CN117885487A - 一种具备模式切换的液压悬架***、切换方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备模式切换的液压悬架***，包括：执行器，所述执行器包括进液口与出液口；液压供能装置，能输出压力液体；电液伺服阀，包括切断工位与连通工位，所述执行器与液压供能装置通过电液伺服阀连通；连通管路，所述进液口与出液口分别通过两个独立的连通管路与所述电液伺服阀连通；所述连通管路上设有电控节流阀以及蓄能器。本发明可以通过切换电液伺服阀以及电控节流阀以及蓄能器，使得悬架能在主动悬架、半主动悬架以及被动悬架之间进行切换，而且结构原理简单，易于实现。同时，本发明还公开了一种应用上述悬架***的悬架模式切换方法以及车辆。

Description

一种具备模式切换的液压悬架***、切换方法及车辆

技术领域

本发明涉及汽车悬架领域，尤其是具备模式切换的液压悬架***、切换方法以及汽车。

背景技术

随着社会经济与技术的发展，驾乘人员对于车辆底盘提出了更高需求，悬架作为底盘***中的重要元件，传递车身与车轮间的力和力矩，保证车辆的行驶平顺性与操纵稳定性。现有的悬架***的工作模式主要分为被动悬架、半主动悬架及主动悬架三种类型。但是，现有车辆悬架***无法切换工作模式，模式单一无法同时满足不同类型驾乘人员对于悬架的性能需求。

发明内容

本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明实施例的一个目的在于提供一种具备模式切换的液压悬架***，通过优化悬架***的布置，使得悬架***可以根据驾驶人的需求切换模式，满足不同驾乘人员对于悬架***性能的需求，有利于扩展悬架***的应用范围。

为了达到上述技术目的，本发明实施例所采取的技术方案包括：一种具备模式切换的液压悬架***，包括：执行器，所述执行器包括进液口与出液口；液压供能装置，能输出压力液体；电液伺服阀，包括切断工位与连通工位，所述执行器与液压供能装置通过电液伺服阀连通；连通管路，所述进液口与出液口分别通过两个独立的连通管路与所述电液伺服阀连通；所述连通管路上设有电控节流阀以及蓄能器。

另外，根据本发明中上述实施例的一种具备模式切换的液压悬架***，还可以有以下附加的技术特征：

进一步地，本发明实施例中，所述执行器包括缸体、活塞杆，所述活塞杆与缸体滑动连接，所述进液口与出液口分设于所述缸体的两端。

进一步地，本发明实施例中，还包括弹簧装置，所述弹簧装置与所述执行器并列设置。

进一步地，本发明实施例中，还包括控制器，所述电磁伺服阀、液压供能装置、电控节流阀均与所述控制器电连接。

进一步地，本发明实施例中，还包括传感器，所述传感器安装在外设的车身上，所述的传感器与所述控制器电连接。

进一步地，本发明实施例中，所述蓄能器包括气体腔与液压腔，通过改变气体腔预充气压的大小，进而改变液压回路初始压力。

进一步地，本发明实施例中，所述液压供能装置包含液压泵与电机，所述电机带动液压泵转动从而提供液压能。

进一步地，本发明实施例中，所述电液伺服阀为三位四通电磁阀，所述连通工位包括正向导通工位与反向导通工位，所述切断工位位于正向导通工位与反向导通工位之间，所述电液伺服阀还包括阀芯开口调节机构。

另一方面，本发明实施例还提供一种液压悬架的切换方法，其包括如上述的液压悬架***，所述悬架***在断电情况下，默认模式为被动悬架模式，被动悬架模式下，所述电液伺服阀位于切断工位，所述液压供能装置不工作；半主动悬架模式下，所述电液伺服阀位于切断工位，所述液压供能装置不工作，所述电控节流阀通过改变节流口大小，进而改变液压阻尼系数；主动悬架模式下，所述电液伺服阀位于连通工位，所述电控节流阀的节流口最大化，通过液压供能装置以及电液伺服阀实时改变液压阻尼系数。

