CN109318675B - 一种互联式isd悬架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种互联式ISD悬架，包括蓄能器、阻尼阀、液压缸、活塞、活塞杆、螺旋管、连接管路、电液控制模块，活塞将液压缸分为上腔和下腔，液压缸上腔和蓄能器连通，阻尼阀设置在蓄能器入口处，液压缸的上端与悬挂质量铰接，活塞杆的下端与非悬挂质量铰接，各液压缸通过螺旋管、电液控制模块和高压油管实现互联。与传统互联悬架相比，该悬架不仅能充分利用各个悬架的刚度和阻尼用于减振，还能利用高速运动的油液产生惯容，大幅改善轮胎动载荷及其高频峰值，增强道路友好性，提升行驶安全性。

Description

一种互联式ISD悬架
技术领域
本发明涉及一种油气悬架***，特指带有惯容器的油气互联悬架***。
背景技术
油气悬架广泛应用于军用车辆、工程车辆和轿车赛车上，可以通过不同的连通结构实现抗侧倾、抗俯仰、平衡轴荷等功能，如横向互联、交叉互联、混合互联等多种形式，具有抗车辆反向运动的特性，液压互联悬架安装于前后轮组时能增加悬架***的俯仰/垂向模式刚度，安装于左右轮组时能提高悬架***的侧向/翘曲刚度。
道路友好性用于描述汽车轮胎动载荷对路面造成损伤和破坏。载重量大的商用车和特种车辆的使用量增加是导致路面破坏的主要原因，这会造成巨大的城市道路维护和管理费用。汽车产生的道路应力和残留变形和动态轮荷和静态轮荷有关，静载轮荷由车辆的载重量决定，动态轮荷由车辆受到路面不平度的激励产生的振动引起的，本专利能够通过液力惯容元件有效抑制轮胎动载荷，合理匹配车辆参数，改善道路友好性。
惯容器是基于机电相似理论提出的新元件，具有与质量元件相同的惯性特征。将惯容器引入车辆悬架***，ISD（inerter-spring-damper）悬架已经成为了被动悬架技术发展的新方向，ISD悬架能够抑制车身的低频共振，提高车辆舒适性，减少车轮跳动，改善轮胎的接地性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能降低轮胎动载荷和悬架动行程，提升轮胎抓地力，改善道路友好性的互联式ISD悬架。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为，一种互联式ISD悬架，包括电液控制模块、第一油缸和第二油缸，所述电液控制模块与所述第一油缸的无杆腔之间安装有第一螺旋管，所述第一油缸的无杆腔上还连接有第一蓄能器，所述第一蓄能器的入口处设置有第一阻尼阀；所述电液控制模块与所述第二油缸,的无杆腔之间安装有第二螺旋管，所述第二油缸的无杆腔上还连接有第二蓄能器，所述第二蓄能器的入口处设置有第二阻尼阀；所述第一油缸和所述第二油缸的无杆腔与悬挂质量铰接，所述第一油缸和所述第二油缸的活塞杆与非悬挂质量铰接。
上述方案中，还包括第三油缸和第四油缸，所述电液控制模块与所述第三油缸的无杆腔之间安装有第三螺旋管，所述第三油缸的无杆腔上还连接有第三蓄能器，所述第三蓄能器的入口处设置有第三阻尼阀；所述电液控制模块与所述第四油缸，的无杆腔之间安装有第四螺旋管，所述第四油缸的无杆腔上还连接有第四蓄能器，所述第四蓄能器的入口处设置有第四阻尼阀；所述第三油缸和所述第四油缸的无杆腔与悬挂质量铰接，所述第三油缸和所述第四油缸的活塞杆与非悬挂质量铰接。
上述方案中，所述第一蓄能器、所述第二蓄能器、所述第三蓄能器和所述第四蓄能器均以气体作为弹性介质，所述第一蓄能器、所述第二蓄能器、所述第三蓄能器和所述第四蓄能器内的气体弹簧中的气体与管路***中的油液通过橡胶隔膜或浮动活塞分开，气体弹簧产生弹性力。
本发明还保护一种互联式ISD悬架在车辆发生侧倾或俯仰时的应用。
本发明还保护一种互联式ISD悬架在车辆发生侧倾、俯仰、翘曲、垂直振动时的应用。
