一种多极可变刚度液气支撑减振器以及采用此支撑减振器的车辆

技术领域

本文涉及一种车用多级可变刚度液气支撑减振器，以及采用此支撑减振器的车辆。

背景技术

车辆行驶过程中的操控性和舒适性是车辆设计过程中所遇到的一对不可调和的矛盾，两者不可以兼顾，要么选择操控性较好但舒适性较差的刚度值较大的支撑弹簧，要么选择选择操控性较差但舒适性较好的刚度值较小的支撑弹簧，通常采用折中的办法，使之能满足大多数消费者都能接受的与适中的操控性和舒适性相匹配的支撑弹簧。减振器的刚度可变可以解决操控性和舒适性之间的矛盾，但是就目前的减振器刚度可变仍然没有更好的解决方案，部分空气弹簧作为车辆支撑弹簧的，其刚度可以小范围内调节，但仍不能满足操控性和舒适性都能兼顾的要求，对于采用液气支撑弹簧作为支撑弹簧的，可变刚度的方案有多种，但由于其适用性和经济性较差，变刚度的速度较慢，可变范围较窄，可靠性不足等原因，基本没有在现今的主流车辆上大规模使用。

车辆行驶过程中，对于低速行驶或接近直线行驶的状态，则对车辆的操控性要求不高，以舒适性为主，此时要求尽可能的降低支撑弹簧的刚度值。车辆转向，加速或刹车过程中，为了防止或减轻车辆侧倾、抬头或点头现象，此时要求尽可能的提高支撑弹簧的刚度值，使之有更好操控性。变刚度支撑减振装置能更好的满足车辆在上述情况下的刚度需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题

一、使车用可变刚度支撑减振装置更具经济性和更具适用性；

二、使车用可变刚度支撑减振装置的刚度变换速度更快，更能满足操控性和舒适性的需求；

三、使车用可变刚度支撑减振装置的刚度变换可靠性更高，可变范围更宽；

四、使车辆能根据当前车辆行驶状态自动选择支撑减振器的最佳刚度，以确保车辆行驶过程中的安全性和舒适性。

本发明的技术内容

用多个并联液气储能器作为支撑弹簧，在各个液气储能器的连接管路上串接关断阀，根据需要控制各个关断阀的开关状态，从而选择合适的液气储能器使能，使之与支撑液压缸相通，从而控制与液压缸相通的液气弹簧的储气部分的压力和容积，以此达到刚度可变的目的。

方案1.一种多级可变刚度液气支撑减振器，包括:液压缸，至少两个液气储能器，关断阀，连接管道，阻尼阀。 其特征是：两个或多个液气储能器并联连接，其中至少有两个液气储能器的连接管道上串有关断阀，并联连接的液气储能器通过阻尼阀与液压缸相通，控制各个关断阀的开闭状态可以选择与关断阀串接的液气储能器的使能状态，以此选择液气支撑减振器的刚度。

关断阀的控制可以采用手动，电动等方式，关断阀的作用是连通或断开液气储能器与液压缸的连接管路。

阻尼阀的作用是为液压缸提供减振阻尼，阻尼阀可以是电控，液控，气动控制以及机械式弹簧控制的阻尼阀或者固定通径的阻尼孔等。

液压缸是将液气储能器的压力能和动能相互转换的执行元件。

对于特定的液压缸其载荷不变时，液气弹簧的刚度与液气储能器的当前压力下的气室容积大小相关联，当前压力下的气室容积越大，则刚度越小，当前压力下的气室容积越小则刚度越大，因此，当液压缸上并联有多个液气储能器时，断开其中的一个或多个液气储能器，则支撑减振器的刚度会因为液气储能器的气室容积大小发生改变而改变其刚度。当液压缸上并联的多个液气储能器在当前压力下的气室容积各不相同时，则选择不同的液气储能器与液压缸相通，其刚度值也不相同。即通过改变串接在液气储能器上的处于关闭状态的关断阀数量和顺序可以获得不同的刚度值。

