为弹性元件的车辆，尤其体现在车辆，为了满足平顺性，牺牲了部分的操稳性。

同时，各类车型，在车辆的抗侧翻安全性，即车辆本身的侧向稳定性方面，要求逐渐提高。为了提升车辆的侧倾稳定性，一般会增加悬架的刚度或者安装横向稳定杆等。但是悬架刚度提高，或横向稳定杆加粗的情况下，在提高悬架侧倾刚度的同时，会对车辆的平顺性产生负面影响，即改善了车辆的侧向稳定性却降低了车辆的平顺性，因此传统悬架设计中存在侧向稳定性与平顺性的折中，无法做到使二者同时达到最优。同时，横向稳定杆的型号及尺参数一旦确定，则只能提供固定的线性刚度，不能根据车辆行驶工况的改变而自适应地提供不同的刚度值，该缺陷进一步限制了汽车舒适性的提升。

基于以上问题，目前多是采用液压悬架系统进行改善，系统能够在不影响车辆平顺性的前提下，改善车辆的操纵稳定性；如中国专利201420153588.X中公开的一种被动式液压互联悬架系统；该系统由液压缸、液压管路、蓄能器和阻尼阀等元件构成；液压缸设于四个车轮与车身之间，一端与车身固结、一端与车轮固结，四个液压缸以一定方式互联形成两条闭合的液压回路，每一条闭合回路配设有至少一个蓄能器，设置至少一个或者不设置提供阻尼的装置。

但在实际工程应用中，随着上述被动液压互联悬架系统中长期工作的液压元件，尤其是液压元件中使用的密封件，会产生磨损，导致密封性能降低，从而引起液压元件中的油液泄漏。若两条液压回路中液压元件的磨损状况不同，则可能出现两条回路中油液泄漏情况不同，进而引起两条回路产生压差；该压差会对液压互联悬架系统的使用性能产生影响；再由于温度等因素的变化引起系统中油液体积变化，将会使两条回路的压差进一步变大，从而引起车身姿态的变化。

实用新型内容

针对现有技术不足，本实用新型是提供一种电磁平衡式车辆液压悬架系统，其能有效解决因为磨损泄漏等原因引起的不同油液回路设定工作压力的压差问题，保证液压互联悬架系统处于最佳性能。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种电磁平衡式车辆液压悬架系统，包括：

悬架的前左液压缸、前右液压缸、后左液压缸以及后右液压缸，所述前左液压缸的无杆腔、前右液压缸的有杆腔、后左液压缸的无杆腔以及后右液压缸的有杆腔相连形成液压回路P1；所述前左液压缸的有杆腔、前右液压缸的无杆腔、后左液压缸的有杆腔以及后右液压缸的无杆腔相连形成液压回路P2；

蓄能器，液压回路P1和液压回路P2均连有蓄能器；

电磁开关阀，用于实现两条液压回路互通，电磁开关阀设在液压回路P1和液压回路P2之间；

中央处理器，用于控制电磁开关阀工作，中央处理器与电磁开关阀相连。

还包括车身姿态传感器，所述车身姿态传感器与中央处理器相连。

所述每个液压回路上均设有油压传感器，所述油压传感器与中央处理器相连。

所述对应每个液压缸的端口以及在蓄能器和对应液压回路之间均设有阻尼阀结构，所述阻尼阀结构为定阻的阻尼阀或可调的阻尼阀；如为可调的阻尼阀，可调的阻尼阀均与中央处理器相连。

所述电磁开关阀为开关式的电磁阀，所述电磁开关阀为电磁针阀或电磁滑阀或者是电磁转阀。

所述液压缸位于车辆的车轮和车身之间，对应液压缸设有弹性元件，液压缸和弹性元件并联工作承载车身。

所述电磁开关阀为常闭阀。

所述车身姿态传感器为两个以上，分别设置在车辆的两侧。

所述车身姿态传感器为位移传感器或高度传感器或者是车身倾角传感器。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

该电磁平衡式车辆液压悬架系统设计合理，在两侧的液压悬架回路之间设置开关式电磁阀，同时增设车身姿态传感器和中央处理器，可实现在特定工况下根据车身姿态信号，控制电磁阀的开闭，以此实现两条液压回路互通，解决因为磨损泄漏等原因引起的两条油液回路设定工作压力的压差问题，保证液压互联悬架系统处于最佳性能。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本实用新型一种实施例示意图。

