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半主動油氣懸架。

背景技術：

1、主動及半主動懸架

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)。

主動懸架能夠根據汽車的承載狀態(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)。

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。

2、油氣懸架

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。

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。

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。

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。

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。

圖1～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。

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。

圖1～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。

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。

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。

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。

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。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種雙通道側向剛度半主動油氣懸架。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)自動匹配的半主動控制。

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——隔離式雙氣室油氣懸掛缸結構，圖10為其結構示意圖。

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)。 通過流量隨動閥分別連接左/右兩個懸掛缸的懸缸內腔系統(tǒng)，形成以流量隨動閥為核心的“壓力/流量隨動通道”，根據壓力對左/右懸掛缸內腔系統(tǒng)中的存油量進行調節(jié)與補償。過程是，以角度同步控制閥通過“狀態(tài)控制通道”對左/右懸掛缸副油腔進行先導控制，通過懸缸內腔系統(tǒng)的壓力傳導推動流量隨動閥在左/右懸缸內腔系統(tǒng)之間進行流量的隨動補償，保持左/右懸缸內腔系統(tǒng)間處于等壓/等剛度狀態(tài)。流量隨動閥對左/右懸缸內腔系統(tǒng)中的存油量進行隨動控制，保持左/右懸掛缸的等壓力/剛度，跟隨、配合角度同步控制閥控制產生的側傾角度。流量隨動閥隨左/右懸缸內腔壓力變化保持隨動，確保車輛的轉向角度與底盤所產生的側傾角度、側傾剛度匹配并同步，形成最佳的底盤轉向動力學關系。

另外，本發(fā)明所構建的懸掛缸結構，懸缸內腔系統(tǒng)與外部控制回路完全隔離、彼此獨立。既構成了雙氣室反壓對置的力學結構關系，又保持了懸缸內腔完整的結構以及內部組件在位置、速度、壓力、流量等參數(shù)的完整關聯(lián)。據此，懸缸內腔的內控閥組，可以根據懸缸內腔壓力以及剛度變化情況自動實施懸缸內腔系統(tǒng)的變阻尼控制。

根據方向盤轉動角度、轉動速度的不同，車輛底盤的轉向角度、轉彎幅度與底盤的側傾角度、側傾剛度、側傾阻尼形成了各種最優(yōu)的對應關系，從而實現(xiàn)車輛轉向時對底盤懸架系統(tǒng)運行姿態(tài)與力學參數(shù)的半主動控制。

本發(fā)明是采用如下結構方案來實現(xiàn)對懸架側傾角度、側傾剛度及內部阻尼的半主動控制的：一種雙通道側向剛度半主動油氣懸架，采用左右對稱布局結構，包括：方向盤、角度同步控制閥、流量隨動閥、懸掛缸、儲能器、控制閥及管路。圖21，為本例——雙通道側向剛度半主動油氣懸架系統(tǒng)結構圖。

左/右懸掛缸構建隔離式雙氣室油氣懸掛缸結構，包括：活塞桿、活塞、內控閥組、缸筒、密封座圈。缸筒、活塞桿及活塞在懸掛缸內部圍成懸缸內腔(無桿腔)；缸筒、密封座圈及活塞桿、活塞在懸掛缸腰部側壁間圍成副油腔(有桿腔)；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和活塞桿內腔；缸筒內腔中充注液壓油，底部設有外部控制接口；活塞桿內腔中充注液壓油和氮氣；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)，提供油氣懸掛缸的主體力學參數(shù)(剛度和阻尼)。對于副油腔，在缸筒靠近密封座圈位置設置外部接口，通過管路外接控制閥和儲能器，形成獨立的外部控制回路；控制閥上設有外部控制接口；外部控制回路通過副油腔與懸缸內腔系統(tǒng)構成雙氣室反壓對置力學結構關系，對懸缸內腔系統(tǒng)力學參數(shù)進行補充與修正，并且可以通過控制閥輸入外部壓力及流量實施主動控制。圖20，為本例所構建的隔離式雙氣室油氣懸掛缸結構及基本系統(tǒng)/回路構成圖，圖10為其結構示意圖。

