專利名稱：一種閥控式半主動減振器的制作方法
技術領域：
本發明屬于車用工程機械領域，具體涉及一種閥控式半主動減振器。
背景技術：
隨著高速動車陸續開行，車輛橫向振動是影響高速列車乘坐舒適性的重要因素。 而傳統被動減振器的阻尼是通過初始設計及優化方法確定的，一經選定，在車輛運行過程中就無法進行調節。而且當車體振動速度方向與被動減振器活塞相對速度方向不一致時， 被動減振器提供的阻尼力會加劇車體的振動，惡化乘坐舒適性。鐵道車輛車體和轉向架構架間的半主動減振器的控制理論，公知的有天棚理論， 1974年，Crosby和Karnopp提出的“天棚”阻尼控制算法(skyhook)，它的出發點是假設一個虛擬的“天棚阻尼器”連接在一個固定的剛性墻和車體之間，天棚阻尼器直接作用于車體， 從而大幅度降低車體的振動。按天棚原理，天棚減振器需始終處于工作狀態以提供減振力。 由于天棚減振器是虛擬的，則其實際應提供的減振力只能由安裝于車體與轉向架間的實際減振器來模擬實現。在現有的半主動減振器系統中，半主動減振器包括減振器本體、卸荷閥、比例溢流閥、節流閥，半主動狀態和被動狀態的切換即比例溢流閥和節流閥之間的切換為機械滑閥聯動式，該方案結構復雜，控制方法也相應復雜化，且切換響應時間長。

發明內容
本發明解決了現有技術中的半主動減振器中半主動狀態和被動狀態切換為機械滑閥聯動式存在的結構和控制方法復雜且切換響應時間長的技術問題。本發明提供了一種閥控式半主動減振器，包括油缸組件和位于油缸組件外側的缸外組件；
所述油缸組件的一端用于與轉向架連接，另一端用于與車體連接；所述油缸組件包括依次固定連接的導承、油缸和底閥座，油缸外設有儲油缸，油缸內設有可往復運動的活塞和活塞桿，所述油缸被活塞分為有桿油室和無桿油室；
活塞上設有第一單向閥，允許工作油從無桿油室向有桿油室流動；底閥座上設有第二單向閥，允許工作油從儲油缸向無桿油室流動；
所述缸外組件包括第一開關閥、第二開關閥、二位三通閥、比例溢流閥、節流閥和節流溢流閥、車體加速度傳感器和控制器；
所述第一開關閥的一端與有桿油室連通，另一端與無桿油室連通；第二開關閥的一端與無桿油室連通，另一端與儲油缸連通；二位三通閥包括入口端、第一出口端和第二出口端，其中入口端與有桿油室連通，第一出口端與比例溢流閥連通，第二出口端與節流閥連通；比例溢流閥和節流閥的另一端均與儲油缸連通；節流溢流閥的入口端與有桿油室連通，出口端與儲油缸連通；
所述車體加速度傳感器用于檢測車體的加速度并輸出信號傳輸給控制器，控制器用于控制第一開關閥、第二開關閥、二位三通閥的得電失電狀態，并同時控制比例溢流閥的電流大小。本發明提供的閥控式半主動減振器，通過車體加速度傳感器檢測車體加速度，從而根據列車在運行過程中車輛狀態和線路狀況提供連續可調阻尼力，且當車體振動速度方向與減振器活塞相對速度方向不一致時通過控制器實現提供盡可能小的阻尼力，從而顯著改善車輛的乘坐舒適性。因此，本發明提供的閥控式半主動減振器具有結構簡單、實時響應的優點，同時通過閥控式實現半主動與被動狀態的切換，控制簡單可靠。


圖1為本發明提供的閥控式半主動減振器的結構示意圖。圖2為本發明提供的閥控式半主動減振器的液壓原理示意圖。圖中1——第一端部接頭，2——導承，3——活塞桿，4——有桿油室，5——活塞， 6——無桿油室，7——油缸，8——儲油缸，9——底閥座，10——第二端部接頭，11——第二單向閥，12——第一單向閥，13——第二開關閥，14——第一開關閥，15——比例溢流閥， 16——節流閥，17——二位三通閥，18——節流溢流閥，19——控制器，20——車體加速度傳感器。