本发明的有益效果：本发明采用“互联”的模式，增加螺旋管实现惯性储能，相比于传统意义的互联悬架，能够大幅改善轮胎接地性；与带有惯容器的油气悬架的区别在于，通过不同的互联形式，进一步减小悬架刚度，提升行驶平顺性，并改善悬架动行程。
附图说明
图1为左右连通式互联式ISD悬架示意图。
图2为前后连通式互联式ISD悬架示意图。
图3为混合连通式互联式ISD悬架示意图。
图4为混合连通式悬架利用电液控制模块实现的5种连通形式。
图5为轮胎动载荷功率谱密度对比图。
图6为悬架动行程功率谱密度对比图。
图7为车身加速度功率谱密度对比图。
图8为侧倾角加速度功率谱密度对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一:图1和图2所示，一种互联式ISD悬架，包括电液控制模块8、第一油缸4-1和第二油缸4-2,，所述电液控制模块8与所述第一油缸4-1的无杆腔之间安装有第一螺旋管6-1，所述第一油缸4-1的无杆腔上还连接有第一蓄能器1-1，所述第一蓄能器1-1的入口处设置有第一阻尼阀2-1；所述电液控制模块8与所述第二油缸4-2,的无杆腔之间安装有第二螺旋管6-2，所述第二油缸4-1的无杆腔上还连接有第二蓄能器1-2，所述第二蓄能器1-2的入口处设置有第二阻尼阀2-2；所述第一油缸4-1和所述第二油缸4-2的无杆腔与悬挂质量铰接，所述第一油缸4-1和所述第二油缸4-2的活塞杆与非悬挂质量铰接。
车辆悬架在横向液压互联悬架的基础上，在液压缸连通的高压管路上接入螺旋管，活塞面积大于螺旋管道的截面积，可以使油液在螺旋管中高速旋转并储存大量的动能，产生惯容；当车身纯垂向振动时，左右车轮跳动一致，左右液压缸内油液压力基本一致，油液在连通管路及螺旋管内，此时蓄能器内的气体弹簧缓和冲击，减小振动幅度，节流阀衰减振动；当车身发生侧倾时，左右车轮跳动不一致，假设在轮胎跳动的作用下，左侧液压缸内的油压高于右侧，油液将在左侧活塞推动下，从左侧液压缸向右侧液压缸流动，油液在螺旋管中高速旋转，将液压能转换成动能，左右两侧液压缸内压力差减小，使得左右侧悬架动行程减小，同时改善轮胎动载荷，提高了道路友好性。
实施例一种所述的左右互联结构主要在车辆侧倾时起作用（图1），实施例一所述的上下互联结构主要在车辆俯仰时起作用（图2）。
实施例二：图3是互联式ISD悬架的实施例二，在实施例一的基础上，增加了第三油缸4-3和第四油缸4-4，所述电液控制模块8与所述第三油缸4-3的无杆腔之间安装有第三螺旋管6-3，所述第三油缸4-3的无杆腔上还连接有第三蓄能器1-3，所述第三蓄能器1-3的入口处设置有第三阻尼阀2-3；所述电液控制模块8与所述第四油缸4-4,的无杆腔之间安装有第四螺旋管6-4，所述第四油缸4-4的无杆腔上还连接有第四蓄能器1-4，所述第四蓄能器1-4的入口处设置有第四阻尼阀2-4；所述第三油缸4-3和所述第四油缸4-4的无杆腔与悬挂质量铰接，所述第三油缸4-3和所述第四油缸4-4的活塞杆与非悬挂质量铰接。
与实施例一不同之处在于，通过调节实施例三所述的电/液控制模块，对车辆侧倾、俯仰、翘曲、垂直振动等不同运动形式，采用不同互联形式(图4)所示，在改善轮胎抓地力的同时，实现对车身姿态的最优调节。
两个实施例中，所述第一蓄能器1-1、所述第二蓄能器1-2、所述第三蓄能器1-3和所述第四蓄能器1-4均以气体作为弹性介质，所述第一蓄能器1-1、所述第二蓄能器1-2、所述第三蓄能器1-3和所述第四蓄能器1-4内的气体弹簧中的气体与管路***中的油液通过橡胶隔膜或浮动活塞分开，气体弹簧产生弹性力。