此外，本发明还提供一种汽车，包括如前所述的具备模式切换的液压悬架***。

本发明可以通过切换电液伺服阀以及电控节流阀以及蓄能器，使得悬架能在主动悬架、半主动悬架以及被动悬架之间进行切换，而且结构原理简单，易于实现。

附图说明

图1为被动悬架、半主动悬架、主动悬架的原理图；

图2为本发明的液压悬架***的原理图；

图3为本发明的模式切换方法的流程图。

附图标记：

执行器100；液压供能装置200；电液伺服阀300；连通管路400；电控节流阀500；蓄能器600；控制器700；传感器800。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

首先，对本发明中相关的名词进行解释：

电液伺服阀，是电液伺服控制中的关键元件，它是一种接受模拟电信号后，相应输出调制的流量和压力的液压控制阀。电液伺服阀具有动态响应快、控制精度高、使用寿命长等优点，已广泛应用于航空、航天、舰船、冶金、化工等领域的电液伺服控制***中。电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件。它能够将输入的微小电气信号转换为大功率的液压信号(流量与压力)输出。根据输出液压信号的不同，电液伺服阀和比例阀可分为电液流量控制伺服阀和比例阀和电液压力控制伺服阀和比例阀两大类。电液伺服阀通常由力矩马达(或力马达)、液压放大器、反馈机构(或平衡机构)三部分组成。

节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门。将节流阀和单向阀并联则可组合成单向节流阀。节流阀和单向节流阀是简易的流量控制阀，在定量泵液压***中，节流阀和溢流阀配合，可组成三种节流调速***，即进油路节流调速***、回油路节流调速***和旁路节流调速***。节流阀没有流量负反馈功能，不能补偿由负载变化所造成的速度不稳定，一般仅用于负载变化不大或对速度稳定性要求不高的场合。而电控节流阀则是通过电控信号，调节流量调整机构，当压力油从入口流入，经过节流口从出油口流出，通过调整机构的移动，可以使阀芯轴向运动，改变节流口的通流截面积，从而达到调节流量的目的。

液压蓄能器是液压气动***中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将***中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当***需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给***。当***瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个***压力正常。液压油是不可压缩液体，因此利用液压油是无法蓄积压力能的，必须依靠其他介质来转换、蓄积压力能。例如，利用气体（氮气）的可压缩性质研制的皮囊式充气蓄能器就是一种蓄积液压油的装置。皮囊式蓄能器由油液部分和带有气密封件的气体部分组成，位于皮囊周围的油液与油液回路接通。当压力升高时油液进入蓄能器，气体被压缩，直到***管路压力不再上升；当管路压力下降时压缩空气膨胀，将油液压入回路，从而减缓管路压力的下降。

随着社会经济与技术的发展，驾乘人员对于车辆底盘提出了更高需求，悬架作为底盘***中的重要元件，传递车身与车轮间的力和力矩，保证车辆的行驶平顺性与操纵稳定性。参见图1，现有技术中，悬架***主要分为被动悬架、半主动悬架及主动悬架三种类型。其中，被动悬架由于弹簧刚度与减振器阻尼不可调节，悬架性能难以满足驾乘人员日益增长的需求，已经逐渐被半主动悬架替代；半主动悬架可通过调节减振器阻尼与弹簧刚度优化悬架性能，但无法输出主动力进行车辆姿态与减振控制，因此在部分行驶条件下无法达到最优的减振性能；主动悬架利用执行器根据路况信息与车辆状态，可动态输出能量，抑制车身姿态变化，衰减路面冲击，成为了悬架的发展趋势和研究热点。

主动悬架***虽然减振性能达到了理论最优，但部分技术不足也抑制了其发展与应用。例如，主动悬架***能耗问题：主动悬架由于需要实时动态输出主动力，***能耗远高于被动悬架与半主动悬架，会严重影响燃油车油耗与新能源车辆的续航里程；其次，主动悬架由于添加了传感器与控制器等元件，可靠性进一步降低；最后，现有车辆悬架***无法切换工作模式，模式单一无法同时满足不同类型驾乘人员对于悬架的性能需求。

