液壓式車輛主動懸架系統的制作方法
【專利摘要】液壓式車輛主動懸架系統屬于車輛底盤技術；所述懸架系統主要由液壓泵、節流閥、兩位三通電磁換向閥、單向節流閥、兩位兩通電磁球閥、兩位兩通比例方向閥、減振液壓缸、溢流閥及油箱依次串接構成閉環液壓系統，所述兩位三通電磁換向閥與單向節流閥的連接端同時與系統供油壓力檢測線路連接，導線將控制單元分別與加速度傳感器、位移傳感器、兩位三通電磁換向閥、兩位兩通電磁球閥、兩位兩通比例方向閥A、兩位兩通比例方向閥B連接；本系統產生相應的主動力實現主動控制和連續控制，減緩因路面不平和車輛重量增減引起的振動，結構簡單合理，控制器件對操作環境要求低，可靠性高，制造價格和使用成本低廉，降低液壓油消耗，提高燃油經濟性。
【專利說明】液壓式車輛主動懸架系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于車輛底盤【技術領域】，主要涉及一種可明顯改善車輛的乘車舒適性和操作穩定性的液壓主動懸架系統。
【背景技術】
[0002]懸架是現代汽車上的重要總成之一，將車身與車軸(或車輪)彈性的連接起來。其主要任務是傳遞作用在車輪和車身之間的一切力和力矩，從而緩和路面傳給車身及駕駛員的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統的振動，保證了汽車的行駛平順性及操縱穩定性。懸架系統性能的好壞對汽車的行駛能力、操縱性能、安全性等方面均有很大的影響，因此懸架一直是汽車設計人員關注的問題之一。目前市場上大多采用傳統被動懸架，被動懸架的剛度和阻尼系數是按經驗和優化方法確定的，一經確定將無法隨著路面情況的變化自動調節，限制了汽車平順性和道路友好性的提升空間。
[0003]為了克服這些缺陷，1954年通用汽車公司的Federspiel Labrose在懸架設計中提出了主動懸架的概念。主動懸架是采用有源或無源可控元件組成一個閉環或開環的控制系統，一個力發生器取代了被動懸架中的減振器或在被動懸架彈性元件和阻尼元件的基礎上加一個主動裝置，根據車輛系統的狀態和外部輸入信息的變化(路面激勵)作出反應，主動地輸出和調整所需的控制力，實時改變懸架阻尼系數與剛度，從而在較大范圍內有效地控制車身加速度幅值波動范圍；降低路面凹凸不平引起的加速度變化和車身急劇跳動對乘員的影響；減少汽車行駛時的車身姿態變化(如側傾、縱擺、點頭、后蹲等)。液壓式主動懸架系統是由減振液壓缸作為懸架執行器液壓缸，通過合理的設計形成可實現主動實時控制的液壓閉環系統，可根據車輛的振動狀態改變減振液壓缸產生相應的作用力、方向及速度，最終改善車輛的舒適性和平穩性。近年來，主動懸架執行系統及其控制系統的研究和開發是車輛動力學領域的國際性前沿課題。國內的主動懸架目前并沒有實現產業化，現有的主動液壓式懸架系統較多的是磁流變式減振系統，這種系統較適用于自重較小、道路工況較好的乘用車上，節能方面能力有限。專利WO 2004/060702 Al中公開了一種液壓式主動懸架系統，該系統只解決了車輛遇到顛簸路面的振動情況，對于由車輛上重量發生變化引起的車身姿態的變化問題未能解決，并且采用液壓伺服閥作為液壓系統的控制閥導致整個液壓系統價格昂貴，操作環境要求高等缺點；然而專利US6575484 B2中公布了一種只解決了由于車身上重量發生變化一起的車身姿態的變化問題忽略了路面顛簸情況；在專利US6394238 BI中提到了兩個系統雖然考慮到重量增量和路面顛簸兩種振動情況，但是均存在著各自的問題，US6394238 BI圖5中的系統并未將減振液壓缸的無桿腔和有桿腔通過控制閥直接連通，而是在減振液壓缸的活塞處安裝單向閥和節流閥，這樣的設計只能允許來自系統的液壓油進入無桿腔，而有桿腔的液壓油只能進入無桿腔，不能與外部直接連通，導致不易實現實時可調的主動控制；US6394238 BI主要介紹的系統是在圖5的基礎上進行了改進，將減振液壓缸通過單向節流閥和溢流閥并聯構成的復合閥將無桿腔和有桿腔直接連接，但該復合閥對流量控制不夠精準，并且在這兩個專利中的回路同樣存在結構復雜等問題，大大降低了懸架系統的可靠性；在《Vehicle Simulat1n for the Development of anActive Suspens1n System for an Agricultural Tractor》論文中提到的液壓懸架系統雖然解決了上述兩種振動情況同時選擇設計的各個閥較準確，但在液壓系統的設計上存在問題，不能構成完整的回油管路。
