雙通道側向剛度主動油氣懸架的制作方法
【技術領域】
[0001]本專利涉及一種車輛主動懸架結構，具體地是公開一種雙通道側向剛度主動油氣懸架。
【背景技術】
[0002]I、主動及半主動懸架
[0003]懸架是車輛底盤的重要部件，位于車架與車橋之間，承接底盤對地面的緩沖減震功能，并對車輛的行駛平順性及操縱穩(wěn)定性有重大的影響。懸架有被動懸架、半主動懸架、主動懸架等幾種形式，體現(xiàn)著對底盤姿態(tài)、剛度、阻尼等力學特性以及車輛運行姿態(tài)的控制程度。普通車輛，尤其是載重車輛，底盤通常采用的是被動懸架結構，剛度、阻尼結構固定，車輛的行駛平順性及操縱穩(wěn)定性較差。隨著駕駛品質、操縱品質以及運輸安全性、乘坐舒適性的要求，人們開始對懸架的剛度、阻尼以及運行姿態(tài)提出了主動控制的要求，進而開發(fā)出半主動及主動懸架系統(tǒng)。
[0004]主動懸架能夠根據(jù)汽車的承載狀態(tài)、運行狀態(tài)和路面狀況，適時地調節(jié)懸架的姿態(tài)、剛度和阻尼，使懸架系統(tǒng)處于最佳減振狀態(tài)，車輛在各種路面狀況下都會有良好的平順性、穩(wěn)定性和舒適性。主動懸架的關鍵部件是其執(zhí)行機構，也就是可以調節(jié)、控制的懸架姿態(tài)、剛度及阻尼系統(tǒng)。
[0005]國外轎車、乘用車等高檔產品相繼研發(fā)、應用了半主動、主動懸架系統(tǒng)。主要是采用電子控制技術對懸架的剛度、阻尼進行控制。懸架的基本載體是螺旋彈簧、空氣彈簧和液壓電子阻尼器。受結構形式、控制容量、系統(tǒng)成本等因素的限制，半主動、主動懸架在商用車輛及載重運輸車輛的應用很少。
[0006]2、油氣懸架
[0007]油氣懸掛缸集成了空氣彈簧和液壓阻尼器的結構原理與使用功能，具有更加良好的力學特性和應用范圍。油氣懸掛缸內部充注氮氣和液壓油。氮氣作為彈性介質和儲能介質，具有變剛度特性，而且比金屬彈性材料具有更大的儲能比。液壓油作為阻尼介質，通過懸掛缸內部的阻尼結構產生阻尼力。
[0008]由于將氮氣封裝在缸體結構內，因而油氣懸掛缸具有比空氣彈簧更大的工作壓力和容量。同常規(guī)液壓缸結構類似，按運動關系與安裝結構，油氣懸掛缸也由缸筒組件與活塞桿組件構成，內部容積隔腔包含有桿腔、無桿腔，活塞桿通常是空心結構。其中，無桿腔稱為懸缸內腔，由缸筒內腔及活塞桿內腔構成。有桿腔稱為副油腔，是由缸筒組件與活塞桿組件在懸掛缸腰部側壁間圍成的環(huán)狀空間。
[0009]雙油腔結構，懸缸內腔作為一個腔體使用，內部充注液壓油和氮氣，也稱油氣混合腔或混合油腔。在使用過程中，副油腔的容積空間變化幅度最大，通常用作懸掛缸內部阻尼流量的來源。副油腔內部充注液壓油，并在其腔體內側的活塞桿側壁上設有阻尼通道與懸缸內腔接通。只充注液壓油的油腔稱為純油腔，包括可變純油腔和不可變純油腔?？勺兗冇颓慌c混和油腔連通形成阻尼通道。懸掛缸壓縮或拉神時，可變純油腔和混和油腔的容積、壓力發(fā)生變化產生阻尼流量。懸掛缸內腔系統(tǒng)壓力對外提供彈性力的作用面積，稱為壓力作用面積。隨懸掛缸壓縮或拉伸速度而產生阻尼流量的面積，稱為阻尼流量面積。懸掛缸的彈性力，由懸掛缸內腔系統(tǒng)壓力和壓力作用面積決定。系統(tǒng)的阻尼流量，由阻尼流量面積和懸掛缸壓縮或拉伸速度決定。
[0010]三油腔結構是通過活塞或閥板結構將懸缸內腔分隔為缸筒內腔和活塞桿內腔，活塞或閥板上布置有阻尼結構。副油腔通過活塞桿側壁阻尼結構與懸缸內腔導通。
[0011]懸掛缸的阻尼流量來源于懸掛缸壓縮或拉伸時可變純油腔的容積變化。而阻尼流量的產生必須將可變純油腔連接到混合油腔，或通過另外一個純油腔最終連接到混合油腔，以形成阻尼通道。否則懸掛缸內部的力學關系就不成立。從現(xiàn)有的各種懸缸結構來看，副油腔都是作為系統(tǒng)阻尼流量的主要來源，并無一例外地均與懸缸內腔接通，形成對外封閉的液壓回路。
[0012]圖I?圖9，為現(xiàn)有油氣懸掛缸的主要結構形式。圖1、圖2為單氣室雙油腔結構。圖3?圖6為單氣室三油腔結構，其中圖6為壓力補償型結構。圖7?圖9為雙氣室三油腔結構，圖7為正向串聯(lián)結構，圖8、圖9為反壓對置結構。
[0013]常規(guī)的阻尼結構由阻尼孔、單向閥組成，使用過程中不可調控。系統(tǒng)的阻尼特性為基于速度項、正反向差異的二次曲線F = f (V)，參見圖14。
