ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПОДВЕСКИ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
HYDRAULIC SUSPENSION FOR TRANSPORT FACILITY

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к системам подвески для транспортных средств и, в частности, к гидравлической системе, обеспечивающей управление одним или более параметрами подвески.
Уровень техники
Известно много альтернативных взаимосвязанных систем подвески, которые имеют способность пассивно различать различные режимы движения колеса относительно корпуса транспортного средства и, следовательно, обеспечивать разнообразные альтернативные варианты функциональных возможностей. Например, французская патентная публикация номер FR 2663267 раскрывает гидропневматическую систему подвески, которая поддерживает корпус транспортного средства и обеспечивает различные коэффициенты жесткости при вертикальном перемещении и при крене, обеспечивая нулевую жесткость при перекосе. Жесткость при продольном наклоне (повороте транспортного средства относительно поперечной оси) связана с вертикальной жесткостью (которая определяется диаметрами штока, размерами аккумулятора и положениями силовых цилиндров спереди и сзади). Поскольку эта система поддерживает транспортное средство, то для того, чтобы обеспечить поддерживающее усилие для транспортного средства, давления в четырех гидравлических полостях должны быть высокими, или диаметры штоков должны быть большими, что ведет к трению в уплотнениях и к значительным ограничениям комфорта во время езды. Кроме того, при изменении температуры, объемы газа и жидкости в системе вызывают изменения высоты расположения кузова автомобиля, требуя дорогостоящую систему подачи и управления жидкостью под высоким давлением. Кроме того, давление в каждой из четырех гидравлических полостей должно быть индивидуально подобранным таким образом, чтобы обеспечивать требуемую опору каждому колесу, так что эти давления обычно различны, что ведет к сложности управления, просачиваниям через поршневые уплотнения между гидравлическими полостями и увеличению трения в поршневом уплотнении.
Аналогичным образом патент US 6270098 данного заявителя предусматривает между двумя парами диагонально взаимосвязанных колесных силовых цилиндров двустороннего действия выравнивающий давление блок "распределения нагрузки". Эта система обеспечивает различные коэффициенты жесткости при вертикальном перемещении, при крене и дополнительно коэффициенты жесткости при продольном наклоне при нулевой жесткости при перекосе и различные коэффициенты демпфирования во всех четырех основных режимах работы подвески (вертикальное перемещение, крен (угловое перемещение относительно продольной оси транспортного средства), продольный наклон (угловое перемещение относительно поперечной оси транспортного средства), перекос (угловое перемещение в ситуации, когда одна пара расположенных по диагонали колес находится на высоком грунте, тогда как другая - на низком)). Так как эта система также поддерживает вес транспортного средства, то при изменении нагрузки на транспортное средство или при изменении температуры жидкости должен быть отрегулирован объем жидкости в каждой из шести полостей в этой системе. Кроме того, поскольку шесть полостей в системе в некоторых условиях нагружения могут все иметь различные давления, то существует вероятность того, что жидкость будет просачиваться через уплотнения, что также требует производить регулировки объема жидкости, чтобы сохранить правильное пространственное положение транспортного средства. Для этого требуется источник жидкости высокого давления, датчики, управляющая электроника и клапаны, что делает стоимость системы относительно высокой для пассивной системы.
Аналогичным образом, в ЕР 1426212 и международной заявке РСТ/ЕР2004/004885 раскрыт ряд пассивных гидравлических систем, обеспечивающих опору транспортного средства и жесткость при крене при нулевой жесткости при перекосе. Поскольку эти гидравлические системы предоставляют транспортному средству опору, то они имеют аналогичные недостатки, что и вышеупомянутый патент US 6270098 данного заявителя.
В патенте US 6761371 данного заявителя можно найти пример пассивной системы, обеспечивающей высокую жесткость при крене и низкую жесткость при перекосе и незначительную жесткость при вертикальном перемещении и обеспечивающей высокое демпфирование при крене при более низком, более комфортабельном и изолирующем демпфировании при вертикальном перемещении. Поскольку система не обеспечивает значительную вертикальную жесткость, то требуются специальные опорные пружины. Распространение момента крена, требуемое от гидравлической системы, определяет выбор размеров колесных силовых цилиндров и может привести к компромиссам в отношении максимальной демпфирующей силы.
В американских патентах US 5486018 и 6024366 раскрыт пример системы, имеющей только демпфирование при крене и/или продольном наклоне. Система, описанная в этих документах, использует устройство между парой колесных амортизирующих цилиндров, причем каждый колесный амортизирующий цилиндр имеет в своем поршне демпферный клапан, что обеспечивает демпфирование двустороннего действия, но делает силовой цилиндр цилиндром одностороннего действия (то есть имеется только один канал в гидравлической системе). Устройство предусматривает независимые уровни демпфирования для совпадающего по фазе (то есть вертикального) и несовпадающего по фазе (то есть крена и/или продольного наклона) движения. Однако эта система не обеспечивает значительную жесткость ни при каком режиме, поэтому в дополнение к потребности в опорных пружинах, для хорошего баланса между подпрыгиванием транспортного средства и коэффициентами жесткости при крене спереди и сзади, вообще говоря, потребуются стабилизаторы поперечной устойчивости. В дополнение к этому, поскольку колесные силовые цилиндры фактически имеют одностороннее действие (имеют только один канал в гидравлической системе), то величина демпфирования, которую может обеспечить это устройство, является ограниченной. Для решения этой проблемы в систему внесены усовершенствования, которые можно найти в публикации японской заявки номер 11291737, но они повышают сложность системы, предусматривая большее количество трубопроводной арматуры и золотниковых клапанов.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в создании гидравлической системы для подвески транспортного средства, которая уменьшает, по меньшей мере, один из недостатков более ранних систем подвески транспортного средства.
Преимущественно, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить гидравлическую систему, имеющую жесткость при крене, демпфирование при крене, и демпфирование при вертикальном перемещении, у которой распределение момента крена может быть сконфигурировано и настроено, по существу, независимо от давлений демпфирования колес.
Согласно изобретению предусмотрена система подвески для транспортного средства, содержащего корпус и, по меньшей мере, два передних и два задних колесных сборочных узла, при этом система подвески имеет переднее и заднее упругие средства опоры транспортного средства, расположенные между корпусом транспортного средства и колесными сборочными узлами для упругой поддержки, по меньшей мере, части корпуса транспортного средства над колесными сборочными узлами; а также имеет гидравлическую систему, содержащую, по меньшей мере, один передний левый, по меньшей мере, один передний правый, по меньшей мере, один задний левый и, по меньшей мере, один задний правый колесный силовой цилиндр, каждый из которых расположен между соответствующим упомянутым колесным сборочным узлом и корпусом транспортного средства, причем каждый колесный силовой цилиндр содержит, по меньшей мере, камеру сжатия; и устройство разделения режимов, которое содержит первую, вторую, третью и четвертую компенсационные камеры, образованные конструкцией из, по меньшей мере, двух цилиндрических частей и поршневого штока в сборе, причем первая и четвертая компенсационные камеры при движении поршневого штока в сборе изменяются по объему в одном и том же направлении друг с другом, третья и вторая компенсационные камеры при движении поршневого штока в сборе изменяются по объему в одном и том же направлении друг с другом и в противоположном направлении по отношению к первой и четвертой компенсационным камерам при движении поршневого штока в сборе; камеру сжатия переднего левого колесного силового цилиндра, гидравлически соединенную с первой компенсационной камерой устройства разделения режимов, образуя переднюю левую гидравлическую полость, причем камера сжатия переднего правого колесного силового цилиндра гидравлически соединена со второй компенсационной камерой, образуя переднюю правую гидравлическую полость, а камера сжатия заднего левого колесного силового цилиндра гидравлически соединена с третьей компенсационной камерой, образуя заднюю левую гидравлическую полость, и камера сжатия заднего правого колесного силового цилиндра гидравлически соединена с четвертой компенсационной камерой устройства разделения режимов, образуя заднюю правую гидравлическую полость, при этом поршневой шток в сборе устройства разделения режимов осуществляет регулирование соотношения гидравлического давления во время движений крена транспортного средства, а также осуществляет распределение жидкости между соответствующими гидравлическими полостями во время перекоса и, дополнительно, во время движений крена; причем колесные силовые цилиндры, по меньшей мере, одной из передней или задней частей транспортного средства содержат также соответствующую камеру отдачи, при этом камера сжатия каждого указанного колесного силового цилиндра гидравлически соединена с соответствующей камерой отдачи смежного с ним в поперечном направлении колесного силового цилиндра.
Таким образом, преимущество состоит в том, что гидравлическая система оказывает сопротивление движениям крена транспортного средства, при этом гидравлическая система допускает движения перекоса колес относительно корпуса транспортного средства. Устройство разделения режимов, соразмеряющее давление при крене таким образом, чтобы оказывать сопротивление крену, тем не менее, перераспределяет жидкость при перекосе, позволяя перенос жидкости, вытесненной при крене спереди, назад для противоположного по направлению перемещения крена сзади (то есть, перекоса).
Гидравлическая система подвески согласно одной или более разновидностям настоящего изобретения предусматривает независимые настройку и конфигурирование параметров подвески, включая жесткость при крене, распределение момента крена, демпфирование при крене и демпфирование при вертикальном перемещении. Это делает возможной оптимизацию стольких из этих параметров подвески, сколько требуется.
