CN102069813A - 开关式半主动悬挂*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关式半主动悬挂***，包括四套半开关式半主动减振器，两个加速度传感器和检测控制***，每两套开关式半主动减振器呈斜对角安装，作用于车体和转向架之间；每套开关式半主动减振器均包括减振器本体A、高速开关阀A1、A2可调阻尼阀A4以及压力传感器，其中高速开关阀A1用于接通减振器本体的无杆腔以及储油腔，储油腔与无杆腔之间设置有单向阀A3，高速开关阀A2用于接通无杆腔和有杆腔，有杆腔与储油腔之间设置有可调阻尼阀A4，压力传感器用于检测减振器本体有杆腔引出的油路压力；加速度传感器以及压力传感器的输出信号经过处理后传输给控制器，控制器控制高速开关阀的动作。

Description

开关式半主动悬挂***

技术领域

本发明涉及一种减轻车辆振动的悬挂***，特别是一种应用于200km/h以及以上速度级客车、机车或动车组的二系横向减振***。

背景技术

车辆振动是影响车辆平顺性的重要因素，衰减振动、提高平顺性的途径之一是设计合理的悬挂***，传统的被动悬挂***的阻尼与刚度一般是按经验设计或优化方法确定的，一经选定，在车辆行驶过程中无法进行调节，这就限制了悬挂性能的进一步提高。近几年来，随着铁路车辆的不断提速，以及人们对乘坐火车的舒适性的不断提高，传统的悬挂***已经不能够满足相关的要求，因而开发一种新式能够适应高速列车的悬挂***已经势在必行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种提高悬挂***性能的开关式半主动悬挂***。

本发明的技术方案为：一种开关式半主动悬挂***，包括四套半开关式半主动减振器，两个加速度传感器和检测控制***，其特征在于：每两套开关式半主动减振器呈斜对角安装，作用于车体和转向架之间；每套开关式半主动减振器均包括减振器本体、高速开关阀、可调阻尼阀以及压力传感器，其中高速开关阀A1用于接通减振器本体的无杆腔以及储油腔，储油腔与无杆腔之间设置有单向阀A3，高速开关阀A2用于接通无杆腔和有杆腔，有杆腔与储油腔之间设置有可调阻尼阀A4，压力传感器用于检测减振器本体有杆腔引出的油路压力；加速度传感器以及压力传感器的输出信号经过处理后传输给控制器，控制器控制高速开关阀的动作。

优选的是：所述的加速度传感器检测信号后通过低通滤波器、A/D转换器、积分与高通滤波处理电路后将信号传递给控制器。

优选的是：所述的压力传感器检测信号后通过A/D转换器转换后将信号传递给控制器。

优选的是：所述的高速开关阀包括阀体，阀体的内部包括动铁芯、阀芯以及复位弹簧，是二通常闭电磁阀。

优选的是：所述的减振器本体包括外缸、中间缸、内缸，内缸的内部设置有活塞杆以及活塞，内缸和中间缸的端部设置有底座阀，另一端部设置有导程，并通过锁紧螺母与外缸连接，有杆腔通过导程直接与外部油路相接，无杆腔通过内缸上设置的油孔，与内缸和中间缸之间形成的腔体相接，并通过腔体与外部油路相接。

优选的是：所述的活塞上设置有单向阀。

本发明的有益效果为：本发明结合车辆***动力学、检测技术、液压减振器技术、液压阀技术、控制技术以及故障诊断技术研究开发一种带有控制***的应用于二系悬挂中的横向减振***，不仅满足常规被动悬挂液压减振器的所有性能，而且在控制***的作用下，液压减振器能够做出相应的响应。保留液压减振器衰减车体横向振动的阻尼力，关断液压减振器加速车体横向振动的阻尼力。检测***、控制***和故障诊断***是整个半主动悬挂***的核心，其中，检测***负责半主动悬挂***中车体横向加速度的检测以及减振器内部压力的检测，控制***负责半主动悬挂***的动作，故障诊断***负责加速度传感器故障、控制装置本身故障以及整个***的工作状态故障诊断功能，并且在出现故障的情况下，半主动悬挂***能够切换至被动状态。选择使油路均在导程方向引出，油路会更加紧凑，油液的行程减少，减小了流体在长行程时的压力损失，而且为高速开关阀的安装提供便利。

附图说明

图1为本发明开关式半主动减振器工作原理图

图2为本发明工作状态示意图(v1＞0、v1-v2＞0)

图3为本发明工作状态示意图(v1＞0、v1-v2≤0)

