CN107696819B - 整体式车桥用准零刚度悬架系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体式车桥用准零刚度悬架系统。该悬架系统包含左右两个垂直油缸、左右两个水平油缸、四个蓄能器及相关阀组和管路。每个油缸的一端车桥铰接，另一端与车架铰接。每个油缸的大腔通过电磁阀和管路与一个蓄能器相连。每个油缸分别有独立的液压控制系统，共用一个液压泵。该悬架系统具有充油、放油和刚性与弹性转换功能，并可以结合油缸尺寸和油缸定位参数通过合理匹配四个蓄能器的参数实现在平衡位置附近的准零刚度特性。本系统是一种被动油气悬架系统，成本低，安全系数高。

Description

整体式车桥用准零刚度悬架系统

技术领域

本发明涉及一种悬架系统，尤其是涉及一种新型适用于整体式车桥的可实现准零刚度的油气悬架系统。

背景技术

随着车辆技术发展，油气悬架系统由于其非线性特性得到广泛的应用。悬架的刚度越小其减振效果越明显，但悬架行程较大。但目前油气悬架在车辆平衡位置刚度较大，影响其减振性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决车辆在复杂工况下行驶平顺性差的问题，提供了一种成本相对低廉、安装方便的新型油气悬架系统。本发明设计一种悬架使其在平衡位置的刚度近似为零，其它位置刚度与位移成非线性的油气悬架系统。

本发明专利实现其技术目的所采用的技术方案是：一种适用于整体式车桥的准零刚度非线性油气悬架系统，包括左侧垂直油缸、右侧垂直油缸、左侧水平油缸、右侧水平油缸、第一蓄能器、第二蓄能器、第三蓄能器、第四蓄能器、安装支架、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀、第十一电磁阀、第十二电磁阀、第一阻尼孔、第二阻尼孔、第三阻尼孔、第四阻尼孔、滤清器、液压泵、第一溢流阀、第二溢流阀、第三溢流阀、第四溢流阀、第五溢流阀、截止阀、油箱和液压管路。左侧垂直油缸、右侧垂直油缸、左侧水平油缸和右侧水平油缸都有各自的液压控制系统，并共用一个液压泵。左侧垂直油缸、右侧垂直油缸、左侧水平油缸和右侧水平油缸的大腔通过管路分别通过第三电磁阀、第十电磁阀、第二电磁阀、第十一电磁阀与第二蓄能器、第三蓄能器、第一蓄能器、第四蓄能器相连。左侧垂直油缸和右侧水平油缸近似垂直放置，主要承受悬架垂向载荷；左侧水平油缸和右侧水平油缸近似水平放置，左侧水平油缸和右侧水平油缸的作用是调节悬架系统刚度。第一蓄能器、第二蓄能器、第三蓄能器和第四蓄能器参数根据悬架系统的参数合理匹配即可实现悬架系统在平衡位置的准零刚度特性。

左侧垂直油缸、右侧垂直油缸、左侧水平油缸和右侧水平油缸分别对应独立液压控制系统，共用一个液压泵。左侧垂直油缸对应液压系统充油、放油、刚性与弹性转换通过第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀协调控制；右侧垂直油缸对应液压系统充油、放油、刚性与弹性转换通过第八电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀协调控制；左侧水平油缸对应液压系统充油、放油、刚性与弹性转换通过第一电磁阀、第二电磁阀、第六电磁阀协调控制；右侧水平油缸对应液压系统充油、放油、刚性与弹性转换通过第七电磁阀、第十一电磁阀、第十二电磁阀协调控制。为保护第一蓄能器，第一蓄能器和油箱间安装第一溢流阀；为保护第二蓄能器，第二蓄能器和油箱间安装第二溢流阀；为保护第三蓄能器，第三蓄能器和油箱间安装第四溢流阀；为保护第四蓄能器，第四蓄能器和油箱间安装第五溢流阀；为保护液压泵，液压泵和油箱间安装第三溢流阀。

本发明的有益效果：

(1)本发明可通过协调改变蓄能器的体积、预充气压力来改变悬架系统的刚度。悬架系统在平衡位置的刚度可调整为正刚度、零刚度和负刚度。只要两蓄能器参数设计合理，即可保证悬架在平衡位置的刚度为准零刚度，从而提高车辆行驶的平顺性。