В предпочтительном варианте выполнения транспортное средство может в основном поддерживаться упругими средствами опоры транспортного средства. Преимущества гидравлической системы, которая поддерживает корпус транспортного средства в малой степени или не поддерживает вообще, являются многочисленными: рабочее давление системы может быть уменьшено, что уменьшает трение в уплотнении и повышает комфорт во время езды; рабочее давление каждой из этих четырех гидравлических полостей может быть общим, что уменьшает перепад давлений на поршневых уплотнениях и, следовательно, уменьшает сложность управления, трение, повышает комфорт во время езды и уменьшает любую потенциальную утечку через поршневые уплотнения между этими четырьмя гидравлическими полостями; диаметр штока каждого силового цилиндра может быть сильно уменьшен, что обеспечивает уменьшение трения в уплотнении и повышает комфорт во время езды; уменьшение диаметра штока позволяет уменьшить диаметр расточки цилиндра, что уменьшает эффекты ускорения жидкой массы и повышает комфорт во время езды; и гидравлическая система может быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечивать часть поддерживающего усилия для одного или обоих концов транспортного средства, не создавая при этом жесткость при перекосе, и может использоваться для того, чтобы компенсировать нагрузки, прилагаемые к транспортному средству. Действительно, если штоки задних силовых цилиндров имеют больший диаметр, чем штоки передних силовых цилиндров, то когда к задней части транспортного средства добавляется нагрузка, сжимая упругие средства опоры транспортного средства, давление в гидравлической системе может быть увеличено, обеспечивая большую компенсацию нагрузки в задней части. В то же самое время, если распределение момента крена на упругих средствах опоры транспортного средства направлено к передней части транспортного средства, и распределение момента крена гидравлической системы в меньшей степени смещено вперед, то по мере того как давление и жесткость гидравлической системы увеличиваются, суммарное распределение момента крена подвески транспортного средства может переместиться назад, что больше соответствует требованию нагрузки, расположенной сзади.
Средство опоры транспортного средства может быть любым известным средством опоры, таким как цилиндрическая пружина, пневматические рессоры, торсионы, листовые рессоры и резиновые конусы. Средство опоры транспортного средства в случае цилиндрических пружин и пневматических рессор может быть установлено вокруг колесных силовых цилиндров или установлено отдельно.
Средство опоры транспортного средства для, по меньшей мере, одного конца транспортного средства может содержать первое средство опоры для обеспечения опоры для, по меньшей мере, части нагрузки на транспортном средстве, причем первое средство опоры обеспечивает жесткость при крене.
Средство опоры транспортного средства для, по меньшей мере, одного конца транспортного средства может содержать второе средство опоры для обеспечения опоры для, по меньшей мере, части нагрузки на транспортном средстве, причем второе средство опоры обеспечивает, по существу, нулевую жесткость при крене.
На одном или обоих концах транспортного средства может быть предусмотрено любое сочетаний первого и второго средств опоры. Например, если на обоих концах транспортного средства используются вторые средства опоры без какого бы то ни было первого средства опоры, то система подвески обеспечивает нулевую жесткость при перекосе. Поэтому при пересечении неровной местности нагрузка на каждое колесо остается постоянной (исключая кратковременные воздействия любых динамических движений на нагрузки колес).
Передние колесные силовые цилиндры могут быть двустороннего действия и, следовательно, содержать камеру отдачи. Камера сжатия одного переднего колесного силового цилиндра гидравлически соединена с камерой отдачи смежного с ним в поперечном направлении колесного силового цилиндра.
Задние колесные силовые цилиндры могут быть двойного действия и, следовательно, содержать камеру отдачи, причем камера сжатия одного заднего колесного силового цилиндра гидравлически соединена с камерой отдачи смежного с ним в поперечном направлении колесного силового цилиндра.
В качестве альтернативы, одна или обе пары из числа передней и/или задней пар колесных силовых цилиндров может быть одностороннего действия, хотя, даже если силовые цилиндры имеют одностороннее действие, в том, что касается жесткости, может быть желательным использовать силовой цилиндр двустороннего действия, содержащий камеру отдачи, соединенную через демпферную клапанную конструкцию с камерой сжатия. Это может быть достигнуто с использованием демпферного клапана в поршне силового цилиндра. Камера сжатия может быть соединена с одной из компенсационных камер устройства разделения режимов, как было описано выше.
Для торможения потока жидкости в, по меньшей мере, одну камеру каждого колесного силового цилиндра и/или из нее может быть установлено демпфирующее средство.
Для каждой гидравлической полости может быть предусмотрен, по меньшей мере, один аккумулятор давления жидкости, причем каждый аккумулятор гидравлически соединен с соответствующей гидравлической полостью. Для торможения потока жидкости в, по меньшей мере, один аккумулятор и/или из него может быть установлено демпфирующее средство.
Может быть предусмотрено упругое средство, предназначенное для воздействия на поршневой шток в сборе устройства разделения режимов.
Устройство разделения режимов может содержать две цилиндрические части, а поршневой шток в сборе может содержать два поршня и, по меньшей мере, один шток.
Устройство разделения режимов может содержать три цилиндрических части, а поршневой шток в сборе может содержать первый центральный поршень и, по меньшей мере, два штока. Поршневой шток в сборе может дополнительно содержать два концевых поршня. В качестве альтернативы или в дополнение к этому, устройство разделения режимов может содержать второй центральный поршень, причем первый и второй центральные поршни образуют, по меньшей мере, одну камеру давления жидкости. В гидравлическом соединении с этой, по меньшей мере, одной камерой давления жидкости может быть предусмотрен, по меньшей мере, один дополнительный аккумулятор давления жидкости.
Диаметр цилиндрических частей может быть неодинаковым, и диаметр штоков может быть неодинаковым.
Предпочтительно, чтобы, поскольку средства опоры транспортного средства являются основными средствами опоры транспортного средства, все полости в гидравлической системе могли бы работать с одним и тем же давлением. Также, поскольку система содержит рабочую жидкость и газ, оба из которых расширяются с увеличением температуры, то для того чтобы поддерживать статическое давление в системе и жесткость при крене в пределах запланированного диапазона при превышении расчетной температуры, может потребоваться система компенсации давления. Эта система компенсации давления может также использоваться для того, чтобы компенсировать любую потерю жидкости, происходящую со временем. Поэтому предусматривается устройство поддержания давления, соединенное с, по меньшей мере, двумя полостями, и предпочтительно с каждой полостью из числа гидравлических полостей через соответствующие дроссели или клапаны.
Устройство поддержания давления выполнено в виде простого аккумулятора, соединенного через дроссель с каждой гидравлической полостью. В качестве альтернативы, устройство поддержания давления может содержать насос, резервуар и устройства управления потоком жидкости. Давлением можно управлять таким образом, чтобы оно было различным в левых гидравлических полостях по сравнению с правыми гидравлическими полостями для управления положением крена, как при низкой частоте, так и активным способом при более высокой частоте. Аналогичным образом давлением можно управлять таким образом, чтобы оно было различным в передних гидравлических полостях по сравнению с задними гидравлическими полостями для управления положением продольного наклона (если диаметры штоков достаточны для того, чтобы обеспечить значащие изменения выталкивающей силы).
Чтобы отключать действие устройства разделения режимов между левыми гидравлическими полостями может быть предусмотрен, по меньшей мере, один клапан, и между правыми гидравлическими полостями может быть предусмотрен, по меньшей мере, один клапан. Это может использоваться для того, чтобы изменять распределение момента крена в гидравлической системе, обеспечивая при этом жесткость при крене при, по существу, нулевой жесткости при перекосе. В качестве альтернативы или дополнения можно использовать это для того, чтобы выравнивать связанные давления как часть функции поддержания давления.
Дополнительно или в качестве альтернативы, для того чтобы устранять жесткость гидравлической системы при крене, между передними гидравлическими полостями может быть установлен, по меньшей мере, один клапан, и/или между задними гидравлическими полостями может быть установлен, по меньшей мере, один клапан.
Дополнительно или в качестве альтернативы, для того чтобы обеспечить функцию отказоустойчивости или ограничить отрыв колес, между устройством разделения режимов и колесными силовыми цилиндрами могут быть установлены клапаны.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи иллюстрируют неограничительные предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения, на которых представлено:
фиг.1 - первый предпочтительный вариант выполнения гидравлической системы, имеющей жесткость при крене, схематично;
фиг.2 - второй предпочтительный вариант выполнения гидравлической системы, дополнительно содержащий устройство поддержания давления, схематично;
фиг.3 - второй предпочтительный вариант выполнения гидравлической системы, выполненной с возможностью активного управления жесткостью при крене и распределением момента крена, схематично;
фиг.4 - разновидность первого предпочтительного варианта выполнения гидравлической системы, содержащей дополнительные клапаны и трубопроводы, схематично;
фиг.5 - третий предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения, схематично;
фиг.6 - четвертый предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения, схематично;
фиг.7 - разрез устройства разделения режимов согласно пятому предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показана система подвески для транспортного средства. Между корпусом транспортного средства (не показан) и четырьмя ортогонально расположенными колесами (не показаны) транспортного средства находятся четыре колесных силовых цилиндра 11, 12, 13, 14. Каждый колесный силовой цилиндр содержит цилиндрический резервуар 15, 16, 17, 18, соединен со ступицей колеса или другим геометрическим элементом подвески, движущимся вместе с колесом, поршень 19, 20, 21, 22, размещенный с возможностью скольжения внутри цилиндрического резервуара, и шток 23, 24, 25, 26, установленный между поршнем и корпусом транспортного средства. Соединение штока с корпусом транспортного средства может быть произведено любым известным средством, обычно через резиновую втулку, которая в случае геометрии стойки Макферсона (MacPherson) обычно содержит подшипник.
