CN106704441A - 可控行程油气悬挂缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控行程油气悬挂缸，包括：活塞杆、活塞、内控阀组、缸筒、密封座圈、储能器、控制阀、管路、气液增压泵及流量控制缸。悬挂缸内部包括副油腔和悬缸内腔，副油腔与悬缸内腔完全隔离。悬缸内腔包括缸筒内腔和活塞杆内腔，中间通过内控阀组连通，形成完整的悬缸内腔***。副油腔通过管路外接控制阀和储能器，形成独立的外部控制回路。气液增压泵及流量控制缸的外部控制接口分别与悬缸内腔***及外部控制回路连接，构成等压/同步控制的两个独立通道。通过气液增压泵及流量控制缸内部换向阀的操作实现悬挂缸的行程控制。悬缸内腔***与外部控制回路，通过缸筒内腔和副油腔形成双气室反压对置结构。内控阀组根据***压力对悬缸内腔***进行自动变阻尼控制。

Description

可控行程油气悬挂缸

技术领域

本专利涉及一种油气悬挂缸，具体地是公开一种可控行程油气悬挂缸，并揭示其新的结构特性与使用功能。

背景技术

油气悬挂缸集成了空气弹簧和液压阻尼器的结构原理与使用功能，具有更加良好的力学特性和应用范围。油气悬挂缸內部充注氮气和液压油。氮气作为弹性介质和储能介质，具有变刚度特性，而且比金属弹性材料具有更大的储能比。液压油作为阻尼介质，通过悬挂缸内部的阻尼结构产生阻尼力。

由于将氮气封装在缸体结构内，因而油气悬挂缸具有比空气弹簧更大的工作压力和容量。同常规液压缸结构类似，按运动关系与安装结构，油气悬挂缸也由缸筒组件与活塞杆组件构成，内部容积隔腔包含有杆腔、无杆腔，活塞杆通常是空心结构。其中，无杆腔称为悬缸内腔，由缸筒内腔及活塞杆内腔构成。有杆腔称为副油腔，是由缸筒组件与活塞杆组件在悬挂缸腰部侧壁间围成的环状空间。

悬缸内腔作为一个腔体使用时，内部充注液压油和氮气，也称油气混合腔或混合油腔。在使用过程中，副油腔的容积空间变化幅度最大，通常用作悬挂缸内部阻尼流量的来源。副油腔内部充注液压油，并在其腔体内侧的活塞杆侧壁上设有阻尼通道与悬缸内腔接通。

如图1、图2所示，是单气室双油腔油气悬挂缸的两种典型结构型式。图1是活塞杆上置结构，图2是活塞杆下置结构。只充注液压油的油腔称为纯油腔，包括可变纯油腔和不可变纯油腔。可变纯油腔与混和油腔连通形成阻尼通道。悬挂缸压缩或拉神时，可变纯油腔和混和油腔的容积、压力发生变化产生阻尼流量。单气室双油腔结构，副油腔作为可变纯油腔与悬挂内腔连通。悬挂缸内部***压力对外提供弹性力的作用面积，称为压力作用面积。随悬挂缸压缩或拉伸速度而产生阻尼流量的面积，称为阻尼流量面积。悬挂缸的弹性力，由悬挂缸内部***压力和压力作用面积决定。***的阻尼流量，由阻尼流量面积和悬挂缸压缩或拉伸速度决定。在单气室双油腔结构中，压力作用面积为悬挂缸活塞杆外圆面积，刚度曲线参见图13。阻尼流量面积为可变纯油腔的截面积，也就是副油腔腔体的环形面积。阻尼特性参见图15。

如图3～图6所示，是四种典型的单气室三油腔结构，压力作用面积为活塞杆面积，刚度曲线参见图13。三油腔结构是通过活塞或阀板结构将悬缸内腔分隔为缸筒内腔和活塞杆内腔。单独充注液压油的为主油腔，同时充注液压油和氮气的为混合油腔。活塞或阀板上布置有阻尼结构，连通缸筒内腔和活塞杆内腔，形成内腔阻尼通道。副油腔通过活塞杆侧壁阻尼结构与悬缸内腔导通，形成副油腔阻尼通道。阻尼特性参见图15。

图3所示为活塞杆上置结构。缸筒内腔(主油腔)、副油腔均为可变纯油腔，分别与活塞杆内腔(混合油腔)导通，形成两条并列的阻尼通道。活塞杆侧壁上的阻尼结构与活塞或阀板上的阻尼结构也通常是单向阀与阻尼孔的组合结构。主油腔通道的阻尼流量面积为缸筒内腔面积，副油腔通道的阻尼流量面积为副油腔环形面积。

图4所示为活塞杆下置结构。副油腔为可变纯油腔，活塞杆内腔(主油腔)为不可变纯油腔。副油腔通过活塞杆内腔与缸筒内腔(混合油腔)导通，合成一条阻尼通道。阻尼流量面积为副油腔环形面积。