图2为本实用新型另一种实施例示意图。

图3为本实用新型电磁阀开闭控制逻辑图。

图4为图2实施例中可调阻尼阀的控制逻辑图。

图中：

C1：前左液压缸

C2：前右液压缸

C3：后左液压缸

C4：后右液压缸

D11、D12：前左液压缸上腔阻尼阀、前左液压缸下腔阻尼阀

D21、D22：前右液压缸上腔阻尼阀、前右液压缸下腔阻尼阀

D31、D32：后左液压缸上腔阻尼阀、后左液压缸下腔阻尼阀

D41、D42：后右液压缸上腔阻尼阀、后右液压缸下腔阻尼阀

Da1、Da2：左侧蓄能器阻尼阀、右侧蓄能器阻尼阀

A1、A2：左侧蓄能器、右侧蓄能器

p1、p2：左侧液压回路、右侧液压回路

S1、S2：左侧回路油压传感器、右侧回路油压传感器

V：电磁开关阀

E：中央处理器

S：车身姿态传感器

d11、d12：前左液压缸上腔、下腔可调阻尼阀

d21、d22：前右液压缸上腔、下腔可调阻尼阀

d31、d32：后左液压缸上腔、下腔可调阻尼阀

d41、d42：后右液压缸上腔、下腔可调阻尼阀

da1、da2：左侧蓄能器可调阻尼阀、右侧蓄能器可调阻尼阀。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1至图4所示，该电磁平衡式车辆液压悬架系统，包括悬架的前左液压缸、前右液压缸、后左液压缸、后右液压缸、蓄能器、电磁开关阀、车身姿态传感器以及中央处理器。

前左液压缸的无杆腔、前右液压缸的有杆腔、后左液压缸的无杆腔以及后右液压缸的有杆腔相连形成液压回路P1；前左液压缸的有杆腔、前右液压缸的无杆腔、后左液压缸的有杆腔以及后右液压缸的无杆腔相连形成液压回路P2；液压回路P1和液压回路P2均连有蓄能器。

电磁开关阀用于实现两条液压回路互通，电磁开关阀设在液压回路P1和液压回路P2之间；中央处理器用于控制电磁开关阀工作，中央处理器与电磁开关阀相连；车身姿态传感器用于检测车辆姿态，车身姿态传感器与中央处理器相连。每个液压回路上均设有油压传感器，所述油压传感器与中央处理器相连。

本实用新型中在两侧的液压悬架回路之间设置开关式电磁阀，同时增设车身姿态传感器和中央处理器，可实现在特定工况下根据车身姿态信号，控制电磁阀的开闭，以此实现两条液压回路互通，解决因为磨损泄漏等原因引起的两条油液回路设定工作压力的压差问题，保证液压互联悬架系统处于最佳性能。

液压缸是该方案中的作动元件，包含上下两个连接部位，至少两个油口，缸筒，以及活塞杆。液压缸位于车轮与车身之间，一个连接部件与车身固结，另一个连接部件与车轮固结。液压缸可以部分承担车身载荷，此时，液压缸与弹性元件并联工作；液压缸也可以全部承受车身载荷，此时，液压缸和含有蓄能器的液压回路系统替代弹性元件，不再需要如板簧、螺旋弹簧或气囊等弹性元件。但是此种情况下，对液压缸的承载能力要求较高。本案以液压缸与弹性元件并联工作为示例。与车辆匹配时，液压缸数量根据车辆悬架结构和性能需求进行匹配。本案以常见的二轴车前两后两的液压缸布置形式为例进行说明，对于多轴车辆的系统，可以此类推。

液压缸的上下连接部件形式可以是吊耳形式，也可以是叉臂或支柱形式。液压缸至少包含两个油口，分别连通液压缸的上下腔。液压缸的缸筒与上端连接部位固结，固结形式可以是焊接、螺纹连接或者其他连接形式。活塞杆上部带有活塞，位于缸筒内部，将缸筒分成无杆腔和有杆腔两个腔体，根据本案中的展示示例，可以称作上腔和下腔。中部与缸筒之间依靠密封件密封，密封件沿缸筒内壁滑动。活塞杆下部与下端连接部位固结。

