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1、10申请公布号CN104057797A43申请公布日20140924CN104057797A21申请号201310095072422申请日20130322B60G17/01520060171申请人刘胜地址430074湖北省武汉市珞喻路1037号喻园小区3栋5单元604室72发明人郭醒张生志刘胜王小平74专利代理机构上海市华诚律师事务所31210代理人李平54发明名称智能液压悬架单元及其控制方法57摘要一种智能液压悬架单元及其控制方法，包括液压缸、数字节流阀、蓄能器、检测模块、控制器、液压泵、油箱，液压缸具有三腔双活塞单活塞杆结构，液压缸缸体通过车架支架与车架相连，液压缸活塞杆通过车轮支架与车轮。
2、相连，通过配置数字节流阀和蓄能器实现半主动控制，通过配置数字方向阀、液压泵和油箱实现主动控制。控制器通过阻尼控制实现半主动控制，通过力和位移复合控制实现主动控制，本发明的优点是通过智能控制实现悬架单元半主动控制和主动控制，对液压介质、液压缸的密封圈磨损、爬行现象、缓冲机构失效以及活塞和缸体的疲劳失效和磨损失效进行有效的监控，主动判定液压缸的运行状态，提高液压缸的使用寿命和可靠性，实现液压悬架智能化。51INTCL权利要求书2页说明书11页附图7页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书11页附图7页10申请公布号CN104057797ACN104057797A1/2。
3、页21一种智能液压悬架单元，包括液压缸、数字节流阀、蓄能器、数字方向阀、运动参数检测模块、控制器、液压泵、油箱，所述车辆悬架系统由数个悬架单元组成，其特征在于所述液压缸缸体为圆柱形，两个活塞将缸体分为三个腔，三个腔分别通过三个油口与外部油路相连，活塞杆将两活塞刚性连接，有杆腔和无杆腔之间的活塞上安装有沿圆周方向均匀分布的单向阀，使有杆腔油液可以进入无杆腔，车轮支架固定在活塞杆外伸端，车架支架固定在缸体末端，活塞杆通过车轮支架与车轮连接，缸体通过车架支架与车架连接，活塞沿缸体轴线作往复直线移动，产生车架相对于车轮的运动，液压缸内部还集成有传感器组和无线发射装置，传感器组包括活塞杆传感器组、加速度。
4、传感器以及多功能传感器组，活塞杆传感器组包括位移传感器和力传感器，活塞杆传感器组与液压缸活塞杆相连，加速度传感器与液压缸缸盖相连，多功能传感器用于检测压力、流量以及油品，多功能传感器组包含三个多功能传感器，分别与液压缸的A、B、C腔相连，传感器组通过无线发射装置发射信号。2根据权利要求1所述的智能液压悬架单元，其特征在于所述数字节流阀内集成有传感器组和无线发射装置，传感器组包括阀芯传感器组、加速度传感器以及多功能传感器组，阀芯传感器组包括位移传感器和力传感器，阀芯传感器组与数字节流阀阀芯相连，加速度传感器与数字节流阀阀体相连，多功能传感器用于检测压力、流量以及油品，多功能传感器组包含两个多功能。
5、传感器，分别与数字节流阀的A、B口相连，传感器组通过无线发射装置发射信号。3根据权利要求1所述的智能液压悬架单元，其特征在于所述数字方向阀内集成有传感器组和无线发射装置，传感器组包括阀芯传感器组、加速度传感器以及多功能传感器组，阀芯传感器组包括位移传感器和力传感器，阀芯传感器组与数字方向阀阀芯相连，加速度传感器与数字方向阀阀体相连，多功能传感器用于检测压力、流量以及油品，多功能传感器组包含四个多功能传感器，分别与数字方向阀的P、A、B、T口相连，传感器组通过无线发射装置发射信号。4根据权利要求1所述的智能液压悬架单元，其特征在于所述蓄能器为通用隔膜式蓄能器，液压泵作为高压油源，与数字方向阀的P。
6、口相连形成高压油路，油箱作为流体存储器，与数字方向阀的T口相连形成回油油路。5根据权利要求1所述的智能液压悬架单元，其特征在于所述液压缸C腔与数字节流阀A口连通形成第三液压油路，液压缸A腔与数字方向阀A口连通形成第一液压油路，液压缸B腔与数字方向阀B口连通形成第二液压油路，液压缸C腔、蓄能器、数字节流阀和和第三液压油路组成半主动回路，液压缸A腔、液压缸B腔、数字方向阀、第一液压油路、第二液压油路、液压泵和油箱组成主动回路。6根据权利要求1所述的智能液压悬架单元，其特征在于所述运动参数检测模块包括惯性测量单元以下简称IMUINERTIALMEASUREMENTUNIT的缩写、转向角传感器、制动踏。