图5所示为另一种活塞杆下置结构。活塞杆内腔通过一个浮动活塞分隔油/气部分，构成混合油腔。缸筒内腔(主油腔)、副油腔均为可变纯油腔，分别与活塞杆内腔导通，形成两条并列的阻尼通道。主油腔通道的阻尼流量面积为缸筒内腔面积，副油腔通道的阻尼流量面积为副油腔环形面积。

图6所示为活塞杆上置压力补偿结构。缸筒内腔(主油腔)、副油腔均为可变纯油腔，活塞杆内腔为混合油腔。副油腔→主油腔→混合油腔顺序导通，形成两条串联的阻尼通道。在副油腔与主油腔之间形成压力、流量的互补关系。消除了油气悬挂缸的***负压现象，并显著提升***阻尼系数的应用幅度。主油腔通道的阻尼流量面积为活塞杆外圆面积，副油腔通道的阻尼流量面积为副油腔环形面积。

如图7、图8、图9所示，为三种典型的双气室三油腔油气悬挂缸结构，均为活塞杆下置。

图7为双气室正向串联结构。缸筒内腔和活塞杆内腔各包含一个混合油腔，之间通过阻尼结构连通。副油腔作为可变纯油腔与活塞杆内腔导通，提供***的主要阻尼流量，阻尼流量面积为副油腔面积。两个混合油腔之间可产生附加的阻尼流量，大小及流向取决于上下两个气室的初始充气参数。副油腔及缸筒内腔、活塞杆内腔中的两个混合油腔构成一个全通的液压回路，包含两个阻尼通道。悬挂缸整体的压力作用面积为活塞杆面积，刚度曲线参见图13。阻尼特性参见图15。

图8为双气室反向对置结构。悬缸内腔被一个封闭结构的活塞隔绝为彼此独立的缸筒内腔和活塞杆内腔。缸筒内腔和活塞杆内腔各包含一个混合油腔。活塞杆内腔的压力，通过一套管路导入副油腔，与缸筒内腔形成反压对置结构。其弹性力输出，为缸筒内腔面积的压力输出与副油腔面积的压力输出之差，刚度曲线参见图14。副油腔作为可变纯油腔，通过与活塞杆内腔的连接管路构成一条阻尼通道，形成***的阻尼流量。***的阻尼流量面积为副油腔面积。阻尼特性参见图15。

图9为另一种双气室反向对置结构，刚度特性与图8结构类同，参见图14。与图8结构的区别在于：缸筒内腔为可变纯油腔，外部增加储能器作为混合油腔，中间通过管路和阻尼阀连接，构成主油腔阻尼通道。主油腔通道阻尼流量面积为缸筒内腔面积，副油腔通道阻尼流量面积为副油腔环形面积。

需要说明的是：

1、除基础的单气室双油腔结构(图1、图2)外，活塞杆上置结构与活塞杆下置结构，不再具有相同的力学模型和力学关系(如图3与图4)。而且涉及到液压油、氮气的封装结构、位置及阻尼通道结构的不同，一种结构的油气悬挂缸倒置后可能无法使用。这也是油气悬挂缸的一个特点。

2、悬挂缸的阻尼流量来源于悬挂缸压缩或拉伸时可变纯油腔的容积变化。而阻尼流量的产生必须将可变纯油腔连接到混合油腔，或通过另外一个纯油腔最终连接到混合油腔，以形成阻尼通道。否则悬挂缸内部的力学关系就不成立。

从现有的(图1～图9)各种应用结构来看，副油腔都是作为***阻尼流量的主要来源，并无一例外地均与悬缸内腔接通，形成对外封闭的液压回路。

3、图8、图9所示，均为活塞杆下置的反压对置结构。虽然获得了比较良好的刚度特性(图14)，但这两种结构必须基于对缸筒内腔与活塞杆内腔的物理隔离，这样就丧失了缸筒内腔及活塞杆内腔之间重要的结构、位置、速度、流量及压力上的关联，而且活塞杆内腔复杂的导管结构占据了内部有效空间。使得在悬缸内腔中基于对位置、流量及压力控制关系的变阻尼结构无法进行布置与应用。另外，活塞杆内腔复杂的导管结构，安装维修困难、可靠性较差。

4、图1～图9列出的九种结构，为现有油气悬挂缸在刚度结构上的主要结构形式。常规结构下，***的阻尼结构由阻尼孔、单向阀组成，使用过程中不可调控。***的阻尼特性为基于速度项、正反向差异的二次曲线F＝f(v)，参见图15。

图1～图7结构，刚度特性基本一致，特性曲线参见图13，为一条正向非线性曲线，在曲线的起始位置存在硬点。整个悬挂缸内部***是一个封闭的回路，无法引入外部输入进行控制。但可以基于内部空间及结构布置变阻尼机构，在一定程度上实现变阻尼控制。