为了比较分析互联式ISD悬架、传统互联悬架和传统被动悬架的性能差异，本专利进行了仿真分析，选取左右连通式传统互联悬架、左右连通式ISD悬架和传统被动悬架进行对比，具体结构如图1、图2所示，传统被动悬架为阻尼和弹簧并联结构。仿真将车辆20m/s驶过B级路面作为路面谱输入，并假设悬架刚度、阻尼和惯容是线性的，三种悬架的簧载质量、非簧载质量和轮胎刚度均相等，其余悬架参数通过优化得到。通过仿真可以得到图5～图8，分别为左右互联式ISD悬架，传统被动悬架，左右连通式传统互联悬架的输出功率谱密度对比图。
从图5可以看出，传统互联悬架轮胎动载荷虽然在低频段峰值有较大的改善，但在高频段有明显恶化，互联式ISD悬架与传统被动悬架在高频段性能较为接近。从图6可以看出，互联式ISD悬架的悬架动行程共振频带较传统互联悬架窄。从图7可以看出，与传统悬架相比，互联式ISD悬架能够明显抑制0～3Hz的车身振动，但在低频段隔振效果不如传统互联悬架。
表1 随机响应输出均方根值
Figure 183346DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知，与传统被动悬架相比，互联式ISD悬架与传统互联悬架的侧倾角加速度均方根值分别减小了7.3%和21.2%；车身垂直加速度分别减小了9.2%和22.7%；轮胎动载荷恶化了1.3%和20.1%；互联式ISD悬架的悬架动行程改善了11.1%，而传统互联悬架有0.9%的恶化。
综上所述，互联式ISD悬架总体上优于传统被动悬架，虽然在低频段的隔振性能比传统互联悬架略有不足，但能够弥补轮胎动载荷在高频段的恶化，改善轮胎接地性，提升道路友好性。

Claims (4)

1.一种互联式ISD悬架，包括电液控制模块(8)、第一油缸(4-1)和第二油缸(4-2)，其特征在于，所述电液控制模块(8)与所述第一油缸(4-1)的无杆腔之间安装有第一螺旋管(6-1)，所述第一油缸(4-1)的无杆腔上还连接有第一蓄能器(1-1)，所述第一蓄能器(1-1)的入口处设置有第一阻尼阀(2-1)；所述电液控制模块(8)与所述第二油缸(4-2)的无杆腔之间安装有第二螺旋管(6-2)，所述第二油缸(4-2)的无杆腔上还连接有第二蓄能器(1-2)，所述第二蓄能器(1-2)的入口处设置有第二阻尼阀(2-2)；所述第一油缸(4-1)和所述第二油缸(4-2)的无杆腔与悬挂质量铰接，所述第一油缸(4-1)和所述第二油缸(4-2)的活塞杆与非悬挂质量铰接；还包括第三油缸(4-3)和第四油缸(4-4)，所述电液控制模块(8)与所述第三油缸(4-3)的无杆腔之间安装有第三螺旋管(6-3)，所述第三油缸(4-3)的无杆腔上还连接有第三蓄能器(1-3)，所述第三蓄能器(1-3)的入口处设置有第三阻尼阀(2-3)；所述电液控制模块（8）与所述第四油缸(4-4)的无杆腔之间安装有第四螺旋管(6-4)，所述第四油缸(4-4)的无杆腔上还连接有第四蓄能器(1-4)，所述第四蓄能器(1-4)的入口处设置有第四阻尼阀(2-4)；所述第三油缸(4-3)和所述第四油缸(4-4)的无杆腔与悬挂质量铰接，所述第三油缸(4-3)和所述第四油缸(4-4)的活塞杆与非悬挂质量铰接。
2.根据权利要求1所述的一种互联式ISD悬架，其特征在于，所述第一蓄能器(1-1)、所述第二蓄能器(1-2)、所述第三蓄能器(1-3)和所述第四蓄能器(1-4)均以气体作为弹性介质，所述第一蓄能器(1-1)、所述第二蓄能器(1-2)、所述第三蓄能器(1-3)和所述第四蓄能器(1-4)内的气体弹簧中的气体与管路***中的油液通过橡胶隔膜或浮动活塞分开，气体弹簧产生弹性力。
3.权利要求1所述的互联式ISD悬架在车辆发生侧倾或俯仰时的应用。
4.权利要求1所述的互联式ISD悬架在车辆发生侧倾、俯仰、翘曲、垂直振动时的应用。
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