CN110450593A - 货车悬架变刚度辅助装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了货车悬架变刚度辅助装置及控制方法，辅助空气弹簧的充气装置直接加装在现有的空气制动系统中，不需要单独设置供气管路，悬架改造成本低，辅助进气阀打开，则辅助空气弹簧的上表面与车架底部接触并紧贴，此时悬架的刚度由钢板弹簧和辅助空气弹簧并联构成，悬架整体刚度较大；与辅助空气弹簧连接的泄压阀打开放气，刚度减小，提高货车的乘坐舒适性和滤振性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车安全领域，尤其是涉及货车悬架变刚度辅助装置及控制方法。
背景技术
货车悬架是无人驾驶货车的重要组成部分，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证货车能平顺地行驶。传统货车的悬架多采用钢板弹簧悬架，其结构简单，造价低且耐用，因此广泛应用，但是其刚度难以调整，且不能很好的适应货车空重车的变化，为此还需要设计主簧副簧式弹簧，或增加感载比例阀等辅助器件调节空重车的车高和悬架刚度，使得悬架系统较为复杂，且即使增加了上述装置，钢板弹簧仍存在舒适性差、滤振性差等问题；
目前新型货车的悬架已经不是简单的钢板弹簧悬架，而是采用空气悬挂系统，与传统钢制汽车悬挂系统相比较，空气悬挂具有很多优势，最重要的一点就是弹簧的弹性系数也就是弹簧的软硬能根据需要自动调节。货车的空车重车变化较大，空气弹簧利用其内部气压调节从而调整货车车身高度，可以保证货车在不同车重情况下的车身高度一致，乘客乘坐舒适且车辆操控性能优良，并能极大改善乘客的乘坐舒适性，因此目前新造的中大型货车均已使用空气弹簧系统。
但是现有的很多货车由于出厂日期较早，其悬架仍为钢板弹簧，如果直接替换为空气弹簧，则改装费用昂贵，且需要替换的结构复杂，现有的空气弹簧装置的供气系统是独立设置的，因此货车上实际需要安装两套供气系统，另一套用于空气制动，这也会导致货车上的零配件数量多，成本高。
发明内容
本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。
货车悬架变刚度辅助装置，辅助装置安装在货车底盘上，货车底盘上安装有车架，货车底盘的前部、后部分别设置一个车桥，车桥两端设置车轮，前部车桥为转向桥，后部车桥为驱动桥，车桥与车身之间设置钢板弹簧、减振器；
钢板弹簧的内侧、车桥上设置辅助空气弹簧，辅助空气弹簧的底座通过螺栓安装在车桥的壳体上，辅助空气弹簧的上表面与车身底部接触但不连接，辅助空气弹簧内的气压较低时其上表面与车身底部之间留有间隙，辅助空气弹簧内的气压较高时其上表面与车身底部之间接触；辅助空气弹簧的出气口通过一个泄压阀与大气连通；
辅助空气弹簧的进气口依次连接辅助进气管、气动电磁阀的出口，气动电磁阀的入口与辅助储气室的出口连接、辅助储气室还设置有两个入口和一个泄压口，泄压口通过一个泄压阀与大气连通，两个入口各连接一个单向阀的出口，单向阀的入口与一个二位三通式电磁阀的一个出口连接，两个三通阀的入口各自分别与前继动阀、后继动阀的排气口连接，三通阀的另一个出口与大气连接；前继动阀的出气口与货车前桥的两个鼓膜式制动分室连接，鼓膜式制动分室的推杆推动鼓式制动器的制动蹄，形成制动力；后继动阀的出气口与货车后桥的两个鼓膜式制动分室连接，鼓膜式制动分室的推杆推动鼓式制动器的制动蹄，形成制动力；前继动阀、后继动阀各自的进气口分别与前储气室、后储气室各自的一个出气口连接；前继动阀、后继动阀各自的的控制气室入口分别与主控制阀的两个出气口连通，主控制阀上设置的两个进气口分别与前储气室、后储气室各自的一个出气口连通，主控制阀的阀体活塞杆通过杠杆与制动踏板连接；前储气室、后储气室的入口分别依次通过干燥器、空气滤清器与气泵的出口连接；