图8、图9结构，虽然获得了比较良好的刚度特性，消除了硬点(刚度特性曲线参见图14)，但缺乏外部控制的控制目标与控制环节，也难以实现外部对***刚度、状态的控制。而且由于其结构上对悬缸内腔的物理隔绝，使得接下来的变阻尼控制无法实现。

主动及半主动控制悬架***，讲求的是对***行程、状态、刚度、阻尼的主动或半主动综合控制。现有的各类油气悬挂缸结构，缺乏完整实现的结构基础和条件。

5、现有各种结构的油气悬挂缸，都是注重悬挂缸自身内部刚度和阻尼特性的搭配以及独立运行的完整性和可靠行，并没有考虑设定由外部施加主动控制的外部输入端口与内部控制环节。其内部油腔、气室相互关联、相互控制，之前也通常都是作为单独部件独立使用。但作为整个底盘，尤其是主动、半主动悬架，需要就不同的路况、运行状态、不同的驾驶与操作环境，进行主动或半主动控制。但整个油气悬挂缸没有构建出用于外部控制或多悬挂缸组合控制的独立环节，使得油气悬挂缸的优良性能以及组合潜力得不到完整发挥。在现有类型悬缸结构上施加外部主动控制会造成悬缸内部流量、压力的紊乱，导致***稳定性及可靠性出现问题。

主动及半主动悬架在轿车、商务车等高端产品上有着良好地应用。其主要是基于板簧、螺旋弹簧、空气弹簧等与电控阻尼器的组合，引入电控***进行控制。但限于悬挂部件、电控***的工作容量、控制容量、***精度以及成本构成等问题，在大型车辆以及普及型产品的应用上受到很大限制。在基于油气悬架的工程、重型及普及型车辆上的应用还处于空白状态。其中，悬架***的行程控制与高度、状态控制是最基础性的功能需求。亟待提出一种可用于主动及半主动控制体系下的基础油气悬挂缸结构，以及基本的行程与状态控制的***结构方案。

发明内容

本发明提出了一种可控行程油气悬挂缸，构建用于外部主动控制以及多悬挂缸之间组合控制的基础性结构，以及实施行程、高度以及状态控制的结构方案。核心在于构建内部/外部两个独立的液压回路***、外部主动控制的目标环节、控制形式以及实施控制的结构性方案。

本发明是采用如下结构方案来实现上述特性及功能的：一种可控行程油气悬挂缸，包括：活塞杆、活塞、内控阀组、缸筒、密封座圈、储能器、控制阀、管路、气液增压泵及流量控制缸。缸筒、活塞杆及活塞，在悬挂缸内部围成悬缸内腔(无杆腔)。缸筒、密封座圈及活塞杆、活塞，在悬挂缸腰部侧壁间围成副油腔(有杆腔)。副油腔充注液压油，与悬缸内腔完全隔绝。悬缸内腔通过活塞杆底部的内控阀组分隔为缸筒内腔和活塞杆内腔。缸筒内腔中充注液压油，成为主油腔。活塞杆内腔中充注液压油和氮气，成为混合油腔。缸筒内腔和活塞杆内腔，通过内控阀组上的阻尼通道连通，形成完整、独立的悬缸内腔***。对于副油腔，在缸筒靠近密封座圈位置设置外部接口，通过管路外部连接储能器、控制阀，形成独立的外部控制回路。气液增压泵和流量控制缸，为外部控制悬挂缸行程及高度的控制组件，中间有释放开关旁通控制二者之间的油路，与气液增压泵出口单向阀配合实施对油气悬挂缸行程及高度的加载与释放控制。气液增压泵和流量控制缸分别与悬缸内腔***和外部控制回路连接，构成两个独立的闭式***。如图25所示，为可控行程油气悬挂缸***结构图。图10为结构示意图。

当悬缸压缩或拉伸时，缸筒内腔、副油腔容积均发生变化，均为可变油腔。对于悬缸内腔***，缸筒内腔与活塞杆内腔之间进行流量的交换，阻尼流量面积为缸筒内腔面积。对于外部控制回路，副油腔与储能器之间进行流量的交换，阻尼流量面积为副油腔面积。悬缸内腔***与外部控制回路，通过缸筒内腔(主油腔)和副油腔形成双气室反压对置结构。悬缸内腔***的压力作用面积为缸筒内腔面积。外部控制回路的压力作用面积为副油腔面积。悬挂缸总体弹性力输出，为缸筒内腔面积与副油腔面积的压力叠加。参见图20。曲线1为悬缸内腔***的刚度曲线，曲线2为外部控制回路的刚度曲线，曲线3为悬挂缸***的综合刚度曲线。由图20可见，外部控制回路对悬缸内腔***在初始阶段的刚度特性进行了良好地修正，并形成正反向过零平衡位。