阻尼阀设置于液压缸的单个油口，或是多个油口，提供系统所需的垂向减震的阻尼力。根据需要，阻尼阀也可设置于蓄能器出口，提供蓄能器前管路阻尼力，可调节侧倾阻尼力的大小。阻尼阀可以是定阻尼力的薄片阀或者小孔阀，也可以是可调节流量的可调阻尼阀；如为可调阻尼阀，其每个可调阻尼阀均与中央处理器相连。可调阻尼阀可以是独立的一个阀，实现流量控制，也可以是一个阀系组合，例如薄片阀与可控流量的小孔阀的组合，或者是固定流量的小孔阀与可控流量的小孔阀的组合。

蓄能器分设于两条回路，蓄能器可以为隔膜式、囊式、活塞式、金属波纹管式或其他形式，只要能够实现一端储存气体，一端储存液体的功能，则在本案范围内。蓄能器内的气体选用惰性气体，如氮气等。根据需要，每条回路中的蓄能器可以是一个或多个。本案以每条回路中一个蓄能器为例进行说明。

液压管路和液压管接头提供油液流通通道，需要保证一定的承压能力以及密封油液的能力。液压管路与液压管接头，以及液压缸、蓄能器和阻尼阀的连接形式，可以是螺纹连接，法兰连接或者焊接，只要保证连接之后不出现漏渗油情况，即在本案的保护范围内。密封方式可以采取一般形式的O型圈密封、垫片密封或者组合垫片密封，只要能够起到密封效果，则在本案的保护范围内。

电磁开关阀可以是针阀、滑阀或者是转阀等，只要可以实现连接回路的通断，则在本案的保护范围内。电磁开关阀受控于中央处理器，并通电。电磁开关阀为常闭阀，车辆行驶过程中均为关闭状态，此时两条液压回路断开。仅在车辆静止，并且停在水平长直路面时，才会触发打开，此时两条液压回路连通，并根据控制逻辑中的设定，在连通一定时间后自动关闭。

中央处理器集成了电磁开关阀的控制策略和可调阻尼阀的控制策略，通过接收车辆传感器传送过来的信号，根据控制策略，发出指令给电磁开关阀和可调阻尼阀，实现电磁开关阀的开通与关闭，或者是可调阻尼阀的阻尼孔径大小调节。

车身姿态传感器可以是位移传感器、高度传感器或者是车身倾角传感器，只要能够获取车身左右或者前后相对于初始水平位置的位置变化信号，则在本案的保护范围内。一般车辆自带各类传感器，此时只需要从CAN总线中将所需的车身姿态信号导出到中央处理即可。若车辆不包含此类传感器，可在车上加装此类传感器，获取所需信号。该类传感器技术成熟，价格低廉，易于应用。本案以倾角传感器为例进行说明。

油压传感器分别设置于两条液压系统回路中，用于监测两条液压系统回路实时的压力大小。

如图1所示，展示了与车辆匹配的电磁开关式液压悬架系统的连接示意图。前轴左侧液压缸上腔与前轴右侧液压缸的下腔相连，前轴左侧液压缸的下腔与前轴右侧液压缸的上腔相连；后轴左侧液压缸上腔与后轴右侧液压缸的下腔相连，后轴左侧液压缸的下腔与后轴右侧液压缸的上腔相连；前轴与后轴液压缸，上腔连上腔，下腔连下腔。以此形成两条液压回路。

为满足车辆的平顺性和操纵稳定性兼容的需求，安装本案中的液压悬架系统之后，与液压缸并联工作的板簧或气囊的刚度可适当减小，横向稳定杆可以去除。此时，可以依靠该液压悬架系统提供整车所需的部分垂向刚度，以及起主要作用的侧倾刚度。同时，由于本案中的液压悬架系统，其油液压力随车身姿态及路况实时变化，因此可实现垂向刚度和侧倾刚度的实时变化。