Для простоты понимания упругие средства опоры транспортного средства показаны как "намотанные витки", то есть цилиндрические пружины 27, 28, 29, 30, расположенные вокруг колесного силового цилиндра и находящиеся между нижним опорным диском 31, 32, 33, 34 пружины, прикрепленным к цилиндру, и верхним опорным диском 35, 36, 37, 38 пружины, который может быть соединен с корпусом транспортного средства или штоком (непосредственно или опосредованно, как, например, посредством подшипника втулки). Следует учесть, что упругое средство опоры может относиться к любому известному альтернативному типу, такому как, например, пневматические рессоры, и может быть расположено вокруг цилиндра, как это показано с цилиндрическими пружинами, или отдельное от силового цилиндра, что расширяет диапазон альтернативных вариантов, например, до торсионов, соединенных с геометрическим элементом, обеспечивающим местоположение колеса. Упругое средство опоры может обеспечивать опору и некоторую жесткость при крене (такую как в случае с независимыми торсионами или цилиндрическими пружинами для каждого колеса), или они могут обеспечивать опору при нулевой жесткости при крене (такой как в случае с пневматическими рессорами, гидравлическими цилиндрами или торсионами, присоединенными между поперечно смежными колесами), или может быть использовано любое сочетание средств опоры с и без жесткости при крене на одном или обоих концах транспортного средства. Этот тип разновидности средства опоры для использования с отдельной системой управления по крену подробно описан в патенте US 6217047 данного заявителя, который включен в данное описание в качестве ссылки.
Также колесный силовой цилиндр может быть инвертирован, при этом цилиндрическая часть присоединена к корпусу транспортного средства, а шток поршня присоединен к ступице колеса или другому геометрическому элементу подвески, движущемуся вместе с колесом. Это имеет то преимущество, что гидравлические соединения между цилиндром и остальной гидравлической системой располагаются относительно корпуса транспортного средства, а не относительно колеса, тем самым уменьшая смещение, требуемое от рукавов, обеспечивающих упомянутые гидравлические соединения. В этом случае, и особенно если опорные пружины расположены вокруг колесного силового цилиндра, цилиндрический резервуар 15 может быть с возможностью скольжения и с возможностью поворота установлен во внешней трубе, причем шток прикрепляется к внешней трубе, которая может в свою очередь быть соединенной со ступицей колеса или другим геометрическим элементом подвески. Внешняя труба также может поддержать нижний опорный диск пружины, тогда верхний опорный диск пружины устанавливается либо на цилиндр, либо непосредственно на корпус.
Колесные силовые цилиндры, показанные на чертежах, для простоты в основном представляют собой традиционные силовые цилиндры двустороннего действия. Например, в переднем левом колесном силовом цилиндре 11 поршень 19 (который может быть выполнен как неотъемлемая часть штока 23) имеет две канавки, содержащие подшипник 39 и уплотнение 40. В некоторых случаях, индивидуальные компоненты - подшипник и уплотнение могут быть заменены единым элементом (не показан), который ради простоты сборки и низких затрат может быть сцеплен с поршнем или образован вокруг поршня. Днище 41 цилиндра имеет три канавки, содержащие уплотнение штока 42, подшипник 43 и грязесъемник 44 штока или другой вид сбалансированного уплотнения, такого как экран. Каждый силовой цилиндр, следовательно, имеет камеру 45, 46, 47, 48 сжатия и камеру 49, 50, 51, 52 отдачи, образованные поршнем 19, 20, 21, 22 внутри каждого цилиндра 15, 16, 17, 18.
Прямое демпфирование каждого колесного силового цилиндра может быть достигнуто посредством использования демпферных клапанов 53-56 сжатия и демпферных клапанов 57-60 отдачи, установленных на трубопроводах 61-68 вблизи от камер сжатия и отдачи каждого колесного силового цилиндра. Эти колесные демпферные клапаны могут быть одностороннего действия, работающие на ограничение потока жидкости из камеры либо сжатия, либо отдачи, или они могут быть двустороннего действия, и в этом случае может быть использован только один клапан (либо на камере сжатия или, что предпочтительно, на камере отдачи). Колесные демпферные клапаны могут быть расположены в корпусе колесного силового цилиндра, где есть пространство для их монтажа, или прикреплены к корпусу колесного силового цилиндра или в трубопроводах, как это показано на чертеже. Колесные демпферные клапаны могут относиться к любому известному типу, включая простые пассивные отверстия, многоступенчатое пассивное отверстие и демпферные клапаны на основе регулировочных клиньев с дополнительными предохранительными пружинами, переключаемые демпферные клапаны (переключаемые либо между выбираемыми вариантами настройки, такими как комфортабельный, нормальный и спортивный, либо в зависимости от рулевого управления и входных воздействий) или непрерывно управляемое переменное демпфирование, которое может содержать алгоритмы для управления колебанием автомобильного колеса в вертикальной плоскости и движениями всего корпуса.
Четыре колесных силовых цилиндра двустороннего действия, поперечно связанные в пары, переднюю и заднюю, образующие передний и задний замкнутые гидравлические контуры, каждый из которых содержит левую и правую гидравлическую полость. Передняя левая гидравлическая полость образована передней левой камерой 45 сжатия, передним левым трубопроводом 61 сжатия, передним правым трубопроводом 66 отдачи и передней правой камерой 50 отдачи. Передняя правая гидравлическая полость образована передней правой камерой 46 сжатия, передним правым трубопроводом 62 сжатия, передним левым трубопроводом 65 отдачи и передней левой камерой 49 отдачи. Аналогичным образом задняя левая гидравлическая полость образована задней левой камерой 48 сжатия, задним левым трубопроводом 64 сжатия, задним правым трубопроводом 67 отдачи и задней правой камерой 51 отдачи, а задняя правая гидравлическая полость образована задней правой камерой 47 сжатия, задним правым трубопроводом 63 сжатия, задним левым трубопроводом 68 отдачи и задней левой камерой 52 отдачи.
На каждой из гидравлических полостей установлены аккумуляторы 69, 70, 71 и 72, чтобы обеспечить упругость гидравлической системы. Каждый аккумулятор должен быть расположен на трубопроводах сжатия или отдачи в любой точке между колесными демпферными клапанами сжатия и отдачи, если они предусмотрены. Демпферные клапаны 73, 74, 75 и 76 аккумулятора обеспечивают ослабление потока жидкости между каждой гидравлической полостью и соответствующим аккумулятором.
В случае вышеописанной простой передней и задней парой колесных силовых цилиндров с гидравлической связью перемещение жидкости при различных режимах выглядело бы следующим образом:
a) при крене, когда транспортное средство поворачивает направо, центробежные силы действуют на корпус в левом направлении, и корпус транспортного средства кренится влево, перемещая жидкость как из передней левой камеры сжатия, так и из передней правой камеры отдачи в передний левый аккумулятор 69 и из задней левой камеры сжатия и задней правой камеры отдачи в задний левый аккумулятор 72. Имеет также место поступление жидкости в переднюю правую камеру сжатия и переднюю левую камеру отдачи, причем жидкость подается правым аккумулятором 70, и поступление жидкости в заднюю правую камеру сжатия и заднюю левую камеру отдачи, причем жидкость подается задним правым аккумулятором 71.
b) при перекосе, например, когда переднее левое и заднее правое колеса находятся на более высоком грунте, чем переднее правое и заднее левое колеса, в таком случае имеется излишек жидкости в передней левой и задней правой гидравлических полостях и потребность в большем количестве жидкости в передней правой и задней левой гидравлических полостях.
c) при вертикальном перемещении и продольном наклоне разность между жидкостью, перемещенной в камеру сжатия одного колесного силового цилиндра или из этой камеры, и жидкостью, перемещенной из камеры отдачи поперечно смежного колесного силового цилиндра или в нее, равна объему штока, перемещенному в ходе этого движения. Этот объем штока и есть все, что перемещается в аккумуляторы или из них при вертикальном движении и движении продольного наклона.
Высокий относительный объем, перемещаемый в режиме крена по сравнению с режимами вертикального перемещения и продольного наклона, дает более высокую жесткость при крене, чем жесткость при вертикальном перемещении и продольном наклоне. Это также означает, что, если для того, чтобы затормозить поток жидкости в аккумуляторы и/или из них используются демпферные клапаны, то это демпфирование имеет большее влияние на крен, чем на вертикальное перемещение или продольный наклон.
Следовательно, чем больше разность между диаметром цилиндра и диаметром штока для каждого цилиндра, тем больше отношение между жесткостью (и демпфированием) системы при крене (и перекосе) и жесткостью (и демпфированием) системы при вертикальном перемещении (и продольном наклоне).
Кроме того, поскольку цилиндрические пружины или другое средство опоры, независимое от гидравлической системы, обеспечивают большую часть поддерживающего усилия для нагрузки на транспортное средство, то диаметры штоков могут быть малой величиной, поскольку выталкивающая сила из цилиндров может быть низкой. Аналогичным образом рабочее давление гидравлических систем может быть низким, хотя обычно оно устанавливается достаточно высоким, чтобы избежать кавитации в какой-либо точке в системе при нормальных условиях езды.