气液增压泵内部为气缸/柱塞缸组合结构，依靠活塞/柱塞的往复运动结合单向阀，将悬缸内腔液压油以高压、脉动的流量注入流量控制缸无杆腔，推动另一侧有杆腔中的液压油进入悬缸副油腔，实现对悬挂缸行程与高度的控制。流量控制缸中的活塞依然起到隔离悬缸内腔***与外部控制回路的作用。流量控制缸有杆腔/无杆腔的面积比，与悬挂缸副油腔/缸筒内腔的面积比保持一定的比例关系，以实现特定的控制效果。当进行释放时，打开气液增压泵和流量控制缸之间的释放开关，流量控制缸以差动的方式回位。流量控制缸的活塞杆除调节控制特性外，还作为悬挂缸位置与状态的信号采集部件与控制触发部件。图17为本例双回路/***的压力特性曲线。曲线1为外部控制回路压力特性曲线，曲线2为悬缸内腔***压力特性曲线。两回路/***压力通过各自的压力作用面积在平衡位达到弹性力的平衡。

当需要降低悬挂缸高度或收起悬挂缸时，启动气液增压泵，将悬缸内腔***中定量的液压油注入流量控制缸无杆腔中，同时将有杆腔中定量的液压油注入悬挂缸副油腔。油气悬挂缸高度降低，平衡位发生变化，直到达到新的平衡位。如图26所示为悬挂缸收起状态。流量控制缸选择合适的活塞杆/缸筒直径配比，可以达到等压控制状态。如图19所示，为等压控制下***压力特性曲线。曲线1/曲线2分别为原始平衡位状态下外部控制回路及悬缸内腔***压力特性曲线，曲线3/曲线4分别为新平衡位状态下外部控制回路及悬缸内腔***压力特性曲线。图24所示，为等压控制下***刚度特性曲线。曲线1为原始平衡位状态下***刚度特性曲线，曲线2为新平衡位状态下***刚度特性曲线。由图19及图24可见，等压控制下调整悬挂缸高度，悬挂缸各工作位置随平衡位置同步下降，工作行程保持不变。

当需要恢复悬挂缸的原始高度或释放悬挂缸时，切换换向阀位置，启动气液增压泵，就可以将流量控制缸无杆腔中的液压油反向注入悬缸内腔***。同时依靠两回路/***间的压差，将副油腔中的定量液压油排回流量控制缸有杆腔。恢复悬挂缸高度时，需要克服车辆簧载质量的重力并上升到原始工作高度。在非等压控制情况下还需克服两回路/***中的附加压力。如图27所示，为由压缩状态恢复到初始状态的***结构图。

在流量控制缸活塞杆/缸筒直径配比，不是悬挂缸活塞杆/缸筒对应的直径配比时，就形成非等压控制状态。图11所示结构即为流量控制缸活塞杆直径取为零的情况。图23为这种非等压结构高度及行程控制的刚度曲线变化情况，曲线1为原始刚度曲线，曲线2为新平衡位置的刚度曲线。由图23可见，非等压结构尽管在悬挂缸平衡位上进行了相应的控制，但在空/满载状态下实际的高度和行程控制都明显弱化。

图12为另一种极限情况，即断开与悬缸内腔***的流量交换通道，气液增压泵采用开式结构，形成单回路控制结构。这种控制结构下悬缸内腔***及外部控制回路的压力特性如图18所示。图18中，曲线1为原始平衡位外部控制回路压力特性曲线，曲线3为新平衡位外部控制回路压力特性曲线，曲线2/4为悬缸内腔***压力特性曲线。由图18可见，控制过程中，悬缸内腔***压力特性保持不变。图21、22为两种控制力度下悬挂缸刚度曲线的变化情况，曲线1为原始刚度曲线，曲线2为新平衡位下刚度曲线。由图21、22可见，单回路控制结构对于悬挂缸实际工作高度的控制依然较弱，对于悬挂缸工作行程的控制表现比较显著，但也明显改变了空载与满载状态下的***刚度值。对于特定的车辆，空载与满载状态相对固定，因而单回路控制结构对车辆运行的平顺性存在一定的影响。

回顾本例双回路等压控制结构，图19、图24。对平衡位以及实际工作位置的控制准确、一致，附加压力小、过程平稳，保持原有的空/满载刚度特性不变，使得控制的起/始状态以及中间各个过渡状态都保持非常良好的一致性。这样就确保了***单独使用以及多***组合应用的平顺性和稳定性。

本例可控行程油气悬挂缸，外部控制回路与悬缸内腔***均为闭式***。气液增压泵/流量控制缸→外部控制回路→悬缸内腔***，为隔离型逐级控制，是一种可逆、安全型控制。

图28为正常运行、空载状态下的***结构图。图29为正常运行、满载状态下的***结构图。由图28、29可见，正常运行时，悬缸内腔***中缸筒内腔与活塞杆内腔之间进行流量的交换，外部控制回路中副油腔与储能器之间进行流量的交换。而在气液增压泵/流量控制缸与外部控制回路及悬缸内腔***之间不再有流量的交换。气液增压泵/流量控制缸内部的换向阀处于全截至状态，确保***工作的稳定性和可靠性。图28中，悬挂缸内部的内控阀组处于空载状态。图29中，内控阀组处于满载状态。图30、图31分别为内控阀组空载与满载状态下详细的结构图。