7、板位移传感器、加速踏板位移传感器、车速传感器，IMU由三轴MEMS加速度计和三轴MEMS陀螺仪组成，安装于与车架支架连接的车架处，转向角传感器安装于转向轴上，制动踏板位移传感器安装于制动踏板上，加速踏板位移传感器安装于加速踏板上，车速传感器安装于变速器的壳体上，运动参数检测模块输出信号连接到控制器输入端。7根据权利要求1所述的智能液压悬架单元，其特征在于所述控制器由微型控制器、数字节流阀驱动单元、数字方向阀驱动单元、无线接收装置以及输出设备组成，其中，微型权利要求书CN104057797A2/2页3控制器由信号调理与转换电路、电源管理器、报警电路、逻辑控制器、半主动控制器、主动控制器、液压缸状。
8、态检测控制器、数字节流阀状态检测控制器、数字方向阀状态检测控制器、CAN接口组成，控制器通过无线接收装置接收传感器组的输出信号。8根据权利要求1所述的智能液压悬架单元，其特征在于所述微型控制器中的电源管理器为微型控制器提供电源，逻辑控制器与报警电路连接，分析处理接收的故障信息并通过输出设备输出。9如权利要求1的智能液压悬架单元的控制方法，其特征在于逻辑控制器为总控单元，与信号调理与转换电路、半主动控制器、主动控制器、液压缸状态检测控制器、数字节流阀状态检测控制器、数字方向阀状态检测控制器连接进行数据交换，逻辑控制器经CAN接口与上位机通信，控制方法为默认半主动控制，当控制器接收运动参数检测模块。
9、信号后判定车架运动加速度超过设定值，控制方式转换为主动控制。10根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于所述半主动控制为控制器接收运动参数检测模块信号，根据控制算法得出当前最优阻尼值，经闭环控制输出数字节流阀控制信号，改变数字节流阀阀口开度，实现阻尼控制。11根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于所述主动控制包括液压缸力和位移复合控制及悬架状态检测与控制，液压缸力和位移复合控制方法为液压缸力控制为闭环控制，主动输出力值与实际力信号比较所得偏差信号经过PID运算，得到力控制信号，当液压缸活塞位移超出正常范围时控制器实现位移控制，由液压缸位移传感器得到实际位移信号，位移设定值与实际位移信号比较所。
10、得偏差信号经过PID运算，得到位移控制信号，主动控制器判定液压缸实际位移是否处于正常范围，若是则输出力控制信号，若不是则输出位移控制信号，主动控制器输出信号与数字方向阀位移传感器反馈信号输入数字方向阀驱动单元，处理得到数字方向阀驱动信号。12根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于所述悬架状态检测与控制方法为液压缸状态检测控制器接收液压缸多功能传感器组反馈的参数，分别与正常阈值比较判定，超标则输出报警信号，液压缸状态检测控制器接收液压缸力传感器反馈的力信号，经对液压缸位移传感器信号微分处理得到速度信号，液压缸多功能传感器组反馈的A腔、B腔和C腔的压力信号和流量信号，经运算处理输出液压缸的效率。
11、和摩擦力，液压缸状态检测控制器接收液压缸缸盖加速度传感器反馈信号，经信号处理输出振动加速度级，数字节流阀状态检测控制器接收数字节流阀力传感器信号，对阀芯卡紧现象进行监控，数字节流阀状态检测控制器接收数字节流阀多功能传感器组两阀口流量信号，阀口流量差即为泄漏量，数字节流阀状态检测控制器接收数字节流阀加速度传感器反馈信号，经信号处理输出振动加速度级，预测阀芯和阀体的疲劳失效和磨损失效，数字方向阀状态检测控制器接收数字方向阀多功能传感器组反馈的参数，分别与正常阈值比较判定液压介质污染度，数字方向阀状态检测控制器接收数字方向阀多功能传感器组各阀口流量信号，数字方向阀状态检测控制器接收数字方向阀加速度传。
12、感器反馈信号，经信号处理输出振动加速度级，换向冲击得到实时监控。权利要求书CN104057797A1/11页4智能液压悬架单元及其控制方法技术领域0001本发明涉及一种车辆结构总成，特别涉及一种智能液压悬架单元及其控制方法。背景技术0002悬架是车架与车轮之间的一切传力连接装置的总称，是汽车重要的组成部分，它把路面作用于车轮的支承力、牵引力、制动力和侧向反力以及这些力所产生的力矩传递到车架上，以保证汽车正常行驶。悬架装置的性能直接影响到汽车的行驶安全，而翻车事故已成为严重交通事故的原因之一。0003根据阻尼和刚度与车辆行驶条件的关联性，悬架可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。被动悬架的刚度和。