气动电磁阀、二位三通式电磁阀、辅助空气弹簧中的泄压阀各自的手动控制开关分别通过拉线与设置在驾驶室内的手动开关或旋钮或手柄或拉杆连通。
优选的，货车的车架底部的车轮挡泥板上或车架底部相应位置通过螺栓或卡扣方式连接距离传感器；距离传感器检测车轮与车架之间的垂向距离；辅助储气室与气动电磁阀之间设置空气流量传感器，气动电磁阀的出口与辅助空气弹簧的进气口之间设置压力传感器；
所述的距离传感器、空气流量传感器、压力传感器的信号线分别与控制器的信号输入端连接，气动电磁阀、二位三通式电磁阀的控制信号线分别与控制器的信号输出端连接；两个泄压阀的控制线分别与控制器的信号输出端连接；
距离传感器、空气流量传感器、压力传感器、气动电磁阀、泄压阀、二位三通式电磁阀、控制器各自的电源线分别直接或通过电源适配器与蓄电池连接，蓄电池为12V或24V锂离子蓄电池，或为货车发动机启动蓄电池。
优选的，所述距离传感器为ARS410毫米波雷达，其工作频率为77GHz，有效感应距离为170米；所述的空气流量传感器为dn15涡街流量计或MF5706气体流量计数器；所述的压力传感器为MIK-P300扩散硅压力变送或AS-131扩散硅压力变送器；所述控制器为AT89C51单片机或AT89C52单片机或其他单片机；所述气动电磁阀为正泰N2V025-08二位二通DC24V电磁阀或其他型号二位二通电磁阀；所述二位三通式电磁阀为德力西3V21008二位三通电磁阀或klqd公司的VX33-15-08 DC12V二位三通电磁阀；所述泄压阀为AR2002-02型泄压阀或IR2000-02BG气动高精密减压阀。
优选的，所述的前继动阀、后继动阀东风公司的平衡增压继动阀或东风公司的140型继动阀，所述的主控制阀为解放J6手控阀或为一汽解放奥威刹车总泵；所述的鼓膜式制动分室为瑞立公司的刹车分泵弹簧制动气室总成或东风140制动刹车分泵。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：需要提高刚度时，使用辅助空气弹簧与钢板弹簧并联使用，需要减小悬架刚度时，对辅助空气弹簧放气即可，且辅助空气弹簧的充气管路和放气管路单独设置，辅助储气室的压缩空气来自货车已有的空气制动管路，可以直接在现有的货车空气制动系统上进行增加改造，改造费用低，成本低，且对气泵的压缩空气利用率高，经济性好。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是案例一中辅助装置气动管路与货车制动气动管路连接示意图；
图2是案例二中辅助装置气动管路与货车制动气动管路连接示意图；
图3是主控制阀工作原理示意图；
图4是前继动阀开启状态工作示意图；
图5是前继动阀关闭装置工作示意图；
图6是货车悬架连接示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～6中所示的货车悬架变刚度辅助装置，辅助装置安装在货车底盘上，货车底盘上安装有车架1，货车底盘的前部、后部分别设置一个车桥2，车桥2两端设置车轮3，前部车桥2为转向桥，后部车桥2为驱动桥，车桥3与车身之间设置钢板弹簧4、减振器5；
