技术领域
[0001] 本
发明涉及一种减轻车辆振动的悬挂系统，特别是一种应用于200km/h以及以上速度级客车、
机车或动车组的二系横向减振系统。
[0002] 背景技术
[0003] 车辆振动是影响车辆平顺性的重要因素，衰减振动、提高平顺性的途径之一是设计合理的悬挂系统，传统的被动悬挂系统的阻尼与
刚度一般是按经验设计或优化方法确定的，一经
选定，在车辆行驶过程中无法进行调节，这就限制了悬挂性能的进一步提高。近几年来，随着
铁路车辆的不断提速，以及人们对乘坐火车的舒适性的不断提高，传统的悬挂系统已经不能够满足相关的要求，因而开发一种新式能够适应高速列车的悬挂系统已经势在必行。
[0004] 发明内容
[0005] 本发明的目的在于针对
现有技术的不足，提供一种提高悬挂系统性能的开关式半主动悬挂系统。
[0006] 本发明的技术方案为：一种开关式半主动悬挂系统，包括四套开关式半主动
减振器，两个
加速度
传感器和一套检测控制系统，其特征在于：每两套开关式半主动减振器呈斜对
角安装，作用于车体和
转向架之间；每套开关式半主动减振器均包括减振器本体A、高速开关
阀A1、A2、可调阻尼阀A4以及
压力传感器，其中高速开关阀A1用于接通减振器本体的无杆腔以及储油腔，储油腔与无杆腔之间设置有
单向阀A3，高速开关阀A2用于接通无杆腔和有杆腔，有杆腔与储油腔之间设置有可调阻尼阀A4，
压力传感器用于检测减振器本体有杆腔引出的油路压力；加速度传感器以及压力传感器的输出
信号经过处理后传输给检测控制系统的
控制器，控制器控制高速开关阀A1、A2的动作。
[0007] 优选的是：所述的加速度传感器检测信号后通过低通
滤波器、A/D转换器、积分与高通滤波处理
电路后将信号传递给控制器。
[0008] 优选的是：所述的压力传感器检测信号后通过A/D转换器转换后将信号传递给控制器。
[0009] 优选的是：所述的高速开关阀包括
阀体，阀体的内部包括动铁芯、阀芯以及复位
弹簧， 是二通常闭
电磁阀。
[0010] 优选的是：所述的减振器本体包括外缸、中间缸、内缸，内缸的内部设置有
活塞杆以及活塞，内缸和中间缸的端部设置有底座阀，另一端部设置有导程，并通过
锁紧
螺母与外缸连接，有杆腔通过导程直接与外部油路相接，无杆腔通过内缸上设置的油孔，与内缸和中间缸之间形成的腔体相接，并通过腔体与外部油路相接。
[0011] 优选的是：所述的活塞上设置有单向阀。
[0012] 本发明的有益效果为：本发明结合车辆系统动力学、检测技术、液压减振器技术、
液压阀技术、控制技术以及故障诊断技术研究开发一种带有控制系统的应用于
二系悬挂中的横向减振系统，不仅满足常规被动悬挂液压减振器的所有性能，而且在控制系统的作用下，液压减振器能够做出相应的响应。保留液压减振器衰减车体横向振动的阻尼力，关断液压减振器加速车体横向振动的阻尼力。检测系统、控制系统和故障诊断系统是整个半主动悬挂系统的核心，其中，检测系统负责半主动悬挂系统中车体横向加速度的检测以及减振器内部压力的检测，控制系统负责半主动悬挂系统的动作，故障诊断系统负责加速度传感器故障、控制装置本身故障以及整个系统的工作状态故障诊断功能，并且在出现故障的情况下，半主动悬挂系统能够切换至被动状态。选择使油路均在导程方向引出，油路会更加紧凑，油液的行程减少，减小了
流体在长行程时的压力损失，而且为高速开关阀的安装提供便利。
