一种故障安全型多模式主动液压互联悬架及车辆的制作方法

本发明涉及车辆悬架计算，尤其涉及一种故障安全型多模式主动液压互联悬架及车辆。

背景技术：

1、随着交通运输行业和新能源汽车技术发展，主动悬架越来越受到主机厂、零部件供应商和消费者的关注与青睐。主动悬架凭借其自身结构特点，能够显著提升车辆悬架及车辆综合动力学性能。当前主流的主动悬架可分为如下几类：电液式，即一种基于“电机-泵”动力单元的主动悬架技术；机电式，即一种基于“电机-齿轮”动力单元的主动悬架技术；复合式，即一种基于“电机-滚柱丝杠-齿轮”组合传动的主动悬架技术；纯电式，即一种基于“直线电机”动力单元的主动悬架技术。但上述所有主动悬架均存在下述问题：

2、在车辆行驶过程中，电机始终处于工作状态，即主动悬架仅有一种工作模式。例如，电液式主动悬架需要通过电机持续工作才能兼顾车辆的平顺性和操稳性、机电式则只能提升车辆的操稳性。

3、电机始终处于工作状态使得主动悬架能耗陡增，造成电机持续发热，无法保证电机能够在高负载下长时间工作。例如，现有的复合式主动悬架在完成车辆车身主动举升后，需电机维持或处于堵转状态才能维持车身高度，此类工况极大受限于电机的散热能力。

4、电机出现故障后，主动悬架功能基本丧失，车辆悬架性能大幅降低，车辆动力学性能极大恶化。例如，纯电式主动悬架采用的“直线电机”质量较大，一旦电机失效，此质量完全转化为簧下质量，将显著恶化车辆的平顺性。

5、上述主动悬架在控制车辆的车身运动时，完全依靠控制算法实现联动，没有机械硬件层面的联动。此种设计对算法的实时性、准确性和可靠性都有较高要求。

6、cn115782501a公开了一种智能液压互联悬架系统，该系统通过三个电磁阀的通断组合可实现主动液压互联悬架在抗侧倾、抗俯仰和抗垂向构型之间切换。主动单元可改变两个蓄能器之间的压力差，产生主动控制力。但是，此系统仅能工作在主动模式下，且电机失效后系统将不再具备抗侧倾、抗俯仰和抗垂向等悬架功能。此外，此系统采用液压管路联通所有油缸，将面临布置繁琐、运维不便等问题，不具备模块化设计优势。

7、cn121291030a公开了全主动悬架液压系统、控制方法及车辆，能够实现在主动模式下准确调节车身姿态，同时在被动模式下能切断主动控制回路以降低功耗，并通过可调阻尼稳定减振，且保障动力泵失效时被动阻尼回路可独立可靠工作。但是，该系统所用减振器本体相互独立，需依靠控制算法才能与其它减振器进行联动，进而实现对车身侧倾、俯仰和垂向控制。

8、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、针对现有技术之不足，本发明旨在提供一种故障安全型多模式主动液压互联悬架及车辆，以解决现有主动悬架系统工作模式单一、能量消耗较高、动力装置故障后悬架性能显著下降、不同悬架执行单元之间主要依赖控制算法实现联动，以及传统液压互联悬架管路布置复杂、功能调节能力有限等问题。

2、本发明还旨在提供一种适用于多模式模块化主动液压互联悬架的模式控制方法，使悬架能够根据车辆运行状态、悬架控制需求、能量管理需求以及系统故障状态，在主动模式、馈能模式、半主动模式、被动模式和故障安全模式之间进行切换。

3、为实现上述目的，本发明公开了一种故障安全型多模式主动液压互联悬架，其包括：

4、第一液压缸和第二液压缸，第一液压缸和第二液压缸均分别具有第一腔室和第二腔室；

5、第一主油路和第二主油路，第一液压缸的腔室与第二液压缸的腔室通过第一主油路和第二主油路连通，以构成液压互联结构；

6、动力模块，接入液压互联结构中，被配置为主动调节液压互联结构中的油压或油压差；以及

7、隔离控制组件，设置于动力模块与液压互联结构之间；

8、隔离控制组件被配置为：在动力模块未进行主动油压调节或发生故障的状态下，阻断动力模块与液压互联结构之间的液压连通，以维持由第一液压缸、第二液压缸、第一主油路和第二主油路构成的液压互联结构的基础悬架功能。