钢板弹簧4的内侧、车桥2上设置辅助空气弹簧12，辅助空气弹簧12的底座通过螺栓安装在车桥2的壳体上，辅助空气弹簧2的上表面与车身底部接触但不连接，辅助空气弹簧2内的气压较低时其上表面与车身底部之间留有间隙，辅助空气弹簧2内的气压较高时其上表面与车身底部之间接触；辅助空气弹簧12的出气口通过一个泄压阀16与大气连通；
辅助空气弹簧12的进气口依次连接辅助进气管、气动电磁阀13的出口，气动电磁阀13的入口与辅助储气室15的出口连接、辅助储气室15还设置有两个入口和一个泄压口，泄压口通过一个泄压阀16与大气连通，两个入口各连接一个单向阀14的出口，单向阀14的入口与一个二位三通式电磁阀17的一个出口连接，两个三通阀17的入口各自分别与前继动阀18、后继动阀19的排气口连接，三通阀17的另一个出口与大气连接；前继动阀18的出气口与货车前桥的两个鼓膜式制动分室20连接，鼓膜式制动分室20的推杆推动鼓式制动器的制动蹄，形成制动力；后继动阀19的出气口与货车后桥的两个鼓膜式制动分室20连接，鼓膜式制动分室20的推杆推动鼓式制动器的制动蹄，形成制动力；前继动阀18、后继动阀19各自的进气口分别与前储气室23、后储气室24各自的一个出气口连接；前继动阀18、后继动阀19各自的的控制气室入口分别与主控制阀21的两个出气口连通，主控制阀21上设置的两个进气口分别与前储气室23、后储气室24各自的一个出气口连通，主控制阀21的阀体活塞杆通过杠杆与制动踏板22连接；前储气室23、后储气室24的入口分别依次通过干燥器25、空气滤清器26与气泵8的出口连接；
实施例一：本实施例中气动电磁阀13、二位三通式电磁阀17、辅助空气弹簧12中的泄压阀16各自的手动控制开关分别通过拉线与设置在驾驶室内的手动开关或旋钮或手柄或拉杆连通。以上阀类零件均设有手动开关和控制线，因此可以采用手动控制方式。
所述的继动阀18、后继动阀19东风公司的平衡增压继动阀或东风公司的140型继动阀，所述的主控制阀21为解放J6手控阀或为一汽解放奥威刹车总泵；所述的鼓膜式制动分室20为瑞立公司的刹车分泵弹簧制动气室总成或东风140制动刹车分泵。
辅助装置的使用方法为：货车发动机启动后，气泵8将压缩空气充入前储气室23和后储气室24，前储气室23、后储气室24带有泄压口，泄压口通过泄压阀与大气连通，正常行驶减速或停车时，踩下制动踏板22，推动主控制阀21中的活塞杆运动，如图3所示的，前储气室23、后储气室24中的压缩空气通过主控制阀21分别进入前继动阀18、后继动阀19各自的控制气室，如图4所示的，前继动阀18、后继动阀19打开，则压缩空气从前储气室23经过前继动阀18到达前桥上放置的两个制动分室20，制动分室中的推杆动作带动鼓式制动器动作完成刹车效果，压缩空气从后储气室24经过后继动阀19到达后桥上放置的两个制动分室20，制动分室中的推杆动作带动鼓式制动器动作完成刹车效果；
松开制动踏板22时，主控制阀21关闭，使得前继动阀18、后继动阀19关闭，残留在前继动阀18、后继动阀19中的压缩空气流向三通阀17，并通过单向阀14后进入辅助储气室15，单向阀14可以保证残留在前继动阀18、后继动阀19中的压缩空气压力较小时，辅助储气室15中的空气不回流；制动时前继动阀18、后继动阀19中的剩余压缩空气流入辅助储气室15进行储存，提高了压缩空气的使用效率，且不需要为辅助空气弹簧提供额外的气源装置，结构简化，成本低。
如图1所示的，当驾驶员提高车速或者载货量较大时，希望悬架刚度变大，则手动控制辅助进气阀13打开，使辅助储气室15对辅助空气弹簧12充气，则辅助空气弹簧12的上表面与车架底部接触并紧贴，此时悬架的刚度由钢板弹簧和辅助空气弹簧并联构成，悬架整体刚度较大；充气一端时间后，手动关闭辅助进气阀13，或等到辅助空气弹簧12内的压力较大，与其连接的泄压阀16自动打开时，驾驶员听到泄气声音后再关闭辅助进气阀13；