[0014] 图1为本发明开关式半主动减振器工作原理图
[0015] 图2为本发明工作状态示意图(v1＞0、v1-v2＞0)
[0016] 图3为本发明工作状态示意图(v1＞0、v1-v2≤0)
[0017] 图4为本发明减振器本体的剖视结构示意图
[0018] 图5为本发明高速开关阀的内部结构示意图
[0020] 具体实施方式
[0021] 下面结合附图说明本发明的具体实施方式：
[0022] 一种开关式半主动悬挂系统，包括四套开关式半主动减振器，两个加速度传感器和一套检测控制系统，每两套开关式半主动减振器呈斜对角安装，作用于车体和转向架之间；每套 开关式半主动减振器均包括减振器本体A、高速开关阀A1，A2、可调阻尼阀A4以及压力传感器，其中高速开关阀A1用于接通减振器本体的无杆腔以及储油腔，储油腔与无杆腔之间设置有单向阀A3，高速开关阀A2用于接通无杆腔和有杆腔，有杆腔与储油腔之间设置有可调阻尼阀A4，压力传感器用于检测减振器本体有杆腔引出的油路压力；加速度传感器以及压力传感器的
输出信号经过处理后传输给检测控制系统的控制器，控制器控制高速开关阀A1、A2的动作。所述的加速度传感器检测信号后通过
低通滤波器、A/D转换器、积分与高通滤波处理电路后将信号传递给控制器。所述的压力传感器检测信号后通过A/D转换器转换后将信号传递给控制器。所述的高速开关阀包括阀体1，阀体1的内部包括动铁芯2、阀芯3以及
复位弹簧4，是二通常闭电磁阀。所述的减振器本体包括外缸5、中间缸6、内缸7，内缸7的内部设置有
活塞杆8以及活塞9，内缸7和中间缸6的端部设置有底座阀10，另一端部设置有导程11，并通过锁紧螺母12与外缸5连接，有杆腔通过导程11直接与外部油路相接，无杆腔通过内缸7上设置的油孔，与内缸7和中间缸6之间形成的腔体相接，并通过腔体与外部油路相接。所述的活塞9上设置有单向阀A5。
[0023] 如图1所示：在高速开关阀A1、A2都不得电的情况下，即为被动形式的减振器。在减振器拉伸(活塞杆左移)时，单向阀A5关闭，有杆腔的油液经过可调阻尼阀A4流回储油腔，由于可调阻尼阀A4的节流作用，有杆腔为高压，形成拉伸时的阻力，由于活塞杆的左移，活塞下部需要补充油液，此时储油腔的油经过单向阀A3进入无杆腔，补充由于活塞移动形成的油液不足，避免产生局部
真空。在减振器压缩(活塞杆右移)时，单向阀A3关闭，无杆腔的油液经过单向阀A5流向有杆腔，由于活塞杆右移要占去油缸内一部分容积，所以就要有油液被排出，排出的油液经过可调阻尼阀A4流回储油腔，形成压缩时的阻力。总之，在拉伸和
压缩行程中，油液都是从有杆腔经可调阻尼阀到储油腔做单向流动。
[0024] 在减振器拉伸(活塞杆左移)状态下，开关阀A2得电，A1失电，由于单向阀A5的截止作用，左腔油液只能通过阀A2流入右腔，其不足部分由储油腔供油来补充。由于开关阀A2不产生
流动阻力，油路及左、右腔均不产生压力，活塞所受的合力F为0。此状态下减振器不提供减振力。
[0025] 在减振器压缩(活塞杆右移)状态下，开关阀A1得电，A2失电，右腔的油液分两路流动，一路通过单向阀A5流向左腔，补充活塞移动带来的油腔体积增大；多余的油量通过另一油路由开关阀A1流向储油腔。由于单向阀A5和开关阀A1不产生流动阻力，油路及左、右腔均不产生压力，活塞所受的合力F为0。此状态下减振器不提供减振力。
