一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构及其控制方法

1.本发明涉及领域车辆悬架技术领域，具体涉及一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构及其控制方法。


背景技术：

2.现有技术存在以下不足：悬架作为车架与车桥之间的传力装置，其作用力会对车身姿态、振动以及轮胎磨损产生影响，进而影响到整车的性能。而传统被动油气悬架是一种以惰性气体作为弹性介质，油液作为传力介质的减振系统在耗能和振动控制效果方面具有一定的局限性。因其刚度和阻尼无法调节，故无法满足不同路面以及行驶工况下最佳的减振效果，很难平衡操纵稳定性以及乘坐舒适性之间的矛盾。而惯容器作为一种两端点式元件，两端点所施加的力和两端点相对加速度成正比。从2002年提出惯容器概念至今，经过近二十年的发展，惯容器隔振技术已成功应用于各种机械系统，包括汽车悬架、火车悬架、摩托车转向系统、建筑隔振系统等。
3.中国专利cn201210426429.8公开了一种一体式油气弹簧装置，其中运用了滚珠丝杠原理，通过限位环将滚珠丝杠螺母限位于丝杠中段，同时将飞轮固定于滚珠丝杠螺母上，该装置在不增加簧载质量的同时提高了非簧载质量，通过阻尼和惯容器的并联，减少了空间布置，并且提高车辆的平顺性和操稳性。上述装置代表现有的一种定量惯容系数的惯容器装置，多用于被动悬架结构中，对于半主动、主动悬架的惯容器还没有足够的重视和研发，也没有广泛的应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供，本发明克服了封装飞轮或者质量惯性的惯容器不能实现动态调节惯容的缺点，以及传统油气悬架只能通过主动调节阻尼孔流量的方式改变油气悬架阻尼，同时实现阻尼和惯容的动态调节与控制，从而提高油气悬架的减振效果一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构及其控制方法。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构，包括液压缸、活塞、活塞杆、蓄能器、螺旋管和控制阀系统，所述活塞横置在所述液压缸内将其分为上下两个腔体，所述活塞杆与所述活塞垂直相连后从液压缸的下腔伸出，上腔的一端设有的上油口与蓄能器连通，所述蓄能器的另一端与螺旋管连通，所述螺旋管的另一端通过控制阀系统与下腔的下油口连通，在所述活塞的两端具有阻尼孔和/或单向阀。
6.优选地所述的一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构，所述活塞的两端分别具有阻尼孔和单向阀。
7.优选地所述的一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构，所述活塞的两端各具有一个阻尼孔。
8.优选地所述的一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构，所述活塞上对称布置有
个相反方向的单向阀。
9.优选地所述的一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构，所述控制阀系统包括截止阀a、执行器a、截止阀b、执行器b、can总线、控制单元ecu和车身传感器，所述截止阀a的一端与上油口连接，其另一端通过螺旋管与截止阀b 连通，所述截止阀b的另一端与下油口连通，所述执行器a固定在所述截止阀a上，所述执行器b固定在所述截止阀b上，控制单元ecu通过can总线并联所述执行器a和执行器b，所述车身传感器与所述控制单元ecu连接。
10.优选地所述的一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构，所述蓄能器布置在所述截止阀a与上油口之间。
11.优选地所述的一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构，所述蓄能器布置在所述截止阀a与螺旋管之间。
12.优选地所述的一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构，所述的螺旋管的两端横截面积相同。
13.一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构的控制方法，包括以下步骤：a、结合车辆状况，输入车辆基本参数数据及传感器采集状态信息给控制单元ecu，所述控制单元ecu会先将数据进行预处理；b、车辆行驶过程中，传感器实时采集车辆运行信息数据，计算出适合当前工况的惯质系数值后反馈给控制单元ecu；c、控制单元ecu经过计算，通过can总线把指令传输给相应的执行器，各个执行器对相应截止阀进行控制，调节各阀的开度大小，从而调节系统的阻尼特征、刚度特性和阻尼特性，从而改变车身状态；d、传感器继续采集车辆运行状态信息，并反馈给控制单元ecu对数据进行评估，如还需调整则继续转至步骤c进行调控；e、若车辆出行结束，结束本次服务，否则转至步骤b。
14.本发明提供的技术效果和优点：本发明是利用螺旋管中油液流动时的惯质特性，通过截止阀用执行器实时控制螺旋管径、从而改变油液流动的惯性效应，实现无级调节惯容大小，最终改变系统的阻尼大小。克服了封装飞轮或者质量惯性的惯容器不能实现动态调节惯容的缺点，以及传统油气悬架只能通过主动调节阻尼孔流量的方式改变油气悬架阻尼，同时实现阻尼和惯容的动态调节与控制，从而提高油气悬架的减振效果。
15.其次由两个截止阀组合控制螺旋管、蓄能器对应通道的过流面积大小执行器在控制油液流量的过程中，同时实现了无级调节系统的刚度，可以使得该结构运用于控制车身姿态和高度。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明的实施例1的结构示意图；图2是本发明的实施例2的结构示意图；