当货车行驶在碎石路面时，为了减小振动颠簸，则驾驶员控制与辅助空气弹簧12连接的泄压阀16打开放气，使辅助空气弹簧12高度降低并与车架底部分离，此时货车的悬架的刚度只由钢板弹簧提供，刚度减小，以适应碎石路面，这样还可以在货车设计时就将钢板弹簧的刚度减小，提高货车的乘坐舒适性和滤振性，在需要提高刚度时，使用辅助空气弹簧与钢板弹簧并联使用，且辅助空气弹簧12的充气管路单独设置，辅助储气室15的压缩空气来自货车已有的空气制动管路，可以直接在现有的货车空气制动系统上进行增加改造，改造费用低，成本低。
实施例二：驾驶员手动控制辅助空气弹簧12的充放气时其一般只有两个状态，即充满和完全放空状态，如想要适应更复杂的路况，则可以加入电子控制装置；
货车的车架底部的车轮挡泥板上或车架底部相应位置通过螺栓或卡扣方式连接距离传感器9；距离传感器9检测车轮3与车架1之间的垂向距离；辅助储气室15与气动电磁阀13之间设置空气流量传感器10，气动电磁阀13的出口与辅助空气弹簧12的进气口之间设置压力传感器11；
所述的距离传感器9、空气流量传感器10、压力传感器11的信号线分别与控制器30的信号输入端连接，气动电磁阀13、二位三通式电磁阀17的控制信号线分别与控制器30的信号输出端连接；两个泄压阀16的控制线分别与控制器30的信号输出端连接；
距离传感器9、空气流量传感器10、压力传感器11、气动电磁阀13、泄压阀16、二位三通式电磁阀17、控制器30各自的电源线分别直接或通过电源适配器与蓄电池连接，蓄电池为12V或24V锂离子蓄电池，或为货车发动机启动蓄电池。
所述距离传感器9为ARS410毫米波雷达，其工作频率为77GHz，有效感应距离为170米；所述的空气流量传感器10为dn15涡街流量计或MF5706气体流量计数器；所述的压力传感器11为MIK-P300扩散硅压力变送或AS-131扩散硅压力变送器；所述控制器30为AT89C51单片机或AT89C52单片机或其他单片机；所述气动电磁阀13为正泰N2V025-08二位二通DC24V电磁阀或其他型号二位二通电磁阀；所述二位三通式电磁阀17为德力西3V21008二位三通电磁阀或klqd公司的VX33-15-08 DC12V二位三通电磁阀；所述泄压阀16为AR2002-02型泄压阀或IR2000-02BG气动高精密减压阀；上述传感器或电磁阀也可以采用其他型号。
辅助装置的控制方法为：所述控制器30在一定时间周期T内实时接受距离传感器9采集的车架底部与车轮之间垂向距离H，并计算出T内的H最小值Hmin和H最大值Hmax，设H0＝Hmax-Hminx，提取至少2个T的H0后，取至少2个H0的平均值H0ave，若H0ave大于某一阈值H1，则说明此时货车悬架的垂向位移较大，需要提高悬架刚度，以减小悬架位移，提高货车行驶稳定性；则控制器30控制辅助进气阀13打开充气，提高辅助空气弹簧12的刚度；若H0ave小于某一阈值H2，则说明此时悬架的垂向位移偏小，这会导致悬架中的钢板弹簧和减振器基本不起作用，减振效果较差，乘坐舒适性差，则控制器30控制与辅助空气弹簧12连接的泄压阀打开，对辅助空气弹簧12放气减小其刚度，使钢板弹簧和减振器可以正常工作。
更好的实施方式是：所述的控制器30的信号输入端还与踏板位移传感器或踏板角度传感器通信连接，踏板位移传感器或踏板角度传感器安装在制动踏板和油门踏板上；踏板位移传感器可以是米朗KTM-100mm微型拉杆式直线位移传感器或其他信号的位移传感器，踏板角度传感器可以是WG9725570010电子踏板或其他型号的踏板角度传感器；