具體實施例方式為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明提供了一種閥控式半主動減振器，包括油缸組件和位于油缸組件外側的缸外組件。其中，所述油缸組件的一端用于與轉向架連接，另一端用于與車體連接。如圖1或圖2所示，所述油缸組件包括第一端部接頭1和第二端部接頭10，其中第一端部接頭1用于與轉向架連接，第二端部接頭10用于與車體連接。如圖1或圖2所示，所述油缸組件包括依次固定連接的導承2、油缸7和底閥座9。 油缸7外設有儲油缸8，油缸7內設有可往復運動的活塞5和活塞桿3，所述油缸7被活塞 5分為有桿油室4和無桿油室6。活塞5上設有第一單向閥12。第一單向閥12的入口端與無桿油室6連通，出口端與有桿油室4連通，僅允許工作油從無桿油室6向有桿油室4流動，而阻止工作油作反向流動。底閥座9上設有第二單向閥11。第二單向閥11的入口端與儲油缸8連通，出口端與無桿油室6連通，僅允許工作油從儲油缸8向無桿油室6流動，而阻止工作油作反向流動。如圖1或圖2所示，所述缸外組件包括第一開關閥14、第二開關閥13、二位三通閥 17、比例溢流閥15、節流閥16和節流溢流閥18、車體加速度傳感器20和控制器19。所述第一開關閥14的一端與有桿油室4連通，另一端與無桿油室6連通。第二開關閥13的一端與無桿油室6連通，另一端與儲油缸8連通。二位三通閥17包括入口端、第一出口端和第二出口端，其中入口端與有桿油室4 連通，第一出口端與比例溢流閥15連通，第二出口端與節流閥16連通。
比例溢流閥15和節流閥16的另一端均與儲油缸8連通。節流溢流閥18的入口端與有桿油室4連通，出口端與儲油缸8連通。所述車體加速度傳感器20用于檢測車體的加速度并輸出信號傳輸給控制器19， 控制器19用于控制第一開關閥14、第二開關閥13、二位三通閥17的得電失電狀態，并同時控制比例溢流閥15的電流大小。如圖1所示，二位三通閥17的入口端與第一開關閥14的一端先連通，然后再與有桿油室4連通。本發明中，通過控制器19控制第一開關閥14、第二開關閥13的得電失電狀態。本發明中，第一開關閥14和第二開關閥13均為得電狀態下開啟，失電狀態下關閉。具體地，所述控制器19通過對車體加速度傳感器20傳送的信號進行低通濾波、A/ D轉換、積分后得到車體的速度VI。當V1>0時，控制器19控制第二開關閥13為得電狀態，第一開關閥14為失電狀態。 當V1<0時，控制器19控制第一開關閥14為得電狀態，第二開關閥13為失電狀態。本發明中，控制器19處于得電狀態時，二位三通閥17為得電狀態。二位三通閥17 得電狀態下第一出口端開啟而第二出口端關閉，即與比例溢流閥15連通，而與節流閥16之間關閉。二位三通閥17失電狀態下第一出口端關閉而第二出口端開啟，即與節流閥16連通，而與比例溢流閥15之間關閉。本發明中，比例溢流閥15的溢流壓力取決于該閥的控制電流，通過調節該閥的控制電流可以無級調整比例溢流閥產生的阻尼力，進而能無級調整減振器的阻尼力。本發明中，所述比例溢流閥15既可以是正比例閥，即控制電流與閥溢流壓力成正比；也可以是反比例閥，即控制電流與閥溢流壓力成反比。在油路壓力較小時，節流溢流閥18以規定的流通阻力允許工作油從有桿油室4向儲油缸8單向流動。當油路壓力超過規定值時，即所提供的最大阻尼力超過規定值時，此時節流溢流閥18開啟卸荷，使阻尼力保持在規定值，從而保護本發明的閥控式半主動減振器免受沖擊而破壞。本發明中，閥控式半主動減振器處于拉伸動作時，有桿油室4體積縮小，無桿油室 6體積擴大；而閥控式半主動減振器處于壓縮動作時，有桿油室4體積擴大，無桿油室6體積縮小。