图3是本发明的实施例3的结构示意图；图4是本发明的实施例4的结构示意图；图5是本发明的运行流程图。
18.附图标记说明：1、液压缸，2、活塞，3、活塞杆，4、阻尼孔，5、单向阀，6、蓄能器，7、螺旋管，8、截止阀a，9、执行器a，10、截止阀b，11、执行器b，12、can总线，13、控制单元ecu，14、车身传感器，15、上油口，16、下油口。
具体实施方式
19.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
20.实施例1见图1和图5所示，一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构，包括液压缸1、活塞2、活塞杆3、蓄能器6、螺旋管7和控制阀系统，所述活塞2横置在所述液压缸1内将其分为上下两个腔体，所述活塞杆3与所述活塞2垂直相连后从液压缸1的下腔伸出，上腔的一端设有的上油口15与蓄能器6连通，所述蓄能器6的另一端与螺旋管7连通，所述螺旋管7的另一端通过控制阀系统与下腔的下油口16连通，所述活塞2的两端分别具有阻尼孔4和单向阀5。
21.所述控制阀系统包括截止阀a8、执行器a9、截止阀b10、执行器b11、can总线12、控制单元ecu13和车身传感器14，所述截止阀a8的一端与上油口15连接，其另一端通过螺旋管7与截止阀b 10连通，所述截止阀b10的另一端与下油口16连通，所述执行器a9固定在所述截止阀a8上，所述执行器b11固定在所述截止阀b10上，控制单元ecu13通过can总线12并联所述执行器a9和执行器b11，所述车身传感器14与所述控制单元ecu13连接。
22.所述蓄能器6布置在所述截止阀a8与上油口15之间。
23.所述的螺旋管7的两端横截面积相同。
24.见图5所示，一种基于惯容器的主动油气混合悬架机构的控制方法，包括以下步骤：a、结合车辆状况，输入车辆基本参数数据及传感器采集状态信息给控制单元ecu13，所述控制单元ecu13会先将数据进行预处理；b、车辆行驶过程中，传感器14实时采集车辆运行信息数据，计算出适合当前工况的惯质系数值后反馈给控制单元ecu13。
25.c、控制单元ecu13经过计算，通过can总线12把指令传输给相应的执行器，各个执行器对相应截止阀进行控制，调节各阀的开度大小，从而调节系统的阻尼特征、刚度特性和阻尼特性，从而改变车身状态；d、传感器14继续采集车辆运行状态信息，并反馈给控制单元ecu13对数据进行评估，如还需调整则继续转至步骤c进行调控；e、若车辆出行结束，结束本次服务，否则转至步骤b。
26.本发明工作原理：见图1所示，由截止阀a8和截止阀b10组合控制螺旋管7对应通道的过流面积大小，实施对一根螺旋管7等效管径的控制，实现对惯容的动态调节与控制，通过控制执行器a9和执行器b11中电流的大小，实施对流经螺旋管7的油液流量的精准控制，
实现对惯容的调节，从而实现对阻尼特性的动态调节与控制。
27.当活塞杆3向上运动时，当最初两个截止阀a8、截止阀b10处于关闭状态时，油液通过阻尼孔4和单向阀5从液压缸1上腔运动至液压缸下腔，同时一部分油液进入到蓄能器6中，此时该结构表示传统被动油气悬架；通过车身传感器14反馈的信息，控制单元ecu13计算后增大截止阀a8、截止阀b10的开度，悬架阻尼值变小，悬架吸收冲击的能力增强；当活塞杆3向下运动时，当最初两个截止阀a8、截止阀b10处于开启状态时，油液通过阻尼孔4和螺旋管7从液压缸1下腔运动至液压缸1上腔，同时蓄能器6中的一部分油液进入到液压缸1上腔，通过车身传感器14反馈的信息，控制单元ecu13计算后减小截止阀a8和截止阀b10的开度，悬架阻尼值变大，利于振动能量的消散；同时截止阀a8、截止阀b10的开度可以相同或者不同，使阻尼可调节范围变大，适应更多的路况。
28.见图2所示，实施例2与实施1的区别在于：活塞2两端各具有一个阻尼孔4，这种情况下的悬架阻尼特性会发生变化且与实施例1的效果一致。
29.见图3所示，实施例3与实施1的区别在于：活塞2上对称布置有个相反方向的单向阀5，一个朝着上腔体，另一个朝着下腔体。这种情况下的悬架阻尼特性会发生变化且与实施例1的效果一致。
30.见图4和图5所示，实施例4中包括实施1至实施3中有关单向阀5和阻尼孔4分布的情况，但是区别在于：对于蓄能器6的位置布置在所述截止阀a8与螺旋管7之间。
31.由两个截止阀a8和截止阀b10、组合控制蓄能器6、螺旋管7对应通道的过流面积大小，实施对蓄能器6和螺旋管7等效管径等效流量的控制，实现对惯容、刚度的动态调节与控制，通过控制执行器a9和执行器b11中电流的大小，实施对流经蓄能器6、螺旋管7中的油液流量的精准控制，实现对惯容、刚度的调节，从而实现对阻尼特性及刚度特性的动态调节与控制。
32.当活塞杆3向上运动时，当最初两个截止阀a8、截止阀b10处于关闭状态时，油液通过阻尼孔4和单向阀5从液压缸1上腔运动至液压缸下腔，此时该结构表示传统的阻尼器；通过车身传感器14反馈的信息，控制单元ecu13计算后增大截止阀a8、截止阀b10的开度，油液通过截止阀a8进入螺旋管7，从而有部分油液进入蓄能器6中，蓄能器6开始提供弹性力，同时悬架阻尼值变小，悬架吸收冲击的能力增强；当活塞杆3向下运动时，当最初两个截止阀a8、截止阀b10处于开启状态时，油液通过阻尼孔4和螺旋管7从液压缸1下腔运动至液压缸1上腔，同时蓄能器6中的一部分油液进入到液压缸1上腔，通过车身传感器14反馈的信息，控制单元ecu13计算后减小截止阀a8、截止阀b10的开度，悬架刚度变小，阻尼值变大，利于振动能量的消散，截止阀a8、截止阀b10的开度可以相同或者不同，使阻尼可调节范围变大，适应更多的路况。
33.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。