当驾驶员踩下制动踏板时，踏板位移传感器或踏板角度传感器将踏板位移量或角度变化值发送给控制器30，控制器30判断当制动踏板位移量或角度变化值大于某一阈值，则货车前部车桥上安装的两个辅助空气弹簧12充气，增大前悬架刚度，货车后部车桥上安装的两个辅助空气弹簧12放气，减小后悬架刚度；这样可以有效抑制制动时货车出现的点头现象。
当驾驶员踩下油门踏板时，踏板位移传感器或踏板角度传感器将踏板位移量或角度变化值发送给控制器30，控制器30判断当油门踏板位移量或角度变化值大于某一阈值，则货车前部车桥上安装的两个辅助空气弹簧12放气，减小前悬架刚度，货车后部车桥上安装的两个辅助空气弹簧12充气，增大后悬架刚度；这样可以有效抑制加速时货车出现的摇头现象。
更好的实施方式是：所述的控制器30的信号输入端还与货车车身上设置的陀螺仪传感器通信连接，陀螺仪传感器测量货车车身在水平面内的转向角度；陀螺仪传感器为TL740D型陀螺仪或Risym ENC-03M单轴陀螺仪，当转向角度大于某一阈值，说明此时货车正在转弯，则位于货车转弯半径内侧的两个辅助空气弹簧12放气，位于货车转弯半径外侧的两个辅助空气弹簧12充气；这样可以平衡货车转弯时受到的离心力，提高其转弯的行驶稳定性。
Claims (5)
1.货车悬架变刚度辅助装置，辅助装置安装在货车底盘上，货车底盘上方安装有车架(1)，货车底盘的前部、后部分别设置一个车桥(2)，车桥(2)两端设置车轮(3)，前部车桥(2)为转向桥，后部车桥(2)为驱动桥，车桥(2)与车身之间设置钢板弹簧(4)、减振器(5)；
其特征在于：钢板弹簧(4)的内侧、车桥(2)上设置辅助空气弹簧(12)，辅助空气弹簧(12)的底座通过螺栓安装在车桥(2)的壳体上，辅助空气弹簧(2)的上表面与车身底部接触但不连接，辅助空气弹簧(2)内的气压较低时其上表面与车身底部之间留有间隙，辅助空气弹簧(2)内的气压较高时其上表面与车身底部之间接触；辅助空气弹簧(12)的出气口通过一个泄压阀(16)与大气连通；
辅助空气弹簧(12)的进气口依次连接辅助进气管、气动电磁阀(13)的出口，气动电磁阀(13)的入口与辅助储气室(15)的出口连接、辅助储气室(15)还设置有两个入口和一个泄压口，泄压口通过一个泄压阀(16)与大气连通，两个入口各连接一个单向阀(14)的出口，单向阀(14)的入口与一个二位三通式电磁阀(17)的一个出口连接，两个三通阀(17)的入口各自分别与前继动阀(18)、后继动阀(19)的排气口连接，三通阀(17)的另一个出口与大气连接；前继动阀(18)的出气口与货车前桥的两个鼓膜式制动分室(20)连接，鼓膜式制动分室(20)的推杆推动鼓式制动器的制动蹄，形成制动力；后继动阀(19)的出气口与货车后桥的两个鼓膜式制动分室(20)连接，鼓膜式制动分室(20)的推杆推动鼓式制动器的制动蹄，形成制动力；前继动阀(18)、后继动阀(19)各自的进气口分别与前储气室(23)、后储气室(24)各自的一个出气口连接；前继动阀(18)、后继动阀(19)各自的控制气室入口分别与主控制阀(21)的两个出气口连通，主控制阀(21)上设置的两个进气口分别与前储气室(23)、后储气室(24)各自的一个出气口连通，主控制阀(21)的阀体活塞杆通过杠杆与制动踏板(22)连接；前储气室(23)、后储气室(24)的入口分别依次通过干燥器(25)、空气滤清器(26)与气泵(8)的出口连接；
气动电磁阀(13)、二位三通式电磁阀(17)、与辅助空气弹簧(12)连接的泄压阀(16)各自的手动控制开关分别通过拉线与设置在驾驶室内的手动开关或旋钮或手柄或拉杆连通。