图4为本发明减振器本体的剖视结构示意图

图5为本发明高速开关阀的内部结构示意图

图6为本发明控制***框图

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

一种开关式半主动悬挂***，包括四套半开关式半主动减振器，两个加速度传感器和检测控制***，每两套开关式半主动减振器呈斜对角安装，作用于车体和转向架之间；每套开关式半主动减振器均包括减振器本体A、高速开关阀A1、A2可调阻尼阀A4以及压力传感器，其中高速开关阀A1用于接通减振器本体的无杆腔以及储油腔，储油腔与无杆腔之间设置有单向阀A3，高速开关阀A2用于接通无杆腔和有杆腔，有杆腔与储油腔之间设置有可调阻尼阀A4，压力传感器用于检测减振器本体有杆腔引出的油路压力；加速度传感器以及压力传感器的输出信号经过处理后传输给控制器，控制器控制高速开关阀的动作。所述的加速度传感器检测信号后通过低通滤波器、A/D转换器、积分与高通滤波处理电路后将信号传递给控制器。所述的压力传感器检测信号后通过A/D转换器转换后将信号传递给控制器。所述的高速开关阀包括阀体1，阀体1的内部包括动铁芯2、阀芯3以及复位弹簧4，是二通常闭电磁阀。所述的减振器本体包括外缸5、中间缸6、内缸7，内缸7的内部设置有活塞杆8以及活塞9，内缸7和中间缸6的端部设置有底座阀10，另一端部设置有导程11，并通过锁紧螺母12与外缸5连接，有杆腔通过导程11直接与外部油路相接，无杆腔通过内缸7上设置的油孔，与内缸7和中间缸6之间形成的腔体相接，并通过腔体与外部油路相接。所述的活塞9上设置有单向阀A5。

如图1所示：在高速开关阀A₁、A₂都不得电的情况下，即为被动形式的减振器。在减振器拉伸(活塞杆左移)时，单向阀A₅关闭，有杆腔的油液经过可调阻尼阀A₄流回储油腔，由于可调阻尼阀A₄的节流作用，有杆腔为高压，形成拉伸时的阻力，由于活塞杆的左移，活塞下部需要补充油液，此时储油腔的油经过单向阀A₃进入无杆腔，补充由于活塞移动形成的油液不足，避免产生局部真空。在减振器压缩(活塞杆右移)时，单向阀A₃关闭，无杆腔的油液经过单向阀A₅流向有杆腔，由于活塞杆右移要占去油缸内一部分容积，所以就要有油液被排出，排出的油液经过可调阻尼阀A₄流回储油腔，形成压缩时的阻力。总之，在拉伸和压缩行程中，油液都是从有杆腔经可调阻尼阀到储油腔做单向流动。

在减振器拉伸(活塞杆左移)状态下，开关阀A₂得电，A₁失电，由于单向阀A₅的截止作用，左腔油液只能通过阀A₂流入右腔，其不足部分由储油腔供油来补充。由于开关阀A₂不产生流动阻力，油路及左、右腔均不产生压力，活塞所受的合力F为0。此状态下减振器不提供减振力。

在减振器压缩(活塞杆右移)状态下，开关阀A₁得电，A₂失电，右腔的油液分两路流动，一路通过单向阀A₅流向左腔，补充活塞移动带来的油腔体积增大；多余的油量通过另一油路由开关阀A₁流向储油腔。由于单向阀A₅和开关阀A₁不产生流动阻力，油路及左、右腔均不产生压力，活塞所受的合力F为0。此状态下减振器不提供减振力。

一辆车的开关式半主动悬挂***由四套开关式半主动减振器、两个加速度传感度和一套检测、控制***等组成。其中，每两套开关式半主动减振器A、B呈斜对角安装、作用于车体和转向架之间，其对应的控制阀分别为A₁、A₂、A₃、A₄、A₅；B₁、B₂、B₃、B₄、B₅(见图2和图3)。

当v₁＞0、v₁-v₂＞0时(图2)，高速开关阀A₁、B₂得电动作，其对应的控制油路被接通。此时减振器A的活塞相对缸体向右运动(拉出)，由于单向阀A₅的截止作用，其右腔油液只能通过可调阻尼阀A₄流回储油腔。同时，储油腔中储蓄的油液经单向阀A₃流进左腔，用于补偿活塞杆运动时体积差所带来的供油流量不足。由于可调阻尼阀A₄具有节流作用，***建立起了压力，因此，右腔为高压腔、左腔为低压腔(压力约为0)。减振器A的活塞承受的合力F_rA向左，此力作用在车体上，阻止车体向右运动。