13、阻尼系数按照经验设计，存在很大的局限性，主动悬架根据路面状况和车辆运动状态的变化进行动态自适应调节，使悬架处于最优运动状态，但是存在能源消耗大的缺点。半主动悬架只考虑改变悬架的阻尼，几乎不需要消耗车辆动力，但是其控制特性较差，当路面状况较差时，不能保证悬架处于最优运动状态。0004悬架的可靠性直接影响到汽车的行驶安全，传统悬架装置不能对自身工作状态进行检测，只有当故障发生才能发现，但这造成的后果是不堪设想的，例如，液压缸作为液压悬架装置的核心部件，系统不能实时获取反映其运行状态的参数，对密封圈磨损、爬行现象、缓冲机构失效、缸体和活塞的疲劳失效和磨损失效不能及时做出判定，不能及时对失效液压介质做。
14、出响应。发明内容0005本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种智能液压悬架单元及其控制方法。本发明实现半主动控制和主动控制，通过配置数字节流阀和蓄能器实现半主动控制，通过配置数字方向阀、液压泵和油箱实现主动控制。并对液压缸、数字方向阀和数字方向阀的运行状态进行检测，检测液压缸运行过程中的油品、效率、摩擦力及振动参数，检测数字方向阀和数字节流阀运行过程中的油品、阀芯受力、泄漏及振动参数。0006本发明为液压悬架单元，包括液压缸、数字节流阀、蓄能器、数字方向阀、运动参数检测模块、控制器、液压泵、油箱，所述车辆悬架系统由数个悬架单元组成，其特征在于所述液压缸缸体为圆柱形，两个活塞将缸体分为。
15、三个腔，三个腔分别通过三个油口与外部油路相连，活塞杆将两活塞刚性连接，有杆腔和无杆腔之间的活塞上安装有沿圆周方向均匀分布的单向阀，使有杆腔油液可以进入无杆腔，车轮支架固定在活塞杆外伸端，车架支架固定在缸体末端，活塞杆通过车轮支架与车轮连接，缸体通过车架支架与车架连接，活塞沿缸体轴线作往复直线移动，产生车架相对于车轮的运动，液压缸内部还集成有传感器组和无线发射装置，传感器组包括活塞杆传感器组、加速度传感器以及多功能传感器组，活塞杆传感器组包括位移传感器和力传感器，活塞杆传感器组与液压缸活塞杆相连，加速度传感器与液压缸缸盖相连，多功能传感器用于检测压力、流量以及油品，多功能传感器组包含三个多功能传。
16、感器，分别与液压缸的A、B、C腔相连，传感器组通过无线发射装置发射信号。说明书CN104057797A2/11页50007所述数字节流阀内集成有传感器组和无线发射装置，传感器组包括阀芯传感器组、加速度传感器以及多功能传感器组，阀芯传感器组包括位移传感器和力传感器，阀芯传感器组与数字节流阀阀芯相连，加速度传感器与数字节流阀阀体相连，多功能传感器用于检测压力、流量以及油品，多功能传感器组包含两个多功能传感器，分别与数字节流阀的A、B口相连，传感器组通过无线发射装置发射信号。0008所述数字方向阀内集成有传感器组和无线发射装置，传感器组包括阀芯传感器组、加速度传感器以及多功能传感器组，阀芯传感器组包。
17、括位移传感器和力传感器，阀芯传感器组与数字方向阀阀芯相连，加速度传感器与数字方向阀阀体相连，多功能传感器用于检测压力、流量以及油品，多功能传感器组包含四个多功能传感器，分别与数字方向阀的P、A、B、T口相连，传感器组通过无线发射装置发射信号。0009所述蓄能器为通用隔膜式蓄能器，液压泵作为高压油源，与数字方向阀的P口相连形成高压油路，油箱作为流体存储器，与数字方向阀的T口相连形成回油油路。0010所述液压缸C腔与数字节流阀A口连通形成第三液压油路，液压缸A腔与数字方向阀A口连通形成第一液压油路，液压缸B腔与数字方向阀B口连通形成第二液压油路，液压缸C腔、蓄能器、数字节流阀和和第三液压油路组成半。
18、主动回路，液压缸A腔、液压缸B腔、数字方向阀、第一液压油路、第二液压油路、液压泵和油箱组成主动回路。0011所述运动参数检测模块包括惯性测量单元以下简称IMUINERTIALMEASUREMENTUNIT的缩写、转向角传感器、制动踏板位移传感器、加速踏板位移传感器、车速传感器，IMU由三轴MEMS加速度计和三轴MEMS陀螺仪组成，安装于与车架支架连接的车架处，转向角传感器安装于转向轴上，制动踏板位移传感器安装于制动踏板上，加速踏板位移传感器安装于加速踏板上，车速传感器安装于变速器的壳体上，运动参数检测模块输出信号连接到控制器输入端。0012所述控制器由微型控制器、数字节流阀驱动单元、数字方向阀。