方案2.如方案1所述的多级可变刚度液气支撑减振器，包括液气储能器A和液气储能器B，液气储能器A和B分别通过各自串接的关断阀a和b与液压缸相通。

根据关断阀a，b 不同的开关状态可以构成4种可变刚度组合。

其刚度组合方式分别是：

1.当关断阀b关断，a打开时时，液气支撑减振器的刚度与液气储能器A的容积和压力相关。

2.当关断阀a关断时b打开时，液气支撑减振器的刚度与液气储能器B的容积和压力相关。

3.当两关断阀a和b都打开时，液气支撑减振器的刚度同时受液气储能器A和B的容积和压力影响。

4.当两关断阀a和b都关闭时，则液气储能器A和B都处于断开状态。

方案3.如方案1所述的多级可变刚度液气支撑减振器，包括液气储能器A，液气储能器B和液气储能器C，液气储能器A、B、C分别通过各自串接的关断阀a、b、c与液压缸相通。根据关断阀a，b，c 不同的开关状态可以构成8种可变刚度组合。

其刚度组合方式分别是：

1.a关断阀打开，b，c关断阀关闭，则减振器的刚度与A液气储能器相关。

2.b关断阀打开，a，c关断阀关闭，则减振器的刚度与B液气储能器相关。

3.c关断阀打开，b，a关断阀关闭，则减振器的刚度与C液气储能器相关。

4.a，b关断阀打开，c关断阀关闭，则减振器的刚度与A，B液气储能器相关。

5.a，c关断阀打开，b关断阀关闭，则减振器的刚度与A，C液气储能器相关。

6.b，c关断阀打开，a关断阀关闭，则减振器的刚度与B，C液气储能器相关。

7.a，b，c关断阀全打开，则减振器的刚度与A，B，C液气储能器相关，当前压力下的气室容积最大，刚度最小 。

8.a，b，c关断阀全关闭，则和减振器并联的液气储能器处于全断开状态，刚度值最大。

方案4. 一种可变刚度支撑减振器，包括：加速度传感器，控制器，方案1所述的可变刚度支撑减振器，其特征是：加速度传感器测量车辆左右侧向，前后方向或重力方向三种加速度中的一种或几种加速度，由控制器根据其中的一种或几种加速度值控制关断阀的状态，以此自动选择各种加速度值情况下支撑减振器的刚度。

当选用侧向加速度时控制支撑弹簧的刚度时，

由于转向时相同侧向加速度的情况下，支撑弹簧的刚度值越大，车辆的侧倾量越小，因此不同侧向加速度选择不同的支撑弹簧刚度，可以有效改善车辆的抗侧倾性能。

如采用方案2（图1）中的4级刚度组合方式时，则可以按以下方式设定，以下方法中的具体加速度值仅供参考，不一定为实际设定值。

侧向加速度绝对值为0~0.2 g时，设为刚度值最小的关断阀a和b都打开状态；

侧向加速度绝对值为0.2~0.4 g时，设为刚度值较小的关断阀b打开，a关闭状态(假定相同压力下B的气室容积大于A的气室容积)；

侧向加速度绝对值为>0.4 g时，设为刚度值较大的关断阀a打开，b关闭状态；

刚度值最大的d状态为无弹簧功能的高刚度状，一般不使用。

当选用前后加速度值控制支撑减振器的刚度时：

刹车或加速时，前后方向的在相同加速度值的情况下，支撑弹簧的刚度值越大，车辆的点头或抬头的幅度越小，因此不同的前后方向加速度值选择不同的支撑弹簧刚度可以有效减轻车辆点头或抬头现象。

防止车辆点头或抬头的现象同样可以参考防侧倾时支撑减振器刚度值的设定方案。

当选用重力加速度控制支撑减振器的刚度时，

当车辆悬空后下降时，在触地的瞬间，选择合适的刚度，可以吸收更多的势能防止车辆受损。即可以根据重力加速度值，选择减振器行程较大且刚度值较大的液气储能器使能，使之达到最大的势能吸收效果。

如采用方案2中的4级刚度组合方式时，则可以在重力加速度值达到0.5g或更低时将支撑弹簧的刚度设定在关断阀a打开，b关闭状态并维持在该状态到重力加速度为1g以后的1~3秒之后，以利于支撑减振器吸收车辆下落过程中的重力势能，达到对车辆的缓冲作用，防止车辆因高位跌落损坏。