同时，减振器B的活塞相对缸体向右运动(压缩)，右腔的油液分两路流动，一路通过单向阀B₅流入左腔，补充活塞移动带来的油腔体积增大；多余的油量通过另一油路经高速开关阀B₂和可调阻尼阀B₄流回储油腔。由于可调阻尼阀B₄具有节流作用，***建立起了压力，此时回路中的流量等于无杆腔(右腔)对有杆腔(左腔)在运动时产生的体积差。由于高速开关阀B₂得电打开，使得减振器B的左、右腔的压力相等，均为高压腔，而右腔(无杆腔)活塞有效面积为左腔(有杆腔)活塞有效面积的两倍，所以，液压力作用在活塞上的合力F_rB向左，并与F_rA一起作用在车体上，阻止车体向右运动。

当v₁＞0、v₁-v₂≤0时(图3)，高速开关阀A₁、B₂得电动作，其对应的控制油路被接通。减振器A活塞相对缸体向左运动(压缩)，左腔的油液分两路流动，一路通过单向阀A₅流入右腔，补充活塞移动带来的油腔体积增大；多余的油量通过另一油路由高速开关阀A₁流回储油腔。由于单向阀A₅和高速开关阀A₁不产生流动阻力，油路及左、右腔均不产生压力，活塞所受的合力F_rA为0。此状态下减振器A不提供减振力。

同时，减振器B活塞相对缸体向左运动(拉出)，由于单向阀B₅的截止作用和可调阻尼阀B₄的节流作用，左腔油液会通过高速开关阀B₂流入右腔，其不足部分由储油腔供油来补充。由于高速开关阀B₂不产生流动阻力，油路及左、右腔均不产生压力，活塞所受的合力F_rB为0。此状态下减振器B也不提供减振力。

由以上分析可知，当v₁＞0、v₁-v₂＞0时减振器A、B可提供向左的减振力，实施减振作用；当v₁＞0、v₁-v₂≤0时减振器A、B不提供减振力。从而在v₁＞0时实现对减振力方向的控制要求。

同理，可推出当v₁＜0、v₁-v₂≤0时减振器A、B可提供向右的减振力，当v₁＜0、v₁-v₂＞0时减振器A、B不提供减振力。在v₁＜0时也实现了对减振力方向的控制要求。

高速开关阀是开关式半主动悬挂***中最重要的控制元件，其性能的好坏决定了开关式半主动悬挂***的成败。高速开关阀在开关式半主动悬挂***中的主要作用是卸荷，即卸掉液压减振器加速车体横向振动的阻尼力。

高速开关阀主要有动铁芯2和阀芯3组成，以阀芯3的开关实现油液的通断，其原理如图5所示：常态时，即失电状态时，阀芯3位于右位，阀关闭，油液不能通过；得电时，阀芯3位于左位，阀打开，油液即能通过。

Claims (6)

1.一种开关式半主动悬挂***，包括四套半开关式半主动减振器，两个加速度传感器和检测控制***，其特征在于：每两套开关式半主动减振器呈斜对角安装，作用于车体和转向架之间；每套开关式半主动减振器均包括减振器本体A、高速开关阀A1、A2可调阻尼阀A4以及压力传感器，其中高速开关阀A1用于接通减振器本体的无杆腔以及储油腔，储油腔与无杆腔之间设置有单向阀A3，高速开关阀A2用于接通无杆腔和有杆腔，有杆腔与储油腔之间设置有可调阻尼阀A4，压力传感器用于检测减振器本体有杆腔引出的油路压力；加速度传感器以及压力传感器的输出信号经过处理后传输给控制器，控制器控制高速开关阀的动作。

2.如权利要求1所述的开关式半主动悬挂***，其特征在于：所述的加速度传感器检测信号后通过低通滤波器、A/D转换器、积分与高通滤波处理电路后将信号传递给控制器。

3.如权利要求1所述的开关式半主动悬挂***，其特征在于：所述的压力传感器检测信号后通过A/D转换器转换后将信号传递给控制器。

4.如权利要求1所述的开关式半主动悬挂***，其特征在于：所述的高速开关阀包括阀体1，阀体1的内部包括动铁芯2、阀芯3以及复位弹簧4，是二通常闭电磁阀。

5.如权利要求1所述的开关式半主动悬挂***，其特征在于：所述的减振器本体包括外缸5、中间缸6、内缸7，内缸7的内部设置有活塞杆8以及活塞9，内缸7和中间缸6的端部设置有底座阀10，另一端部设置有导程11，并通过锁紧螺母12与外缸5连接，有杆腔通过导程11直接与外部油路相接，无杆腔通过内缸7上设置的油孔，与内缸7和中间缸6之间形成的腔体相接，并通过腔体与外部油路相接。

6.如权利要求5所述的开关式半主动悬挂***，其特征在于：所述的活塞9上设置有单向阀A5。

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