19、驱动单元、无线接收装置以及输出设备组成，其中，微型控制器由信号调理与转换电路、电源管理器、报警电路、逻辑控制器、半主动控制器、主动控制器、液压缸状态检测控制器、数字节流阀状态检测控制器、数字方向阀状态检测控制器、CAN接口组成，控制器通过无线接收装置接收传感器组的输出信号。0013所述微型控制器中的电源管理器为微型控制器提供电源，逻辑控制器与报警电路连接，分析处理接收的故障信息并通过输出设备输出。0014所述的智能液压悬架单元的控制方法，其特征在于逻辑控制器为总控单元，与信号调理与转换电路、半主动控制器、主动控制器、液压缸状态检测控制器、数字节流阀状态检测控制器、数字方向阀状态检测控制器连接进。
20、行数据交换，同时，逻辑控制器经CAN接口与上位机通信，控制方法为默认控制方式为半主动控制，当控制器接收运动参数检测模块信号后判定车架运动加速度超过设定值，控制方式转换为主动控制；0015A半主动控制0016处于半主动控制方式时，控制器接收运动参数检测模块信号，根据控制算法得出当前最优阻尼值，通过闭环控制输出数字节流阀控制信号，改变数字节流阀阀口开度，实现阻尼控制，此时数字方向阀处于中位，即第一液压油路和第二液压油路均与回油油路相连。0017B主动控制说明书CN104057797A3/11页60018处于主动控制方式时，控制器控制数字方向阀工作于不同位置，使第一液压油路和第二液压油路中的一个与高。
21、压油路相连，第一液压油路和第二液压油路中的另一个与回油油路相连，通过改变数字方向阀阀口开度实现液压缸力和位移的复合控制，此时数字节流阀在弹簧的作用下处于最大开口位置。液压缸力和位移复合控制方法如下0019液压缸力控制为闭环控制，运动参数检测模块信号经过信号调理与转换电路处理，输入主动控制器，通过控制算法得出主动输出力的大小，由液压缸力传感器得到实际力信号，液压缸力传感器信号通过信号调理与转换电路处理，输入主动控制器，主动输出力值与实际力信号比较所得偏差信号经过PID运算，得到力控制信号，当液压缸活塞位移超出正常范围时控制器实现位移控制，使液压缸活塞位移保持在正常范围，液压缸位移控制为闭环控制，。
22、液压缸位移设定值为正常位移的最大值或最小值，由液压缸位移传感器得到实际位移信号，液压缸位移传感器信号通过信号调理与转换电路处理，输入主动控制器，位移设定值与实际位移信号比较所得偏差信号经过PID运算，得到位移控制信号，主动控制器判定液压缸实际位移是否处于正常范围，若是则输出力控制信号，若不是则输出位移控制信号，主动控制器输出信号与数字方向阀位移传感器反馈信号输入数字方向阀驱动单元，处理得到数字方向阀驱动信号；0020悬架状态检测与控制0021液压缸状态检测控制器接收液压缸多功能传感器组反馈的油品参数即液压介质的温度、黏度、密度和介电常数，分别与正常阈值比较可以判定液压介质污染度是否超标，若超标。
23、则输出报警信号，液压缸状态检测控制器接收液压缸力传感器反馈的力信号、通过对液压缸位移传感器信号微分处理得到速度信号、液压缸多功能传感器组反馈的A腔、B腔和C腔的压力信号和流量信号，通过运算处理输出液压缸的效率和摩擦力，效率反映密封圈的磨损情况，摩擦力可对爬行现象进行有效监控，液压缸状态检测控制器接收液压缸缸盖加速度传感器反馈信号，通过信号处理输出振动加速度级，预知缓冲机构失效以及液压缸活塞和缸体的疲劳失效和磨损失效，液压缸状态检测控制器输出信号通过输出设备输出。0022数字节流阀状态检测控制器接收数字节流阀多功能传感器组反馈的油品参数即液压介质的温度、黏度、密度和介电常数，分别与正常阈值比较可。
24、以判定液压介质污染度是否超标，若超标则输出报警信号，数字节流阀状态检测控制器接收数字节流阀力传感器信号，对阀芯卡紧现象进行有效监控，若阀芯受力超出上限表示存在阀芯卡紧现象，数字节流阀状态检测控制器接收数字节流阀多功能传感器组两阀口流量信号，阀口流量差即为泄漏量，若泄漏量超出允许值则说明阀芯的磨损过大或者密封失效，数字节流阀状态检测控制器接收数字节流阀加速度传感器反馈信号，通过信号处理输出振动加速度级，预知阀芯和阀体的疲劳失效和磨损失效，数字节流阀状态检测控制器输出信号通过输出设备输出。0023数字方向阀状态检测控制器接收数字方向阀多功能传感器组反馈的油品参数即液压介质的温度、黏度、密度和介电常。
25、数，分别与正常阈值比较可以判定液压介质污染度是否超标，若超标则输出报警信号，数字方向阀状态检测控制器接收数字方向阀力传感器信号，对阀芯卡紧现象进行有效监控，若阀芯受力超出上限表示存在阀芯卡紧现象，数字方向阀状态检测控制器接收数字方向阀多功能传感器组各阀口流量信号，通过计算连通阀口流量差得到连通阀口泄漏量，若泄漏量超出允许值则说明阀芯的磨损过大或者密封失效，数说明书CN104057797A4/11页7字方向阀状态检测控制器接收数字方向阀加速度传感器反馈信号，通过信号处理输出振动加速度级，换向冲击得到实时监控，并预知阀芯和阀体的疲劳失效和磨损失效，数字方向阀状态检测控制器输出信号通过输出设备输出。。
