一种互联式馈能空气悬架及其使用方法与流程

本发明属于车辆互联式馈能悬架领域，尤其是涉及一种互联式馈能空气悬架及其使用方法。

背景技术：

在能源短缺和空气污染的大环境下，节能减排越来越成为人们关注的热点；另一方面，随着人们对汽车乘坐舒适性的提高，空气悬架因为其在操纵性和平顺性具有其他悬架无法替代的优势，其市场比例也在逐年升高。但是目前的空气悬架汽车主要以独立悬架的形式存在，在汽车转弯时由于车辆惯性的作用，会出现比较严重的侧倾现象。

目前已有一部分研究人员提出了一些解决方案，中国专利CN105465260A公开了一种参与互联的容积可调的横向互联空气弹簧及控制方法，该专利将左右两个空气弹簧进行互联，通过控制空气弹簧间的电磁阀改变互联状态，但是其控制变量单一，仅仅涉及弹性元件的互联，没有对减震器元件进行互联状态的控制。中国专利CN104786772A公开了一种互联式空气悬架控制装置、控制系统及其方法，该专利将空气悬架的弹性元件和减震器元件进行互联，通过电控单元ECU的控制根据需要切换互联状态，虽然一定程度上提升了乘坐舒适性，但是其振动能量和势能，都以热能的形式直接散失掉了，造成了能量的浪费。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种互联式馈能开空气悬架及其使用方法，通过电控单元ECU的控制，根据需要切换空气弹簧腔和空气弹簧减震器上下腔的互联状态，在优先保障乘坐舒适性的前提下，尽可能的回收车辆行驶过程中悬架的振动能量和势能。

为实现上述技术目的，本发明采取的具体技术方案为：

一种互联式馈能空气悬架，包括左空气弹簧减震器a、右空气弹簧减震器b、第一馈能单元、第二馈能单元、第三馈能单元、第四馈能单元以及整流存储单元；

所述左空气弹簧减震器a与右空气弹簧减震器b包括空气弹簧腔、空气弹簧减震器上腔、空气弹簧减震器下腔、第一过孔、第二过孔及第三过孔；

左空气弹簧减震器a的空气弹簧腔依次通过左空气弹簧减震器a的第一过孔、第一馈能单元、两位两通电磁阀A、右空气弹簧减震器b的第一过孔与右空气弹簧减震器b的空气弹簧腔相连；

左空气弹簧减震器a的空气弹簧减震器上腔依次通过左空气弹簧减震器a的第二过孔、两位两通电磁阀B、左节流阀、左空气弹簧减震器a的第三过孔与左空气弹簧减震器a的空气弹簧减震器下腔相连；

所述左空气弹簧减震器a的空气弹簧减震器上腔通过两位两通电磁阀D与第一两位三通电磁阀的A口相连，所述第一两位三通电磁阀的P口通过第二馈能单元、右空气弹簧减震器b的第二过孔与右空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔相连；

所述左空气弹簧减震器a的空气弹簧减震器上腔通过第三馈能单元与第二两位三通电磁阀的A口相连，所述第二两位三通电磁阀的P口通过左空气弹簧减震器a的第三过孔与左空气弹簧减震器a的与空气弹簧减震器下腔相连，所述第二两位三通电磁阀的B口通过第四馈能单元分别与第一两位三通电磁阀的B口、两位两通电磁阀E的一端相连，所述两位两通电磁阀E的另一端分两路，一路通过右空气弹簧减震器b的第三过孔与右空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器下腔相连，另一路通过右节流阀、两位两通电磁阀C、右空气弹簧减震器b的第二过孔与右空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔相连；

所述整流存储单元用于将第一馈能单元、第二馈能单元、第三馈能单元及第四馈能单元(5)输出的不稳定电压或者电流转化成稳定的电压或者电流并储存起来；

左空气弹簧减震器a、右空气弹簧减震器b的下方分别固定有速度传感器a和加速度传感器a、速度传感器b和加速度传感器b。

上述方案中，所述左空气弹簧减震器a与右空气弹簧减震器b还包括上吊耳、橡胶囊皮、减震器外壁、减震器活塞及下吊耳，所述左空气弹簧减震器a、右空气弹簧减震器b分别通过上吊耳与簧上质量铰接，所述左空气弹簧减震器a、右空气弹簧减震器b通过下吊耳分别与簧下质量a、簧下质量b铰接。