【發明內容】
[0004]針對上述主動懸架的缺陷，本發明提供一種結構簡單、對執行器要求較低、性能可靠、適應能力強的液壓式車輛主動懸架系統，該系統既可以調節由于載荷變化引起的車身波動，又可以改善因凹凸復雜路面弓I起的振動，尤其適用于大型輪式拖拉機及工程車輛。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:液壓式車輛主動懸架系統由液壓泵、節流閥、兩位三通電磁換向閥、單向節流閥、兩位兩通電磁球閥、兩位兩通比例方向閥、減振液壓缸、溢流閥及油箱依次串接構成閉環液壓系統，所述液壓泵的出油口經節流閥與兩位三通電磁換向閥一端連接，所述兩位三通電磁換向閥的另一端分別與單向節流閥進油口和回油管路一端連接，回油管路的另一端與油箱的回油口連接，所述單向節流閥的出油口與兩位兩通電磁球閥連接，所述兩位兩通比例方向閥的一端與兩位兩通電磁球閥和蓄能器連接，其另一端與減振液壓缸的無桿腔連接，所述溢流閥將減振液壓缸的有桿腔與油箱的回油口連接，兩位兩通比例方向閥將所述無桿腔與有桿腔直接連通，且有桿腔的面積小于無桿腔的面積，兩位兩通比例方向閥與有桿腔連通的一端同時與溢流閥連通連接，兩位兩通比例方向閥的另一端與兩位兩通比例方向閥的一端連接，截止閥將有桿腔與油箱的回油口直接連接，所述的無桿腔與車身連接，有桿腔與車軸連接，在車身和車軸之間連接位移傳感器，在車身上連接加速度傳感器，所述兩位三通電磁換向閥與單向節流閥的連接端同時與系統供油壓力檢測線路連接，導線將控制單元分別與加速度傳感器、位移傳感器、兩位三通電磁換向閥、兩位兩通電磁球閥、兩位兩通比例方向閥A及兩位兩通比例方向閥B連接。
[0006]本發明的特點:
[0007](I)液壓減振系統的反饋調節，產生相應的主動力實現主動控制，改變因凹凸不平的路面和車輛增減重量引起的振動情況，實現實時連續控制；
[0008](2)系統結構簡單，執行器件對操作環境要求低，且提高了整個系統的可靠性；
[0009](3)價格低廉，選擇價格便宜又可隨著路況的變化做出相應流量及方向變化的比例閥，在整個液壓系統在處理車輛振動過程中，需要由泵提供液壓油的次數較少，大大降低了液壓油的消耗，提高燃油經濟性，減少了系統的成本；
[0010](4)由于作用于液壓缸的液壓油產生的壓力很大，這樣對于振動的控制相較于其他系統更加容易實現；尤其適合于工程車輛、軍用越野車輛等行駛工況惡劣以及商用車、高速列車等自重較大的車輛，明顯提高乘坐舒適性及操作穩定件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是液壓式車輛主動懸架系統總體結構示意圖
[0012]圖中件號說明:1液壓泵2系統壓力檢測線路3節流閥4兩位三通電磁換向閥5單向節流閥6兩位兩通電磁球閥7蓄能器8兩位兩通比例方向閥A9控制單元10加速度傳感器11車身12位移傳感器13無桿腔14減振液壓缸15有桿腔16車軸17兩位兩通比例方向閥B18截止閥19溢流閥20回油管路21油箱
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明進行詳細介紹。