2.根据权利要求1所述的货车悬架变刚度辅助装置，其特征在于：货车的车架底部的车轮挡泥板上或车架底部相应位置通过螺栓或卡扣方式安装距离传感器(9)；距离传感器(9)检测车轮(3)与车架(1)之间的垂向距离；辅助储气室(15)与气动电磁阀(13)之间设置空气流量传感器(10)，气动电磁阀(13)的出口与辅助空气弹簧(12)的进气口之间设置压力传感器(11)；
所述的距离传感器(9)、空气流量传感器(10)、压力传感器(11)的信号线分别与控制器(30)的信号输入端连接，气动电磁阀(13)、二位三通式电磁阀(17)的控制信号线分别与控制器(30)的信号输出端连接；两个泄压阀(16)的控制线分别与控制器(30)的信号输出端连接；
距离传感器(9)、空气流量传感器(10)、压力传感器(11)、气动电磁阀(13)、泄压阀(16)、二位三通式电磁阀(17)、控制器(30)各自的电源线分别直接或通过电源适配器与蓄电池连接，蓄电池为12V或24V锂离子蓄电池，或为货车发动机启动用蓄电池。
3.根据权利要求2所述的货车悬架变刚度辅助装置的控制方法，其特征在于：所述控制器(30)在一定时间周期T内实时接受距离传感器(9)采集的车架底部与车轮之间垂向距离H，并计算出T内的H最小值Hmin和H最大值Hmax，设HO＝Hmax-Hminx，提取至少2个T的HO后，取至少2个H0的平均值HOave，若HOave大于某一阈值H1，则说明此时货车悬架的垂向位移较大，需要提高悬架刚度，以减小悬架位移，提高货车行驶稳定性；则控制器(30)控制辅助进气阀(13)打开充气，提高辅助空气弹簧(12)的刚度；若HOave小于某一阈值H2，则说明此时悬架的垂向位移偏小，这会导致悬架中的钢板弹簧和减振器基本不起作用，减振效果较差，乘坐舒适性差，则控制器(30)控制与辅助空气弹簧(12)连接的泄压阀打开，对辅助空气弹簧(12)放气减小其刚度，使钢板弹簧和减振器可以正常工作。
4.根据权利要求3所述的货车悬架变刚度辅助装置的控制方法，其特征在于：所述的控制器(30)的信号输入端还与踏板位移传感器或踏板角度传感器通信连接，踏板位移传感器或踏板角度传感器安装在制动踏板和油门踏板上；
当驾驶员踩下制动踏板时，踏板位移传感器或踏板角度传感器将踏板位移量或角度变化值发送给控制器(30)，控制器(30)判断当制动踏板位移量或角度变化值大于某一阈值，则货车前部车桥上安装的两个辅助空气弹簧(12)充气，增大前悬架刚度，货车后部车桥上安装的两个辅助空气弹簧(12)放气，减小后悬架刚度；
当驾驶员踩下油门踏板时，踏板位移传感器或踏板角度传感器将踏板位移量或角度变化值发送给控制器(30)，控制器(30)判断当油门踏板位移量或角度变化值大于某一阈值，则货车前部车桥上安装的两个辅助空气弹簧(12)放气，减小前悬架刚度，货车后部车桥上安装的两个辅助空气弹簧(12)充气，增大后悬架刚度。
5.根据权利要求3所述的货车悬架变刚度辅助装置的控制方法，其特征在于：所述的控制器(30)的信号输入端还与货车车身上设置的陀螺仪传感器通信连接，陀螺仪传感器测量货车车身在水平面内的转向角度；陀螺仪传感器为TL740D型陀螺仪或Risym ENC-03M单轴陀螺仪，当转向角度大于某一阈值，说明此时货车正在转弯，则位于货车转弯半径内侧的两个辅助空气弹簧(12)放气，位于货车转弯半径外侧的两个辅助空气弹簧(12)充气。
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