專利名稱：多輪耦聯(lián)有源消扭懸架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高度可調(diào)的汽車懸架技術(shù)，特別是適合于行駛在不平路面上的汽車多輪耦聯(lián)有源消扭懸架。
背景技術(shù)：
目前多數(shù)空氣懸架和油氣懸架都設(shè)有高度控制閥，以保證當(dāng)汽車的載荷變化時保持汽車的懸架高度。
通常的懸架高度控制系統(tǒng)的作用，主要是保持汽車懸架高度不隨載荷與路面的不平而變化，圖1是常規(guī)油氣彈簧懸架單元用的高度電磁控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。油氣彈簧2和行程傳感器4的上端都固定在車身上，油氣彈簧的活塞桿及傳感器4的下端都與車輪相連，油氣彈簧2之缸體分別通過電磁控制閥1與油泵5及儲油箱管路連通。
其工作原理是圖1中Z表示車身高度的增量，q表示車輪高度的增量，HN為設(shè)定的彈簧高度，H為實(shí)際的瞬間彈簧高度，e＝HN-H為彈簧高度誤差；1、當(dāng)e＝0時，高度閥處于閉鎖的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，油路9與7及8隔斷。油氣彈簧處于平衡狀態(tài)。
2、當(dāng)車輪載荷增加，e＞0時，油氣彈簧通過關(guān)7向管9充油。彈簧與行程傳感器4伸長；電磁線圈的磁力拉下閥芯1b，使回油路8保持關(guān)閉，而油泵來的高壓油路7與油氣彈簧油路9連通，油氣彈簧伸長，e減小逐漸回零。
3、當(dāng)e＜0時，油氣彈簧通過管8向油箱回油，彈簧與行程傳感器4縮短；電磁線圈的磁力向上推閥芯1b，使油泵來的高壓油路7關(guān)閉而回油路8與油氣彈簧油路9連通，油氣彈簧高度下降，e減小逐漸回零。
圖2是常見空氣懸架單元用的高度電磁控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)原理與圖1之結(jié)構(gòu)相同，僅僅是以空氣彈簧2′代替油氣彈簧、以氣泵和儲氣罐5′、6′代替油泵和油箱。其控制原理與圖1的油氣彈簧控制系統(tǒng)相同。
圖3是一種已有技術(shù)的液壓彈簧懸架高度控制系統(tǒng)，它與圖1的油氣彈簧懸架高度控制系統(tǒng)基本相同，所不同處只在于圖1中油氣彈簧中是用氣體(通常是氮?dú)?作為彈性元件，而圖3中的液壓彈簧2″是使用金屬彈簧(圖中是螺旋彈簧)作為彈性元件。其高度控制原理與圖1的有關(guān)敘述完全相同。
通常汽車的高度控制系統(tǒng)設(shè)有三至四個高度閥，每一個高度閥都是針對某一個彈簧懸架行程來實(shí)施控制，使汽車車身在該點(diǎn)處保持一定高度。由于各個彈簧是處于單獨(dú)控制，不能實(shí)現(xiàn)對車身的消扭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種多輪耦聯(lián)有源消扭懸架，實(shí)現(xiàn)改善車輪對不平路面的附著，減輕車身扭轉(zhuǎn)負(fù)荷和傾角，并減輕不平路面對汽車的顛簸的功能。
本發(fā)明多輪耦聯(lián)有源消扭懸架，包括分別設(shè)置在各個車輪上的支撐車身的液壓或氣壓或油氣彈簧及兩端連接車輪與車身的感知其彈簧高度誤差的行程傳感器、動力泵、儲油箱或儲氣罐，各個液壓或氣壓彈簧之缸體分別通過電磁控制閥與動力泵及儲油箱或儲氣罐管路連通，其特征在于還包括一由微處理器(CPU)構(gòu)成的中央控制器，各行程傳感器與中央控制器的輸入端電聯(lián)接，控制各個液壓或氣壓彈簧的電磁控制閥均與中央控制器的輸出端電聯(lián)接，中央控制器根據(jù)各行程傳感器反饋的各個彈簧的高度誤差信號ei經(jīng)消扭減傾矩陣控制軟件運(yùn)算后，給各個彈簧的電磁控制閥發(fā)出整合高度誤差指令ui，即當(dāng)ui＞0時，使彈簧高度不斷增長，ui＜0時，使彈簧高度不斷下降，至ui＝0時彈簧達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)高度為止，據(jù)此分別控制各彈簧的高度。