当车辆行驶在平整路面时，液压缸的活塞杆处于高频小振幅波动状态，油液流过阻尼阀，进出蓄能器的量较小，此时系统提供的侧倾刚度较小，主要提供部分垂向刚度，依靠阻尼阀及液压缸与车身连接处的衬套，可以快速吸收垂向振动，保证车辆的车身姿态稳定且平顺性较好。

当车辆发生转弯或者是快速变道等工况时，一侧液压缸的活塞杆被压缩，另一侧液压缸的活塞杆被拉伸，活塞杆处于低频大振幅运动状态，大量油液流经阻尼阀，进出蓄能器。活塞杆被压缩一侧液压回路中的蓄能器气体被压缩，压力升高，该回路油液压力升高，产生抑制活塞杆被压缩的力；活塞杆被拉伸一侧液压回路中的蓄能器其他膨胀，压力降低，该回路油液压力降低，产生抑制活塞杆被拉伸的力。两侧的力形成抵抗车身侧倾的力矩，该力矩致力于减小车辆车身侧倾角，保持车身姿态平稳。车辆转弯幅度越大，单侧产生的作用力越大，抵抗侧身侧倾的力矩越大。即液压系统根据车况实时提供所需的侧倾力矩大小，实现自适应调节。

本系统的控制方法为：

以上行驶过程中，电磁开关阀处于常闭状态，两条液压回路断开。当车辆启动时，首先判断车速信号，车速信号为零时，判断车身姿态信息和油压信息，如车身倾角传感器的信号及油压传感器的信号，如果左右倾角在设定范围内，且/或油压压差在设定范围内，表明车辆停驻在水平路面，则由中央处理器发送信号到电磁开关阀，保持n秒打开后，自动关闭。即实现了两条液压回路中油液的快速接通与隔断。

优选具体实例为：

图1为本实用新型的一个优选实施例，具体为：

本实用新型的液压悬架系统包括前左液压缸C1、前右液压缸C2、后左液压缸C3、后右液压缸C4，左侧蓄能器A1、右侧蓄能器A2、管路中的阻尼阀D11、D12、D21、D22、D31、D32、D41和D42，蓄能器前的阻尼阀Da1和Da2，系统回路中的油压传感器S1和S2，电磁开关阀V，中央处理器E和传感器S。左侧液压回路p1和右侧液压回路p2。

当车辆静止，且位于平直路面的工况下，实现液压悬架系统两条液压回路中油液的快速通断，以消除两条液压回路中油液压差。具体的控制逻辑为：当车辆启动时，启动信号传入中央处理器，随后判断车辆速度，当车辆速度不为零时，电磁阀保持关闭，此时中央处理器可不发出指令。当速度为零，判断车身倾角及系统内油压传感器信号，车身左右倾角大于设定值α，或两侧油压传感器压差大于设定值β，电磁阀保持关闭，此时中央处理器可不发出指令。当车身倾角小于或等于设定值α时，且两侧油压压差小于或等于设定值β，此时中央处理器发送指令，打开电磁阀。然后开始时间计时，当打开时间由0增加，未到设定值m时，且车速保持为零，则电磁阀保持打开状态，中央处理器不发出指令。若计时时间未到设定值m，车速不为零，则中央处理器发出指令，电磁阀关闭。当计时时间到设定值m时，中央处理器发出指令，关闭电磁阀。

当车辆不静止，或/且不位于平直路面，则电磁阀处于常闭状态，液压悬架系统两条回路断开。此时，在外部路面激励下，该液压悬架系统会产生相应的刚度和阻尼，满足操稳性和舒适性的要求。

此时，以车辆右转为例，由于离心力及车辆惯性的影响，车身会向左侧倾斜。此时，车辆的左侧车身与车轮的相对距离减小，右侧车身与车轮的相对距离增大，即左侧的弹性元件及液压缸受压缩，右侧的弹性元件及液压缸受拉伸。左侧液压缸活塞杆向上运动，上腔容积减小，油液从上腔流出，通过液压回路，流入左侧回路蓄能器；同时，右侧液压缸活塞杆向下运动，下腔容积减小，油液从下腔流出，通过液压回路，流入左侧回路蓄能器。左侧回路蓄能器中油液体积增加，气体被压缩，气压升高，导致左侧回路油液压力升高。相应的，连接在左侧回路中的左侧液压缸上腔和右侧液压缸下腔的压力升高，产生抵抗活塞杆继续运动的力。