(2)此油气悬架仍为非线性悬架，悬架的刚度和位移的关系仍为非线性关系。可充分发挥油气悬架的减振性能。

(3)此油气悬架系统为被动油气悬架系统，安装方便，设计和制造成本相对于主动悬架、半主动悬架低。

(4)悬架系统可实现刚性和弹性转换，具备充、放油功能，并具有系统压力过载保护功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明在图1的基础上将每个油缸各自大腔和小腔相连的准零刚度油气悬架系统的结构示意图。

图3为本发明在在图1的基础上将左右垂直油缸的大小腔互联，左右水平油缸的大小腔也互连的准零刚度油气悬架系统的结构示意图。

图4为两垂直油缸和两水平油缸的缸筒同时与车桥铰接的准零刚度油气悬架系统的结构示意图。

图5为两垂直油缸缸杆与车桥铰接，两水平油缸缸筒与车桥铰接的准零刚度油气悬架系统的结构示意图。

图6为两垂直油缸缸筒与车桥铰接，两水平油缸缸杆与车桥铰接的准零刚度油气悬架系统的结构示意图。

其中：1-车桥；2-车架；3-支架；4-右侧垂直油缸；41-左侧垂直油缸；5-右侧水平油缸；51-左侧水平油缸；6-第一阻尼孔；61-第二阻尼孔；62-第三阻尼孔；63-第四阻尼孔；7-第一电磁阀；71-第二电磁阀；72-第三电磁阀；73-第四电磁阀；74-第五电磁阀；75-第六电磁阀；76-第七电磁阀；77-第八电磁阀；78-第九电磁阀；79-第十电磁阀；710-第十一电磁阀；711-第十二电磁阀；8-第一蓄能器；81-第二蓄能器；82-第三蓄能器；83-第四蓄能器；9-第一溢流阀；91-第二溢流阀；92-第三溢流阀；93-第四溢流阀；94-第五溢流阀；10-液压泵；11-截止阀；12-滤清器；13-油箱。

具体实施方式

图1所示，一种整体式车桥用准零刚度悬架系统的一个具体实施例。包括左侧垂直油缸41、右侧垂直油缸4、左侧水平油缸51、右侧水平油缸5、第一蓄能器8、第二蓄能器81、第三蓄能器82、第四蓄能器83、安装支架3、第一电磁阀7、第二电磁阀71、第三电磁阀72、第四电磁阀73、第五电磁阀74、第六电磁阀75、第七电磁阀76、第八电磁阀77、第九电磁阀78、第十电磁阀79、第十一电磁阀710、第十二电磁阀711、第一阻尼孔6、第二阻尼孔61、第三阻尼孔62、第四阻尼孔63、滤清器12、液压泵10、第一溢流阀9、第二溢流阀91、第三溢流阀92、第四溢流阀93、第五溢流阀94、截止阀11、油箱13和液压管路。右侧垂直油缸4和左侧垂直油缸41近似垂向放置，主要承受车身垂向载荷；右侧垂直油缸4和左侧垂直油缸41一端通过支架3和车桥1铰接，另一端通过支架3和车架2铰接；右侧水平油缸5和左侧水平油缸51同垂直油缸一样一端通过支架3和车桥1铰接，另一端通过支架3和车架2铰接；当车辆在平衡位置时，右侧水平油缸5和左侧水平油缸51近似水平放置，不承受垂向载荷。第一蓄能器8通过液压管路经过第二电磁阀71与左侧水平油缸51大腔相连；第二蓄能器81通过液压管路经过第三电磁阀72与左侧垂直油缸41大腔相连；第三蓄能器82通过液压管路经过第十电磁阀79与右侧垂直油缸4大腔相连；第四蓄能器83通过液压管路经过第十一电磁阀710与右侧水平油缸5大腔相连；第二电磁阀71、第三电磁阀72、第十电磁阀79、第十一电磁阀710的作用实现油气悬架弹性和刚性状态切换。为保护系统中的第一蓄能器8、第二蓄能器81、第三蓄能器82和第四蓄能器83，分别在各蓄能器出口和油箱13间安装有第一溢流阀9、第二溢流阀91、第四溢流阀93和第五溢流阀94。油箱13依次通过滤清器12、截止阀11与液压泵10进口相连，以便对悬架系统进行充油。液压泵10的出口与油箱13安装有第三溢流阀92，以保护液压泵不受损坏。右侧水平油缸5对应液压系统通过第四阻尼孔63、第十二电磁阀711实现放油；右侧垂直油缸4对应液压系统通过第三阻尼孔62、第九电磁阀78实现放油；左侧垂直油缸41对应液压系统通过第二阻尼孔61、第四电磁阀73实现放油；左侧水平油缸51对应液压系统通过第一阻尼孔6、第一电磁阀7实现放油；第一阻尼孔6、第二阻尼孔61、第三阻尼孔62和第四阻尼孔63的主要作用控制系统液压油的放油速度。