Каждая из этих четырех гидравлических полостей дополнительно содержит соответствующий соединительный трубопровод 77, 78, 79 и 80, обеспечивающий гидравлическую связь между этими четырьмя гидравлическими полостями и устройством разделения режимов. Соединяя все четыре колеса вместе в одном гидравлическом устройстве, возможно пассивно различать движения крена и перекоса. Преимущество использования устройства разделения режимов состоит в том, что колесные цилиндры могут иметь общий диаметр, а для того, чтобы соразмерять распределение момента крена в гидравлической системе между передней и задней частями согласно тому, что требуется для управления равновесием, могут быть использованы полезные площади сечений внутри устройства разделения режимов.
Устройство 100 разделения режимов, показанное на фиг.1, содержит три цилиндрических части, две из этих цилиндрических частей - 101 и 102 имеют один и тот же диаметр и расположены с обоих концов центральной цилиндрической части 103, которая имеет другой диаметр. Внутри каждой цилиндрической части установлен с возможностью скольжения поршень, причем два концевых поршня 104, 105 прикреплены к центральному поршню 106 соответствующими штоками 107 и 108. Эта конструкция образует четыре камеры, причем передняя левая компенсационная камера 109 соединена с передней левой гидравлической полостью, передняя правая компенсационная камера 110 соединена с передней правой гидравлической полостью, задняя правая компенсационная камера 111 соединена с задней правой гидравлической полостью, и задняя левая компенсационная камера 112 соединена с задней левой гидравлической полостью. Эти соединения обеспечивают то, что движениям крена оказывается сопротивление, а движения перекоса свободно допускаются, при этом характеристики переднего и заднего гидравлических контуров, относящиеся к продольному наклону и вертикальному перемещению, остаются незатронутыми.
Следует учесть, что могла бы использоваться любая компоновка гидравлических трубопроводов, которые обеспечивают эквивалентные соединения. Например, передний левый соединительный трубопровод 77 может быть опущен, а передний левый трубопровод 61 сжатия и передний правый трубопровод 66 отдачи могут быть оба напрямую и индивидуально соединены с передней левой компенсационной камерой 109 устройства 100 разделения режимов.
При добавлении устройства 100 разделения режимов перемещение жидкости при различных режимах может теперь быть описано следующим образом:
a) при крене, когда транспортное средство поворачивает направо, центробежные силы действуют на корпус в левом направлении, и корпус транспортного средства кренится влево, перемещая жидкость как из передней левой камеры сжатия, так и из передней правой камеры отдачи в передний левый аккумулятор 69 и из задней левой камеры сжатия и задней правой камеры отдачи в задний левый аккумулятор 72. Имеет также место поступление жидкости в переднюю правую камеру сжатия и переднюю левую камеру отдачи, причем жидкость подается правым аккумулятором 70, и поступление жидкости в заднюю правую камеру сжатия и заднюю левую камеру отдачи, эта жидкость подается задним правым аккумулятором 71. Увеличение давления в передней левой и задней левой компенсационных камерах 109 и 112 устройства 100 разделения режимов воздействует на шток 107, а уменьшение давления в передней правой и задней правой компенсационных камерах 110 и 111 устройства разделения режимов аналогичным образом воздействует на шток 108. При крене поршневого штока в сборе устройства разделения режимов (узел из поршней 104, 105 и 106 и штоков 107 и 108) сохраняется равновесие сил при небольшом или никаком его перемещении и силы, противодействующие крену, порождаемые гидравлической системой, имеют соотношение между передней и задней частями, определяемое размерами цилиндров.
b) при перекосе, когда переднее левое и заднее правое колеса находятся на более высоком грунте, чем переднее правое и заднее левое колеса, избыточная жидкость в передней левой и задней правой гидравлических полостях поступает в камеры 109 и 111 устройства разделения режимов и передвигает сборочный узел "поршень-шток" (то есть поршни 104, 105 и 106 и штоки 107 и 108) вправо, вытесняя жидкость из камер 110 и 112 в переднюю правую и заднюю левую гидравлические полости, в которых провисание колес создало потребность в большем количестве жидкости. Поскольку перераспределение момента крена в гидравлической системы от передней к задней части соответствует перемещению колеса в режиме перекоса от задней к передней части, то давления в этих четырех гидравлических полостях не должны изменяться.
с) при вертикальном перемещении и продольном наклоне разность между жидкостью, перемещенной в камеру сжатия одного колесного силового цилиндра или из этой камеры, и жидкостью, перемещенной из камеры отдачи поперечно смежного колесного силового цилиндра или в нее, равна объему штока, перемещенному в ходе этого движения. Этот объем штока и есть все, что перемещается в аккумуляторы или из них при вертикальных и наклонных перемещениях. В чистых вертикальном и наклонном движениях силы на поршнях 104, 105 и 106 и штоках 107 и 108 устройства разделения режимов остаются уравновешенными, при этом устройство разделения режимов не оказывает никакого воздействия в этих режимах.
Следовательно, гидравлическая система обеспечивает жесткость при крене, но не обеспечивает жесткость при перекосе. Если предусмотрены демпферы аккумулятора, то они аналогичным образом обеспечивают гидравлической системе демпфирование при крене, не внося своего вклада в демпфирование при перекосе. Жесткость гидравлической системы при крене распределяется между передней и задней частями с постоянным распределением момента крена (РМК), которое определяется размерами передних и задних колесных силовых цилиндров, объемами газа в аккумуляторе и передаточными отношениями, но может также определяться полезными площадями поршней в устройстве разделения режимов. Таким образом, устройство разделения режимов может использоваться для того, чтобы создавать заданное РМК, используя при этом компоненты колесных силовых цилиндров, имеющие общие размеры. При производстве выбор из диапазона стандартных диаметров для колесных силовых цилиндров и устройства разделения режимов может позволить выполнить точную настройку РМК системы. В качестве альтернативы, диапазон размеров колесных силовых цилиндров мог бы быть ограничен, если для удовлетворения конструктивных требований критическими являются пиковые значения давления демпфирования, тогда большая часть или даже вся настройка РМК может быть выполнена с использованием различных полезных площадей поршней в устройстве разделения режимов. Жесткости гидравлической системы при вертикальном перемещении и продольном наклоне обусловлены жесткостью переднего и заднего контуров при параллельном ударном входном воздействии на два колеса, которая устанавливается относительно жесткости гидравлической системы при крене посредством диаметра цилиндрической расточки колесных силовых цилиндров и цилиндрических штоков колесных силовых цилиндров.
Дополнительная возможность, имеющаяся для того, чтобы настроить РМК гидравлической системы, обеспечивая все-таки при этом желательное РМК всего транспортного средства, заключается в том, чтобы использовать средство опоры с различными уровнями жесткости при крене, как это было описано выше. Например, для того чтобы сделать возможным на транспортном средстве со смещенным вперед РМК транспортного средства, составляющим 65%, использование более равных по размерам компонентов колесных силовых цилиндров и создать подобное пиковое давление демпфирования в передних и задних камерах колесных силовых цилиндров, РМК средства опоры транспортного средства может быть выбрано таким, чтобы обеспечить приемлемое РМК гидравлической системы. Может быть желательным установить РМК средства опоры таким же, как требуемое РМК всего транспортного средства, составляющее 65%, и в этом случае переднее средство опоры может быть выполнено в виде независимых цилиндрических пружин, а заднее средство опоры может быть комбинацией независимых цилиндрических пружин и поперечно присоединенных торсионов.
Фиг.2 показывает альтернативную конструкцию устройства 100 разделения режимов в рамках аналогичной гидравлической схемы взаимосвязанных колесных силовых цилиндров. В этом случае устройство 100 разделения режимов содержит две главные камеры 121 и 122, образованные неподвижной стенкой 123. В каждой основной камере установлен с возможностью скольжения поршень, образуя четыре компенсационные камеры, эти два поршня 124 и 125 прикреплены к общему штоку 126, причем шток проходит через неподвижную стенку 123, которая содержит уплотнение штока.
Эти четыре компенсационные камеры представляют собой, как и на фиг.1, переднюю левую компенсационную камеру 129, которая соединена с трубопроводом 77, соединяющим переднюю левую гидравлическую полость, и остальной частью передней левой гидравлической полости, переднюю правую компенсационную камеру 130, соединенную с трубопроводом 78, соединяющим переднюю правую гидравлическую полость, и остальной частью передней правой гидравлической полости, заднюю правую компенсационную камеру 131, соединенную с трубопроводом 79, соединяющим заднюю правую гидравлическую полость, и остальной частью задней правой гидравлической полости, и заднюю левую компенсационную камеру 132, соединенную с трубопроводом 80, соединяющим заднюю левую гидравлическую полость, и остальной частью задней левой гидравлической полости.
Как и на фиг.1, эти соединения на фиг.2 обеспечивают то, что движениям крена оказывается сопротивление, а движения перекоса свободно допускаются, при этом характеристики переднего и заднего гидравлических контуров, относящиеся к продольному наклону и вертикальному перемещению, остаются незатронутыми.