當懸缸壓縮或拉伸時，缸筒內腔、副油腔容積均發(fā)生變化。對于懸缸內腔系統(tǒng)，缸筒內 腔與活塞桿內腔之間進行流量的交換，阻尼流量面積為缸筒內腔面積。對于外部控制回路，副油腔與儲能器之間進行流量的交換，阻尼流量面積為副油腔面積。懸掛缸的總阻尼流量為懸缸內腔系統(tǒng)和外部控制回路的阻尼流量之和。懸缸內腔系統(tǒng)的壓力作用面積為缸筒內腔面積，外部控制回路的壓力作用面積為副油腔面積。懸掛缸總體彈性力輸出，為缸筒面積與副油腔面積的壓力疊加。參見圖16——本例懸掛缸剛度特性曲線圖，曲線1為懸缸內腔系統(tǒng)的剛度特性曲線，曲線2為外部控制回路的剛度特性曲線，曲線3為懸掛缸系統(tǒng)的綜合剛度特性曲線。由圖16可見，外部控制回路對懸缸內腔系統(tǒng)在初始階段的剛度特性進行了良好地修正，消除了起始位置的硬點，并形成雙向特性以及過零平衡位。

對于外部控制回路，在控制閥的外部控制接口上輸入/輸出一定的壓力和流量，既可改變副油腔中的壓力與存油量，從而改變懸掛缸狀態(tài)、行程以及整體剛度。這種控制，是外部控制回路通過副油腔施加的，是與懸缸內腔系統(tǒng)完全隔離的，而且是一種反向控制，因而是一種安全型的控制。如圖17所示為外部控制回路剛度控制特性圖，曲線1為原始剛度特性曲線，曲線2為輸入控制流量，壓縮懸缸高度，懸缸剛度增加的曲線。

對于懸缸內腔系統(tǒng)，在缸筒底部的外部控制接口上輸入/輸出一定的壓力和流量，既可改變懸缸內腔系統(tǒng)中的壓力與存油量，從而顯著改變懸掛缸整體剛度。如圖18所示為對懸缸內腔系統(tǒng)實施控制的剛度控制特性圖，曲線1為原始剛度特性曲線，曲線2為輸出控制流量后的剛度特性曲線，曲線3為輸入控制流量后的剛度特性曲線。

對外部控制回路及懸缸內腔系統(tǒng)實施組合、同步控制，可以實現(xiàn)多種控制效果。圖19所示為對外部控制回路及懸缸內腔系統(tǒng)實施等壓、同步控制的剛度控制特性圖，曲線1為原始剛度特性曲線，曲線2為壓縮行程、降低高度后的剛度特性曲線。

對于內控閥組，是一種內部壓力控制的自動變阻尼控制組件。它可以根據懸缸內腔系統(tǒng)的壓力來感知、判定懸掛缸的工作狀態(tài)，并對缸筒內腔與活塞桿內腔之間的流量和阻尼系數(shù)進行自動調整和控制。如圖15所示，為內控閥組根據系統(tǒng)內部壓力自動控制的阻尼特性曲線。圖11為內控閥組詳細結構圖。

以角度同步控制閥分別連接左/右懸掛缸外部控制回路的兩個外部控制接口，形成以角度同步控制閥為核心的“狀態(tài)控制通道”，控制左/右懸掛缸兩個外部控制回路。以流量隨動閥，通過管路分別連接左/右懸缸內腔系統(tǒng)的兩個外部控制接口，形成以流量隨動閥為核心的“壓力/流量隨動通道”，控制左/右懸掛缸的兩個懸缸內腔系統(tǒng)。兩個控制通道以及所包含的控制系統(tǒng)及回路間彼此獨立，確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。角度同步控制閥，隨方向盤同步控制。流量隨動閥，根據左/右懸缸內腔系統(tǒng)壓力對流量進行隨動補償與調整，保持左/右懸缸內腔系統(tǒng)的等壓力/剛度。

圖21為本例——雙通道側向剛度半主動油氣懸架系統(tǒng)結構圖。

“狀態(tài)控制通道”，通過角度同步控制閥控制左/右兩個懸掛缸的外部控制回路副油腔中的存油量，來改變懸掛缸的行程與高度，進而控制底盤的側傾角度與側傾剛度，實現(xiàn)對懸架的姿態(tài)控制。