图1中的右侧垂直油缸4、左侧垂直油缸41、右侧水平油缸5和左侧水平油缸51的小腔均和大气相同。右侧垂直油缸4、左侧垂直油缸41、右侧水平油缸5和左侧水平油缸51的小腔也可通过油管和各自油缸大腔相连，如图2所示。为提高车辆的抗侧倾能力，右侧垂直油缸4的大腔通过油管与左侧垂直油缸41的小腔连通，同时右侧垂直油缸4的小腔通过油管与左侧垂直油缸41的大腔连通，如图3所示。

如图1所示，右侧垂直油缸4、左侧垂直油缸41、右侧水平油缸5和左侧水平油缸51的缸筒同时与车架2铰接，其缸杆同时与车桥1铰接。如图4所示，右侧垂直油缸4、左侧垂直油缸41、右侧水平油缸5和左侧水平油缸51的缸筒也可与车桥1铰接，其缸杆与车架2铰接。如图5所示，右侧水平油缸5和左侧水平油缸51的缸筒与车桥1铰接，右侧水平油缸5和左侧水平油缸51的缸杆与车架2铰接，右侧垂直油缸4和左侧垂直油缸41的缸筒与车架1铰接，右侧垂直油缸4和左侧垂直油缸41的缸杆与车桥1铰接；如图6所示，右侧水平油缸5和左侧水平油缸51的缸筒与车架2铰接，右侧水平油缸5和左侧水平油缸51的缸杆与车桥1铰接，右侧垂直油缸4和左侧垂直油缸41的缸筒与车桥1铰接，右侧垂直油缸4和左侧垂直油缸41的缸杆与车架2铰接。

本发明的工作过程为：

(1)、悬架正常工作状态

第一电磁阀7、第四电磁阀73、第五电磁阀74、第六电磁阀75、第七电磁阀76、第八电磁阀77、第九电磁阀78、第十二电磁阀711关闭。此时可通过控制第二电磁阀71、第三电磁阀72、第十电磁阀79、第十一电磁阀710实现悬架刚性和弹性状态切换。

当第二电磁阀71、第三电磁阀72、第十电磁阀79、第十一电磁阀710关闭时悬架处于刚性状态，此时悬架无减振效果，此种工况主要用于悬架载荷大且车速较低的工作场合；

当第二电磁阀71、第三电磁阀72、第十电磁阀79、第十一电磁阀710打开时悬架处于弹性状态，悬架可充分发挥其减振性能。悬架系统处于平衡位置时，左侧水平油缸51和右侧水平油缸5近似水平状态时，其长度最短。当车桥1上跳时，右侧垂直油缸4和左侧垂直油缸41被压缩，右侧垂直油缸4大腔液压油通过液压管路和第十电磁阀79流进第三蓄能器82，使第三蓄能器82压力升高，同时左侧垂直油缸41大腔液压油通过液压管路和第三电磁阀72流进第二蓄能器81，使第二蓄能器81压力升高；同时当车桥1上跳时，右侧水平油缸5和右侧水平油缸51长度均伸长，其大腔压力降低，第一蓄能器8中的液压油通过第二电磁阀71和液压管流向左侧水平油缸51的大腔，此时第一蓄能器8的压力会降低，同理第四蓄能器83中的液压油通过第十一电磁阀710和液压管流向右侧水平油缸5的大腔，此时第四蓄能器83的压力会降低。同理，当车桥1下跳时，右侧垂直油缸4和左侧垂直油缸41都被拉伸，其大腔压力都降低，第二蓄能器81中的液压油通过第三电磁阀72和液压管路流进左侧垂直油缸41大腔，此时第二蓄能器81压力降低，同时第三蓄能器82中的液压油通过第十电磁阀79和液压管路流进右侧垂直油缸4大腔，此时第三蓄能器82压力降低；当车桥1下跳时，右侧水平油缸5和左侧水平油缸51长度也伸长，其大腔压力都降低，其大腔压力降低，第一蓄能器8中的液压油通过第二电磁阀71和液压管流向左侧水平油缸51大腔，此时第一蓄能器8的压力会降低，同理第四蓄能器83中的液压油通过第十一电磁阀710和液压管流向右侧水平油缸5大腔，此时第四蓄能器83的压力会降低。