9、根据一种优选实施方式，该故障安全型多模式主动液压互联悬架还包括：

10、多功能模块，分别与第一主油路和第二主油路连通；

11、多功能模块包括阻尼控制模块、刚度控制模块和功能控制模块中的至少一种，被配置为调节流经液压互联结构的液压油的阻尼、刚度，或者改变第一液压缸、第二液压缸、第一主油路和第二主油路之间的液压连接拓扑。

12、根据一种优选实施方式，功能控制模块包括第一换向阀和第二换向阀；

13、第一换向阀和第二换向阀处于不同的阀位组合时，被配置为使第一液压缸和第二液压缸的同名腔室对应连通、异名腔室交叉连通，或者阻断第一液压缸和第二液压缸与第一主油路及第二主油路的连通，以形成各自独立的保压承载单元，从而使悬架在垂向功能、侧倾功能和独立功能之间切换。

14、根据一种优选实施方式，动力模块包括电驱动执行源，以及与电驱动执行源传动连接的双向可逆液压泵马达；

15、双向可逆液压泵马达被配置为：在接收电驱动执行源扭矩输入的状态下，输出压力油以主动调节液压互联结构中的油压差；在接收液压互联结构高压液压油输入的状态下，输出机械扭矩以将流体液压能转化为电能，使悬架进入馈能模式。

16、根据一种优选实施方式，动力模块包括电驱动执行源、滚珠螺母组件、丝杠以及直线动力油缸；

17、直线动力油缸具有第一油缸和第二油缸，丝杠的轴向两端分别与设置于第一油缸内的第一液压缸活塞及设置于第二油缸内的第二液压缸活塞单侧固定连接；

18、电驱动执行源被配置为通过驱动丝杠沿轴向移动，改变第一油缸和第二油缸的工作腔容积，以调节液压互联结构中的油压差。

19、根据一种优选实施方式，隔离控制组件包括交叉液控连接的第一液控单向阀和第二液控单向阀，以构成双向液压锁；

20、第一液控单向阀和第二液控单向阀被配置为在接收动力模块输出的压力油时导通，以及在动力模块失压状态下通过流体压力被动复位关闭，以阻断动力模块与所述液压互联结构之间的液压连通。

21、根据一种优选实施方式，该故障安全型多模式主动液压互联悬架还包括：

22、分别与动力模块两侧油路连通的第一动力侧储能器和第二动力侧储能器；

23、第一动力侧储能器和第二动力侧储能器被配置为闭式液压系统的补油装置；

24、当动力模块长时间运行产生内部泄漏时，通过触发主动或被动平衡油压程序，协同补油装置进行容积补偿。

25、根据一种优选实施方式，第一液压缸的活塞上集成有第一安全阀，第二液压缸的活塞上集成有第二安全阀；

26、当第一液压缸或第二液压缸任一腔室内的液压因路面极端冲击超过预设安全阈值时，对应的第一安全阀或第二安全阀被动开启，使油液直接在同缸的第一腔室和第二腔室之间进行卸荷泄压，以防止液压缸发生刚性卡死。

27、本发明还公开了一种车辆，其包括车身、车辆行走部以及至少一个前述故障安全型多模式主动液压互联悬架。

28、根据一种优选实施方式，故障安全型多模式主动液压互联悬架的第一液压缸和第二液压缸分别设置于车身和车辆行走部之间，并位于车辆横向上的不同位置，以对车身和车辆行走部之间的相对运动进行被动控制、半主动控制、主动控制和/或馈能控制。

29、优选地，该车辆可以为轨道车辆。车辆行走部为转向架，多模式模块化主动液压互联悬架设置于车身和转向架之间，用于替换或辅助抗蛇行减振器，并对车身与转向架之间的相对运动进行被动、半主动、主动或馈能控制。

30、优选地，该车辆也可以为陆地轮式车辆。车辆行走部包括车辆左侧车轮总成和车辆右侧车轮总成，第一液压缸和第二液压缸分别设置于车辆左右两侧的车轮总成与车身之间，用于替换或辅助减振器和横向稳定杆。

31、优选地，多个多模式模块化主动液压互联悬架可以分别设置于车辆前轴和车辆后轴，并通过悬架控制器进行协调控制，以实现对车辆侧倾运动模态、俯仰运动模态、垂向运动模态和翘曲运动模态的被动控制、半主动控制、主动控制或馈能控制。

32、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

33、(1)本发明通过在动力模块与液压互联结构之间设置隔离控制组件，能够在动力模块未进行主动控制、失压或发生故障的状态下，通过物理或流体力学方式(如双向液压锁)自动阻断动力模块与主油路的液压连通。该设计避免了故障动力元件持续恶化系统状态，使第一液压缸、第二液压缸与主油路能够继续维持基础的被动或半主动液压互联功能，从根本上克服了现有主动悬架在动力源失效后悬架功能完全瘫痪的缺陷。