“壓力/流量隨動通道”，通過流量隨動閥控制左/右兩個懸掛缸的懸缸內腔系統(tǒng)中的存油量來保持左/右懸掛缸的等剛度，形成所需的側傾剛度。

流量隨動閥保持左/右懸缸內腔系統(tǒng)壓力隨車輛運行進行同步變化，而內控閥組基于懸缸內腔系統(tǒng)壓力進一步對系統(tǒng)阻尼自動進行控制，由此建立基礎性的多級、完備、開放的控制架構，極大豐富了油氣懸架主動控制的方法及手段。

圖22為車輛左轉時系統(tǒng)結構狀態(tài)圖，圖23為車輛右轉時系統(tǒng)結構狀態(tài)圖。

車輛在直線行駛時，角度同步控制閥對左/右兩側外部控制回路不主動產生控制流量，流量隨動閥與左/右懸缸內腔系統(tǒng)之間也沒有控制流量。懸缸內腔系統(tǒng)中，活塞桿內腔與缸筒內腔之間通過內控閥組進行流量的交換；外部控制回路中，儲能器與副油腔之間通過控制閥進行流量的交換。遇路面顛簸，左/右兩側外部控制回路產生的壓差被角度同步控制閥截止；流量隨動閥內部包含阻尼截止閥，左/右懸缸內腔系統(tǒng)之間產生的瞬間高壓被流量隨動閥衰減并截止。

車輛在轉向行駛時，各系統(tǒng)及回路均處于工作狀態(tài)。在“狀態(tài)控制通道”中，角度同步控制閥對左/右兩個外部控制回路進行流量的調整與分配，實現(xiàn)對底盤的姿態(tài)控制。在“壓力/流量隨動通道”中，流量隨動閥根據角度同步控制閥的控制姿態(tài)，對左/右兩個懸缸內腔系統(tǒng)進行流量的補償與調整，實現(xiàn)對底盤的側向姿態(tài)控制以及對“狀態(tài)控制通道”的力學響應。在方向盤不同轉向角度的控制下，車輛的轉向角度、側傾角度、側傾剛度就形成了一系列的對應狀態(tài)，實現(xiàn)懸架系統(tǒng)側傾剛度的半主動控制。

本發(fā)明的核心是：

1、將油氣懸掛缸副油腔與懸缸內腔(包括缸筒內腔及活塞桿內腔)完全隔離，并將副油腔作為進行外部控制的目標環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對懸掛缸行程、高度及剛度的主動或半主動控制；

2、懸缸內腔，以內控閥組為核心連接、控制缸筒內腔和活塞桿內腔，構建一個完整的壓力/流量控制系統(tǒng)，提供懸掛缸的主體力學參數(shù)(剛度/阻尼)，以及實現(xiàn)系統(tǒng)內部的變阻尼主動控制。

3、在油氣懸掛缸外部設置儲能器、控制閥，通過管路與懸掛缸副油腔連接，構建獨立的外部控制回路。此舉同時達到以下三個目的：

①以儲能器(混合油腔)，與副油腔構建外部控制回路完整的壓力、流量關系。

②以控制閥，建立外部控制輸入端口，同時兼做外部控制回路自身的阻尼元件；

③所建立的外部控制回路與懸缸內腔系統(tǒng)，通過副油腔形成新型的、完整的雙氣室反壓對置力學結構關系；

4、構建的外部控制回路與懸缸內腔系統(tǒng)獨立。通過副油腔補充、修正懸缸內腔系統(tǒng)的力學參數(shù)，并且在狀態(tài)、行程、壓力及剛度等參數(shù)上對懸缸內腔系統(tǒng)進行反向主動控制。

5、在實現(xiàn)雙氣室反壓對置結構的基礎上，構建完整的懸缸內腔結構，實現(xiàn)基于雙氣室反壓對置結構下的懸缸內腔系統(tǒng)自動變阻尼控制，為今后的各種變阻尼主動控制提供了一種全新的基礎性架構。