(2)、悬架系统充油状态

第一电磁阀7、第四电磁阀73、第九电磁阀78、第十二电磁阀711均关闭，同时截止阀19打开。

第八电磁阀77和第十电磁阀79打开，液压泵10出口液压油在压力作用下通过第八电磁阀77，部分液压油流入右侧垂直油缸4大腔，部分液压油通过第十电磁阀79流入第三蓄能器82，使第三蓄能器82压力升高，即可实现对右侧垂直油缸4相连的液压系统充油。

第七电磁阀76和第十一电磁阀710打开，液压泵10出口液压油在压力作用下通过第七电磁阀76，部分液压油流入右侧水平油缸5大腔，部分液压油通过第十一电磁阀710流入第四蓄能器83，使第四蓄能器83压力升高，即可实现对右侧水平油缸5相连的液压系统充油。

第三电磁阀72和第五电磁阀74打开，液压泵10出口液压油在压力作用下通过第五电磁阀74，部分液压油流入左侧垂直油缸41大腔，部分液压油通过第三电磁阀72流入第二蓄能器81，使第二蓄能器81压力升高，即可实现对左侧垂直油缸41相连的液压系统充油。

第二电磁阀71和第六电磁阀75打开，液压泵10出口液压油在压力作用下通过第六电磁阀75，部分液压油流入左侧水平油缸51大腔，部分液压油通过第二电磁阀71流入第一蓄能器8，使第一蓄能器8压力升高，即可实现对左侧水平油缸51相连的液压系统充油。

(3)、悬架系统放油状态

第五电磁阀74、第六电磁阀75、第七电磁阀76、第八电磁阀77均关闭。

第九电磁阀78和第十电磁阀79打开，第三蓄能器82液压油在压力作用下依次通过第十电磁阀79、第三阻尼孔62和第九电磁阀78流进油箱13，使第三蓄能器82压力降低，即可实现对右侧垂直油缸4相连的液压系统放油。

第十一电磁阀710和第十二电磁阀711打开，第四蓄能器83液压油在压力作用下依次通过第十一电磁阀710、第四阻尼孔63和第十二电磁阀711流进油箱13，使第四蓄能器83压力降低，即可实现对右侧水平油缸5相连的液压系统放油。

第三电磁阀72和第四电磁阀73打开，第二蓄能器81液压油在压力作用下依次通过第三电磁阀72、第二阻尼孔61和第四电磁阀73流进油箱13，使第二蓄能器81压力降低，即可实现对左侧垂直油缸41相连的液压系统放油。

第一电磁阀7和第二电磁阀71打开，第一蓄能器8液压油在压力作用下依次通过第二电磁阀71、第一阻尼孔6和第一电磁阀7流进油箱13，使第一蓄能器8压力降低，即可实现对左侧水平油缸51相连的液压系统放油。

通过对悬架系统的充油和放油，可调整第一蓄能器8、第二蓄能器81、第三蓄能器82和第四蓄能器83的压力，进而调整悬架系统的刚度，只要蓄能器间相关参数合理匹配即可实现悬架系统的准零刚度特性。

第一溢流阀9、第二溢流阀91、第四溢流阀93和第五溢流阀94的主要作用保护第一蓄能器8、第二蓄能器81、第三蓄能器82和第四蓄能器83及其液压系统，当蓄能器压力过高，超过溢流阀设定限制，蓄能器中的液压油会通过对应的溢流阀流进油箱13。第三溢流阀92的主要作用保护液压泵10及其液压系统，当液压泵出口压力过高超过第三溢流阀92设定限制，液压泵10出口的液压油会通过第三溢流阀92流进油箱13。