对于内控阀组，是一种内部压力控制的自动变阻尼结构组件。它可以根据悬缸内腔***的压力感知、判定悬挂缸的工作状态，并对缸筒内腔(主油腔)与活塞杆内腔(混合油腔)之间的流量和阻尼系数进行自动调整和控制。如图16所示，为内控阀组根据***内部压力自动控制的变阻尼特性曲线。

本发明的核心是：

1、将油气悬挂缸副油腔与悬缸内腔(包括缸筒内腔及活塞杆内腔)完全隔离，并将副油腔作为进行外部控制的目标环节，以实现对悬挂缸行程、长度及刚度的主动或半主动控制；

2、悬缸内腔，以内控阀组为核心控制内部的缸筒内腔(主油腔)和混活塞杆内腔(合油腔)，构建一个完整、独立的压力/流量控制***，提供悬挂缸的主体刚度/阻尼力学参数，以及实现***内部的变阻尼主动控制。其压力作用面积和阻尼流量面积，均为缸筒内腔面积。

3、在油气悬挂缸外部设置储能器、控制阀及管路，与悬挂缸副油腔连接，构建独立的外部控制回路。此举同时达到以下三个目的：

①以储能器(混合油腔)，与副油腔构建外部控制回路完整的压力、流量关系。

②以控制阀，建立外部控制输入端口，同时兼做外部控制回路自身的阻尼元件；

③所建立的外部控制回路与悬缸内腔***，通过副油腔形成新型的、完整的双气室反压对置结构关系；

4、构建的外部控制回路与悬缸内腔***独立，通过副油腔补充、修正悬缸内腔***的力学参数，并且在刚度、行程、状态、压力等参数上对悬缸内腔***进行反向控制。其压力作用面积和阻尼流量面积，均为副油腔环形面积。

5、在实现双气室反压对置结构的基础上，构建完整的悬缸内腔结构。通过内控阀组建立缸筒内腔与活塞杆内腔间的相对位置、速度、压力、流量等的完整结构及参数关联。首次实现了基于双气室反压对置结构下的悬缸内腔***自动变阻尼功能，并为今后的各种变阻尼主动控制提供了一种全新的基础性架构。

6、以气液增压泵/流量控制缸，分别与悬缸内腔***和外部控制回路连接，构成闭式双回路等压控制***。以气液增压泵，作为本例的控制执行机构，以内部的换向阀进行正反向控制以及正常运行时的截止与封闭。

几点说明：

1、本专利构建的闭式双回路等压控制***，包括：悬挂缸的高度与状态的主动控制，空载与满载的自动变阻尼控制，以及外部控制回路与悬缸内腔***建立的双气室反压对置结构。既可以单独控制，又可以组合运行。

车辆在调整高度与状态时，气液增压泵/流量控制缸分别与悬缸内腔/副油腔同步、等压进行流量交换(图24)。起始位置及中间状态平稳过渡。

车辆在行驶时，悬缸内腔***中缸筒内腔与活塞杆内腔之间进行流量的交换，外部控制回路中副油腔与储能器之间进行流量的交换。外部控制回路对悬缸内腔***力学参数进行了完整的补充与修正，输出良好的刚度特性(图20)。悬缸内腔***基于内部完整的结构，依靠内控阀组输出良好的变阻尼特性(图16)。

空载运行时，悬缸内腔工作压力处于低压状态。内控阀组开启变阻尼通道，悬缸内腔***处于低阻尼系数状态。满载运行时，悬缸内腔工作压力处于高压状态。内控阀组关闭变阻尼通道，悬缸内腔***处于高阻尼系数状态。空/满载运行时，悬缸都可以输出良好的阻尼特性。

2、新型的双气室反压对置悬挂缸结构保持完整、简洁的悬缸内腔结构，以及缸筒内腔与活塞杆内腔之间完整的关联，构建完整的悬缸内腔***及独立的外部控制回路。悬缸内腔***提供悬挂缸的主体参数，外部控制回路提供***的控制参数。独立的悬缸内腔***与外部控制回路结构，确保悬架***工作的稳定性和可靠性；

3、悬缸内腔***的压力作用面积和阻尼流量面积为缸筒内腔面积。外部控制回路的压力作用面积和阻尼流量面积为副油腔面积。外部控制回路与悬缸内腔***构成反压对置结构，消除了行程中的硬点，形成悬挂缸的过零平衡点，输出良好的刚度特性。

4、本例的变阻尼自适应控制，是基于悬缸内腔的完整结构，以及缸筒内腔与活塞杆内腔之间的相对位置、速度、压力、流量等完整的结构及关联。内控阀组是基于***内部压力的一种变阻尼控制机构，实现的是双点、稳态的变阻尼流量控制。F＝f(p，v)。图16为在空/满载状态下，***自动匹配的两条阻尼特性曲线。本例的变阻尼控制流量面积为缸筒内腔面积，已经达到了缸体结构的最大状态。