[0014]圖I?圖7結構，剛度特性基本一致，特性曲線參見圖12，為一條正向非線性曲線，在曲線的起始位置存在硬點。整個懸掛缸內腔系統(tǒng)是一個封閉的回路，無法引入外部輸入進行控制。但可以基于內部空間及結構布置變阻尼機構，在一定程度上實現(xiàn)變阻尼控制。參見圖15變阻尼特性曲線。
[0015]圖8、圖9所示，雖然獲得了比較良好的剛度特性，消除了硬點（剛度特性曲線參見圖13)，但這兩種結構必須基于對缸筒內腔與活塞桿內腔的物理隔絕，這樣就喪失缸筒內腔及活塞桿內腔之間重要的結構、位置、速度、流量及壓力上的關聯(lián)，而且活塞桿內腔復雜的導管結構占據(jù)了內部有效空間。使得在懸缸內腔中基于對位置、流量及壓力控制關系的變阻尼結構無法進行布置與應用。參見圖11，變阻尼內控閥組結構。另外，活塞桿內腔復雜的導管結構，安裝維修困難、可靠性較差。缺乏外部控制的控制目標與控制環(huán)節(jié)，也難以實現(xiàn)外部對系統(tǒng)剛度、狀態(tài)的控制。
[0016]現(xiàn)有各種結構的油氣懸掛缸，都是注重懸掛缸自身內部的剛度和阻尼特性的搭配以及獨立運行的完整性和可靠行，并沒有考慮設定由外部施加主動控制的外部輸入端口與內部控制環(huán)節(jié)。其內部油腔、氣室相互關聯(lián)、相互控制，之前也通常都是作為單獨部件獨立使用。但作為整個底盤，尤其是主動、半主動懸架，需要就不同的路況、運行狀態(tài)、不同的駕駛與操作環(huán)境，進行主動或半主動控制。但整個油氣懸掛缸沒有構建出用于外部控制或多懸掛缸組合控制的獨立環(huán)節(jié)，使得油氣懸掛缸的優(yōu)良性能以及組合潛力得不到完整發(fā)揮。在現(xiàn)有類型懸缸結構上施加外部主動控制會造成懸缸內部流量、壓力的紊亂，導致系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性出現(xiàn)問題。
[0017]主動及半主動控制懸架系統(tǒng)，講求的是對系統(tǒng)剛度、阻尼、行程、狀態(tài)的主動或半主動綜合控制?，F(xiàn)有的油氣懸掛缸基礎結構，缺乏完整實現(xiàn)的結構基礎和條件。
[0018]主動及半主動懸架在轎車、商務車等高端產品上有著廣泛地應用。其主要是基于板簧、螺旋彈簧、空氣彈簧等與電控阻尼器的組合，引入電控系統(tǒng)進行控制。但限于懸掛部件、電控系統(tǒng)的工作容量、控制容量、系統(tǒng)精度以及成本構成等問題，在大型車輛以及普及型產品的應用上受到很大限制。在基于油氣懸架的工程、重型及特種車輛上的應用還處于空白狀態(tài)。亟待提出一種可用于主動及半主動控制體系下的基礎油氣懸掛缸結構，以及基于油氣懸掛缸的主動及半主動控制的懸架結構。

【發(fā)明內容】

[0019]本發(fā)明提出了一種雙通道側向剛度主動油氣懸架。具體地是公開一種基于油氣懸架結構，通過方向盤對懸掛缸組件的高度、行程、剛度、阻尼等參數(shù)的控制，實現(xiàn)車輛在轉向行駛狀態(tài)下側傾角度、側傾剛度、側傾阻尼與轉向角度、轉向姿態(tài)自動匹配的主動控制。
[0020]本發(fā)明構建隔離式雙氣室油氣懸掛缸結構。副油腔充注液壓油，與懸缸內腔完全隔離。懸缸內腔通過活塞桿底部的內控閥組分隔為缸筒內腔（純油腔）和活塞桿內腔（混合油腔）。缸筒內腔和活塞桿內腔，通過內控閥組上的阻尼通道連通，形成完整、獨立的懸缸內腔系統(tǒng)。懸缸內腔系統(tǒng)，提供油氣懸掛缸的主體力學參數(shù)。副油腔通過管路外部連接控制閥和儲能器，形成獨立的外部控制回路。外部控制回路通過副油腔與懸缸內腔系統(tǒng)形成雙氣室反壓對置結構關系，除修正、補充懸缸內腔系統(tǒng)的力學參數(shù)外，還可實施對懸缸內腔系統(tǒng)的的主動控制。參見圖20—一隔離式雙氣室油氣懸掛缸結構，圖10為其結構示意圖。
[0021]本發(fā)明通過角度同步控制閥分別連接、控制左/右兩個懸掛缸的外部控制回路，形成以角度同步控制閥為核心的“狀態(tài)控制通道”，對左/右懸掛缸副油腔中的存油量進行控制，改變懸掛缸的行程和高度，進而控制底盤或上車部分的側傾角度。角度同步控制閥與方向盤轉動同步，進而控制底盤所產生的側傾角度與車輛的轉向角度同步，形成最佳的底盤轉向姿態(tài)。通過剛度同步控制閥分別連接、控制左/右兩個懸掛缸的懸缸內腔系統(tǒng)，形成以剛度同步控制閥為核心的“剛度控制通道”，對左/右懸掛缸內腔系統(tǒng)中的存油量進行控制，進而改變左/右懸掛缸的剛度，形成底盤或上車部分在底盤轉向時所需的側傾剛度。剛度同步控制閥與方向盤轉動同樣保持同步，進而控制車輛的