本实施例提供了一种基于适用于整体式车桥的的准零刚度的油气悬架系统，可实现悬架系统在平衡位置的准零刚度，提高车辆的行驶平顺性。

Claims (4)

1.一种整体式车桥用准零刚度悬架系统，其特征在于：包括左侧垂直油缸(41)、右侧垂直油缸(4)、左侧水平油缸(51)、右侧水平油缸(5)、第一蓄能器(8)、第二蓄能器(81)、第三蓄能器(82)、第四蓄能器(83)、安装支架(3)、第一电磁阀(7)、第二电磁阀(71)、第三电磁阀(72)、第四电磁阀(73)、第五电磁阀(74)、第六电磁阀(75)、第七电磁阀(76)、第八电磁阀(77)、第九电磁阀(78)、第十电磁阀(79)、第十一电磁阀(710)、第十二电磁阀(711)、第一阻尼孔(6)、第二阻尼孔(61)、第三阻尼孔(62)、第四阻尼孔(63)、滤清器(12)、液压泵(10)、第一溢流阀(9)、第二溢流阀(91)、第三溢流阀(92)、第四溢流阀(93)、第五溢流阀(94)、截止阀(11)、油箱(13)和液压管路；右侧垂直油缸(4)和左侧垂直油缸(41)垂向放置，右侧垂直油缸(4)和左侧垂直油缸(41)一端通过支架(3)和车桥(1)铰接，另一端通过支架(3)和车架(2)铰接；右侧水平油缸(5)和左侧水平油缸(51)一端通过支架(3)和车桥(1)铰接，另一端通过支架(3)和车架(2)铰接；当车辆在平衡位置时，右侧水平油缸(5)和左侧水平油缸(51)近似水平放置，不承受垂向载荷；第一蓄能器(8)通过液压管路经过第二电磁阀(71)与左侧水平油缸(51)大腔相连；第二蓄能器(81)通过液压管路经过第三电磁阀(72)与左侧垂直油缸(41)大腔相连；第三蓄能器(82)通过液压管路经过第十电磁阀(79)与右侧垂直油缸(4)大腔相连；第四蓄能器(83)通过液压管路经过第十一电磁阀(710)与右侧水平油缸(5)大腔相连；第二电磁阀(71)、第三电磁阀(72)、第十电磁阀(79)、第十一电磁阀(710)的作用实现油气悬架弹性和刚性状态切换；分别在第一蓄能器(8)、第二蓄能器(81)、第三蓄能器(82)、第四蓄能器(83)的出口和油箱(13)间安装有第一溢流阀(9)、第二溢流阀(91)、第四溢流阀(93)和第五溢流阀(94)；油箱(13)依次通过滤清器(12)、截止阀(11)与液压泵(10)进口相连，以便对悬架系统进行充油；液压泵(10)的出口与油箱(13)安装有第三溢流阀(92)；右侧水平油缸(5)对应液压系统通过第四阻尼孔(63)、第十二电磁阀(711)实现放油；右侧垂直油缸(4)对应液压系统通过第三阻尼孔(62)、第九电磁阀(78)实现放油；左侧垂直油缸(41)对应液压系统通过第二阻尼孔(61)、第四电磁阀(73)实现放油；左侧水平油缸(51)对应液压系统通过第一阻尼孔(6)、第一电磁阀(7)实现放油；第一阻尼孔(6)、第二阻尼孔(61)、第三阻尼孔(62)和第四阻尼孔(63)的主要作用控制系统液压油的放油速度。

2.根据权利要求1所述的一种整体式车桥用准零刚度悬架系统，其特征在于：所述的右侧垂直油缸(4)、左侧垂直油缸(41)、右侧水平油缸(5)和左侧水平油缸(51)的小腔均和大气相同。

3.根据权利要求1所述的一种整体式车桥用准零刚度悬架系统，其特征在于：所述的右侧垂直油缸(4)、左侧垂直油缸(41)、右侧水平油缸(5)和左侧水平油缸(51)的小腔通过油管和各自油缸大腔相连。

4.根据权利要求1所述的一种整体式车桥用准零刚度悬架系统，其特征在于：右侧垂直油缸(4)的大腔通过油管与左侧垂直油缸(41)的小腔连通，右侧垂直油缸(4)的小腔通过油管与左侧垂直油缸(41)的大腔连通。