重型卡车按需主动防侧翻液压内联悬架系统

摘要

一种重型卡车按需主动防侧翻液压内联悬架系统，包括中后桥防侧翻液压系统，具体包括支撑于车桥的中后桥与车架之间的多个中后桥油缸，多个中后桥油缸对称布置于车架的左右两侧，左侧所有中后桥油缸的上腔与右侧所有中后桥油缸的下腔连通形成第一液压油路，右侧所有中后桥油缸的上腔与左侧所有中后桥油缸的下腔连通形成第二液压油路，还包括由液压泵、切换组件、检测组件及控制器组成的按需主动控制装置，控制器根据检测组件检测的侧倾信号使液压泵的泵油口通过切换组件与第一液压油路和第二液压油路的一个连通或均不连通。本发明结构简单、可靠性高、适用性强、运行成本低，能有效提高车辆安全性、可在主动和被动两种模式下切换防侧翻。

说明书

技术领域

本发明主要涉及车辆安全技术领域，特指一种涉及车辆底盘动力学的防侧翻悬架系统。

背景技术

随着高速公路的发展，公路货物长途运输越来越普遍，各种重型卡车成为这一业务的主要承担者。高速行驶中的重型卡车，如果转向时车速过高，加上转弯半径过小，可导致卡车侧翻。另外，路面倾斜角过大也会导致车辆发生侧翻事故。车辆的侧翻已成为重要的公路交通运输安全问题，就其危害程度而言，是仅次于车辆正面碰撞的第二大交通事故，因此防止重型卡车侧翻成为车辆主动安全的重要研究内容。

在传统车辆被动悬架系统中，为了防止车辆侧翻往往采取提高侧倾刚度的方法来达到，例如增加悬架刚度或安装横向稳定杆等。由于悬架刚度的提高会对平顺性和操纵稳定性产生不利影响，即改善了车辆的侧向稳定性却降低了车辆的平顺性和操纵稳定性，因此悬架设计中存在侧向稳定性与平顺性的折中，无法同时达到两者的最优。

为避免被动防侧翻装置的弊端，有从业者提出一种主动防侧翻液压内联悬架控制系统，该悬架系统根据车辆行驶状态，由控制系统控制液压缸作动器提供相应的压推力，实现车架姿态的调整，防止车辆侧翻。但是，由于液压缸的高压液压油一般需要车辆发动机驱动油泵产生，主动防侧翻装置消耗能量又比较大，再加上控制系统的成本、复杂性和可靠性等因素，导致主动防侧翻系统的工程应用成本较高。而传统的被动液压内联悬架系统，对关键液压元件的加工要求高，如对元件的耐磨性、密封性、耐久性等要求高，工程实施技术难度大，从而导致成本增加。

在其他形式的防侧翻控制系统中，还有一种通过主动转向和不平衡制动技术来实现的技术方案。当车辆高速行驶并以大角度转向，或行驶于大倾斜角路面时，一旦控制系统检测到车架侧倾角超过设定阈值，由控制系统主动调整转向角大小和方向，或对车辆进行不平衡制动，获得防止车辆侧翻的期望回正力矩，减小车架侧倾角度。这些方式容易让驾驶员失去方向感，造成其他安全问题。

综上所述，现有车辆防侧翻技术存在的问题有：

1、通过增加悬架刚度和安装横向稳定杆的防侧翻方法，可能导致车辆平顺性的降低，无法同时满足防侧翻与改善平顺性两方面的要求；

2、独立式液压缸作动器主动防侧翻控制系统，存在结构复杂、可靠性低、能源消耗大等缺点，在实际工程中应用成本较高；

3、主动转向或制动防侧翻控制系统除存在结构复杂、可靠性难以保证的缺点之外，由于控制系统主动调整转向角大小和方向，或对车轮进行不平衡制动，容易导致驾驶员失去方向感，不利于驾驶员对车辆的控制；

4、当重型卡车侧倾角度较大时，被动防侧翻控制系统无法提供足够的平衡力实现车架姿态调整。另外，普通的被动防侧翻控制系统如果存在液压油泄露，产生的气穴不仅导致噪声，而且影响防侧翻的性能；