所述的液壓或氣壓彈簧為4個時，其所述的中央控制器的消扭減傾矩陣控制軟件按以下算法編制，給各個彈簧的電磁控制閥發(fā)出整合高度誤差指令以控制各彈簧的高度u1＝0.5e1+0.25e2+0e3+0.25e4u2＝0.25e1+0.5e2+0.25e3+0e4u3＝0e1+0.25e2+0.5e3+0.25e4u4＝0.25e1+0e2+0.25e3+0.5e4式中e1、e2、e3、e4分別為前左、前右、后右、后左各彈簧的高度誤差，u1、u2、u3、u4為中央控制器分別向前左、前右、后右、后左各彈簧下達(dá)的整合高度誤差指令。
所述的液壓或氣壓彈簧為4個以上時，按前左、前右、后右、后左分為4組，每組中的各個彈簧之缸體并連在一個電磁控制閥上，其所述的中央控制器的消扭減傾矩陣控制軟件按以下算法編制，給各個彈簧的電磁控制閥發(fā)出整合高度誤差指令以控制各彈簧的高度1u1＝0.5E1+0.25E2+0E3+0.25E4u2＝0.25E1+0.5E2+0.25E3+0E4u3＝0E1+0.25E2+0.5e3+0.25E4u4＝0.25E1+0E2+0.25E3+0.5E4式中E1＝(e11+e12+…+e1n)/nE2＝(e21+e22+…+e2n)/nE3＝(e31+e32+…+e3n′)/n′E4＝(e41+e42+…+e4n′)/n′其中e11、e12、…e1n為前左組中各彈簧的高度誤差信號；e21、e22、…e2n為前右組中各彈簧的高度誤差信號；
n為前左組或前右組中彈簧的個數(shù)；e31、e32、…e3n′為后右組中各彈簧的高度誤差信號；e41、e42、…e4n′為后左組中各彈簧的高度誤差信號；n′為后右組或后左組中彈簧的個數(shù)。
本發(fā)明的工作原理如下本發(fā)明提出的全耦高度控制系統(tǒng)，其工作原理與通常系統(tǒng)不同之處，可以圖4來說明。
圖4(a)是通?！皢吸c(diǎn)高度控制(單輸入-單輸出)”系統(tǒng)的原理圖。圖4(b)是本發(fā)明提出的“全多點(diǎn)耦聯(lián)高度控制(多輸入-多輸出)”系統(tǒng)的原理圖。圖4(a)是通常第i個單輪的懸架高度獨(dú)立控制的系統(tǒng)，其中qi，Zi是該點(diǎn)的車輪與車身高度，ei＝qi-Zi是該懸架的高度誤差，ui是該高度閥的控制量，這些都是標(biāo)量。而圖4(b)中 都是維數(shù)與輪數(shù)相同的矢量， 是4維矢量。
對于四輪車輛，令q1，q2，q3，q4，是四個車輪高度變化輸入，Z1，Z2，Z3，Z4是四個支撐車身高度變化輸出，控制量u1，u2，u3，u4，都是各彈簧高度誤差e1，e2，e3，e4線性疊加(通過矩陣[W]相耦聯(lián))的結(jié)果。S是拉氏算子，T為時間常數(shù)。在穩(wěn)態(tài)條件下有如下關(guān)系Z1Z2Z3Z4=W11W12W13W14W21W22W23W24W31W32W33W34W41W42W43W44·q1q2q3q4----(1)]]>選擇耦聯(lián)矩陣[W]的各元素Wij可優(yōu)化汽車車輪對不平路面的附著，減輕車身扭轉(zhuǎn)負(fù)荷和傾角，并減輕不平路面對汽車的顛簸。
例如可選取W11W12W13W14W21W22W23W24W31W32W33W34W41W42W43W44=1/21/401/41/41/21/4001/41/21/41/401/41/2-----(2)]]>這時有Z1＝W11q1+W12q2+W13q3+W14q4＝0.5q1+0.25q2+0q3+0.25q4(3)Z2＝W21q1+W22q2+W23q3+W24q4＝0.25q1+0.5q2+0.25q3+0q4(4)Z3＝W31q1+W32q2+W33q3+W34q4＝0q1+0.25q2+0.5q3+0.25q4(5)Z1＝W41q1+W42q2+W43q3+W14q4＝0.25q1+0q2+0.25q3+0.5q4(6)