内控阀组的核心是构建了以内部压力为控制输入的阀芯组件及可变阻尼结构，形成内部可变阻尼通道。阀芯组件内部包含一个用于***识别的密闭压力腔，内部以弹簧提供阀芯基准压力推动阀芯运动。阀芯基准压力设定在悬挂缸空载压力与满载压力之间。阀芯上布置有内/外两组阻尼孔和单向阀，与阀芯座圈配合形成固定阻尼通道和可控阻尼通道，固定阻尼通道长通。阀芯伸出时可控阻尼通道开启，阀芯缩回时可控阻尼通道关闭。阀芯组件还包含有阻尼腔、阻尼环，用于控制阀芯自身的稳态响应。图30、图31，为内控阀组在空/满载状态下的工作结构图。

对内控阀组的几点说明：

①.在缸体内部构建的可变阻尼结构、可变阻尼通道以及自动控制结构，以悬缸内腔***压力作为变阻尼控制的输入参数，F＝f(p，v)。

②.阀芯基准压力用于识别***内部的空载压力与满载压力，并与***压力叠加推动阀芯保持伸出与缩回两个特定的位置。因此，是一个典型的双点变阻尼控制，见图16。

③.阀芯组件中的阻尼腔、阻尼环，用于控制阀芯自身的稳态响应。***内部的压力波动与压力冲击，不会造成阀芯的瞬态启动和刚性撞击。因此，***是一个稳态控制，

④.本例是目前唯一基于双气室反压对置结构下，实现外部主动控制与内部变阻尼自动控制的悬挂缸结构，为今后的技术发展提供了一个全新的基础油气悬挂缸结构。

5、本专利为现有文献及产品之外的首次提出。作为机械/液压控制方式下的主动控制油气悬架高度及状态的结构方案，具有明显的创新特性和应用价值。

本专利-可控行程油气悬挂缸，通过结构上隔离副油腔与悬缸内腔，构建悬缸内腔***与外部控制回路。通过液增压泵/流量控制缸，与所构建的双回路***形成双通道等压、同步控制的***结构，实现可靠、稳定的高度与状态控制。同时也构建出了一种新型的双气室反压油气悬挂缸结构，并且实现了***空/满载状态下的自动变阻尼控制，开辟了主动及半主动控制油气悬架新型的技术结构。