26、0024车辆悬架系统由数个悬架单元组成，其中，第一悬架单元，该悬架单元将第一车轮和车架连接，该悬架单元通过车轮支架与第一车轮连接，该悬架单元通过车架支架与车架连接；0025第二悬架单元，该悬架单元将第二车轮和车架连接，该悬架单元通过车轮支架与第二车轮连接，该悬架单元通过车架支架与车架连接；0026第三悬架单元，该悬架单元将第三车轮和车架连接，该悬架单元通过车轮支架与第三车轮连接，该悬架单元通过车架支架与车架连接；0027第四悬架单元，该悬架单元将第四车轮和车架连接，该悬架单元通过车轮支架与第四车轮连接，该悬架单元通过车架支架与车架连接。0028所述的悬架系统处于半主动工作模式下，各悬架单元是相。
27、互独立控制的，控制器输出各悬架单元数字节流阀控制信号。0029当车架与车轮之间距离有减小趋势时，则悬架单元液压缸有被压缩的趋势，液压缸C腔液压油由第三油路通过数字节流阀流向蓄能器，控制器根据控制算法计算最优阻尼值，输出数字节流阀驱动信号，蓄能器中气体被压缩，液压缸C腔压力增大，直到与悬架载荷平衡。0030当车架与车轮之间距离有增大趋势时，则悬架单元液压缸有被拉伸的趋势，蓄能器液压油由第三油路通过数字节流阀流向液压缸C腔，控制器根据控制算法计算最优阻尼值，输出数字节流阀驱动信号，蓄能器中气体膨胀，液压缸C腔压力减小，直到与悬架载荷平衡。0031悬架系统液压泵和油箱是共用的，处于主动工作模式下，各。
28、悬架单元是相互独立控制的，控制器输出各悬架单元数字方向阀控制信号。0032当车架与车轮之间距离有减小趋势时，则悬架单元液压缸有被压缩的趋势，液压缸B腔有被压缩的趋势而液压缸A腔有被拉伸的趋势，在主动控制模式下，控制数字方向阀使第二油路与高压油路相通，而第一油路与回油油路相连，控制器根据控制算法计算液压缸输出力的大小，输出数字方向阀驱动信号，液压缸B腔压力增大，直到与悬架载荷平衡，主动控制以防止车架与车轮之间距离的减小。0033当车架与车轮之间距离有增大趋势时，则悬架单元液压缸有被拉伸的趋势，液压缸A腔有被压缩的趋势而液压缸B腔有被拉伸的趋势，在主动控制模式下，控制数字方向阀使第一油路与高压油路。
29、相通，而第二油路与回油油路相连，控制器根据控制算法计算液压缸输出力的大小，输出数字方向阀驱动信号，液压缸A腔压力增大，直到与悬架载荷平衡，主动控制以防止车架与车轮之间距离的增大。0034悬架系统处于主动工作模式下液压泵和油箱是共用的，各悬架单元也可以为互连控制的，此时数字方向阀也是共用的，控制器输出数字方向阀控制信号。0035互连形式将四个悬架单元之间的油路配置实现各悬架单元液压缸之间的互连，使被压缩腔油路相连而被拉伸腔油路相连，油路配置通过三个通用电磁换向阀来实现，三位四通电磁换向阀处于中位时各阀口是相互连通的，第一电磁换向阀实现第一悬架单元和第说明书CN104057797A5/11页8二悬。
30、架单元的油路配置，将第一悬架单元的第一油路与第二悬架单元的第一和第二油路中的一个相连，而将第一悬架单元的第二油路与第二悬架单元的第一和第二油路中的另一个相连，第二电磁换向阀实现第一悬架单元和第三悬架单元的油路配置，将第一悬架单元的第一油路与第三悬架单元的第一和第二油路中的一个相连，而将第一悬架单元的第二油路与第三悬架单元的第一和第二油路中的另一个相连，第三电磁换向阀实现第三悬架单元和第四悬架单元的油路配置，将第三悬架单元的第一油路与第四悬架单元的第一和第二油路中的一个相连，而将第三悬架单元的第二油路与第四悬架单元的第一和第二油路中的另一个相连。0036与独立控制类似，当车轮与车架有相对运动趋势。
31、时，被压缩腔与高压油路接通，被拉伸腔与回油油路相连，但是，在互连形式下，四个悬架单元不是独立的，所有被压缩腔相连，所有被拉伸腔相连。0037本发明的优点是通过智能控制实现悬架单元半主动控制和主动控制，控制器通过阻尼控制实现半主动控制，通过力和位移复合控制实现主动控制。对液压介质的品质进行实时检测，对液压缸的密封圈磨损、爬行现象、缓冲机构失效以及活塞和缸体的疲劳失效和磨损失效进行有效的监控，主动判定液压缸的运行状态，提高液压缸的使用寿命和可靠性。对液压介质的品质进行实时检测，对数字节流阀和数字方向阀的阀芯卡紧、工作过程中的泄漏、阀芯和阀体的疲劳失效和磨损失效进行有效的监控，主动判定数字节流阀和数。