[0014]一種液壓式車輛主動懸架系統，所述懸架系統由液壓泵1、節流閥3、兩位三通電磁換向閥4、單向節流閥5、兩位兩通電磁球閥6、兩位兩通比例方向閥A8、減振液壓缸14、溢流閥19及油箱21依次串接構成閉環液壓系統，所述液壓泵I的出油口經節流閥3與兩位三通電磁換向閥4 一端連接,所述兩位三通電磁換向閥4的另一端分別與單向節流閥5進油口和回油管路20 —端連接，回油管路20的另一端與油箱21的回油口連接，所述單向節流閥5的出油口與兩位兩通電磁球閥6連接,所述兩位兩通比例方向閥A8的一端與兩位兩通電磁球閥6和蓄能器7連接，其另一端與減振液壓缸14的無桿腔13連接，所述溢流閥19將減振液壓缸14的有桿腔15與油箱21的回油口連接，兩位兩通比例方向閥B17將所述無桿腔13與有桿腔15直接連通，且有桿腔15的面積小于無桿腔13的面積，兩位兩通比例方向閥B17與有桿腔15連通的一端同時與溢流閥19連通連接，兩位兩通比例方向閥B17的另一端與兩位兩通比例方向閥A8的一端連接，截止閥18將有桿腔15與油箱21的回油口直接連接，所述的無桿腔13與車身11連接，有桿腔15與車軸16連接，在車身11和車軸16之間連接位移傳感器12，在車身11上連接加速度傳感器10，所述兩位三通電磁換向閥4與單向節流閥5的連接端同時與系統供油壓力檢測線路2連接，導線將控制單元9分別與加速度傳感器10、位移傳感器12、兩位三通電磁換向閥4、兩位兩通電磁球閥6、兩位兩通比例方向閥A8及兩位兩通比例方向閥B17連接。
[0015]使用時，在車身11與車軸16之間通過液壓式車輛主動懸架系統相互連接。
[0016]當車輛上載重增加時，車身11的向下垂直加速度明顯增加，以某一載重下車輛處于平衡狀態時的車軸16高度為參照物，車身11將產生向下的瞬時運動，導致減振液壓缸14里的活塞桿相對于減振液壓缸14上升，減振液壓缸14瞬間處于壓縮狀態，為了避免車身11發生振動，應將車身11上升至原平衡位置，需液壓泵I提供液壓油進入減振液壓缸14的無桿腔13達到這一運動狀態。整個運動過程如下:當加速度傳感器10檢測到車輛方向向下的加速度的信號，將此信號傳遞給控制單元9，控制單元9將此信號處理轉換成電信號，控制懸架系統的兩位三通電磁換向閥4的電磁鐵IDT得電換向，兩位兩通比例方向閥B17的4DT得電換向，其余閥保持斷電狀態；此時系統供油壓力檢測路線2向車輛自身的液壓系統傳遞信號讓車輛上的液壓泵I提供
[0017]相應的液壓油，液壓油從液壓泵I的出油口經節流閥3、兩位三通電磁換向閥4、單向節流閥閥5、兩位兩通電磁球閥6、兩位兩通比例方向閥A8流入減振液壓缸14的無桿腔13中，有桿腔15排出的液壓油經過兩位兩通比例方向閥B17流入無桿腔13，活塞桿在減振液壓缸14中做拉伸運動，減振液壓缸14相對于活塞上升，最終快速提升車身11，達到恢復車身11到原來的平衡位置的目的；當車身11與車軸16兩者之間的距離恢復到最初平衡間距時，位移傳感器12檢測到間距信號，將信號傳遞給控制單元9，控制單元9斷開兩位三通電磁換向閥4及兩位兩通比例方向閥閥B17，當兩位三通電磁換向閥4電磁閥IDT處于斷電狀態時，兩位三通電磁換向閥4連接系統供油壓力檢測線路2 —端的壓力，通過回油管路20減小，對檢測到系統壓力信號不會造成不良影響。
[0018]同樣，當車輛上載重減少時，產生向上的垂直加速度，車身11瞬間遠離平衡位置，減振液壓缸14處于拉伸狀態。加速度傳感器10將檢測到的信號傳遞給控制單元9，再由控制單元9控制兩位兩通電磁球閥6和兩位兩通比例方向閥A8的電磁鐵2DT和3DT得電換向，使無桿腔13排出一些液壓油，排出的一部分液壓油經過兩位兩通比例方向閥B17進入有桿腔15,多余的液壓油通過兩位兩通比例方向閥A8、兩位兩通電磁球閥6、單向節流閥5、兩位三通電磁換向4、回油管路20流回油箱，減振液壓缸14相對于活塞桿下降，做壓縮運動直到車身11恢復原來的平衡位置為止，當車身11恢復到原平衡位置后，控制單元9同加速度增加時所述過程的控制各個閥斷電停止運動。
[0019]當車輛行駛在一個顛簸路面時，載荷平衡系統不起作用，本發明的液壓減振系統起到隔振器的作用。當車輛行駛在一個凹凸的路面時，車軸16相對于車身11上下運動。當車輛行駛在一個凸起的路面情況下，車軸16及活塞桿將產生一個方向向上的瞬時加速度，為了滿足車身11不受到由凸起路面引起的瞬時加速度的影響，抑制在垂直方向上發生振動，讓車身11仍處于原來的平衡位置這一要求，活塞桿相對于減振液壓缸14應做壓縮運動。整個運動過程如下:控制單元9根據加速度傳感器10檢測到的信號，令兩位兩通比例方向閥A8的電磁鐵3DT得電，此時由于凸起路面的作用車軸16將產生一個方向向上的力推著活塞桿相對于減振液壓缸14向上運動，使無桿腔13的液壓油經過兩位兩通比例方向閥B17進入有桿腔15，減振液壓缸14處于壓縮狀態。雖然車軸16產生向上的垂直運動但是通過液壓系統的作用保證了車身11仍然處于平衡位置，不受到凸起路面的影響。由于有桿腔15的面積小于無桿腔13的面積，無桿腔13排出的多余液壓油經兩位兩通比例方向閥A8流入蓄能器7當中。