上述方案中，所述第一过孔开在空气弹簧腔顶端，所述第二过孔、第三过孔分别开在空气弹簧减震器外壁靠上和靠下位置且减震器活塞的活动范围限制在第二过孔和第三过孔之间。

上述方案中，所述簧下质量a上固定有速度传感器a、加速度传感器a，所述簧下质量b上固定有速度传感器b、加速度传感器b。

上述方案中，所述第一馈能单元、第二馈能单元、第三馈能单元、第四馈能单元的结构一样，馈能单元包括第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、马达、旋转电机、输入端A、输出端B和电流输出端C，所述输入端A分别通过第一单向阀与马达输入端、通过第四单向阀与马达输出端相连，所述马达输入、输出端分别通过第三单向阀、第二单向阀与输出端B相连，所述马达与旋转电机传动连接，所述旋转电机与电流输出端C相连；所述第一馈能单元的马达为气动马达，所述第二馈能单元、第三馈能单元、第四馈能单元的马达为液压马达。

上述方案中，所述整流存储单元包括整流电路、DC/DC交换器、电池管理系统及电池，所述第一馈能单元、第二馈能单元、第三馈能单元、第四馈能单元的电流输出端C依次与整流电路、DC/DC交换器、电池相连；所述电池连接有电池管理系统。

一种互联式馈能空气悬架的使用方法，包括如下步骤：

S1，互联式馈能空气悬架使用前期检测；

S2，平坦路面行驶工况下互联式馈能空气悬架能量回收；

S3，崎岖路面行驶工况下互联式馈能空气悬架能量回收。

进一步，所述S1互联式馈能空气悬架使用前期检测的步骤包括：

S1.1，电控单元ECU根据电池管理系统传递的电池剩余容量SOC及电池温度判断电池是否需要充电；

S1.2，若电池不需要充电，则电控单元ECU通过控制两位两通电磁阀B、两位两通电磁阀C导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b不互联，悬架工作在不馈能模式；

S1.3，若电池需要充电，根据行驶工况判断路面是否平坦，若路面平坦则执行S2，否则执行S3。

进一步，所述S2平坦路面行驶工况下互联式馈能空气悬架能量回收的具体过程为：两位两通电磁阀A导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b通过空气弹簧腔互联；第二两位三通电磁阀的A口和P口、第一两位三通电磁阀的B口和P口、两位两通电磁阀E均导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔、空气弹簧减震器下腔均不互联，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的上、下腔分别导通，互联式馈能空气悬架吸收振动能量和势能，通过第一馈能单元、第二馈能单元、第三馈能单元将吸收的振动能量和势能转化为机械能，机械能进一步由旋转电机依次经整流电路、DC/DC交换器转化为电能存储在电池中。

进一步，所述S3崎岖路面行驶工况下互联式馈能空气悬架能量回收的具体过程为：两位两通电磁阀A导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的空气弹簧腔互联；两位两通电磁阀D、两位两通电磁阀E、第一两位三通电磁阀的A口和P口、第二两位三通电磁阀的B口和P口均导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔、空气弹簧减震器下腔分别正向互联；互联式馈能空气悬架吸收振动能量和势能，通过第一馈能单元、第二馈能单元、第四馈能单元将吸收的振动能量和势能转化为机械能，机械能进一步由旋转电机依次经整流电路、DC/DC交换器转化为电能存储在电池中。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供一种互联式馈能空气悬架及其使用方法，能够综合考虑平坦路面及崎岖路面的车辆行驶工况，在两种行驶工况下自由切换到相对应的工作模式，保证车辆乘坐舒适性的同时实现能量的回收。

(2)本发明一方面在对空气弹簧腔互联控制的的同时可以回收能量，另外，对空气弹簧减震器上、下腔互联控制的同时也可以回收能量，进一步提高了车辆的综合性能和能量回收的效率。

(3)本发明将空气弹簧腔内的高压气体(油液)流动能量进行双向回收，且保证气动(液压)马达始终沿着同一个方向旋转，避免了旋转电机和气动马达频繁换向带来的机械冲击和能量损失，达到了机械整流的效果，提高了馈能效率。