32、字方向阀的运行状态，提高数字节流阀和数字方向阀的使用寿命和可靠性。通过悬架单元半主动和主动控制，液压缸、数字方向阀和数字节流阀运行状态的实时检测，实现液压悬架单元的智能化。附图说明0038图1悬架单元结构原理图；0039图2悬架单元液压缸结构示意图；0040图3悬架单元控制原理图；0041图4微型控制器原理框图；0042图5主动独立悬架系统结构示意图；0043图6主动互连悬架系统结构示意图；0044图7四轮汽车示意图。具体实施方式0045实施例一0046下面结合附图进一步说明本发明的实施例0047本发明液压悬架单元结构原理图如图1所示，由液压缸1、数字节流阀2、蓄能器3、数字方向阀4、液压泵5。
33、和油箱6，还包括控制器7和运动参数检测模块8组成。0048液压缸结构示意图如图2所示，缸体001为圆柱形，活塞003和004将缸体分为A腔008、B腔010和C腔012，各腔分别通过油口007、油口009和油口011与外部油路相连，活塞杆005将两活塞刚性连接，活塞003上安装有沿圆周方向均匀分布的单向阀002，使B腔010油液可以进入C腔012，车轮支架006固定在活塞杆005外伸端，车架支架013固定说明书CN104057797A6/11页9在缸体001末端，活塞杆005通过车轮支架006与车轮连接，缸体001通过车架支架013与车架连接，活塞003和004沿缸体001轴线作往复直线移动，。
34、产生车架相对于车轮的运动。0049悬架单元控制原理图如图3所示，液压缸1内部集成有传感器组16和无线发射装置17，传感器组16包括加速度传感器161、活塞杆传感器组162以及多功能传感器组163，加速度传感器161与液压缸1缸盖相连，活塞杆传感器组162包括位移传感器和力传感器，活塞杆传感器组162与液压缸1活塞杆相连，多功能传感器用于检测压力、流量以及油品，多功能传感器组163包含三个多功能传感器，分别与液压缸1的A、B、C腔相连，传感器组16通过无线发射装置17发射信号。0050参见图3，数字节流阀2内部集成有传感器组14和无线发射装置15，传感器组14包括多功能传感器组141、加速度传感。
35、器142以及阀芯传感器组143，多功能传感器用于检测压力、流量以及油品，多功能传感器组141包含两个多功能传感器，分别与数字节流阀2的A、B口相连，加速度传感器142与数字节流阀2阀体相连，阀芯传感器组143包括位移传感器和力传感器，阀芯传感器组143与数字节流阀2阀芯相连，传感器组14通过无线发射装置15发射信号。0051参见图3，数字方向阀4内部还集成有传感器组18和无线发射装置19，传感器组18包括多功能传感器组181、加速度传感器182以及阀芯传感器组183，多功能传感器用于检测压力、流量以及油品，多功能传感器组181包含四个多功能传感器，分别与数字方向阀4的P、A、B、T口相连，加速。
36、度传感器182与数字方向阀4阀体相连，阀芯传感器组183包括位移传感器和力传感器，阀芯传感器组183与数字方向阀4阀芯相连，传感器组18通过无线发射装置19发射信号。0052蓄能器3为通用隔膜式蓄能器，液压泵5作为高压油源，与数字方向阀4的P口相连形成高压油路，油箱6作为流体存储器，与数字方向阀4的T口相连形成回油油路。0053液压缸1C腔与数字节流阀2A口连通形成第三液压油路22，液压缸1A腔与数字方向阀4A口连通形成第一液压油路20，液压缸1B腔与数字方向阀4B口连通形成第二液压油路21，液压缸1C腔、蓄能器3、数字节流阀2和和第三液压油路22组成半主动回路，液压缸1A腔、液压缸1B腔、数。
37、字方向阀4、第一液压油路20、第二液压油路21、液压泵5和油箱6组成主动回路。0054参见图1，运动参数检测模块8包括惯性测量单元801以下简称IMUINERTIALMEASUREMENTUNIT的缩写、转向角传感器802、制动踏板位移传感器803、加速踏板位移传感器804、车速传感器805，IMU801由三轴MEMS加速度计和三轴MEMS陀螺仪组成，安装于与车架支架连接的车架处，转向角传感器802安装于转向轴上，制动踏板位移传感器803安装于制动踏板上，加速踏板位移传感器804安装于加速踏板上，车速传感器805安装于变速器的壳体上，运动参数检测模块8输出信号到控制器7。0055参见图3，控制。