5、重型卡车前桥和中后桥的距离比较长，如果通过直接用液压油管将前桥、中后桥悬架的液压缸内联，组建防侧翻控制系统，存在沿程损失较大、动态响应慢等缺陷，影响控制系统的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的技术问题，提供一种结构简单、可靠性高、适用性强、易于推广应用、运行成本低、能有效提高车辆安全性、可在主动和被动两种模式下切换防侧翻的重型卡车按需主动防侧翻液压内联悬架系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种重型卡车按需主动防侧翻液压内联悬架系统，包括中后桥防侧翻液压系统，所述中后桥防侧翻液压系统包括支撑于车桥的中后桥与车架之间的多个中后桥油缸，所述多个中后桥油缸对称布置于车架的左右两侧，所述左侧所有中后桥油缸的上腔与右侧所有中后桥油缸的下腔相互连通形成第一液压油路，所述右侧所有中后桥油缸的上腔与左侧所有中后桥油缸的下腔相互连通形成第二液压油路，还包括按需主动控制装置，所述按需主动控制装置包括液压泵、切换组件、用来检测车辆侧倾度的检测组件以及控制器，所述控制器根据检测组件检测的信号使液压泵的泵油口通过切换组件与第一液压油路和第二液压油路中的一个连通或均不连通。

作为本发明的进一步改进：

所述车桥的前桥与车架之间设有前桥防侧翻液压系统，所述前桥防侧翻液压系统包括两个呈对称状分别支撑于车桥的前桥与车架之间的前桥油缸，所述右侧前桥油缸的下腔与左侧前桥油缸的上腔连通形成第三液压油路，所述右侧前桥油缸的上腔与左侧前桥油缸的下腔连通形成第四液压油路。

所述检测组件包括两个分别设于第三液压油路和第四液压油路上的第一压力传感器，所述控制器根据第一压力传感器检测到的压力信号判断车辆侧倾度并控制切换组件。

所述第一液压油路和第二液压油路上均设有第二压力传感器，所述控制器根据第二压力传感器检测到的压力信号通过切换组件对第一液压油路和第二液压油路进行油压调节。

所述第一液压油路和第二液压油路上均设有一辅助保压单元，所述辅助保压单元包括蓄能器和溢流阀。

所述蓄能器与液压油路连通的油路上设有阻尼阀。

所述中后桥油缸与车桥以及所述中后桥油缸与车架之间均通过旋转副连接。

所述前桥油缸与车桥以及所述前桥油缸与车架之间均通过旋转副连接。

所述切换组件为电磁换向阀，所述电磁换向阀包括一个与液压泵泵油口连通的进油口和两个出油口，所述两个出油口中的一个与所述第一液压油路连通，另一个与所述第二液压油路连通。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的重型卡车按需主动防侧翻液压内联悬架系统通过增加按需主动控制装置，使防侧翻液压系统具有主动防侧翻模式和被动防侧翻模式两种模式，兼顾了能量消耗和控制精度两方面，在被动防侧翻模式下，车辆的防侧翻不需要外部能量输入，不消耗发动机功率和燃油，有利于节省车辆运行成本；在主动防侧翻模式下，按需主动控制装置通过改变向第一液压油路和第二液压油路的供油策略，对各油缸的活塞杆伸张与收缩进行主动控制，可实现大侧倾角调整。本发明具有容易在现有车辆改装实施，利于推广应用、结构简单、可靠性高、实用性强等优点。

2、本发明中的检测组件采用第一压力传感器检测设于前桥与车架之间的油缸内压力，控制器根据两个第一压力传感器检测的压力信号的大小差值可以控制切换组件，进而可实现主动防侧翻模式和被动防侧翻模式的转换，整个系统具有高精度、高动态响应性能。

3、本发明进一步在第一液压油路和第二液压油上设置第二压力传感器，通过第二压力传感器检测第一液压油路和第二液压油路中的压力来输出信号给控制器，控制器根据压力信号的大小可以控制切换组件，进而可使液压泵给第一液压油路和第二液压油路供油，实现补油功能，维持液压油路中的压力，确保被动方式下的侧倾调整效果。