附图说明

图1为一种互联式馈能空气悬架的结构原理图；

图2为本发明空气弹簧减震器的结构示意图；

图3为本发明馈能单元的结构示意图；

图4为一种互联式馈能空气悬架能量回收控制的流程图。

图中：1-簧上质量；a-左空气弹簧减震器；b-右空气弹簧减震器；2-第一馈能单元；3-第二馈能单元；4-第三馈能单元；5-第四馈能单元；6-两位两通电磁阀A；7-两位两通电磁阀B；8-两位两通电磁阀C；9-两位两通电磁阀D；10-两位两通电磁阀E；11-第一两位三通电磁阀；12-第二两位三通电磁阀；13-左节流阀；14-右节流阀；15-簧下质量a；16-簧下质量b；17-速度传感器a；18-加速度传感器a；19-速度传感器b；20-加速度传感器b；21-整流电路；22-DC/DC交换器；23-电池管理系统；24-电池；25-上吊耳；26-空气弹簧腔；27-橡胶囊皮；28-空气弹簧减震器上腔；29-减震器外壁；30-减震器活塞；31-空气弹簧减震器下腔；32-下吊耳；33-第一过孔；34-第二过孔；35-第三过孔；01-第一单向阀；02-第二单向阀；03-第三单向阀；04-第四单向阀；05-马达；06-旋转电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步进行说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，一种互联式馈能空气悬架的结构原理图，包括左空气弹簧减震器a、右空气弹簧减震器b、第一馈能单元2、第二馈能单元3、第三馈能单元4、第四馈能单元5以及整流存储单元。

如图2所示，左空气弹簧减震器a与右空气弹簧减震器b包括空气弹簧腔26、空气弹簧减震器上腔28、空气弹簧减震器下腔31、第一过孔33、第二过孔34及第三过孔35；上吊耳25、橡胶囊皮27、减震器外壁29、减震器活塞30及下吊耳32，减震器外壁29为圆柱体形状；第一过孔33开在空气弹簧腔26顶端，第二过孔34、第三过孔35分别开在空气弹簧减震器外壁29靠上和靠下位置且减震器活塞30的活动范围限制在第二过孔34和第三过孔35之间。

左空气弹簧减震器a、右空气弹簧减震器b分别通过上吊耳25与簧上质量1铰接，左空气弹簧减震器a、右空气弹簧减震器b通过下吊耳32分别与簧下质量a15、簧下质量b16铰接；簧下质量a15上固定有速度传感器a17、加速度传感器a18，簧下质量b16上固定有速度传感器b19、加速度传感器b20。

左空气弹簧减震器a的空气弹簧腔26依次通过左空气弹簧减震器a的第一过孔33、第一馈能单元2、两位两通电磁阀A6、右空气弹簧减震器b的第一过孔33与右空气弹簧减震器b的空气弹簧腔26相连；

左空气弹簧减震器a的空气弹簧减震器上腔28依次通过左空气弹簧减震器a的第二过孔34、两位两通电磁阀B7、左节流阀13、左空气弹簧减震器a的第三过孔35与左空气弹簧减震器a的空气弹簧减震器下腔31相连；

左空气弹簧减震器a的空气弹簧减震器上腔28通过两位两通电磁阀D9与第一两位三通电磁阀11的A口相连，第一两位三通电磁阀11的P口通过第二馈能单元3、右空气弹簧减震器b的第二过孔34与右空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔28相连；

左空气弹簧减震器a的空气弹簧减震器上腔28通过第三馈能单元4与第二两位三通电磁阀12的A口相连，第二两位三通电磁阀12的P口通过左空气弹簧减震器a的第三过孔35与左空气弹簧减震器a的与空气弹簧减震器下腔31相连，第二两位三通电磁阀12的B口通过第四馈能单元5分别与第一两位三通电磁阀11的B口、两位两通电磁阀E10的一端相连，两位两通电磁阀E10的另一端分两路，一路通过右空气弹簧减震器b的第三过孔35与右空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器下腔31相连，另一路通过右节流阀14、两位两通电磁阀C8、右空气弹簧减震器b的第二过孔34与右空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔28相连。