38、器7由微型控制器9、数字节流阀驱动单元10、数字方向阀驱动单元11、无线接收装置12以及输出设备13组成，控制器7通过无线接收装置12接收传感器组信号。微型控制器原理框图如图4所示，微型控制器9由信号调理与转换电路901、电源管理器902、报警电路903、逻辑控制器904、CAN接口905、半主动控制器906、主动控制器907、液压缸状态检测控制器908、数字节流阀状态检测控制器909、数字方向阀状态检测控制器910组成。说明书CN104057797A7/11页100056参见图4，微型控制器9中的电源管理器902为微型控制器9提供电源，逻辑控制器904与报警电路903连接，分析处理接收的故障。
39、信息并通过输出设备13输出。逻辑控制器904为总控单元，与信号调理与转换电路901、半主动控制器906、主动控制器907、液压缸状态检测控制器908、数字节流阀状态检测控制器909、数字方向阀状态检测控制器910连接进行数据交换，逻辑控制器904经CAN接口905与上位机通信，控制方法为0057默认控制方式为半主动控制，控制器7接收运动参数检测模块8信号，判定车架运动加速度是否超过设定值，若超过设定值，选择当前控制方式为主动控制。0058A半主动控制0059运动参数检测模块8信号经过信号调理与转换电路901处理，输入半主动控制器906，根据控制算法得出当前最优阻尼值，半主动控制器906输出信号。
40、与数字节流阀2位移传感器反馈的阀芯实际位置输入数字节流阀驱动单元10，处理得到数字节流阀2驱动信号，使数字节流阀2阀口开度改变，若阻尼差值为正，则控制器7输出信号使数字节流阀2阀口开度减小，使数字节流阀2阻尼增大，当阻尼值达到设定值时，数字节流阀2阀口开度保持不变，同理，若阻尼差值为负，则数字节流阀2阀口开度增大直到阻尼值稳定在设定值。此时数字方向阀4处于中位，即第一液压油路20和第二液压油路21均与油箱6相连。0060B主动控制0061控制器7控制数字方向阀4工作于不同位置，使第一液压油路20和第二液压油路21中的一个与高压油路23相连，第一液压油路20和第二液压油路21中的另一个与回油油路。
41、24相连，通过改变数字方向阀4阀口开度实现液压缸1力和位移的复合控制，此时数字节流阀2在弹簧的作用下处于最大开口位置。液压缸1力和位移复合控制方法如下0062液压缸1力控制为闭环控制，运动参数检测模块8信号经过信号调理与转换电路901处理，输入主动控制器907，通过控制算法得出主动输出力的大小，由液压缸1力传感器得到实际力信号，液压缸1力传感器信号通过信号调理与转换电路901处理，输入主动控制器907，主动输出力值与实际力信号比较所得偏差信号经过PID运算，得到力控制信号，当液压缸活塞003和004位移超出正常范围时控制器7实现位移控制，使液压缸活塞003和004位移保持在正常范围，液压缸1位。
42、移控制为闭环控制，液压缸位移设定值为正常位移的最大值或最小值，由液压缸1位移传感器得到实际位移信号，液压缸1位移传感器信号通过信号调理与转换电路901处理，输入主动控制器907，位移设定值与实际位移信号比较所得偏差信号经过PID运算，得到位移控制信号。主动控制器907判定液压缸1实际位移是否处于正常范围，若是则输出力控制信号，若不是则输出位移控制信号。0063进行力控制时，力控制信号与数字方向阀4位移传感器反馈的阀芯实际位置输入数字方向阀驱动单元11，处理得到数字方向阀4驱动信号，使数字方向阀4阀口开度改变，若力差值为正，则表示液压缸1进口压力小于需求值，则控制器7输出信号使数字方向阀4阀口开。
43、度增大，使液压缸1进口压力增大，即液压缸1输出力增大，当液压缸1输出力达到设定值时，数字方向阀4阀口开度保持不变，同理，若力差值为负，则数字方向阀4阀口开度减小直到液压缸1输出力稳定在主动输出力值。0064进行位移控制时，位移控制信号与数字方向阀4位移传感器反馈的阀芯实际位置输入数字方向阀驱动单元11，处理得到数字方向阀4驱动信号，使数字方向阀4阀口打开，若位移差值为正，则控制器7输出信号使数字方向阀4工作于右位，其P口与B口通，即第说明书CN104057797A108/11页11二液压油路21与高压油路23相通，液压泵5高压油进入液压缸1B腔，使活塞下移，当活塞到达设定位置时，控制器7输出信。
44、号使数字方向流阀4回到中位，同理，若位移差值为负，则数字方向阀4工作于左位直到液压缸1活塞到达设定位置。0065悬架状态检测与控制0066液压缸状态检测与监控液压缸状态检测控制器908检测液压缸1运行过程中的油品、效率、摩擦力、振动参数，主动判定液压缸1的运行状态，实现液压缸1工作过程的自动监控。0067液压缸状态检测控制器908接收液压缸多功能传感器组163反馈的油品参数即液压介质的温度、黏度、密度和介电常数，分别与正常阈值比较可以判定液压介质污染度是否超标，若超标则输出报警信号。0068同时，液压缸状态检测控制器908接收接收液压缸1力传感器反馈的力信号、通过对液压缸1位移传感器信号微分处。