В конфигурации устройства разделения режимов, показанного на фиг.2, компенсационные камеры 131 и 132 на концах устройства имеют большую полезную площадь поршня, чем те камеры 129 и 130, что примыкают к неподвижной стенке 123. Если в камерах 131 и 132 предусмотрены дополнительные штоки (не показаны), то устройство разделения режимов может быть выполнено с любой требуемой полезной площадью поршня, хотя дополнительные уплотнения между дополнительными штоками и торцевыми стенами устройства разделения режимов обычно добавляют трение и могут оказывать вредное воздействие на комфорт во время езды. Аналогичным образом, если две компенсационные камеры 121 и 122 используются, имея соответствующие поршни 124 и 125, со штоком 126 между поршнями и дополнительным штоком, выступающим через одну из концевых компенсационных камер, то опять же устройство разделения режимов может быть выполнено с любой требуемой эффективной площадью поршня для каждой камеры путем подбора различных диаметров главных камер и различных диаметров штоков.
Если из-за РМК гидравлической системы трубопроводы, соединяющие переднюю гидравлическую полость, должны сильно отличаться по размеру по сравнению с трубопроводами, соединяющими заднюю гидравлическую полость, по причинам приемлемой скорости и ускорения течения жидкости, то, может быть, выгодно поместить устройство разделения режимов к одному концу транспортного средства. Размер трубопроводов сжатия и отдачи в передних и задних гидравлических контурах может также быть чувствительным к положению устройства разделения режимов, делая его положение в продольном направлении в транспортном средстве существенным для оптимизации размеров и массы системы для данного уровня рабочих характеристик. Это очевидно верно для любого из вариантов реализации настоящего изобретения.
В дополнение к этому, устройство 100 разделения режимов на фиг.2 содержит дополнительные упругие элементы, показанные как цилиндрические пружины 133 и 134. Они могут использоваться для того, чтобы обеспечить жесткость в направлении движения поршневого штока в сборе и, следовательно, обеспечить гидравлической системе жесткость при перекосе. Предпочтительно, однако, чтобы они использовались для того, чтобы создать силу, смещающую положение поршневого штока в сборе по центру внутри двух главных камер 121 и 122.
Как было описано выше, каждая гидравлическая полость в гидравлической системе содержит трубопровод сжатия, трубопровод отдачи, соединяющий трубопровод и компенсационную камеру устройства разделения режимов. Каждая гидравлическая полость может также содержать, по меньшей мере, один аккумулятор, хотя это не является обязательным, если имеются другие источники податливости, например, если жидкость сжимаема, или если трубопроводы (или участки трубопроводов) расширяются на соответствующую величину при изменении давления.
Объем жидкости и газа в гидравлической системе изменяется с температурой. В некоторых случаях это приводит к недопустимому изменению свойств системы из-за изменения жесткости и/или трения (которое в свою очередь частично зависит от рабочего давления). Поэтому на фиг.2 также показана система поддержания давления, содержащая устройство (139) поддержания давления.
Поскольку гидравлическая система не является основным средством опоры (то есть большую часть опоры транспортного средства обеспечивают цилиндрические пружины, или пневматические, торсионные и тому подобные пружины), то все четыре гидравлические полости в системе могут работать с общим статическим давлением предварительной зарядки. Преимущество работы всех систем с одним и тем же статическим давлением предварительной зарядки заключается в том, что устраняются перепады статического давления на поршневых уплотнениях по всей системе, тем самым уменьшаются изменения положения по крену, вызванные перетечкой жидкости между полостями. Механизированная система управления, которая может перекачивать жидкость между полостями, хотя она и может быть предусмотрена факультативно, не является необходимой. Две функции регулирования давления, которые являются предпочтительными, представляют собой выравнивание давления между гидравлическими полостями и поддержание среднего давления гидравлических полостей в пределах допуска требуемого рабочего давления.
По этой причине на фиг.2 эти четыре гидравлические полости соединены через устройства 140-143 управления потоком с общим трубопроводом или каналом 144, который в свою очередь соединен с устройством 139 поддержания давления. В его самой простой форме каждое устройство управления потоком представляет собой дроссель, обычно микроотверстие с фильтрами с обеих сторон, чтобы предотвратить засорение, хотя могут быть использованы любые известные дросселирующие средства, такие как капиллярная линия или преграда из пористого материала. Если используются отверстия, то они обычно имеют размеры, обеспечивающие характеристики, требующиеся для поддержания давлений в этих четырех гидравлических полостях в пределах приемлемого диапазона, предотвращая при этом значительный расход жидкости во время движения на повороте, с тем чтобы сохранить статическое распределение момента крена и жесткость и сохранить положение по крену в пределах приемлемого диапазона при возвращении к движению по прямой. В качестве альтернативы, устройства 140-143 управления потоком могут быть клапанами, предназначенными для того, чтобы избирательно соединять гидравлические полости с устройством поддержания давления. Клапаны могут быть электромагнитными клапанами, например, управляемыми электрически в зависимости от какого-либо сочетания сигналов состояния транспортного средства, таких как скорость транспортного средства, угол поворота, скорость поворота, поперечное ускорение, одно или более давлений в гидравлической системе, температура окружающей среды или температура одного или более компонентов транспортного средства или гидравлической системы.
Хотя устройство 139 поддержания давления может быть опущено, изменения объемов жидкости и газа в гидравлической системе и ее аккумуляторах в диапазоне рабочей температуры транспортного средства являются обычно достаточно большими, что требует некоторого компенсационного устройства. Сложность этого устройства может значительно изменяться, в зависимости от конструктивных параметров и требуемых функциональных возможностей.
В своей самой простой форме устройство 139 поддержания давления может быть аккумулятором давления жидкости любой известной конструкции (например, баллонного типа с газовой пружиной, поршневого типа с газовой пружиной или с механической пружиной).
В качестве альтернативы, устройство 139 поддержания давления может использовать источник давления жидкости (такой как резервуар с насосом, или другая система транспортного средства, такая как рулевой привод с усилителем) для того, чтобы поддерживать давление в гидравлических полостях подвески либо на постоянном, либо на переменном уровне давления. Если выбрано постоянное давление, то требуемые компоненты могут быть простыми, дешевыми, пассивными, механическими частями, однако при изменении температуры системы жесткость системы будет немного изменяться. Чтобы сохранять характеристики жесткости системы постоянными при изменяющейся температуре, давление в системах должно регулироваться в зависимости от их температуры, что обычно требует один или более датчиков температуры, по меньшей мере, один датчик переменного давления или преобразователь давления и электронный блок управления.
Кроме того, жесткость гидравлической системы подвески при крене может регулироваться посредством изменения давления в системах, так что если используется устройство 139 поддержания давления с переменными заданными значениями давления, то давление может быть изменено в зависимости от нагрузки на транспортное средство и/или управляемым водителем переключателем режима или регулируемым переключателем. Для быстрого регулирования давления в системах клапаны более предпочтительны, чем одни лишь дроссели между устройством поддержания давления и этими четырьмя гидравлическими полостями.
Одна альтернатива заключается в том, чтобы устройство поддержания давления регулировало два различных давления. Это могло бы быть сделано при использовании клапанов для того, чтобы управлять давлением в этих четырех гидравлических полостях попарно. В качестве альтернативы устройство поддержания давления могло бы быть связано с двумя из гидравлических полостей с клапанами, чтобы обеспечивать соединение между каждой из полостей с регулируемым давлением и другой гидравлической полостью, или устройство поддержания давления может содержать два аккумулятора, каждый из которых связан с двумя гидравлическими полостями через устройства управления потоком. Регулирование различных пар гидравлических полостей обеспечивает управление различными параметрами. Например, если в передних гидравлических полостях отрегулировано давление, отличное от задних гидравлических полостей, то выталкивающие силы силовых цилиндров от передней к задней части могут быть отличными по сравнению со случаем, где при использовании тех же самых размеров компонентов системы все четыре объема регулируются на одно и то же давление. Изменение жесткости гидравлической системы при крене может изменить РМК полной системы подвески, когда РМК опорных пружин отличается от РМК гидравлической системы. Жесткостью при крене и положением продольного наклона можно управлять, независимо управляя давлениями в передних гидравлических полостях и задних гидравлических полостях. Это может быть сделано в зависимости от любых сигналов, таких как, например, сигналы с датчиков стиля вождения, управляющие входные сигналы, выбираемые водителем, сигналы с датчиков нагрузки транспортного средства и/или датчиков положения нагрузки транспортного средства. В качестве альтернативы, если две левые гидравлические полости регулируются на давление, отличное по отношению к двум правым гидравлическим полостям, то гидравлическая система может быть использована для того, чтобы оказывать сопротивление моменту крена на транспортном средстве, например статической нагрузке крена, обусловленной смещением полезной нагрузки в транспортном средстве.
В качестве альтернативы, или в дополнение к этому, давлением в четырех гидравлических объемах можно управлять с более высокой частотой в зависимости от критериев рулевого управления и нагрузки, с тем чтобы активно управлять положением крена и/или положением продольного наклона. Компоненты (насос, резервуар, клапаны, датчики и контроллеры для многих различных алгоритмов) для этих типов управления хорошо известны.
Фиг.3 показывает альтернативный вид активного управления для гидравлической системы, согласно настоящему изобретению. Показаны два устройства 150 и 170 перемещения жидкости, производящие управляемое перемещение жидкости между этими четырьмя гидравлическими полостями.