[0020]和上述過程相似，當車輛行駛在一個凹陷路面時，車軸16及活塞桿將產生一個方向向下的瞬時加速度，為了保證車身11仍處于最初的平衡狀態，不會因為地面凹陷的影響受到向下的振動顛簸，活塞桿相對于減振液壓缸14應做拉伸運動，控制單元9輸出電信號令兩位兩通比例方向閥B17的電磁鐵4DT得電換向，車軸16由于凹陷產生方向向下的瞬時運動將拉著活塞桿相對于減振液壓缸14伸出，由于這一運動使有桿腔15排出液壓油，液壓油經兩位兩通比例方向閥B17流入無桿腔13中。同樣，由于無桿腔13的面積大于有桿腔15的面積，因此有桿腔15排出的液壓油不能滿足無桿腔13所需的液壓油，這時蓄能器7將釋放儲存的液壓油流入減振液壓缸14的無桿腔13中，此時減振液壓缸14處于拉伸狀態。當活塞桿伸出距離等于因凹陷路面引起的車軸16下降的間距，保證車身11仍處于原平衡位置后，位移傳感器12將信號傳遞給控制單元9斷開兩位兩通比例方向閥B17的電磁鐵4DT，完成這一運動過程。
[0021]所述的兩位兩通比例電磁閥A8及B17在上述載重平衡系統和隔振系統中，通過控制單元9按照控制規律處理后的電信號，根據當時的路況信息及車輛狀態改變液壓系統中流量的大小及方向，使液壓減振系統產生相應大小及方向的控制力滿足車輛對懸架系統的要求。
[0022]無論車輛處于載荷變化還是顛簸行駛的過程中，由于兩位兩通比例方向閥對方向和流量的控制及回路中的反饋作用，可根據載重的增減和路面的凹凸情況，主動輸出和調節懸架的控制力以實現對車輛振動的控制。
【權利要求】
1.一種液壓式車輛主動懸架系統，其特征在于:所述懸架系統由液壓泵(I)、節流閥(3)、兩位三通電磁換向閥(4)、單向節流閥(5)、兩位兩通電磁球閥(6)、兩位兩通比例方向閥A(8)、減振液壓缸(14)、溢流閥(19)及油箱(21)依次串接構成閉環液壓系統，所述液壓泵(I)的出油口經節流閥(3)與兩位三通電磁換向閥(4) 一端連接，所述兩位三通電磁換向閥⑷的另一端分別與單向節流閥(5)進油口和回油管路(20) —端連接，回油管路(20)的另一端與油箱(21)的回油口連接，所述單向節流閥(5)的出油口與兩位兩通電磁球閥(6)連接，所述兩位兩通比例方向閥A(S)的一端與兩位兩通電磁球閥(6)和蓄能器(7)連接，其另一端與減振液壓缸(14)的無桿腔(13)連接，所述溢流閥(19)將減振液壓缸(14)的有桿腔(15)與油箱(21)的回油口連接，兩位兩通比例方向閥B(17)將所述無桿腔(13)與有桿腔(15)直接連通，且有桿腔(15)的面積小于無桿腔(13)的面積，兩位兩通比例方向閥B(17)與有桿腔(15)連通的一端同時與溢流閥(19)連通連接，兩位兩通比例方向閥B(17)的另一端與兩位兩通比例方向閥A(8)的一端連接，截止閥(18)將有桿腔(15)與油箱(21)的回油口直接連接，所述的無桿腔(13)與車身(11)連接，有桿腔(15)與車軸(16)連接，在車身(11)和車軸(16)之間連接位移傳感器(12)，在車身(11)上連接加速度傳感器(10)，所述兩位三通電磁換向閥(4)與單向節流閥(5)的連接端同時與系統供油壓力檢測線路⑵連接，導線將控制單元(9)分別與加速度傳感器(10)、位移傳感器(12)、兩位三通電磁換向閥(4)、兩位兩通電磁球閥(6)、兩位兩通比例方向閥A(8)及兩位兩通比例方向閥B (17)連接。
【文檔編號】B60G17/056GK104401198SQ201410519819
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】遲媛, 李加奇, 紀翔宇, 任潔, 張榮蓉, 李寒寒 申請人:東北農業大學