综上所示，现阶段车辆悬架***主要存在如下不足：

1.被动悬架与半主动悬架减振性能无法满足驾乘人员的需求；

2.主动悬架能耗较高，造成车辆行驶里程降低或油耗升高；

3.主动悬架可靠性降低，带来失效隐患与风险；

4.不同类型悬架模式单一，无法依据驾乘人员需求进行切换，适应性不足。

本发明基于上述悬架***的不足与痛点，提出了一种可进行多种悬架模式切换的液压悬架***。

参见图2，为了达到上述技术目的，本发明实施例所采取的技术方案包括：一种具备模式切换的液压悬架***，包括：执行器100，本实施例中的执行器100类似于液压缸的结构，液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压***中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比。本实例中，所述的执行器100包括缸体、活塞杆，其中所述的活塞杆套在所述缸体中，并与所述缸体滑动连接，所述活塞杆的内端将所述缸体的容腔分成了两部分，所述的活塞杆的外端伸出在缸体之外。工作的时候，所述的缸体可以有悬架的悬臂固定连接，而活塞杆的外端则与车身连接，由于悬臂连着轮胎，因此，轮胎感受到的振动先通过执行器100才传递到车身上。

所述的缸体的两端分别设有进液口与出液口，所述的进液口与出液口分别设有活塞杆的内端的两侧。可以理解的是，通过往进液口与出液口中输入不同的液压油，利用进液口与出液口之间的压力差可以实现对活塞杆的移动的控制。

为了对活塞杆的移动提供动力，本实施例中还包括了液压供能装置200，可以理解的时候，所述的液压供能装置200可以是现有技术中常见的液压泵与电机的组合，又或者是一体的电动液压泵结构。其工作原理是通过电机驱动液压泵内的活塞运动，在泵体与液压油箱之间不断产生压力差异，油液在高压作用下向液压***输送能量。具体来说，电动液压泵内部包含一个小型电动机和一个液压泵。当电动机启动时，通过齿轮等机构带动液压泵中的活塞往复运动，泵体内部的压力开始变化。液压泵另一端与液压油箱相连，当油液从油箱经过吸油口进入液压泵内后，受到泵体内部的压力差异作用，从高压口被推送到液压***中进行工作。

由此可知，通过液压供能装置200为执行器100提供液压，从而控制活塞杆的移动，通过调节液压供能装置200的输出，即可提供一种抵消车轮的载荷变化的功能，从而起到主动悬架的作用。例如，当路面突然有凸起的时候，缸体会相对活塞杆产生向上的运动趋势，然后通过液压供能装置200向执行器100提供一种向下的运动趋势，从而抵消该运动趋势，从而使得车身相对稳定，不会发生上下颠簸；这就是主动悬架的工作模式。

由此可知，为了能实现主动悬架的工作模式，除了执行器100以及液压供能装置200之外，还需要一个电液伺服阀300，所述的电液伺服阀300实现了执行器100与液压供能装置200的连通。而且，通过控制所述的电液伺服阀300的工作模式，配合液压供能装置200的输出，即可得到更好的控制策略。

如前所述，对于主动悬架，虽然能提供更好的驾驶体验，但是，由于液压供能装置200以及电液伺服阀要一直处于工作状态，因此能耗会相对较高。对于此，本申请的悬架***不仅包括主动悬架模式，是可以同时包括半主动悬架模式以及被动悬架模式。具体的，所述执行器100与电液伺服阀300之间设有连通管路400，在所述连通管路400上串联有电控节流阀500，以及并联设置有蓄能器600，同时，所述的电液伺服阀300还包括切断工位以及连通工位。

可以理解的时候，当本悬架***用于主动悬架模式的情况下，所说的电液伺服阀300处于连通工位，这样液压供能装置200的输出液压油可以通过电液伺服阀300以及连通管路400到达执行器100，实现对执行器100的控制。而当本悬架***用于被动悬架模式或者半主动悬架模式的时候，为了提高车辆的燃油性能或者提高续航能力，所述的液压供能装置200以及电液伺服阀300处于不工作状态。此时，执行器的100的缓冲性能完全靠电控节流阀500以及蓄能器600承担。

参见图2，当本悬架***进入到被动悬架模式或者半主动悬架模式的情况下，所述的电液伺服阀处于中间的切断工位，即执行器100与液压供能装置200处于断开状态，执行器100处于一个相对封闭的状态。而通过在连通管路400上设置了电控节流阀500以及蓄能器600。

例如，在被动悬架的工作模式下，车辆行驶过程中产生的路面冲击，由悬架的执行器100、节流阀500产生的液压流阻以及蓄能器600的内部预充压力进行衰减缓存。出厂或者维修的时候，通过调节节流阀500初始的开口大小和蓄能器600的预充压力可以有效调节悬架***的初始减振性能，达到被动悬架减振效果。