34、(2)本发明通过第一主油路和第二主油路将两个液压缸进行物理连通，实现悬架执行单元之间的流体力学硬件耦合。该结构使得车辆在面对侧倾、垂向及交叉激扰时，不完全依赖电控单元和算法进行虚拟协调，大幅降低了悬架系统对控制器计算实时性、总线通信可靠性及传感器精度的依赖。

35、(3)本发明具有主动、馈能、半主动、被动和故障安全等多种工作模式。动力模块仅在主动调节油压、执行馈能或油压补偿时接入回路进行做功；在系统处于被动或半主动需求区间时，动力模块可物理退出液压回路，从而显著降低电机持续堵转或运行造成的能量消耗与热失控风险，提升动力组件的工作寿命。

36、(4)本发明通过配置多功能模块(包含可调阻尼阀、储能器和换向阀)，能够在不改变基础管路布局的前提下，通过阀位组合重构液压连接拓扑。这使得同一套硬件能够在垂向、侧倾、俯仰、翘曲控制以及各缸独立保压承载功能之间平滑切换，并使各流体拓扑结构与不同的阻尼/刚度状态灵活组合。

37、(5)本发明能够根据两条主油路之间的油压状态，调用动力模块进行主动油压平衡，或连通相应阀件进行被动油压平衡。该机制有效克服了闭式液压系统长期运行中的内泄漏、温度变化及制造公差引起的压力漂移，保障了悬架左右两侧支撑力的一致性与长效运行的稳定性。

38、(6)本发明采用两个液压缸、多功能模块和动力模块集成的构型，就近完成液压互联与阻尼调节，极大减少了整车跨区域长距离液压管路的布置难度。同时，动力模块可兼容电机与双向可逆液压泵马达、电机与双向液压泵、或伺服电机与直线动力油缸等多种物理执行源，具备极强的工程适应性。

39、此外，本发明所述的故障安全型多模式主动液压互联悬架结构紧凑、控制逻辑自洽，不仅可作为陆地轮式车辆的减振防倾总成，亦可直接替代或辅助轨道车辆的抗蛇行减振器，具备广阔的工程应用前景。

40、在现有的主动液压互联悬架系统(例如cn117048274a公开的技术方案)中，作为动力源的液压泵通常直接且无隔离地连通于悬架系统的主油管上。在动力模块发生机械堵转或管路失压等异常工况下，由于缺乏物理隔离机制，主互联油路将不可避免地丧失系统保压能力，进而导致车辆的基础被动减振功能发生整体性瘫痪。

41、此外，尽管部分现有悬架系统(例如cn105539060a和cn113276614a公开的技术方案)在液压管路中设置了液压整流桥或多个换向阀等流体控制部件，但上述阀体部件实质上是作为构型重组或单向导流的功能执行部件，其仅被配置为实现振动能量回收路径的流向规整，或在不同的主动悬架控制模态(如抗侧倾、抗俯仰及抗垂向模态)之间进行流体拓扑关系的动态切换。上述现有技术中的阀体部件既未相对设置于主动动力源的直接进出油口边界处，也未被配置具备在动力单元故障工况下将其从基础承载回路中进行物理剥离的防错干预功能。

42、为解决在主动动力源失效时如何维持悬架基础承载功能的客观技术问题，本技术创新性地在沿液流方向位于动力模块下游、且位于液压互联结构主油路交汇节点上游的特定管路区间内，对应设置了作为物理剥离执行单元的隔离控制组件。在动力模块执行主动油压调节的正常工况下，隔离控制组件通过电信号控制或受压开启的方式保持双向导通，以使得压力油液能够顺畅汇入主油路；而在动力模块退出主动调节或发生机械/流体故障的特定状态下，隔离控制组件通过接收控制器紧急切断指令的电控隔离方式，或基于流体力学压差丧失后弹簧被动复位的自锁隔离方式，阻断动力模块与第一主油路及第二主油路之间的流体连通路径。基于上述结合了特定位置限定与条件响应机制的结构特征，本技术使得由第一液压缸、第二液压缸以及对应主油路构成的初始液压互联结构，能够在故障源被彻底隔离的独立承载状态下，持续且稳定地为车辆提供基础的被动阻尼衰减与互联支撑功能，克服了现有主动悬架在动力失效时面临完全降级瘫痪的技术偏见，取得了非显而易见的技术效果。