Первое устройство перемещения жидкости содержит две главные камеры 151 и 152, разделенные неподвижной стенкой 153. Каждая главная камера разделена на две камеры 157 и 158, 159 и 160 управления соответствующим поршнем 154, 155, установленным на обоих концах центрального штока 156, который проходит через неподвижную стенку 153. Трубопроводы управления соединяют камеры управления первого устройства перемещения жидкости с компенсационными камерами устройства 100 разделения режимов таким образом, что движение поршней 154, 155 и центрального штока 156 перемещает жидкость в гидравлические полости на одной стороне транспортного средства и из гидравлических полостей на противоположной стороне транспортного средства, что регулирует положение транспортного средства по крену. На фиг.3 трубопроводы управления, соединяющие камеры управления первого устройства перемещения жидкости с четырьмя гидравлическими полостями гидравлической системы, для ясности показаны соединяющими камеры управления второго устройства перемещения жидкости с компенсационными камерами устройства 100 разделения режимов, но очевидно, что они могут быть соединены с любой точкой в каждой из четырех гидравлических полостей гидравлической системы.
Поскольку первое устройство перемещения жидкости может быть использовано для того, чтобы управлять положением крена транспортного средства, то его можно назвать устройством перемещения жидкости в положении крена. Камеры управления в этом устройстве можно назвать камерами управления положением крена. Тогда в последовательности соединений, показанной на фиг.3, задняя левая камера 157 управления положением крена соединена с задней левой компенсационной камерой 132, передняя правая камера 158 управления положением крена соединена с передней правой компенсационной камерой 130, передняя левая камера 159 управления положением крена соединена с передней левой компенсационной камерой 129, и задняя правая камера 160 управления положением крена соединена с задней правой компенсационной камерой 131.
К противоположной стороне первого поршня 154 прикреплен управляющий шток 165, проходящий через камеру 157 управления. К противоположной стороне второго поршня 155 присоединен согласовывающий шток 166, проходящий через камеру 160 управления. Управляющий шток 165 имеет зубчатую часть или зубчатую рейку 187, что дает возможность управлять положением поршневого штока в сборе устройства перемещения жидкости в положении крена посредством приведения во вращение зубчатого колеса или шестерни 188. Положение поршневого штока в сборе может быть изменено посредством любой другой известной конструкции (например, посредством дополнительных гидравлических камер, в которые выступают управляющий шток и шток при управлении объемом жидкости в этих гидравлических камерах).
Следует учесть, что последовательность соединений между устройством перемещения жидкости в положении крена и четырьмя гидравлическими полостями гидравлической системы может быть изменена, достигая при этом тех же самых функциональных возможностей. Это может быть использовано для того, чтобы, если необходимо, сделать возможными различные относительные перемещения спереди и сзади, используя для этого либо центральный шток 156 с различными диаметрами, либо, если, например, поменять местами камеры 158 и 160 (таким образом, чтобы камера 158 была теперь задней правой камерой управления положением крена, а камера 160 была теперь передней правой камерой управления положением крена), изменяя диаметр одной из главных камер 151 или 152. В некоторых вариантах выполнения может быть предпочтительным передавать различное количество жидкости между двумя передними гидравлическими полостями по сравнению с количеством жидкости, передаваемой между двумя задними гидравлическими полостями, в зависимости от размеров силовых цилиндров и соотношений движений передней к задней части.
Второе устройство перемещения жидкости содержит две главных камеры 171 и 172, разделенные неподвижной стенкой 173. Каждая главная камера разделена на две камеры управления 177 и 178, 179 и 180 соответствующим поршнем 174, 175, установленным на обоих концах центрального штока 176, который проходит через неподвижную стенку 173. Трубопроводы управления соединяют камеры управления второго устройства перемещения жидкости с компенсационными камерами устройства 100 разделения режимов таким образом, что движение поршней 174, 175 и центрального штока 176 перемещает жидкость в гидравлические полости на одном конце транспортного средства и из гидравлических полостей на противоположном конце транспортного средства для того, чтобы регулировать положение продольного наклона транспортного средства, увеличивая давление в гидравлических полостях на одном конце транспортного средства и уменьшая давление в гидравлических полостях на противоположном конце транспортного средства. На фиг.3 трубопроводы управления, соединяющие камеры управления второго устройства перемещения жидкости с четырьмя гидравлическими полостями гидравлической системы, показаны для ясности, как соединяющие камеры управления второго устройства 170 перемещения жидкости с камерами управления первого устройства 150 перемещения жидкости, но очевидно, что они могут быть соединены с любой точкой в каждой из четырех гидравлических полостей гидравлической системы.
Поскольку второе устройство перемещения жидкости может быть использовано для того, чтобы управлять отношением шага транспортного средства, то его можно назвать устройством перемещения жидкости в положении продольного наклона. Камеры управления, расположенные в нем, можно назвать камерами управления положением продольного наклона. Тогда в последовательности соединений, показанной на фиг.3, задняя левая камера 177 управления положением продольного наклона соединена с задней левой камерой 157 управления положением крена, передняя правая камера 178 управления положением продольного наклона соединена с передней правой камерой 158 управления положением крена, задняя правая камера 179 управления положением продольного наклона соединена с задней правой камерой 160 управления положением крена, и передняя левая камера 180 управления положением продольного наклона соединена с передней левой камерой 159 управления положением крена.
К противоположной стороне первого поршня 174 прикреплен управляющий шток 185, проходящий через камеру 177 управления. К противоположной стороне второго поршня 175 присоединен согласовывающий шток 186, проходящий через камеру 180 управления. Управляющий шток 185 имеет зубчатую часть или зубчатую рейку 187, что дает возможность управлять положением поршневого штока в сборе устройства перемещения жидкости в положении крена посредством приведения во вращение зубчатого колеса или шестерни 188. Положение поршневого штока в сборе может быть изменено посредством любой другой известной конструкции.
Следует учесть, что последовательность соединений между устройством перемещения жидкости в положении продольного наклона и четырьмя гидравлическими полостями гидравлической системы может быть изменена, достигая при этом тех же самых функциональных возможностей.
Может потребоваться производить различные относительные перемещения объемов жидкости в передней и задней частях. Например, если перенесенные объемы жидкости (из гидравлических полостей на одном конце транспортного средства и в гидравлические полости на другом конце транспортного средства) не согласуются с другими настроенными параметрами жесткости системы, то может быть затронута жесткость при крене (что может быть сделано преднамеренно в целях получения положительного результата). Кроме того, имеется возможность увеличивать и уменьшать давление в этих двух гидравлических полостях на одном только конце транспортного средства (то есть снабжать устройство перемещения жидкости для распределения момента крена только двумя камерами управления, которые изменяют свой объем в одном и том же направлении друг с другом для того, чтобы управлять давлениями в, например, задних гидравлических полостях). Это изменит жесткость при крене в дополнение к изменению положения продольного наклона, которое может быть желательным, как отмечено в международной патентной заявке PCT/AU02/01331 данного заявителя, и может управляться активным образом с относительно высокой частотой по сравнению с двумя проиллюстрированными устройствами перемещения жидкости, или даже с более низкой частотой в зависимости от нагрузки и/или положения нагрузки.
Одна конструкция, которая позволяет легко осуществлять размерную настройку различных полезных площадей, предполагает удаление штока 166, 186 из средств 150, 170 перемещения жидкости (которое устраняет потребность в связанном с ним уплотнением штока из торца главной камеры 152 или 172), затем использование управляющего штока 165 или 185 большего диаметра, чем центральный шток 156 или 176 и использование большего диаметра для главной камеры 151 или 171, содержащей управляющий шток 165 или 185, чем для другой главной камеры 152 или 172. Таким образом, можно настроить размеры управляющего и центрального штоков и двух главных камер устройства так, чтобы попарно согласовать полезную площадь пар камер, как это было описано ранее. Действительно, эта конструкция является предпочтительной для создания каждого устройства перемещения жидкости, а варианты реализации изобретения с равными размерами компонентов, показанные на чертежах, используются для более легкого понимания концепций.
Следует отметить, что, хотя на чертеже показаны два устройства перемещения жидкости, возможны и другие разновидности. Например, может быть предусмотрено только одно средство перемещения жидкости, с тем чтобы управлять положением крена без отдельного управления положением продольного наклона.
Для того чтобы поддерживать среднее статическое рабочее давление в каждой гидравлической полости или управлять им, с этой конструкцией может быть использовано устройство поддержания давления любого типа (которые описаны выше). Одно преимущество использования устройств перемещения жидкости для обеспечения активного управления положением крена и/или положением продольного наклона заключается в том, что устройство поддержания давления может быть в своем самом простом пассивном виде, состоящем из одного аккумулятора, соединенного с этими четырьмя гидравлическими полостями через соответствующие устройства управления потоком.
На фиг.4 показана еще одна конструкция устройства 100 разделения режимов. Этот вариант выполнения изобретения аналогичен фиг.1 по компоновке устройства разделения режимов, имеющего центральную цилиндрическую часть 103 и две концевые цилиндрические части 101 и 102, но эти концевые цилиндрические части теперь отделены от центральной цилиндрической части стенками 190 и 191. Центральный поршень 106 аналогичным образом расположен в центральной цилиндрической части 103, но штоки 107 и 108 имеют больший диаметр, и проходят, имея уплотнение, через стенки 109 и 191. Это образует те же самые четыре камеры 109, 110, 111 и 112 в устройстве разделения режимов, которые соединены и работают таким же образом, как на фиг.1. Вполне очевидно, что можно использовать любую последовательность соединений, которая дает те же самые функциональные возможности.