而在半主动悬架的工作模式下，车辆的控制器输出控制电控节流阀500的节流口开口大小，进而直接调整减振器上下腔体回路的液压阻尼系数，达到半主动悬架的减振效果。在此工作模式下，由于减振器阻尼系数可动态调节，因此悬架减振性能可有效提高；同时电液伺服阀与液压供能***不工作，***能耗得到抑制。

进一步地，本发明实施例中，为了提高悬架的减震性能，可以通过在悬臂与车身之间增加弹簧装置，所述的弹簧装置可以与执行器100并列设置，又或者将弹簧装置与执行器100串联设置。

进一步地，本发明实施例中，还包括控制器700，所述电磁伺服阀300、液压供能装置200、电控节流阀500均与所述控制器700电连接。可以理解的是，所述的控制器700可以是独立的元件，又或者是集成在汽车的总控制器中。而至于控制器的具体控制策略，则不再本发明人的阐述范围，因此本申请就在此不再赘述。

进一步地，本发明实施例中，还包括传感器800，所述传感器800安装在外设的车身上，所述的传感器800与所述控制器700电连接。在主动悬架模式下，为了提高控制的精度以及准确性，可以在车身上增加传感器800，通过将车辆的加速度状态信息、车身加速度信号、悬架位移信号等传递到控制器700，然后再通过控制器700处理信号后将控制信号输出，从而达到主动控制的效果。

进一步地，本发明实施例中，所述蓄能器600包括气体腔与液压腔，通过改变气体腔预充气压的大小，进而改变液压回路初始压力。

进一步地，本发明实施例中，所述电液伺服阀300为三位四通电磁阀，所述连通工位包括正向导通工位与反向导通工位，所述切断工位位于正向导通工位与反向导通工位之间，所述电液伺服阀还包括阀芯开口调节机构。

另一方面，参见图3，本发明实施例还提供一种液压悬架的切换方法，其包括如上述的液压悬架***，所述悬架***在断电情况下，默认模式为被动悬架模式，被动悬架模式下，所述电液伺服阀300位于切断工位，所述液压供能装置200不工作；半主动悬架模式下，所述电液伺服阀300位于切断工位，所述液压供能装置200不工作，所述电控节流阀500通过改变节流口大小，进而改变液压阻尼系数；主动悬架模式下，所述电液伺服阀300位于连通工位，所述电控节流阀500的节流口最大化，通过液压供能装置200以及电液伺服阀300实时改变液压阻尼系数。

具体的，在图3所示条件下，液压悬架***默认作为被动悬架工作。悬架执行器上下腔体通过节流阀与蓄能器液压腔室连接。电液伺服阀处于初始状态，无控制信号输入，执行器上下腔体油路处于断开状态。控制器与液压供能***不工作，***不产生能耗。车辆行驶过程中产生的路面冲击，由悬架执行器、节流阀产生的液压流阻以及蓄能器的内部预充压力进行衰减；通过调节节流阀初始的开口大小和蓄能器预充压力可以有效调节悬架***的初始减振性能，达到被动悬架减振效果。

2.若驾乘人员对于减振性能需求提高，可进一步将本发明所示的悬架***切换为半主动悬架，具体实施步骤为：电液伺服阀与液压供能***不工作，控制器输出控制电流调节电控节流阀的节流口开口大小，进而直接调整减振器上下腔体回路的液压阻尼系数，达到半主动悬架的减振效果。在此工作模式下，由于减振器阻尼系数可动态调节，因此悬架减振性能可有效提高；同时电液伺服阀与液压供能***不工作，***能耗得到抑制。

3.当驾乘人员对于车辆减振性能有极致的追求，或者路面状况不理想的条件下，本发明所述的悬架***可切换为主动悬架模式，具体实施步骤为：液压供能***通电开始工作，为悬架***提供能量；电控节流阀保持初始开口大小，无控制电流输入；电液伺服阀在控制器的作用下，对阀芯开口大小与方向进行实时动态调节，通过输出执行力控制车身姿态变化并衰减路面冲击。利用主动悬架模式，可以最大程度提高车身姿态的稳定性，降低车辆振动，保证车辆的行驶平顺性与操纵稳定性，提供极致的驾乘体验。