附图说明

图1-活塞杆上置单气室双油腔_油气悬挂缸结构示意图；

图2-活塞杆下置单气室双油腔_油气悬挂缸结构示意图；

图3-活塞杆上置单气室三油腔_油气悬挂缸结构示意图；

图4-活塞杆下置单气室三油腔_油气悬挂缸结构示意图；

图5-活塞杆下置单气室三油腔_油气悬挂缸结构示意图；

图6-活塞杆上置单气室三油腔/压力补偿式_油气悬挂缸结构示意图；

图7-活塞杆下置双气室正向串联三油腔_油气悬挂缸结构示意图；

图8-活塞杆下置双气室反向对置三油腔_油气悬挂缸结构示意图；

图9-活塞杆下置双气室反向对置三油腔_油气悬挂缸结构示意图；

图10本专利-可控行程油气悬挂缸结构示意图；

图11本专利涉及的-非等压控制结构示意图；

图12本专利涉及的-单通道控制结构示意图；

图13-传统油气悬挂缸刚度特性曲线图；

图14-双气室反压对置结构_油气悬挂缸刚度特性曲线图；

图15-传统油气悬挂缸阻尼特性曲线图；

图16本专利-可控行程油气悬挂缸变阻尼特性曲线图；

图17本专利-油气悬挂缸***压力特性曲线图；

图18本专利涉及的-单通道控制结构行程控制***压力特性曲线图；

图19本专利-油气悬挂缸高度/状态控制***压力特性曲线图；

图20本专利-可控行程油气悬挂缸刚度特性曲线图；

图21本专利涉及的-单通道控制结构行程控制刚度特性曲线图；

图22本专利涉及的-单通道控制结构行程控制刚度特性曲线图；

图23本专利涉及的-非等压控制结构行程控制刚度特性曲线图；

图24本专利-等压控制结构高度/状态控制刚度特性曲线图；

图25本专利-可控行程油气悬挂缸***结构图；

图26本专利-可控行程油气悬挂缸收起状态***结构图；

图27本专利-可控行程油气悬挂缸释放状态***结构图；

图28本专利-可控行程油气悬挂缸空载状态***结构图；

图29本专利-可控行程油气悬挂缸满载状态***结构图；

图30本专利-内控阀组压力控制变阻尼结构空载状态局部放大图；

图31本专利-内控阀组压力控制变阻尼结构满载状态局部放大图；

具体实施方式

本专利，可控行程油气悬挂缸，包括活塞杆10、活塞11、内控阀组12、缸筒13、密封座圈14、储能器15、控制阀16、气液增压泵17、流量控制缸18、换向阀19、管路25。所述缸筒13、活塞杆10及活塞11在悬挂缸内部围成悬缸内腔20(无杆腔)。所述缸筒13、密封座圈14及活塞杆10、活塞11在悬挂缸腰部侧壁间围成副油腔21(有杆腔)。所述副油腔21充注液压油，与悬缸内腔20完全隔绝。所述悬缸内腔20通过活塞杆10底部的内控阀组12分隔为缸筒内腔22和活塞杆内腔23。所述缸筒内腔22中充注液压油，活塞杆内腔23中充注液压油和氮气。所述缸筒内腔22和活塞杆内腔23，通过内控阀组12上的阻尼通道连通，形成完整、独立的悬缸内腔***30。所述副油腔21，在缸筒13靠近密封座圈14的位置设置外部连接口，通过管路25外接储能器15、控制阀16，形成独立的外部控制回路40。

所述悬缸内腔***30，封闭于悬缸内腔20，由活塞杆内腔23、缸筒内腔22及内控阀组12组成，在缸筒内腔22底部设有外部控制接口31。所述外部控制回路40，由副油腔21、储能器15、控制阀16及管路25组成，控制阀16设有外部控制接口41。所述外部控制回路40与悬缸内腔***30完全隔离，彼此独立。

所述外部控制回路40中的副油腔21与悬缸内腔***30中的缸筒内腔22形成双气室反压对置结构关系。所述储能器15，内部充注液压油和氮气。所述副油腔21，作为外部控制悬挂缸高度与行程的目标环节。所述控制阀16，除作为外部控制悬挂缸高度、行程与刚度的输入端口外，也作为外部控制回路40自身的阻尼/流量控制元件。

所述气液增压泵17内部包含有换向阀19，与流量控制缸18组成对悬挂缸行程及高度控制的组件。气液增压泵17的内部控制接口与流量控制缸18的无杆腔接通，外部控制接口32可对外实时控制。流量控制缸18的外部控制接口42设置在有杆腔。所述换向阀19可以实施油路的换向与关闭控制。所述气液增压泵17的外部控制接口32和流量控制缸18的外部控制接口42，分别与悬缸内腔***30的外部控制接口31和外部控制回路40的外部控制接口41连接，构成两个独立的闭式***，形成对悬挂缸高度/行程进行连续性等压/同步控制的两个通道。如图25所示，为可控行程油气悬挂缸***结构图。图10为结构示意图。

当悬缸压缩或拉伸时，缸筒内腔22、副油腔21容积均发生变化，均为可变油腔。对于悬缸内腔***30，缸筒内腔22与活塞杆内腔23之间进行流量的交换，阻尼流量面积为缸筒内腔22截面积。对于外部控制回路40，副油腔21与储能器15之间进行流量的交换，阻尼流量面积为副油腔21截面积。悬挂缸的阻尼流量为悬缸内腔***30和外部控制回路40阻尼流量之和。悬缸内腔***30与外部控制回路40，通过缸筒内腔22和副油腔21形成双气室反压对置结构。悬缸内腔***30的压力作用面积为缸筒内腔22截面积。外部控制回路40的压力作用面积为副油腔21截面积。悬挂缸的整体刚度由悬缸内腔***30的压力及其压力作用面积与外部控制回路40的压力及其压力作用面积叠加而成。参见图20。曲线1为悬缸内腔***30的刚度曲线，曲线2为外部控制回路40的刚度曲线，曲线3为悬挂缸***的综合刚度曲线。由图20可见，外部控制回路40对悬缸内腔***30在初始阶段的刚度特性进行了良好地修正。

所述内控阀组12，为压力控制自动变阻尼控制组件，安装在活塞杆10的底部。通过感知悬缸内腔***30的***压力实现对悬挂缸空/满载状态下的自动变阻尼控制。参见图16，本例空/满载自动变阻尼控制特性曲线。图30、图31为内控阀组12在空/满载状态下的结构状态图。由图30、图31可见，内控阀组12是基于悬缸内腔20的完整结构及其内部缸筒内腔22与活塞杆内腔23之间完整的位置/速度与压力/流量关联。如图28、图29所示，为本专利-可控行程油气悬挂缸空/满载状态下的***结构图。