考察車輪各運(yùn)動模態(tài)車輪平均垂直位移qa＝(q1+q2+q3+q4)/4(7)車輪平均縱傾位移γq＝[(q1+q2)/2-(q3+q4)/2]/1 (8)車輪平均側(cè)傾位移q＝[(q1+q4)2-(q2+q3)/2]/B(9)車輪平均扭轉(zhuǎn)位移τq＝[(q1-q2)+(q3-q4)]/B (10)此時，車身的相應(yīng)位移的控制結(jié)果可由(3)-(10)式求得車身平均垂直位移Za＝(Z1+Z2+Z3+Z4)/4＝qa(11)車身平均縱傾位移γZ＝[(Z1+Z2)/2-(Z3+Z4)/2]/1＝γq/2(12)車身平均側(cè)傾位移Z＝[(Z1+Z4)/2-(Z2+Z3)/2]/B＝q/2(13)車身平均扭轉(zhuǎn)位移τZ＝[(Z1-Z2)+(Z3-Z4)]/B＝0 (14)由(7)-(14)式說明，由(2)式確定的耦聯(lián)矩陣進(jìn)行高度控制的汽車，當(dāng)控制達(dá)到穩(wěn)態(tài)時可獲得(汽車低速運(yùn)動時可接近)如下特殊控制性能1)在不平路面上，車身的平均高度位移與各輪獨(dú)立控制時相同；2)在不平路面上，車身的平均縱傾位移為各輪獨(dú)立控制時的一半；3)在不平路面上，車身的平均側(cè)傾位移為各輪獨(dú)立控制時的一半；4)在任何不平路面上，車身的扭轉(zhuǎn)位移為零，即車身不受扭矩。
本發(fā)明提出的全耦高度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于設(shè)有一個由微處理器(CPU)構(gòu)成的中央處理器，其.輸入端分別與各懸架高度傳感器相連，感知各懸架高度誤差信號ei，輸出端分別與各高度控制閥相連.發(fā)出控制指令ui，所說的消扭減傾矩陣控制軟件按如下公式實(shí)現(xiàn)u1＝0.5e1+0.25e2+0e3+0.25e4(15)u2＝0.25e1+0.5e2+0.25e3+0e4(16)u3＝0e1+0.25e2+0.5e3+0.25e4(17)u4＝0.25e1+0e2+0.25e3+0.5e4(18)即 {u}＝[w]{e}其中[w]由耦聯(lián)矩陣式(2)確定；按此方法進(jìn)行高度控制的汽車，可獲得上述消除車身扭轉(zhuǎn)和減小車身傾斜的特殊控制性能，故稱之為“消扭減傾矩陣”。
對于四輪以上的多輪車輛，可將所有懸架彈簧分為前左，前右，后右，后左四組。前左，前右均有n個車輪和彈簧；后右，后左均有n′個車輪和彈簧，每個車輪和車身間設(shè)有一個行程傳感器感知其彈簧高度誤差e11，e12，…e1n，e21，e22，…e2n，e31，e32，…e3n′和e41，e42，…e4n′，前左和前右的n個懸架彈簧通過管路并連在一個電磁控制閥上；后右和后左的n′個懸架彈簧各用管路將互相連通成為一組并公用一個電磁控制閥(共有四個電磁控制閥)。令E1，E2，E3，E4為各組懸架高度的平均誤差，它們與各彈簧高度誤差之間滿足如下關(guān)系E1＝(e11+e12+…+e1n)/n(19)E2＝(e21+e22+…+e2n)/n(20)E3＝(e31+e32+…+e3n′)/n′ (21)E4＝(e41+e42+…+e4n′)/n′ (22)本發(fā)明提出的多輪耦聯(lián)有源消扭懸架，是靠懸架高度控制來實(shí)現(xiàn)“消扭作用”。由于各個彈簧高度控制閥都不僅由單個車輪與車身的距離來控制其所對應(yīng)的單個彈簧高度，而是讓所有各個車輪與車身的距離都通過權(quán)系數(shù)矩陣參與對各個高度控制閥的耦聯(lián)控制，可實(shí)現(xiàn)改善車輪對不平路面的附著，減輕車身扭轉(zhuǎn)負(fù)荷和傾角，并減輕不平路面對汽車的顛簸。該懸架無附加大尺寸的結(jié)構(gòu)件，整車布置容易實(shí)現(xiàn)。附加成本較低，可以減小汽車在不平路面上車身的縱傾角與側(cè)傾角。


圖1是常規(guī)油氣彈簧懸架單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是常規(guī)空氣彈簧懸架單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是常規(guī)液壓彈簧懸架單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(a)是單輸入—單輸出高度控制系統(tǒng)示意圖；圖4(b)是多輸入全耦高度控制系統(tǒng)示意圖；圖5是本發(fā)明四輪汽車油氣彈簧耦聯(lián)有源消扭懸架結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明四輪汽車空氣彈簧耦聯(lián)有源消扭懸架結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明四輪汽車液壓彈簧消耦聯(lián)有源扭懸架結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