此外，本发明还提供一种汽车，包括如前所述的具备模式切换的液压悬架***。

终上所述，可知本申请的液压悬架***以及切换方法至少存在以下的优点：

1.本发明所述的液压悬架***默认模式为被动悬架模式，当驾乘人员希望提高车辆乘坐舒适性或操纵稳定性时，可利用控制器控制电控节流阀或电液伺服阀实现半主动悬架或主动悬架功能。

2.当车辆行驶在平坦路面或驾乘人员对于***能耗有需求的情况下，可切换主动悬架模式为半主动悬架或被动悬架模式。半主动悬架减振性能相对于主动悬架有所降低，但是能耗较少，可以平衡减振性能与能量消耗；在相对平坦的路面对于减振性能需求较低的工况下，例如停车场、城市快速路或平坦沥青路面等，可进一步切换为被动悬架，进而实现悬架***零能耗。

3.在***失效时，例如控制器、传感器失灵或断电等情况，本发明所述的悬架***可断电切换为被动悬架模式，该模式可以有效保证悬架减振性能，弥补半主动悬架与主动悬架失效带来的风险。

4.不同模式的切换功能，可以满足不同驾乘人员对于悬架***性能的需求，有利于扩展悬架***的应用范围。

最后，本发明所述方案实施结构简洁，控制逻辑清晰易于实现，具有较好的应用效果。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种具备模式切换的液压悬架***，其特征在于，包括：

执行器（100），所述执行器（100）包括进液口与出液口；

液压供能装置（200），能输出压力液体；

电液伺服阀（300），包括切断工位与连通工位，所述执行器（100）与液压供能装置（200）通过电液伺服阀（300）连通；

连通管路（400），所述进液口与出液口分别通过两个独立的连通管路（400）与所述电液伺服阀（300）连通；

所述连通管路（400）上设有电控节流阀（500）以及蓄能器（600）。

2.根据权利要求1所述的具备模式切换的液压悬架***，其特征在于，所述执行器（100）包括缸体、活塞杆，所述活塞杆与缸体滑动连接，所述进液口与出液口分设于所述缸体的两端。

3.根据权利要求2所述的具备模式切换的液压悬架***，其特征在于，还包括弹簧装置，所述弹簧装置与所述执行器（100）并列设置。

4.根据权利要求1所述的具备模式切换的液压悬架***，其特征在于，还包括控制器（700），所述电液伺服阀（300）、液压供能装置（200）、电控节流阀（500）均与所述控制器（700）电连接。

5.根据权利要求4所述的具备模式切换的液压悬架***，其特征在于，还包括传感器（800），所述传感器（800）安装在外设的车身上，所述的传感器（800）与所述控制器（700）电连接。

6.根据权利要求1所述的具备模式切换的液压悬架***，其特征在于，所述蓄能器（600）包括气体腔与液压腔，通过改变气体腔预充气压的大小，进而改变液压回路初始压力。

7.根据权利要求1所述的具备模式切换的液压悬架***，其特征在于，所述液压供能装置（200）包含液压泵与电机，所述电机带动液压泵转动从而提供液压能。

8.根据权利要求1所述的具备模式切换的液压悬架***，其特征在于，所述电液伺服阀（300）为三位四通电磁阀，所述连通工位包括正向导通工位与反向导通工位，所述切断工位位于正向导通工位与反向导通工位之间，所述电液伺服阀还包括阀芯开口调节机构。

9.一种具备模式切换的液压悬架的切换方法，其包括如上述权利要求1-8任意一项所述的液压悬架***，其特征在于，所述悬架***在断电情况下，默认模式为被动悬架模式，被动悬架模式下，所述电液伺服阀（300）位于切断工位，所述液压供能装置（200）不工作；半主动悬架模式下，所述电液伺服阀（300）位于切断工位，所述液压供能装置（200）不工作，所述电控节流阀（500）通过改变节流口大小，进而改变液压阻尼系数；主动悬架模式下，所述电液伺服阀（300）位于连通工位，所述电控节流阀（500）的节流口最大化，通过液压供能装置（200）以及电液伺服阀（300）实时改变液压阻尼系数。

10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1-8所述的具备模式切换的液压悬架***。