当需要降低悬挂缸高度或收起悬挂缸时，换向阀19置于收起位，启动气液增压泵17，将悬缸内腔***30中定量的液压油注入流量控制缸18无杆腔中，同时将另一侧有杆腔中定量的液压油注入外部控制回路40的副油腔21中。悬挂缸高度降低，平衡位发生变化，直到达到新的平衡位。如图26所示为悬挂缸收起状态***结构图。流量控制缸18选择的活塞杆/缸筒面积配比与悬挂缸活塞杆10/缸筒13的面积配比一致，为等压控制状态。如图19所示，等压控制下***压力特性曲线。曲线1/曲线2分别为原始平衡位状态下外部控制回路40与悬缸内腔***30的压力特性曲线，曲线3/曲线4分别为新平衡位状态下外部控制回路40与悬缸内腔***30的压力特性曲线。图24所示，为等压控制下***刚度特性曲线。曲线1为原始平衡位状态下***刚度特性曲线，曲线2为新平衡位状态下***刚度特性曲线。由图19及图24可见，等压控制状态下调整悬挂缸高度，悬挂缸各工作位置随平衡位置同步下降，工作行程保持不变。

当需要恢复悬挂缸的原始高度或释放悬挂缸时，换向阀19置于释放位，启动气液增压泵17，将流量控制缸18无杆腔中的液压油反向注入悬缸内腔***30。同时依靠两回路/***间的压差，将外部控制回路40副油腔21中的定量液压油排回流量控制缸18的有杆腔。如图27所示，为悬挂缸释放状态***结构图。

当不需要调整悬挂缸高度或车辆正常运行时，关闭启动气液增压泵17并将换向阀19置于截止位。

可控行程油气悬挂缸，隔离副油腔作为外部控制的目标环节，构建悬缸内腔***和外部控制回路两个独立的控制回路***，形成对悬挂缸高度与行程控制的两个等压、同步的控制通道。综合设定了外部控制回路与悬缸内腔***的控制输入端口与回路/***自身的阻尼控制结构，保持了悬缸内腔的完整性以及活塞杆内腔与缸筒内腔之间位置、速度、压力、流量等完整的关联结构，实现了主动外部控制、双气室反压对置结构、内部主动变阻尼控制等多项组合功能，消除了传统结构的不足，实现了完整、优良的力学特性。悬挂缸整体功能及结构完整，内部构成简洁，最大限度地挖掘了油气悬挂缸的结构效能。在有效实施外部主动控制的同时，确保了悬缸内腔***工作的稳定性和可靠性。

可控行程油气悬挂缸结构的提出，从副油腔与悬缸内腔隔离，独立双回路***，等压、同步的双通道控制，双气室对置结构，变刚度、变阻尼等关键技术功能方面，在现有文献及产品中都是首次，而且为进一步拓展主动、半主动油气悬架提供了一个结构、功能完整可靠的新型基础悬挂缸结构。

本例技术方案的提出，基于油气悬架结构，在承载容量、控制容量以及成本构成等方面存在明显的优势。这就为普通车辆、载重车辆及特种车辆等众多产品提升底盘性能提供了一种高效、经济的技术手段和产品方向而极具价值。

Claims (7)

1.一种可控行程油气悬挂缸，包括活塞杆、活塞、内控阀组、缸筒、密封座圈、储能器、控制阀、管路、气液泵增压泵及流量控制缸；所述缸筒、活塞杆及活塞在悬挂缸内部围成悬缸内腔；所述缸筒、密封座圈及活塞杆、活塞在悬挂缸腰部侧壁间围成副油腔；其特征在于所述副油腔充注液压油，与悬缸内腔完全隔离。

2.根据权利要求1所述可控行程油气悬挂缸，所述悬缸内腔通过活塞杆底部的内控阀组分隔为缸筒内腔和活塞杆内腔；所述缸筒内腔充注液压油，底部设有外部控制接口；所述活塞杆内腔充注液压油和氮气；其特征在于所述缸筒内腔和活塞杆内腔，通过内控阀组上的阻尼通道连通，形成完整的悬缸内腔***。

3.根据权利要求1所述可控行程油气悬挂缸，所述副油腔在缸筒靠近密封座圈的位置设置连接口；其特征在于所述副油腔通过管路外接储能器、控制阀，形成独立的外部控制回路。

4.根据权利要求1、3所述可控行程油气悬挂缸，其特征在于所述控制阀作为外部控制回路内部的阻尼/流量控制元件，并且设有外部控制接口。

5.根据权利要求1、2、3、4所述可控行程油气悬挂缸，所述气液增压泵包含有换向阀，在内部与流量控制缸的无杆腔接通；所述气液增压泵与流量控制缸各有一个外部控制接口，流量控制缸的外部控制接口设定在有杆腔；其特征在于所述气液增压泵/流量控制缸的外部控制接口，分别与悬缸内腔***/外部控制回路的外部控制接口连接，构成两个独立的闭式***，形成对悬挂缸高度/行程同步控制的两个独立通道。

6.根据权利要求1、2、3所述可控行程油气悬挂缸，其特征在于所述外部控制回路中的副油腔与悬缸内腔***中的缸筒内腔形成双气室反压对置结构。

7.根据权利要求1、2所述可控行程油气悬挂缸，其特征在于所述悬缸内腔保持完整的内腔结构以及压力/流量关联，内控阀组作为缸筒内腔与活塞杆内腔之间变阻尼控制组件。