本發明中，當通過控制19控制第一開關閥14保持得電狀態油路開啟而第二開關閥13保持失電狀態油路關閉時，當所述閥控式半主動減振器拉伸動作時，活塞5上的第一單向閥12關閉，有桿油室4中的工作油無阻力地經第一開關閥14流入無桿油室6中，同時儲油缸8中的工作油經第二單向閥11流入無桿油室6中，用于補充由于活塞桿3移動導致的無桿油室6體積增大，此時拉伸動作不提供阻尼力。當所述閥控式半主動減振器壓縮動作時，活塞5上的第一單向閥12開啟，無桿油室6中的工作油經第一單向閥12流入有桿油室4中，多余的工作油經第一開關閥14進入二位三通閥17和比例溢流閥15流回儲油缸8， 壓縮動作提供阻尼力，此狀態為本發明的閥控式半主動減振器的拉伸卸荷狀態。即此時通過閥控式半主動減振器的拉伸動作，卸掉所述閥控式半主動減振器使車體振動加速的阻尼力。當通過控制器19控制第一開關閥13保持得電狀態油路開啟而第二開關閥14保持失電狀態油路關閉時，此時當所述閥控式半主動減振器拉伸動作時，活塞5上的第一單向閥12關閉，有桿油室4中的工作油經二位三通閥17和比例溢流閥15流入無桿油室6中， 同時儲油缸8中的工作油經第二單向閥11流入無桿油室6中，用于補充由于活塞桿3移動導致的無桿油室6體積增大，此時拉伸動作提供阻尼力。當所述閥控式半主動減振器壓縮動作時，活塞5上的第一單向閥12開啟，無桿油室6中的工作油流入有桿油室4中，多余的工作油經第二開關閥13流回儲油缸8中，壓縮動作不提供阻尼力，此狀態為本發明的閥控式半主動減振器的壓縮卸荷狀態。即此時通過閥控式半主動減振器的壓縮動作，卸掉所述閥控式半主動減振器使車體振動加速的阻尼力。本發明中，若第一開關閥14和第二開關閥13同時保持得電狀態油路開啟時，不管所述閥控式半主動減振器拉伸還是壓縮動作，工作油都能在有桿油室4、無桿油室6和儲油缸8中毫無阻力的流動，此時減振器不提供阻尼力。這種狀態是不允許的，因此本發明的閥控式半主動減振器需通過控制器19實施相應控制策略避免第一開關閥14和第二開關閥13 同時得電。當電源發生故障時，控制器19、第一開關閥14、第二開關閥13、及二位三通閥17、 比例溢流閥15同時處于失電狀態。此時二位三通閥17與節流閥16連通，而與比例溢流閥 15之間關閉。此時，不管本發明的閥控式半主動減振器拉伸還是壓縮動作，工作油都經過節流閥16在有桿油室4、儲油缸8和無桿油室6之間循環流動，此時由節流閥16和節流溢流閥18同時提供阻尼力，此阻尼力特性在拉伸和壓縮時都是相同的。因此在電源發生故障或異常情況時，本發明的閥控式半主動減振器可以作為常規的被動減振器使用。節流閥16的溢流壓力(即卸荷壓力)可以按被動減振器來設置，此狀態為本發明的閥控式半主動減振器的被動狀態。如上所述，通過采用控制器19對第一開關閥14和第二開關閥13的得電、失電狀態進行控制，從而實現本發明的閥控式半主動減振器在拉伸和壓縮動作時提供阻尼力或不提供阻尼力。通過采用控制器19對比例溢流閥15的電流大小進行控制，從而提供相應控制策略要求的阻尼力，滿足理論控制要求。本發明中，所述閥控式半主動減振器的實施方案的具體控制方法如下表1所示。表 權利要求
1.一種閥控式半主動減振器，其特征在于，所述閥控式半主動減振器包括油缸組件和位于油缸組件外側的缸外組件；所述油缸組件的一端用于與轉向架連接，另一端用于與車體連接；所述油缸組件包括依次固定連接的導承(2)、油缸(7)和底閥座(9)，油缸(7)外設有儲油缸(8)，油缸(7)內設有可往復運動的活塞(5)和活塞桿(3)，所述油缸(7)被活塞(5)分為有桿油室(4)和無桿油室(6)；活塞(5)上設有第一單向閥(12)，允許工作油從無桿油室(6)向有桿油室(4)流動；底閥座(9)上設有第二單向閥(11)，允許工作油從儲油缸(8)向無桿油室(6)流動；所述缸外組件包括第一開關閥(14)、第二開關閥(13)、二位三通閥(17)、比例溢流閥 (15)、節流閥(16)和節流溢流閥(18)、車體加速度傳感器(20)和控制器(19)；所述第一開關閥(14)的一端與有桿油室(4)連通，另一端與無桿油室(6)連通；第二開關閥(13)的一端與無桿油室(6)連通，另一端與儲油缸(8)連通；二位三通閥(17)包括入口端、第一出口端和第二出口端，其中入口端與有桿油室(4)連通，第一出口端與比例溢流閥(15)連通，第二出口端與節流閥(16)連通；比例溢流閥(15)和節流閥(16)的另一端均與儲油缸(8)連通；節流溢流閥(18)的入口端與有桿油室(4)連通，出口端與儲油缸(8) 連通；所述車體加速度傳感器(20)用于檢測車體的加速度并輸出信號傳輸給控制器(19)， 控制器(19)用于控制第一開關閥(14)、第二開關閥(13)、二位三通閥(15)的得電失電狀態，并同時控制比例溢流閥(15)的電流大小。
2.根據權利要求1所述的閥控式半主動減振器，其特征在于，二位三通閥(17)的入口端與第一開關閥(14)的一端先連通，然后再與有桿油室(4)連通。
3.根據權利要求1或2所述的閥控式半主動減振器，其特征在于，所述控制器(19)通過對車體加速度傳感器(20)傳送的信號進行低通濾波、A/D轉換、積分后得到車體的速度 Vl ；當V1>0時，控制器(19)控制第二開關閥(13)為得電狀態，第一開關閥(14)為失電狀態，所述閥控式半主動減振器處于壓縮卸荷狀態；當V1<0時，控制器(19)控制第一開關閥(14)為得電狀態，第二開關閥(13)為失電狀態，所述閥控式半主動減振器處于拉伸卸荷狀態。
4.根據權利要求3所述的閥控式半主動減振器，其特征在于，第一開關閥(14)和第二開關閥(13)均為得電狀態下開啟，失電狀態下關閉。
5.根據權利要求1或2所述的閥控式半主動減振器，其特征在于，控制器(19)處于得電狀態時，二位三通閥(17)為得電狀態。
6.根據權利要求5所述的閥控式半主動減振器，其特征在于，二位三通閥(17)得電狀態下第一出口端開啟而第二出口端關閉，失電狀態下第一出口端關閉而第二出口端開啟。
7.根據權利要求1或2所述的閥控式半主動減振器，其特征在于，所述比例溢流閥 (15)為正比例閥或反比例閥。
8.根據權利要求1或2所述的閥控式半主動減振器，其特征在于，所述油缸組件還包括第一端部接頭(1)和第二端部接頭(10);所述第一端部接頭(1)用于與轉向架連接，第二端部接頭(10)用于與車體連接。
全文摘要
本發明提供了一種閥控式半主動減振器，包括油缸組件和位于油缸組件外側的缸外組件；所述油缸組件包括依次固定連接的導承、油缸和底閥座，油缸外設有儲油缸，油缸內設有活塞和活塞桿；所述缸外組件包括第一開關閥、第二開關閥、二位三通閥、比例溢流閥、節流閥和節流溢流閥、車體加速度傳感器和控制器；所述車體加速度傳感器用于檢測車體的加速度并輸出信號傳輸給控制器，控制器用于控制第一開關閥、第二開關閥、二位三通閥的得電失電狀態，并同時控制比例溢流閥的電流大小。本發明提供的閥控式半主動減振器，結構簡單，能根據列車在運行過程中車輛狀態和線路狀況作出實時響應提供連續可調阻尼力，控制簡單可靠。
文檔編號F16F9/50GK102537176SQ20121006440
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者向賢虎, 熊求顓, 王凱平, 黎劍鋒 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司