6、依托隔離式雙氣室油氣懸掛缸結構特性(完整的懸缸內腔系統(tǒng)以及獨立外部控制回路)，整個懸架控制系統(tǒng)按照雙通道設定：以角度同步控制閥為核心建立“狀態(tài)控制通道”，連接、控制左/右懸掛缸的兩個外部控制回路。以流量隨動閥為核心建立“壓力/流量隨動通道”，連接、控制左/右懸掛缸的兩個懸缸內腔系統(tǒng)。兩控制通道以及所包含的系統(tǒng)及回路間彼此獨立，確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。

幾點說明：

1、本專利構建左/右對稱結構，整個系統(tǒng)實現(xiàn)最完整的功能和特性，包括反壓對置剛度特性，雙系統(tǒng)、雙通道控制，變剛度控制、變阻尼控制、高度控制、行程控制、側傾角度、側傾剛度控制等，并保持開放性的結構。具有多級控制、組合控制、同步控制、反向控制、安全控制等特點。

2、新型的雙氣室反壓對置懸掛缸結構保持完整、簡潔的懸缸內腔結構，以及缸筒內腔與活塞桿內腔之間完整的關聯(lián)，構建完整的懸缸內腔系統(tǒng)及獨立的外部控制回路。懸缸內腔系統(tǒng)提供懸掛缸的主體參數(shù)，外部控制回路提供系統(tǒng)的控制參數(shù)。獨立的懸缸內腔系統(tǒng)與外部控制回路結構，確保懸架系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性；

3、懸缸內腔系統(tǒng)的壓力作用面積和阻尼流量面積為缸筒內腔面積。外部控制回路的壓力作用面積和阻尼流量面積為副油腔面積。外部控制回路與懸缸內腔系統(tǒng)構成雙氣室反壓對置結構，除補償與修正懸缸內腔系統(tǒng)壓力特性的缺陷和不足外，還形成懸掛缸的雙向壓力特性及過零平衡點，并可對懸掛缸的行程及剛度進行有效控制。參見圖16、17、18、19。

4、本例的變阻尼自適應控制，是基于懸缸內腔的完整結構，以及缸筒內腔與活塞桿內腔之間的相對位置、速度、壓力、流量等完整的結構及關聯(lián)。內控閥組是基于系統(tǒng)內部壓力的一種變阻尼控制機構，實現(xiàn)的是雙點、穩(wěn)態(tài)的變阻尼流量控制。F＝f(p，v)。圖15為在空/滿載狀態(tài)下，系統(tǒng)自動匹配的兩條阻尼特性曲線。本例的變阻尼控制流量面積為缸筒內腔面積，已經達到了缸體結構的最大狀態(tài)。

內控閥組的核心是構建了以內部壓力為控制輸入的閥芯組件及可變阻尼結構，形成內部可變阻尼通道。閥芯組件內部包含一個用于系統(tǒng)識別的密閉壓力腔，內部以彈簧提供閥芯基準壓力推動閥芯運動。閥芯基準壓力設定在懸掛缸空載壓力與滿載壓力之間。閥芯上布置有內/外兩組阻尼孔和單向閥，與閥芯座圈配合形成固定阻尼通道和可控阻尼通道，固定阻尼通道長通。閥芯伸出時可控阻尼通道開啟，閥芯縮回時可控阻尼通道關閉。閥芯組件還包含有阻尼腔、阻尼環(huán)，用于控制閥芯自身的穩(wěn)態(tài)響應。圖11為內控閥組結構詳圖。

對內控閥組的幾點說明：

①.在缸體內部構建的可變阻尼結構、可變阻尼通道以及自動控制結構，以懸缸內腔系統(tǒng)壓力作為變阻尼控制的輸入參數(shù)，F(xiàn)＝f(p，v)。

②.閥芯基準壓力用于識別系統(tǒng)內部的空載壓力與滿載壓力，并與系統(tǒng)壓力疊加推動閥芯保持伸出與縮回兩個特定的位置。因此，是一個典型的雙點變阻尼控制，見圖15。

③.閥芯組件中的阻尼腔、阻尼環(huán)，用于控制閥芯自身的穩(wěn)態(tài)響應。系統(tǒng)內部的壓力波動與壓力沖擊，不會造成閥芯的瞬態(tài)啟動和剛性撞擊。因此，系統(tǒng)是一個穩(wěn)態(tài)控制，