明多輪(12輪)汽車耦聯(lián)耦聯(lián)有源消扭懸架結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對本發(fā)明多輪耦聯(lián)有源消扭懸架結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1參照圖5，一種采用油氣彈簧作為彈性元件組成的四輪汽車耦聯(lián)消有源扭懸架，包括分別設(shè)置在4個車輪上的支撐車身的4個油氣彈簧2及4個兩端連接車輪與車身的感知其彈簧2高度誤差的行程傳感器4、油泵5、儲油箱6，各個油氣彈簧2之缸體分別通過電磁控制閥1與油泵5及儲油箱6管路連通，還包括一由微處理(CPU)構(gòu)成的中央控制器3，各行程傳感器4與中央控制器3的輸入端電聯(lián)接，控制各個油氣彈簧2的電磁控制閥1均與中央控制器3的輸出端電聯(lián)接，中央控制器3根據(jù)各行程傳感器4反饋的各個彈簧2的高度誤差信號ei經(jīng)消扭減傾矩陣控制軟件運(yùn)算后，給各個彈簧2的電磁控制閥1發(fā)出整合高度誤差指令ui，據(jù)此分別控制各彈簧2的高度。
其所述的中央控制器3的消扭減傾矩陣控制軟件按以下算法編制u1＝0.5e1+0.25e2+0e3+0.25e4u2＝0.25e1+0.5e2+0.25e3+0e4u3＝0e1+0.25e2+0.5e3+0.25e4u4＝0.25e1+0e2+0.25e3+0.5e4式中e1、e2、e3、e4分別為前左、前右、后右、后左各彈簧的高度誤差，u1、u2、u3、u4為中央控制器3分別向前左、前右、后右、后左各彈簧2下達(dá)的整合高度誤差指令。
即當(dāng)ui＝0時，該懸架的進(jìn)油(氣)閥與排油(氣)閥均關(guān)閉，該組懸架彈簧處于標(biāo)準(zhǔn)高度狀態(tài)。
當(dāng)ui＞0時，彈簧的進(jìn)油(氣)閥打開，排油(氣)閥關(guān)閉，該組懸架彈簧充油(氣)，高度不斷增長，ui不斷減小直至ui＝0彈簧達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)高度為止。
當(dāng)ui＜0時，彈簧的排油(氣)閥打開，進(jìn)油(氣)閥關(guān)閉，該組懸架彈簧排油(氣)，高度不斷下降，ui不斷增長直至ui＝0彈簧達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)高度為止。
實(shí)施例2參照圖6，一種采用空氣彈簧作為彈性元件組成的四輪汽車耦聯(lián)有源消扭懸架，只要將實(shí)施例1(即圖5)中的控制介質(zhì)由油改為空氣，油泵5與油箱6代以氣泵5’與儲氣罐6’，油氣彈簧2代以空氣彈簧2’即可，其控制系統(tǒng)與圖5相同。
實(shí)施例3參照圖7，一種采用液壓彈簧作為彈性元件組成的四輪汽車耦聯(lián)有源消扭懸架，只要將圖5中的彈性元件油氣彈簧2改為液壓彈簧2″即可，其控制系統(tǒng)與圖5相同。
實(shí)施例4參照圖8，一種采用油氣彈簧作為彈性元件組成的12輪汽車耦聯(lián)有源消扭懸架，包括分別設(shè)置在12個車輪上的支撐車身的12個油氣彈簧2及12個兩端連接車輪與車身的感知其彈簧2高度誤差的行程傳感器4、油泵5、儲油箱6，是將全部12個彈簧按前左、前右、后右、后左分為4組，每組中的3個彈簧之缸體并連在一個電磁控制閥1上，各電磁控制閥1與油泵5及儲油箱6管路連通，還包括一由微處理(CPU)構(gòu)成的中央控制器3，各行程傳感器4與中央控制器3的輸入端電聯(lián)接，控制各個油氣彈簧2的電磁控制閥1均與中央控制器3的輸出端電聯(lián)接，其所述的中央控制器3的消扭減傾矩陣控制軟件按以下算法編制，給各個彈簧2的電磁控制閥1發(fā)出整合高度誤差指令以控制各彈簧2的高度1u1＝0.5E1+0.25E2+0E3+0.25E4
u2＝0.25E1+0.5E2+0.25E3+0E4u3＝0E1+0.25E2+0.5e3+0.25E4u4＝0.25E1+0E2+0.25E3+0.5E4式中E1＝(e11+e12+e13)/3E2＝(e21+e22+e23)/3E3＝(e31+e32+e33′)/3E4＝(e41+e42+e43′)/3其中e11、e12、e13為前左組中各彈簧的高度誤差信號；e21、e22、e23為前右組中各彈簧的高度誤差信號；e31、e32、e33′為后右組中各彈簧的高度誤差信號；e41、e42、e43′為后左組中各彈簧的高度誤差信號。