整流存储单元用于将第一馈能单元2、第二馈能单元3、第三馈能单元4及第四馈能单元5输出的不稳定电压或者电流转化成稳定的电压或者电流并储存起来；整流存储单元包括整流电路21、DC/DC交换器22、电池管理系统23及电池24，第一馈能单元2、第二馈能单元3、第三馈能单元4、第四馈能单元5的电流输出端C依次与整流电路21、DC/DC交换器22、电池24相连；电池24连接有电池管理系统23。

如图3所示，第一馈能单元2、第二馈能单元3、第三馈能单元4、第四馈能单元5的结构一样，馈能单元包括第一单向阀01、第二单向阀02、第三单向阀03、第四单向阀04、马达05、旋转电机06、输入端A、输出端B和电流输出端C，输入端A分别通过第一单向阀01与马达05输入端、通过第四单向阀04与马达05输出端相连，马达05输入、输出端分别通过第三单向阀03、第二单向阀02与输出端B相连，马达05与旋转电机06传动连接，旋转电机06与电流输出端C相连；第一馈能单元2的马达05为气动马达，第二馈能单元3、第三馈能单元4、第四馈能单元5的马达05为液压马达。

如图4所示，一种互联式馈能空气悬架的使用方法，包括步骤：

S1，互联式馈能空气悬架使用前期检测；

S1.1，电控单元ECU根据电池管理系统23传递的电池剩余容量SOC及电池温度判断电池24是否需要充电；

S1.2，若电池24不需要充电，则电控单元ECU通过控制两位两通电磁阀B7、两位两通电磁阀C8导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b不互联，悬架工作在不馈能模式；

S1.3，若电池24需要充电，根据行驶工况判断路面是否平坦，若路面平坦则执行S2，否则执行S3。

S2，平坦路面行驶工况下互联式馈能空气悬架能量回收；

两位两通电磁阀A6导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b通过空气弹簧腔26互联；第二两位三通电磁阀12的A口和P口、第一两位三通电磁阀11的B口和P口、两位两通电磁阀E10均导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔28、空气弹簧减震器下腔31均不互联，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的上、下腔分别导通，互联式馈能空气悬架吸收振动能量和势能，通过第一馈能单元2、第二馈能单元3、第三馈能单元4将吸收的振动能量和势能转化为机械能，机械能进一步由旋转电机06依次经整流电路21、DC/DC交换器22转化为电能存储在电池24中。

S3，崎岖路面行驶工况下互联式馈能空气悬架能量回收；

两位两通电磁阀A6导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的空气弹簧腔26互联；两位两通电磁阀D9、两位两通电磁阀E10、第一两位三通电磁阀11的A口和P口、第二两位三通电磁阀12的B口和P口均导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔28、空气弹簧减震器下腔31分别正向互联；互联式馈能空气悬架吸收振动能量和势能，通过第一馈能单元2、第二馈能单元3、第四馈能单元5将吸收的振动能量和势能转化为机械能，机械能进一步由旋转电机06依次经整流电路21、DC/DC交换器22转化为电能存储在电池24中。

一种互联馈能空气悬架及其使用方法的工作原理及工作过程如下：

工作前期：电控单元ECU根据电池管理系统23传递的电池SOC(电池剩余容量)以及电池温度判断电池24是否需要充电；若不需要充电，则电控单元ECU控制两位两通电磁阀B7、两位两通电磁阀C8导通，空气弹簧减震器a的空气弹簧减震器上腔28和空气弹簧减震器下腔31之间的流动油液流经两位两通电磁阀B7和左节流阀13进行交换，空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔28和空气弹簧减震器下腔31之间的流动油液流经两位两通电磁阀C8和右节流阀14进行交换，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b不互联，悬架工作在不馈能模式；若电池24需要充电，互联式馈能空气悬架系统根据行驶工况判断路面是否平坦，进行能量回收。