4、本发明在各液压油路上设有辅助保压系统，辅助保压系统可以补偿液压缸有杆腔和无杆腔体积变化不同所产生的过多或过少的液压油，避免导致真空出现，确保油路不出现气穴，并使压力保持在一个合理的范围，提高整个中后桥防侧翻液压系统的稳定性和可靠性，辅助保压系统中的蓄能器还可以缓冲系统工作时产生的压力波。

5、本发明可在辅助保压系统中的蓄能器与相应液压油路连通的油路上设置阻尼阀，调节过流面积，使液压回路产生期望的阻尼力，耗散一定的侧倾势能，同时阻尼阀对防止车辆由转向状态进入直线行驶时车架发生摆振现象起到很好的作用。

6、本发明将前桥和车架之间的前桥防侧翻液压系统独立设置，而不与中后桥防侧翻液压系统相连，可以减小液压管路的布置长度，降低防侧翻液压系统的沿程损失，提高响应速度。

附图说明

图1为本发明应用于三轴车辆时的液压原理示意图。

图2为本发明装设于三轴车辆底盘上的结构示意图。

图例说明：

1、车桥；11、中后桥；12、前桥；2、车架；31、中后桥油缸；32、前桥油缸；4、第一液压油路；5、第二液压油路；6、辅助保压单元；61、蓄能器；62、溢流阀；63、第二压力传感器；64、阻尼阀；7、按需主动控制装置；71、液压泵；72、切换组件；73、控制器；8、第三液压油路；9、第四液压油路；10、第一压力传感器。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1和图2示出了本发明重型卡车按需主动防侧翻液压内联悬架系统应用于三轴车辆的一种实施例，该按需主动防侧翻液压内联悬架系统包括设于车桥1的中后桥11与车架2之间的中后桥防侧翻液压系统，该中后桥防侧翻液压系统包括支撑于车桥1的中后桥11与车架2之间的四个中后桥油缸31，四个中后桥油缸31对称布置于车架2的左右两侧，各中后桥油缸31与车桥1以及车架2之间均通过旋转副连接，车辆左侧所有中后桥油缸31的上腔与车辆右侧所有中后桥油缸31的下腔相互连通形成第一液压油路4，车辆右侧所有中后桥油缸31的上腔与车辆左侧所有中后桥油缸31的下腔相互连通形成第二液压油路5，重型卡车按需主动防侧翻液压内联悬架系统还包括按需主动控制装置7，按需主动控制装置7由液压泵71、切换组件72、用来检测车辆侧倾度的检测组件以及控制器73组成，侧倾度即车辆侧倾的角度大小，控制器73根据检测组件检测的信号使液压泵71的泵油口通过切换组件72与第一液压油路4和第二液压油路5中的一个连通或均不连通，使中后桥防侧翻液压系统具有主动防侧翻和被动防侧翻两种模式，两种模式之间可根据需要通过按需主动控制装置7进行切换，在被动防侧翻模式下，两液压油路中液压油量保持不变，车辆的防侧翻不需要外部能量输入，不会消耗发动机功率和燃油，有利于节省车辆运行成本，在主动防侧翻模式下，按需主动控制装置7通过改变向第一液压油路4和第二液压油路5的供油策略，对各中后桥油缸31的活塞杆的伸张与收缩施予主动控制，可实现大侧倾角调整，兼顾了能量消耗和控制精度两方面。

本实施例中，液压泵71通过电磁换向阀与第一液压油路4和第二液压油路5相连通；电磁换向阀具有三个工作状态。在第一工作状态下，液压泵71均不向两液压油路供油，在第二工作状态下，液压泵71向第一液压油路4供油而不向第二液压油路5供油，在第三工作状态下，液压泵71向第二液压油路5供油而不向第一液压油路4供油，同时第一液压油路4和第二液压油路5上都设有一辅助保压单元6，辅助保压单元6包括蓄能器61、溢流阀62以及第二压力传感器63，第二压力传感器63用于检测第一液压油路4和第二液压油路5的压力，并与控制器73相连向控制器73输入检测信号，第二压力传感器63检测到相应液压油路的压力小于设定压力时，控制器73控制液压泵71和电磁换向阀向该液压油路中补油，直到该液压油路中油压达到设定值，使其能始终保持在防侧翻应具有的压力范围内，由于液压泵71和电磁换向阀只有在压力下降到一定程度时才工作进行补油，不会消耗大量的能量。本实施例中，每个蓄能器61与相应液压油路连通的油路上还设有阻尼阀64，阻尼阀64可调节过流面积，使液压油路产生期望的阻尼力，在工作时能耗散一部分侧倾势能，同时阻尼阀64对防止车辆由转向状态进入直线行驶时车架2发生摆振现象也起到很好的作用。