權(quán)利要求
1.一種多輪耦聯(lián)有源消扭懸架，包括分別設(shè)置在各個車輪上的支撐車身的液壓或氣壓或油氣彈簧(2)及兩端連接車輪與車身的感知其彈簧(2)高度誤差的行程傳感器(4)、動力泵(5)、儲油箱或儲氣罐，各個液壓或氣壓彈簧(2)之缸體分別通過電磁控制閥(1)與動力泵(5)及儲油箱或儲氣罐管路連通，其特征在于還包括一由微處理器構(gòu)成的中央控制器(3)，各行程傳感器(4)與中央控制器(3)的輸入端電聯(lián)接，控制各個彈簧(2)的電磁控制閥(1)均與中央控制器(3)的輸出端電聯(lián)接，中央控制器(3)根據(jù)各行程傳感器(4)反饋的各個彈簧(2)的高度誤差信號ei經(jīng)消扭減傾矩陣控制軟件運(yùn)算后，給各個彈簧(2)的電磁控制閥(1)發(fā)出整合高度誤差指令ui，即當(dāng)ui＞0時，使彈簧高度不斷增長，ui＜0時，使彈簧高度不斷下降，至ui＝0時彈簧達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)高度為止，據(jù)此分別控制各彈簧(2)的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輪耦聯(lián)有源消扭懸架，其特征在于所述的液壓或氣壓彈簧(2)為4個時，其所述的中央控制器(3)的消扭減傾矩陣控制軟件按以下算法編制，給各個彈簧(2)的電磁控制閥(1)發(fā)出整合高度誤差指令以控制各彈簧(2)的高度u1＝0.5e1+0.25e2+0e3+0.25e4u2＝0.25e1+0.5e2+0.25e3+0e4u3＝0e1+0.25e2+0.5e3+0.25e4u4＝0.25e1+0e2+0.25e3+0.5e4式中e1、e2、e3、e4分別為前左、前右、后右、后左各彈簧的高度誤差，u1、u2、u3、u4為中央控制器(3)分別向前左、前右、后右、后左各彈簧(2)下達(dá)的整合高度誤差指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輪耦聯(lián)有源消扭懸架，其特征在于所述的液壓或氣壓彈簧(2)為4個以上時，按前左、前右、后右、后左分為4組，每組中的各個彈簧之缸體并連在一個電磁控制閥(1)上，其所述的中央控制器(3)的消扭減傾矩陣控制軟件按以下算法編制，給各個彈簧(2)的電磁控制閥(1)發(fā)出整合高度誤差指令以控制各彈簧(2)的高度1u1＝0.5E1+0.25E2+0E3+0.25E4u2＝0.25E1+0.5E2+0.25E3+0E4u3＝0E1+0.25E2+0.5e3+0.25E4u4＝0.25E1+0E2+0.25E3+0.5E4式中E1＝(e11+e12+...+e1n)/nE2＝(e21+e22+...+e2n)/nE3＝(e31+e32+...+e3n′)/n′E4＝(e41+e42+...+e4n′)/n′其中e11、e12、...e1n為前左組中各彈簧的高度誤差信號；e21、e22、...e2n為前右組中各彈簧的高度誤差信號；n為前左組或前右組中彈簧的個數(shù)；e31、e32、...e3n′為后右組中各彈簧的高度誤差信號；e41、e42、...e4n′為后左組中各彈簧的高度誤差信號；n′為后右組或后左組中彈簧的個數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種特別適合于行駛在不平路面上的汽車多輪耦聯(lián)有源消扭懸架。包括分別設(shè)置在各個車輪上的支撐車身的液壓或氣壓或油氣彈簧及兩端連接車輪與車身的感知其彈簧高度誤差的行程傳感器、動力泵、儲油箱或儲氣罐，各個液壓或氣壓彈簧之缸體分別通過電磁控制閥與動力泵及儲油箱或儲氣罐管路連通，還包括一中央控制器，各行程傳感器與中央控制器的輸入端電聯(lián)接，各個電磁控制閥均與中央控制器的輸出端電聯(lián)接，中央控制器根據(jù)各行程傳感器反饋的各個彈簧的高度誤差信號e
文檔編號B60G17/00GK1597377SQ20041001101
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月2日
發(fā)明者郭孔輝 申請人:吉林大學(xué)