互联式馈能空气悬架在平坦路面行驶工况下：当系统满足充电条件，电控单元ECU接受速度传感器a17、加速度传感器a18、速度传感器b19、加速度传感器b20和其他行车信号，依据图4的能量回收控制流程图，判断车辆行驶条件，若此时为平坦路面行驶工况，则电控单元ECU控制两位两通电磁阀A6导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b通过空气弹簧腔26互联；两位两通电磁阀E10、第一两位三通电磁阀11的B口和P口、第二两位三通电磁阀12的A口和P口均导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔28、空气弹簧减震器下腔31均不互联；车辆行驶过程中，当空气弹簧减震器a的空气弹簧腔26内的压力大于空气弹簧减震器b的空气弹簧腔26内的压力时，由于压力差的存在，空气弹簧减震器a的空气弹簧腔26内的气体依次经过左空气弹簧减震器a的第一过孔33、第一馈能单元2和两位两通电磁阀A6进入空气弹簧减震器b的空气弹簧腔26内；当空气弹簧减震器b的空气弹簧腔26内的压力大于空气弹簧减震器a的空气弹簧腔26内的压力，由于压力差的存在，空气弹簧减震器b的空气弹簧腔26内的气体依次经过右空气弹簧减震器b的第一过孔33、两位两通电磁阀A6和第一馈能单元2进入空气弹簧减震器a的空气弹簧腔26内，流动气体始终带动第一馈能单元2内的气动马达05正向旋转；气动马达05带动旋转电机06发电，旋转电机06输出电流依次经过整流电路21和DC/DC交换器22给电池24充电；车辆行驶过程中，由于两空气弹簧减震器内的空气弹簧减震器上腔28与空气弹簧减震器下腔31各自上下导通，所以两空气弹簧减震器内的空气弹簧减震器上腔28与空气弹簧减震器下腔31内的油液压力总会分别趋于平衡相等，从而空气弹簧减震器a的空气弹簧减震器上腔28和空气弹簧减震器下腔31之间的流动油液流经空气弹簧减震器a第二过孔34、第三过孔35、第三馈能单元4、第二两位三通电磁阀12的A口和P口，带动第三馈能单元4内的液压马达05转动；空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔28和空气弹簧减震器下腔31之间的流动油液流经空气弹簧减震器b第二过孔34、第三过孔35、第二馈能单元3、第一两位三通电磁阀11的B口和P口和两位两通电磁阀E10，带动第二馈能单元3内的液压马达05转动。其中馈能单元内的液压马达05带动旋转电机06发电，旋转电机输出电流依次经过整流电路21和DC/DC交换器22给电池24充电。

互联式馈能空气悬架在崎岖路面行驶工况下：当系统满足充电条件，电控单元ECU接受速度传感器17、加速度传感器18、速度传感器19、加速度传感器20和其他行车信号，依据图4的能量回收控制流程图，判断车辆行驶条件，若此时为崎岖路面行驶工况，则电控单元ECU控制两位两通电磁阀A6导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b通过空气弹簧腔26互联，此过程中空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的空气弹簧腔26互联工作方式与平坦路面相同，在此不再赘述。两位两通电磁阀D9、两位两通电磁阀E10、第一两位三通电磁阀11的A口和P口、第二两位三通电磁阀12的B口和P口均导通，空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔28、空气弹簧减震器下腔31分别正向互联；车辆行驶过程中，由于两空气弹簧减震器内的空气弹簧减震器上腔28与空气弹簧减震器下腔31分别正向互联，所以两空气弹簧减震器内空气弹簧减震器上腔28之间的油液压力和空气弹簧减震器下腔31之间的油液压力总会分别趋于平衡相等，从而空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器上腔28之间的流动油液流经空气弹簧减震器a的第二过孔34、两位两通电磁阀D9、第一两位三通电磁阀11的A口和P口、第二馈能单元3与空气弹簧减震器b的第二过孔34、带动第二馈能单元3内的液压马达05转动；空气弹簧减震器a和空气弹簧减震器b的空气弹簧减震器下腔31之间的流动油液流经第二两位三通电磁阀12的B口和P口、第四馈能单元5和两位两通电磁阀E10带动第四馈能单元5内的液压马达05转动。其中馈能单元内的液压马达05带动旋转电机06发电，旋转电机输出电流依次经过整流电路21和DC/DC交换器22给电池24充电。

整个过程中，气动马达/液压马达05始终沿着同一个方向旋转，达到滤波整流的效果，进一步提升了能量回收效率。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。