同时，由于左侧液压缸活塞杆向上运动，右侧液压缸活塞杆向下运动，导致左侧液压缸的下腔及右侧液压缸的上腔容积增大，导致右侧回路中的油液，从右侧回路蓄能器中流出补充到左侧液压缸下腔和右侧液压缸上腔。使其压力升高，产生抵抗活塞杆继续运动的力。

两条回路产生的力，形成力矩，通过液压缸作用与车身，使车身侧倾角减小，车身姿态保持稳定。

另外，当车辆行驶在平整随机路面时，液压缸的活塞杆处于高频小振幅波动状态，油液流过阻尼阀，进出蓄能器的量较小，此时系统提供的侧倾刚度较小，主要提供部分垂向刚度，依靠阻尼阀及液压缸与车身连接处的衬套，可以快速吸收垂向振动，保证客车的车身姿态稳定且平顺性较好。

图2为本实用新型的另一个优选实施例，具体为：

与图1不同的是，该实施例中的阻尼阀为可调阻尼阀。图4为可调阻尼阀的执行策略。可调阻尼阀由中央处理器控制，根据行驶路况的不同，传感器接受信号，并传递给中央处理器，中央处理器通过分析之后，选择执行策略，传递给液压悬架系统的可调阻尼阀，调节管路系统中的流量大小，从而实现阻尼调节。

传感器信号可从整车CAN总线中获取，或额外加装传感器。本实用新型使用可调阻尼阀，可以保证乘坐舒适性的进一步提升，同时优化车辆尾部跟随性、通过性等。

上述仅为对本实用新型较佳的实施例说明，上述技术特征可以任意组合形成多个本实用新型的实施例方案。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电磁平衡式车辆液压悬架系统，其特征在于：包括：

悬架的前左液压缸、前右液压缸、后左液压缸以及后右液压缸，所述前左液压缸的无杆腔、前右液压缸的有杆腔、后左液压缸的无杆腔以及后右液压缸的有杆腔相连形成液压回路P1；所述前左液压缸的有杆腔、前右液压缸的无杆腔、后左液压缸的有杆腔以及后右液压缸的无杆腔相连形成液压回路P2；

蓄能器，液压回路P1和液压回路P2均连有蓄能器；

电磁开关阀，用于实现两条液压回路互通，电磁开关阀设在液压回路P1和液压回路P2之间；

中央处理器，用于控制电磁开关阀工作，中央处理器与电磁开关阀相连。

2.如权利要求1所述电磁平衡式车辆液压悬架系统，其特征在于：还包括车身姿态传感器，所述车身姿态传感器与中央处理器相连。

3.如权利要求1所述电磁平衡式车辆液压悬架系统，其特征在于：所述每个液压回路上均设有油压传感器，所述油压传感器与中央处理器相连。

4.如权利要求1所述电磁平衡式车辆液压悬架系统，其特征在于：所述对应每个液压缸的端口以及在蓄能器和对应液压回路之间均设有阻尼阀结构，所述阻尼阀结构为定阻的阻尼阀或可调的阻尼阀；如为可调的阻尼阀，可调的阻尼阀均与中央处理器相连。

5.如权利要求1所述电磁平衡式车辆液压悬架系统，其特征在于：所述电磁开关阀为开关式的电磁阀，所述电磁开关阀为电磁针阀或电磁滑阀或者是电磁转阀。

6.如权利要求1所述电磁平衡式车辆液压悬架系统，其特征在于：所述液压缸位于车辆的车轮和车身之间，对应液压缸设有弹性元件，液压缸和弹性元件并联工作承载车身。

7.如权利要求1所述电磁平衡式车辆液压悬架系统，其特征在于：所述电磁开关阀为常闭阀。

8.如权利要求2所述电磁平衡式车辆液压悬架系统，其特征在于：所述车身姿态传感器为两个以上，分别设置在车辆的两侧。

9.如权利要求2所述电磁平衡式车辆液压悬架系统，其特征在于：所述车身姿态传感器为位移传感器或高度传感器或者是车身倾角传感器。

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