Штоки показаны как полые детали, что сберегает вес и материал, хотя они могут быть сплошными или заполнены более легким материалом, чем материал штока. Штоки могут в качестве альтернативы или в дополнение к этому содержать упругие элементы, расположенные внутри и выступающие с концов штоков, действующие как жесткие упоры, смягчающие удар поршневого штока в сборе в конце его перемещения.
Цилиндрические пружины 133 и 134 также показаны такими же, как на фиг.2 и 3, действующими на поршневой шток в сборе.
Фиг.4 также показывает далее дополнения к гидравлической системе, показанной на фиг.2, хотя эти дополнения могут быть применены к любому варианту реализации системы. Предусматриваются левые и правые продольные соединительные трубопроводы 192 и 193 для того, чтобы, соответственно, соединять переднюю левую гидравлическую полость с задней левой гидравлической полостью и переднюю правую гидравлическую полость с задней правой гидравлической полостью. Эти трубопроводы фактически обходят устройство 100 разделения режимов, что в результате дает гидравлические соединения, аналогичные патенту US 6761371 данного заявителя. В таком случае РМК гидравлической системы определяется диаметрами передних и задних колесных силовых цилиндров и их схемами расположения, устройство 100 разделения режимов более не оказывает никакого воздействия на РМК в установившемся состоянии. На продольных соединительных трубопроводах предусмотрены вентильные устройства 194 и 195, предназначенные, чтобы управлять потоком жидкости через упомянутые трубопроводы. Вентильные устройства могут содержать дроссели, многоступенчатые или управляемые демпферные клапаны, и/или запорные клапаны.
Если вентильные устройства 194 и 195 содержат запорные клапаны, то этими запорными клапанами можно управлять таким образом, чтобы переключать РМК системы между двумя вариантами настройки (один определяется колесными силовыми цилиндрами и устройством разделения режимов, другой определяется исключительно колесными силовыми цилиндрами). Это может быть сделано в ответ на считанные входные воздействия управления транспортным средством, например переключение на РМК гидравлической системы, более смещенное вперед, что содействует более слабой реакции автомобиля на поворот руля, в этом случае РМК обоих вариантов настройки может определяться коэффициентами уравновешенности управления транспортным средством. В качестве альтернативы, один вариант настройки может быть использован для того, чтобы обеспечить требуемую уравновешенность управления транспортного средства (который обычно приводит к смещенному вперед РМК гидравлической системы), а другой вариант настройки может быть использован для того, чтобы обеспечить более ровное РМК для того, чтобы транспортное средство меньше клевало головной частью и имело повышенный комфорт для данной жесткости при крене. Тогда запорными клапанами можно управлять либо автоматически, используя считанные входные воздействия (включающие скорость транспортного средства, поперечное ускорение, давления жидкости, угол поворота и/или скорость поворота) для того, чтобы определять, едет ли транспортное средство по прямой или движется на повороте, обеспечивая повышение комфорта на волнистых поверхностях при движении по прямой линии и обеспечивая заданную уравновешенность управления при повороте. В качестве альтернативы, запорными клапанами можно управлять вручную или автоматически для использования при езде по дороге или по бездорожью, при том что оба варианта настройки обеспечивают со стороны гидравлической системы жесткость при крене без жесткости при перекосе, комфорт в условиях бездорожья (во время больших входных воздействий от перекоса) значительно выигрывает от разумного уравновешивающего смещения РМК от передней к задней части.
Если вентильные устройства 194 и 195 включают демпфирование, то динамическое РМК может быть направлено к РМК гидравлической системы, как если бы трубопроводы 192, 193 были полностью блокированы, и РМК гидравлической системы при крене в установившемся состоянии является таким, как если бы трубопроводы были полностью открыты. Это может быть особенно полезным инструментом для точной настройки баланса демпфирования в транспортном средстве при крене, направленного от передней к задней части, который, возможно, должен быть отличным по отношению к РМК гидравлической системы.
Хотя продольные соединительные трубопроводы 192, 193 и связанные с ними вентильные устройства 194, 195 показаны присоединенными между трубопроводами 77 и 80 или 78 и 79, соединяющими гидравлические полости, они могут быть присоединены между любой точкой в каждой из этих четырех гидравлических полостей и могут быть включены в состав устройства 100 разделения режимов.
Дополнительное преимущество от того, что предусмотрены продольные соединительные трубопроводы 192 и 193, заключается в том, что любая предусматриваемая система поддержания давления может быть всего лишь двухканальной (то есть соединенной только с одной из левых гидравлических полостей и одной из правых гидравлических полостей), что не только уменьшает количество деталей, но и, тем не менее, позволяет управлять положением крена.
Также на фиг.4 показаны дополнительные вентильные устройства 196, 197, 198 и (199), расположенные на каждом трубопроводе, соединяющем гидравлическую полость. Эти вентильные устройства могут содержать дроссели, многоступенчатые или управляемые демпферные клапаны, но в предпочтительном варианте выполнения представляют собой простые запорные клапаны. Есть несколько преимуществ использования в каждом трубопроводе, соединяющем гидравлическую полость, запорного клапана, причем одно преимущество обеспечивает возможность изолировать большую часть одной гидравлической полости от остальной части гидравлической системы в случае отказа (то есть, если в одной из гидравлических полостей обнаружена потеря давления жидкости, или если из-за неисправности системы или отказа ее компонента давление жидкости не соответствует запланированному давлению жидкости для данных динамических условий на транспортном средстве). Если используется пассивное поддержание давления ограничительного типа, то запорный клапан идеален между соединением трубопровода поддержания давления и трубопроводами сжатия/отдачи каждой гидравлической полости. Другое преимущество заключается в возможности управлять использованием устройства 100 разделения режимов, и в этом случае требуются только два запорных клапана. Может потребоваться управлять использованием устройства разделения режимов таким образом, чтобы вернуться к двум независимым парам передних и задних систем, которые могут иметь другое РМК по отношению к другим двум вариантам настройки, описанным в связи с фиг.4, в этом случае управление может быть ручным или автоматическим, как было описано для этих двух вариантов настройки. В качестве альтернативы или в дополнение к этому, может потребоваться управлять использованием устройства разделения режимов таким образом, чтобы по какой-либо причине, такой как отрыв колеса, устранять признак гидравлической системы, заключающийся в свободном перекосе.
Дополнительные вентильные устройства могут быть установлены в местах, альтернативных тем, что показаны на фиг.4, например, могут быть интегрированы в устройство разделения режимов, или в коллекторный блок, содержащий демпферный клапан (демпферные клапаны) аккумулятора.
Фиг.5 показывает сочетание устройства разделения режимов на фиг.2 и вентильных вариантов на фиг.4, но также в данном случае показывает колесные силовые цилиндры одностороннего действия в задней части. Хотя колесные силовые цилиндры на любом или на обоих концах транспортного средства могут быть одностороннего действия, более распространена ситуация, при которой задние колеса переднеприводного транспортного средства требуют более низких сил, стабилизирующих крен, чем передние. Силовые цилиндры 13 и 14 показаны с камерами 51, 52 отдачи, и по-прежнему имеются демпферные клапаны 59, 60, поскольку они обычно требуются для того, чтобы обеспечить генерацию достаточных демпфирующих сил для задних колес в направлении отдачи. Камера отдачи показана соединенной с соответствующим трубопроводом сжатия через демпферный клапан отдачи. Однако демпферный клапан может быть включен в состав поршня 21, 22 каждого заднего силового цилиндра, как обычно конструируется в традиционных амортизаторах.
Также на фиг.5 показано расположение дросселей 140-143, взаимосвязывающих эти четыре гидравлических полости. Это может быть использовано для того, чтобы позволить очень низкочастотное выравнивание давления между этими четырьмя гидравлическими полостями, при котором потребность в источнике давления жидкости или аккумуляторе низка. Эта взаимосвязь может быть заменена дросселями между смежными компенсационными камерами устройств разделения режимов.
Фиг.6 показывает дополнительные изменения и усовершенствования, вносимые в гидравлическую систему по фиг.1. Поддержание давления, активное управление и дополнительные трубопроводы и клапаны, описанные для фиг.2, 3 и 4, в равной мере применимы и к этому варианту выполнения изобретения. Устройство 100 разделения режимов разделено на две подобных половины 201 и 202 по центральному поршню, две половины 203 и 204 центрального поршня образуют левую камеру 205 давления жидкости и правую камеру 206 давления жидкости. Левая и правая камеры давления жидкости соединены трубопроводом 207, что дает такие же функциональные возможности, что и у системы, показанной на фиг.1. Кроме того, в трубопроводе расположен клапан 208 для ослабления и/или, что предпочтительно, перекрывания потока жидкости по трубопроводу между левой и правой камерами давления жидкости. Этот клапан может быть использован для того, чтобы управлять использованием устройства разделения режимов, и имеет такое же действие, как дополнительные вентильные устройства 196, 197, 198 и 199, описанные на фиг.4 (в том, что касается неисправности, изменения РМК, ограничения или предотвращения отрыва колеса, и т.д.).