本实施例中，车桥1的前桥12与车架2之间设有前桥防侧翻液压系统，前桥防侧翻液压系统包括两个对称状支撑于车辆左右两侧的前桥油缸32，前桥油缸32与车桥1以及前桥油缸32与车架2之间均通过旋转副连接。车辆右侧所有前桥油缸32的下腔与左侧所有前桥油缸32的上腔连通形成第三液压油路8，车辆右侧所有前桥油缸32的上腔与左侧所有前桥油缸32的下腔连通形成第四液压油路9，可见前桥防侧翻液压系统仅具有被动防侧翻的功能。

本实施例中，检测组件包括两个分别设于第三液压油路8和第四液压油路9上的第一压力传感器10，两个第一压力传感器10分别检测第三液压油路8和第四液压油路9中的压力，且两个第一压力传感器10均与按需主动控制装置7的控制器73相连，控制器73通过接收并分析两个第一压力传感器10的检测信号的差值，进而判断车辆的侧倾度，当侧倾度达到设定值时控制器73控制中后桥防侧翻液压系统进入主动防侧翻模式。检测组件还可以采用其它可检测车辆侧倾度的组件，例如直接在车桥1和车架2之间设置压力传感器，压力传感器通过检测车辆侧倾时车桥1与车架2之间的压力变化，再输出不同信号至控制器73。当车辆由于转向或某一侧路面低于另一侧的时候，车架2将发生侧倾，其重心向弯道的外侧或路面较低的一侧偏移，重心偏移侧车桥1和车架2之间的中后桥油缸31和前桥油缸32被压缩，而另一侧的则受拉伸。如图1所示，当车辆左侧的前桥油缸32受压缩且右侧的前桥油缸32受拉伸时，第三液压油路8中压力变大，第三液压油路8上的第一压力传感器10检测出其压力值，并输送给控制器73，当压力值达到设定值时控制器73控制液压泵71和电磁换向阀向第一液压油路4供油，进而进入主动防侧翻模式；当车辆右侧的前桥油缸32受压缩且左侧的前桥油缸32受拉伸时，同理进行分析。

工作原理：

当车辆处于正常平稳行驶状态时，车辆重心不发生偏移，按需主动防侧翻液压内联悬架系统不工作，液压泵71和电磁换向阀处于均不向两液压油路供油的模式。

当车辆的侧倾角较小时，第一压力传感器10感应并输出的压力信号不足以使控制器73发出信号进行控制，液压泵71和电磁换向阀保持均不向两液压油路供油的模式，按需主动防侧翻液压内联悬架系统工作于被动防侧翻模式，在被动防侧翻模式下，受压侧的油缸的活塞被压向内收缩，其上腔的液压油将被活塞压出，由于受压侧油缸的上腔与受拉侧油缸的下腔相连，被挤出的液压油进入受拉侧油缸的下腔，迫使受拉侧的油缸的活塞同样向内收缩，部分抵消被拉伸的趋势。同时，受拉侧油缸上腔的液压油被压出用于补充受压侧油缸下腔增加的空间。

当车辆的侧倾角较大时，第一压力传感器10感应压力并输出压力信号使控制器73发出信号控制液压泵71和电磁换向阀转换至向相应受压侧的液压油路供油的模式，保证受压侧液压油路具有足量且压力较恒定的液压油来调整中后桥油缸31活塞杆伸长和收缩更大的位移来减小侧倾角，起到防侧翻的作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该提出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。