④.本例是目前唯一基于雙氣室反壓對置結構下，實現(xiàn)外部主動控制與內部變阻尼自動控制的懸掛缸結構，為今后的技術發(fā)展提供了一個全新的基礎油氣懸掛缸結構。

5、本專利為現(xiàn)有文獻及產品之外的首次提出。作為機械/液壓控制方式下的主動控制油氣懸架結構，具有明顯的創(chuàng)新特性和應用價值。

本專利雙通道側向剛度半主動油氣懸架，基于油氣懸架，以機械、液壓的方式，通過特定的結構與控制原理實現(xiàn)油氣懸架側傾剛度的半主動控制。對于現(xiàn)存復雜、昂貴的電子控制主動懸架系統(tǒng)具有良好地應用范圍和使用價值。

附圖說明

圖1活塞桿上置，單氣室雙油腔結構示意圖；

圖2活塞桿下置，單氣室雙油腔結構示意圖；

圖3活塞桿上置，單氣室三油腔結構示意圖；

圖4活塞桿下置，單氣室三油腔結構示意圖；

圖5活塞桿下置，單氣室三油腔結構示意圖；

圖6活塞桿上置，單氣室三油腔壓力補償式結構示意圖；

圖7活塞桿下置，雙氣室正向串聯(lián)三油腔結構示意圖；

圖8活塞桿下置，雙氣室反向對置三油腔結構示意圖；

圖9活塞桿下置，雙氣室反向對置三油腔結構示意圖；

圖10本專利隔離式雙氣室懸掛缸結構示意圖；

圖11本專利懸掛缸變阻尼內控閥組結構放大圖；

圖12傳統(tǒng)單氣室以及串聯(lián)雙氣室懸掛缸剛度特性曲線圖；

圖13傳統(tǒng)雙氣室反壓對置結構懸掛缸剛度特性曲線圖；

圖14傳統(tǒng)油氣懸掛缸阻尼特性曲線圖；

圖15本專利懸掛缸壓力控制變阻尼特性曲線圖；

圖16本專利隔離式雙氣室懸掛缸剛度特性曲線圖；

圖17本專利外部控制回路剛度控制特性圖；

圖18本專利懸缸內腔系統(tǒng)剛度控制特性圖；

圖19本專利外部控制回路與懸缸內腔系統(tǒng)等壓/同步剛度控制特性圖

圖20本專利隔離式雙氣室懸掛缸結構以及基本系統(tǒng)/回路構成圖；

圖21本專利雙通道側向剛度半主動油氣懸架系統(tǒng)結構圖；

圖22本專利雙通道側向剛度半主動油氣懸架左轉系統(tǒng)結構圖；

圖23本專利雙通道側向剛度半主動油氣懸架右轉系統(tǒng)結構圖；

具體實施方式

本專利，雙通道側向剛度半主動油氣懸架，采用左右對稱布局結構，包括方向盤1、角度同步控制閥2、流量隨動閥3、懸掛缸8、儲能器15、控制閥16、管路17、管路18。所述懸掛缸8，包括活塞桿10、活塞11、內控閥組12、缸筒13、密封座圈14。所述缸筒13、活塞桿10及活塞11在懸掛缸8內部圍成懸缸內腔20(無桿腔)。所述缸筒13、密封座圈14及活塞桿10、活塞11在懸掛缸8腰部側壁間圍成副油腔21(有桿腔)。所述副油腔21充注液壓油，與懸缸內腔20完全隔離。所述懸缸內腔20通過活塞桿10底部的內控閥組12分隔為缸筒內腔22和活塞桿內腔23。所述缸筒內腔22中充注液壓油，活塞桿內腔23中充注液壓油和氮氣。所述缸筒內腔22和活塞桿內腔23，通過內控閥組12上的阻尼通道連通，形成懸掛缸8完整的懸缸內腔系統(tǒng)30。所述缸筒內腔22底部設有外部控制接口31。所述副油腔21，在缸筒13靠近密封座圈14的位置設置連接口，通過管路17外接儲能器15和控制閥16，形成懸掛缸8獨立的外部控制回路40。所述控制閥16上設有外部控制接口41。所述外部控制回路40與懸缸內腔系統(tǒng)30完全隔離，彼此獨立。圖20為所述懸掛缸8的內部結構以及基本系統(tǒng)/回路構成圖，圖10為結構示意圖。