[0026] 一辆车的开关式半主动悬挂系统由四套开关式半主动减振器、两个加速度传感度和一套检测、控制系统等组成。其中，每两套开关式半主动减振器A、B呈斜对角安装、作用于车体和转向架之间，其对应的
控制阀分别为A1、A2、A3、A4、A5；B1、B2、B3、B4、B5(见图2和图3)。
[0027] 当v1＞0、v1-v2＞0时(图2)，高速开关阀A1、B2得电动作，其对应的控制油路被接通。此时减振器A的活塞相对缸体向右运动(拉出)，由于单向阀A5的截止作用，其右腔油液只能通过可调阻尼阀A4流回储油腔。同时，储油腔中储蓄的油液经单向阀A3流进左腔，用于补偿活塞杆运动时体积差所带来的供油流量不足。由于可调阻尼阀A4具有节流作用，系统建立起了压力，因此，右腔为高压腔、左腔为低压腔(压力约为0)。减振器A的活塞承受的合力FrA向左，此力作用在车体上，阻止车体向右运动。
[0028] 同时，减振器B的活塞相对缸体向右运动(压缩)，右腔的油液分两路流动，一路通过单向阀B5流入左腔，补充活塞移动带来的油腔体积增大；多余的油量通过另一油路经高速开关阀B2和可调阻尼阀B4流回储油腔。由于可调阻尼阀B4具有节流作用，系统建立起了压力，此时回路中的流量等于无杆腔(右腔)对有杆腔(左腔)在运动时产生的体积差。由于高速开关阀B2得电打开，使得减振器B的左、右腔的压力相等，均为高压腔，而右腔(无杆腔)活塞有效面积为左腔(有杆腔)活塞有效面积的两倍，所以，液压力作用在活塞上的合力FrB向左，并与FrA一起作用在车体上，阻止车体向右运动。
[0029] 当v1＞0、v1-v2≤0时(图3)，高速开关阀A1、B2得电动作，其对应的控制油路被接通。减振器A活塞相对缸体向左运动(压缩)，左腔的油液分两路流动，一路通过单向阀A5流入右腔，补充活塞移动带来的油腔体积增大；多余的油量通过另一油路由高速开关阀A1流回储油腔。由于单向阀A5和高速开关阀A1不产生流动阻力，油路及左、右腔均不产生压力，活塞所受的合力FrA为0。此状态下减振器A不提供减振力。
[0030] 同时，减振器B活塞相对缸体向左运动(拉出)，由于单向阀B5的截止作用和可调阻尼阀B4的节流作用，左腔油液会通过高速开关阀B2流入右腔，其不足部分由储油腔供油来补充。由于高速开关阀B2不产生流动阻力，油路及左、右腔均不产生压力，活塞所受的合力FrB为0。此状态下减振器B也不提供减振力。
[0031] 由以上分析可知，当v1＞0、v1-v2＞0时减振器A、B可提供向左的减振力，实施减振作用；当v1＞0、v1-v2≤0时减振器A、B不提供减振力。从而在v1＞0时实现对减振力方 向的控制要求。
[0032] 同理，可推出当v1＜0、v1-v2≤0时减振器A、B可提供向右的减振力，当v1＜0、v1-v2＞0时减振器A、B不提供减振力。在v1＜0时也实现了对减振力方向的控制要求。 [0033] 高速开关阀是开关式半主动悬挂系统中最重要的控制元件，其性能的好坏决定了开关式半主动悬挂系统的成败。高速开关阀在开关式半主动悬挂系统中的主要作用是卸荷，即卸掉液压减振器加速车体横向振动的阻尼力。
[0034] 高速开关阀主要有动铁芯2和阀芯3组成，以阀芯3的开关实现油液的通断，其原理如图5所示：常态时，即失电状态时，阀芯3位于右位，阀关闭，油液不能通过；得电时，阀芯3位于左位，阀打开，油液即能通过。