45、理得到速度信号、液压缸多功能传感器组163反馈的A腔和C腔的压力信号和流量信号，通过运算处理输出液压缸1的效率和摩擦力，效率反映密封圈的磨损情况，摩擦力可对爬行现象进行有效监控。00690070FFPAA1PCA3F0071式中代表液压缸1的效率，F代表液压缸1输出力，X代表液压缸1活塞位移，PA、PC分别代表液压缸1A腔和C腔压力，QA、QC别代表液压缸1A腔和C腔流量，FF代表液压缸1活塞摩擦力，A1、A3分别代表液压缸1A腔和C腔活塞有效工作面积。0072同时，液压缸状态检测控制器908接收液压缸缸盖加速度传感器161反馈信号，通过信号处理输出振动加速度级，预知缓冲机构失效以及液压缸1活。
46、塞和缸体的疲劳失效和磨损失效。0073数字节流阀状态检测与监控数字节流阀状态检测控制器909检测数字节流阀2运行过程中的油品、阀芯受力、振动参数，主动判定数字节流阀2的运行状态，实现数字节流阀2工作过程的自动监控。0074数字节流阀状态检测控制器909接收数字节流阀多功能传感器组141反馈的油品参数即液压介质的温度、黏度、密度和介电常数，分别与正常阈值比较可以判定液压介质污染度是否超标，若超标则输出报警信号。0075同时，数字节流阀状态检测控制器909接收数字节流阀2力传感器信号，对阀芯卡紧现象进行有效监控，若阀芯受力超出上限表示存在阀芯卡紧现象。0076同时，数字节流阀状态检测控制器909接。
47、收数字节流阀多功能传感器组141两阀口流量信号，阀口流量差即为泄漏量，若泄漏量超出允许值则说明阀芯的磨损过大或者密封失效。0077同时，数字节流阀状态检测控制器909接收数字节流阀加速度传感器142反馈信号，通过信号处理输出振动加速度级，预知阀芯和阀体的疲劳失效和磨损失效。0078数字方向阀状态检测与监控数字方向阀状态检测控制器910检测数字方向阀4运行过程中的油品、阀芯受力、振动参数，主动判定数字方向阀4的运行状态，实现数字方向阀4工作过程的自动监控。说明书CN104057797A119/11页120079数字方向阀状态检测控制器910接收数字方向阀多功能传感器组181反馈的油品参数即液压介。
48、质的温度、黏度、密度和介电常数，分别与正常阈值比较可以判定液压介质污染度是否超标，若超标则输出报警信号。0080同时，数字方向阀状态检测控制器910接收数字方向阀4力传感器信号，对阀芯卡紧现象进行有效监控，若阀芯受力超出上限表示存在阀芯卡紧现象。0081同时，数字方向阀状态检测控制器910接收数字方向阀多功能传感器组181各阀口流量信号，通过计算连通阀口流量差得到连通阀口泄漏量，若泄漏量超出允许值则说明阀芯的磨损过大或者密封失效。0082同时，数字方向阀状态检测控制器910接收数字方向阀加速度传感器182反馈信号，通过信号处理输出振动加速度级，换向冲击得到实时监控，并预知阀芯和阀体的疲劳失效和。
49、磨损失效。0083一种悬架系统，应用该悬架系统的四轮汽车示意图如图7所示，该悬架系统包括0084第一悬架单元100，该悬架单元将第一车轮26和车架25连接，该悬架单元通过车轮支架与第一车轮26连接，该悬架单元通过车架支架与车架25连接；0085第二悬架单元200，该悬架单元将第二车轮27和车架25连接，该悬架单元通过车轮支架与第二车轮27连接，该悬架单元通过车架支架与车架25连接；0086第三悬架单元300，该悬架单元将第三车轮28和车架25连接，该悬架单元通过车轮支架与第三车轮28连接，该悬架单元通过车架支架与车架连25接；0087第四悬架单元400，该悬架单元将第四车轮29和车架25连接，该悬架单元通过车轮支架与第四车轮29连接，该悬架单元通过车架支架与车架25连接。0088处于半主动工作模式下，各悬架单元是相互独立控制的，控制器7输出各悬架单元数字节流阀控制信号0089例如，当车架25与第一车轮26之间距离有减小趋势时，则第一悬架单元100液压缸101有被压缩的趋势，液压缸101C腔液压油由第三油路110通过数字节流阀102流向蓄能器103，控制器根据控制算法计算最优阻尼值，输出数字节流阀102驱动信号，蓄能器103中气体被压缩，液压缸101C腔压力增大，直到与悬架载荷平衡。0090当车架25与第一车轮26之间距离有增大趋势时，则第一悬架单元100液压缸101有被拉伸的趋。