所述外部控制回路40中的副油腔21與懸缸內腔系統(tǒng)30中的缸筒內腔22形成雙氣室反壓對置結構。所述儲能器15，內部充注液壓油和氮氣。所述副油腔21，作為外部控制懸掛缸狀態(tài)、行程與剛度的目標環(huán)節(jié)。所述控制閥16，除作為外部控制懸掛缸狀態(tài)、行程與剛度的輸入端口外，也作為外部控制回路40自身的阻尼/流量控制元件。

所述內控閥組12，為壓力控制自動變阻尼組件，安裝在活塞桿10的底部。通過感知懸缸內腔系統(tǒng)30的壓力實現(xiàn)對懸掛缸空/滿載狀態(tài)下的自動變阻尼控制。圖11為內控閥組12的詳細結構圖。圖15為內控閥組12自動變阻尼控制曲線。

以角度同步控制閥2分別連接左/右懸掛缸外部控制回路40的外部控制接口41，形成以角度同步控制閥2為核心的“狀態(tài)控制通道”，連接、控制左/右懸掛缸的兩個外部控制回路40。以流量隨動閥3，通過管路18分別連接左/右懸掛缸懸缸內腔系統(tǒng)30的外部控制接口31，形成以流量隨動閥3為核心的“壓力/流量隨動通道”，連接、控制左/右懸掛缸的兩個懸缸內腔系統(tǒng)30?！盃顟B(tài)控制通道”/“壓力/流量隨動通道”以及所包含的外部控制回路40/懸缸內腔系統(tǒng)30之間彼此獨立，確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。所述角度同步控制閥2，隨方向盤1同步控制。流量隨動閥3，隨左/右懸缸內腔系統(tǒng)30之間的壓差隨動控制，對左/右懸缸內腔系統(tǒng)30的流量/壓力進行補償。

圖21為本例——雙通道側向剛度半主動油氣懸架系統(tǒng)結構圖。

當方向盤1左轉時，角度同步控制閥2對左/右外部控制回路40分別輸出/輸入控制流量Q1，左側外部控制回路40壓力升高，左側儲能器15吸收流量ql，左側副油腔21增加流量Ql，Ql＝Q1-ql；右側外部控制回路40壓力降低，右側儲能器15釋放流量qr，右側副油腔21減少流量Qr，Qr＝Q1-qr，控制底盤產生向左的側傾角度。流量隨動閥3，根據角度同步控制閥2的左轉操作所產生的左/右懸缸內腔系統(tǒng)30的壓力變化，做出隨動操作：對左/右懸缸內腔系統(tǒng)30分別輸入/輸出控制流量Q2，使左側懸缸內腔系統(tǒng)30減少流量Q2，右側懸缸內腔系統(tǒng)30增加流量Q2，以保持左/右懸缸內腔系統(tǒng)30之間的壓力處于平衡狀態(tài)。這樣，角度同步控制閥2控制左/右外部控制回路40產生向左的側傾角度Φ，流量隨動閥3隨動操作，控制左/右懸缸內腔系統(tǒng)30保持一致的壓力和剛度。見圖22，車輛左轉時系統(tǒng)結構狀態(tài)圖。

當方向盤1右轉時，角度同步控制閥2對左/右外部控制回路40分別輸入/輸出控制流量Q1，左側外部控制回路40壓力降低，左側儲能器15釋放流量ql，左側副油腔21減少流量Ql，Ql＝Q1-ql，右側外部控制回路40壓力升高，右側儲能器15吸收流量qr，右側副油腔21增加流量Qr，Qr＝Q1-qr，控制底盤產生向右的側傾角度。流量隨動閥3，根據角度同步控制閥2的右轉操作所產生的左/右懸缸內腔系統(tǒng)30的壓力變化，做出隨動操作：對左/右懸缸內腔系統(tǒng)30分別輸出/輸入控制流量Q2，使左側懸缸內腔系統(tǒng)30增加流量Q2，右側懸缸內腔系統(tǒng)30減少流量Q2，以保持左/右懸缸內腔系統(tǒng)30之間的壓力處于平衡狀態(tài)。這樣，角度同步控制閥2控制左/右外部控制回路40產生向右的側傾角度Φ，流量隨動閥3隨動操作，控制左/右懸缸內腔系統(tǒng)30保持一致的壓力和剛度。見圖23車輛左轉時系統(tǒng)結構狀態(tài)圖。