Также на фиг.6 показаны дополнительные аккумуляторы 209 и 210. Эти аккумуляторы обеспечивают гидравлической системе дополнительную упругость по отношению к вертикальным перемещениям. Это может быть предпочтительно, когда диаметр штоков колесных силовых цилиндров увеличен по некоторым причинам (таким как прочность или увеличение поддерживающего усилия и жесткости при продольном наклоне, требующихся от гидравлической системы), причем дополнительная упругость по отношению к вертикальным перемещениям понижает жесткость гидравлической системы при вертикальном перемещении, сохраняя при этом воздействие передних и задних силовых цилиндров 11-14 и аккумуляторов 69-72, жесткость при крене и жесткость при продольном наклоне. Дополнительная упругость по отношению к вертикальным перемещениям может демпфироваться необязательными демпферными клапанами 211 и 212 аккумуляторов.
Фиг.7 показывает дальнейшее изменение устройства 100 разделения режимов. Поршневой шток в сборе устройства разделения режимов, показанного на фиг.1, разделен аналогично тому, что показано на фиг.6, в результате чего две половины 203 и 204 центрального поршня образуют центральную камеру 221 давления жидкости. Упругость добавляется этой центральной камере давления жидкости аккумулятором 222, который находится в гидравлической связи с центральной камерой давления жидкости через трубопровод 223. Трубопровод 223 может содержать демпферное средство и/или любое другое клапанное средство, включая запорный клапан (не показан). Эта конструкция просто добавляет упругость, как и на фиг.6. Кроме того, между камерами 109, 110 устройства разделения режимов и остальной частью соответствующих гидравлических полостей могут быть добавлены демпферные клапаны 224 и 225. Эти дополнительные демпферные клапаны обеспечивают небольшое количество демпфирования при вертикальных перемещениях, но, прежде всего, обеспечивают демпфирование при перекосе, которое может быть предпочтительным. Использование этих демпферов, расположенных в устройстве разделения режимов и действующих между устройством разделения режимов и гидравлическими полостями, представляет собой пример интегрирования дополнительных вентильных устройств 196, 197, 198 и 199, описанных на фиг.4.
Предполагается, что в рамки объема данной заявки попадает и много других очевидных изменений базовой конструкции компонентов при сохранении последовательности соединений, существенных для функциональных возможностей этой гидравлической системы. Например, очевидно, что при технологической подготовке производства этой системы можно включить в состав основного корпуса колесного силового цилиндра не только колесные демпферные клапаны 53-60, но также и аккумуляторы, и демпферные клапаны аккумуляторов. Например, передний левый колесный силовой цилиндр может содержать колесные демпферные клапаны 53 и 57, аккумулятор 69 и демпфер 73 аккумулятора.
Колесные демпферные клапаны могут быть расположены на удалении от камер колесных силовых цилиндров и могут даже быть расположены в коллекторе, который предоставляет демпферные клапаны аккумулятора, аккумулятор и даже соединения между трубопроводами сжатия, отдачи и соединительными трубопроводами. Аналогичным образом, аккумуляторы могут быть расположены далеко от колесных силовых цилиндров, причем передние аккумуляторы располагаются, например, в двигательном отсеке, или в любой другой точке в связанной с ним гидравлической полости даже на соединяющих трубопроводах или встроены в устройство разделения режимов или просто под корпус транспортного средства, что улучшает монтаж и охлаждение.
Хотя на всех чертежах показанные аккумуляторы относятся к гидропневматическому типу, как сказано ранее, но может быть использован любой вид средства аккумуляции давления жидкости, такой как рукав, который расширяется под давлением жидкости,
Как уже было сказано, может потребоваться изменить жесткость гидравлической системы при крене, однако существует много простых известных способов, чтобы достигнуть этого не прибегая к регулированию давления, описанному выше. Например, чтобы дать возможность переключения жесткости гидравлической системы при крене могут быть предусмотрены дополнительные аккумуляторы в передних или задних гидравлических полостях или во всех четырех гидравлических полостях. Для каждого дополнительного аккумулятора может быть предусмотрен запорный клапан, причем этот запорный клапан управляется вручную или управляется автоматически с использованием входных воздействий, таких как скорость транспортного средства, поперечное ускорение, давление жидкости, угол поворота и/или скорость поворота. Дополнительные аккумуляторы могут иметь демпфирование или могут его не иметь.
Альтернативой гидравлическому включению целого аккумулятора в соединение с гидравлическими полостями и выключению его из этого соединения является использование конструкции аккумулятора с двумя полостями с газом, в таком случае более простые, более компактные, более дешевые переключающие газ клапаны могут использоваться для того, чтобы изменять полости с газом, которыми располагают системы, переключая запорный клапан между двумя газовыми полостями таким образом, чтобы изолировать одну из полостей.
Другой альтернативный способ переключать жесткость при крене заключается в том, чтобы использовать соединительные клапаны, которые соединяют вместе, по меньшей мере, две (то есть, переднюю левую и переднюю правую и/или заднюю левую и заднюю правую) гидравлические полости. Этот способ может быть использован с меньшими затратами (требуются только соединительные клапаны), но он может устранить из гидравлической системы все влияние, оказываемое на жесткость при крене и демпфирование при крене демпферных клапанов аккумуляторов. Дешевле всего присоединить соединительные клапаны между трубопроводами передних гидравлических полостей и/или трубопроводами задних гидравлических полостей. Другая альтернатива заключается в том, чтобы закомпоновать управляемый переключаемый или регулируемый перепускной клапан в поршень камерами сжатия и отдачи каждого колесного силового цилиндра. Поскольку это фактически замыкает систему накоротко, то это сильно уменьшает поток жидкости через систему и при условии низких ускорений жидкости может обеспечить наилучшие характеристики комфорта. В идеальном случае управление является электронным, считывающим входные воздействия, такие как угол поворота и/или скорость поворота, скорость транспортного средства и поперечное ускорение. Другие входные воздействия, такие как скорость колеса, могут быть полезны даже в случае, если перепускной клапан сохраняет влияние колесных демпферных клапанов, поскольку с пониженной жесткостью при крене приходит пониженная жесткость отдельного колеса и различные требования к демпфированию.
На всех предыдущих чертежах демпферные клапаны аккумуляторов, или, на самом деле, любой демпферный клапан, расположенный в гидравлической системе, могут быть пассивными или управляемыми, причем управление имеет любую известную форму от простого переключаемого демпферного клапана до полностью непрерывно регулируемого демпферного клапана. Простой переключаемый демпферный клапан может иметь любой известный тип, такой как переключаемый перепускной клапан вокруг каждого демпферного клапана крена, или простое отверстие с управляемым соплом.
На самом деле в каждой точке, где есть демпфер, указанный на чертежах, этот демпферный клапан может представлять собой любое из следующего: одиночный демпферный клапан, имеющий одинаковые характеристики в обоих направлениях; одиночный клапан, имеющий характеристики различающиеся от одного направления потока жидкости к другому; одиночный клапан, имеющий характеристики дросселирования потока в одном направлении и являющийся относительно безнапорным во встречном направлении; два клапана одностороннего действия, причем один демпферный клапан, чтобы управлять дросселированием потока в одном направлении, и второй демпферный клапан, чтобы управлять дросселированием потока во встречном направлении, причем эти два клапана используются параллельно или последовательно с обратным клапаном параллельно с каждым клапаном, как это известно в традиционной технологии демпферных клапанов.
Может быть предпочтительным использовать два демпферных клапана аккумулятора между каждым аккумулятором и системой, причем один действует во встречном направлении к другому и дополнительно предлагает различные характеристики дросселирования. Если поток в аккумуляторы менее ограничен демпферным клапаном со стороны сжатия аккумулятора по сравнению с ограничением потока из аккумулятора, обеспечиваемого демпферным клапаном со стороны отдачи аккумулятора, то высота транспортного средства может временно понижаться при накренении транспортного средства, и можно регулировать положение динамической оси крена подвески. Следует, однако, отметить, что также можно использовать только один демпферный клапан аккумулятора, либо обеспечивающий двунаправленное дросселирование, либо обеспечивающий демпфирование только в одном направлении. Например, если предусмотрено только демпфирование в направлении отдачи аккумулятора (или если демпферный клапан направления сжатия аккумулятора опущен), то опять же высота транспортного средства временно понизится при накренении транспортного средства.
Если от гидравлической системы на одном конце транспортного средства требуется поддержка дополнительной нагрузки и/или очень небольшая жесткость при крене, то колесные силовые цилиндры могут быть силовыми цилиндрами одностороннего действия. Силовые цилиндры одностороннего действия могут содержать камеру сжатия и отдачи с поршнем колесного силового цилиндра, являющегося демпферным клапаном, обеспечивающим для связанных с ним колес демпфирование при отдаче и дополнительно некоторое демпфирование при сжатии. Пример этого может быть найден в международной патентной заявке PCT/AU02/00028 данного заявителя, которая включена в данное описание в качестве ссылки.
Гидравлическая система может быть повернута вокруг вертикальной оси на угол до девяносто градусов для того, чтобы обеспечить жесткость при продольном наклоне вместо жесткости при крене. Устройство разделения режимов по-прежнему устраняет из гидравлической системы жесткость при перекосе, при этом система позволяет использовать высокую жесткость при продольном наклоне, не оказывая влияния на жесткость при крене, вертикальном перемещении или перекосе основной подвески, к которой применена гидравлическая система.
Колеса могут относиться к любому виду средств зацепления с поверхностью, такому как лыжи, гусеницы, надувной понтон, предназначенные для зацепления с любой обычно пересекаемой поверхностью, такой как железнодорожные или трамвайные пути, гудронированное шоссе или другая дорога или дорожное покрытие, грязь, песок, вода, снег или лед.