当三个轴向加速度值都选用时，且三个加速度值所需求的支撑减振器的支撑刚度不一致时，可以以三个刚度值需求中的最大刚度值作为当前刚度值，以确保其车辆的操控安全性。

方案5.一种车辆，其特征是采用了方案1~4中的其中一种可变刚度支撑减振器。

本发明的有益效果

减小车辆转向过程中的侧倾现象，减小车辆刹车和加速过程中的点头和抬头现象，使车辆在直线或慢速行驶时具有较好舒适性，在转向和加减速操控时具有较好的操控性。使车辆的安全性更好，同时使车辆也提高了车辆的舒适性。

附图说明

图1：一种四级变刚度液气支撑减振装置

图示编号名称

1-连接管 2-二位二通电磁阀 3-储气室 4-液气储能器

5-储液室 6-阻尼阀 7-液压缸。

具体实施例

优选方案1.一种四级自动选择刚度的液气支撑减振器

一种四级自动选择刚度的液气支撑减振器包括：三轴加速度传感器，控制器，连接管（1）,二位二通电磁阀(2) ,液气储能器(4),阻尼阀(6), 液压缸(7)。三轴加速度传感器测量车辆各方向上的加速度值，并传送给控制器，该方案以三轴传感器的X轴的值为侧向加速度值，车辆右侧为正方向，以Y轴的值为前后方向的加速度值，车正前为Y轴的正方向，重力方向为Z轴，上方为正方向。

取侧向加速度值的绝对值按以下值控制支撑减振器的刚度：

侧向加速度绝对值为0~0.2g时，图1中左右两边电磁阀同时作动，刚度值最小状态；

侧向加速度绝对值为0.2~0.4 g时，图1中右边电磁阀作动，为刚度值较小状态(假定相同压力下右则液气储能器的的气室容积大于左侧液气储能器的的气室容积)；

侧向加速度绝对值为>0.4 g时，图1中左边电磁阀同时作动，为刚度值较大状态。

刹车或加速时，前后方向的在相同加速度值的情况下，支撑弹簧的刚度值越大，车辆的点头或抬头的幅度越小，因此不同的前后方向加速度值选择不同的支撑弹簧刚度可以有效减轻车辆点头或抬头现象。

取前后方向加速度值的绝对值按以下值控制支撑减振器的刚度：

前后方向加速度绝对值为0~0.2 g时，图1中左右两边电磁阀同时作动，刚度值最小状态；

前后方向加速度绝对值为0.2~0.4 g时，图1中右边电磁阀作动，为刚度值较小状态(假定相同压力下右则液气储能器的的气室容积大于左侧液气储能器的的气室容积)；

前后方向加速度绝对值为>0.4 g时，图1中左边电磁阀同时作动，为刚度值较大状态。

当车辆悬空后下降时，在触地的瞬间，选择合适的刚度，可以吸收更多的势能防止车辆受损。即可以根据重力加速度值，选择减振器行程较大且刚度值较大的液气储能器使能，使之达到最大的势能吸收效果。

取重力方向的加速度值按以下值控制支撑减振器的刚度：

重力方向加速度值为1~0.7 g时，图1中左右两边电磁阀同时作动，刚度值最小状态；

重力方向加速度值为0.7~0.5g时，图1中右边电磁阀作动，为刚度值较小状态(假定相同压力下右则液气储能器的的气室容积大于左侧液气储能器的的气室容积)；

重力方向加速度值为<0.5g时，图1中左边电磁阀作动，为刚度值较大状态,并维持在该状态到重力加速度为1g以后的1~3秒之后。

使车辆在重力方向上下降速度越快时支撑弹簧的刚度值越高但不超过车辆所能承受的刚度值极限，以利于支撑减振器吸收车辆下落过程中的重力势能，达到对车辆的缓冲作用，防止车辆因高位跌落损坏。

由于关断阀全关状态的刚度值较大，处于无缓冲状态，故一般不使用该状态。

当侧向，前后和重力加速度所需设定的减振器刚度值不一致时，则选择三种加速度下的刚度需求值中最大刚度值作为支撑减振器的当前刚度值。