角度同步控制閥2在“狀態(tài)控制通道”對左/右外部控制回路40所進行的Q1流量控制，是一個過程控制。相應地，流量隨動閥3在“壓力/流量隨動通道”對左/右懸缸內腔系統(tǒng)30所進行的Q2流量控制，也是一個同步伴隨過程控制。在角度同步控制閥2對“狀態(tài)控制通道”進行側傾角度控制，產生的左/右懸掛缸的高度變化的過程中，流量隨動閥3保持左/右懸缸內腔系統(tǒng)30之間的壓力均衡、剛度一致。這種控制是一種等壓、同步的隨動控制。圖19，為這一過程懸缸剛度特曲線。

車輛在直線行駛時，角度同步控制閥2對左/右兩側外部控制回路40不主動產生控制流量，流量隨動閥3與左/右懸缸內腔系統(tǒng)30之間也沒有控制流量。懸缸內腔系統(tǒng)30中，活塞桿內腔23與缸筒內腔22之間通過內控閥組12進行流量的交換；外部控制回路40中，儲能器15與副油腔21之間通過控制閥16進行流量的交換。遇路面顛簸，左/右兩側外部控制回路40產生的壓差被角度同步控制閥2截止。流量隨動閥3內部包含阻尼截止閥，左/右懸缸內腔系統(tǒng)30之間產生的瞬間高壓被阻尼截止閥衰減并截止。

車輛在轉向行駛時，各系統(tǒng)及回路均處于工作狀態(tài)。在“狀態(tài)控制通道”中，角度同步控制閥2對左/右兩個外部控制回路40進行流量的調整與分配，實現(xiàn)對底盤的姿態(tài)控制。在“壓力/流量隨動通道”中，流量隨動閥3根據角度同步控制閥2的控制姿態(tài)，對左/右兩個懸缸內腔系統(tǒng)30進行流量的補償與調整，實現(xiàn)對底盤的側向姿態(tài)控制以及對“狀態(tài)控制通道”的力學響應。在方向盤不同轉向角度的控制下，車輛的轉向角度、側傾角度、側傾剛度就形成了一系列的對應狀態(tài)，實現(xiàn)懸架系統(tǒng)側傾剛度的半主動控制。

本例雙通道側向剛度半主動油氣懸架，首次提出了基于油氣懸架側向剛度半主動懸架控制方案以及新型基礎懸掛缸部件結構。方案基于傳統(tǒng)的機械液壓技術，摒棄了復雜、昂貴的電子控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、使用壽命等方面具有突出的優(yōu)勢，而且系統(tǒng)的控制容量得到大幅度提升，顯著擴大了應用范圍和使用價值。

將基礎懸架結構，由鋼板板簧、螺旋彈簧提升到油氣懸架，重點是提出隔離式雙氣室懸掛缸結構，是控制方案獲得突破的一個基礎性條件。另一個重要的突破是解決了非電控條件下，油氣懸掛缸變阻尼控制的系統(tǒng)性難題。由此，油氣懸架的主動控制技術將不再依賴于復雜的電子控制系統(tǒng)，而依靠經典的機械/液壓原理就可以實現(xiàn)經濟、高效、大容量的底盤主動控制。本例是基于行程、狀態(tài)與剛度的底盤半主動控制的方案架構，與目前建構的自動變阻尼控制技術結合將極大地擴展應用的領域和車型的范圍。

之前的主動控制技術過度依賴于電子控制系統(tǒng)，忽視了對傳統(tǒng)結構和技術的研究。從現(xiàn)有文獻以及現(xiàn)有各類車型產品來看，本結構方案都是首次揭示了非電控條件下側向剛度半主動控制懸架系統(tǒng)的完整結構方案，具有明顯的創(chuàng)新特性和應用價值。