CN100548729C - 将空气弹簧压力用于与负载相关的减振器的具有弹簧的增压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于车辆的悬架系统，该悬架系统包括用于限定第一受压工作腔的与频率相关的阻尼器(FDD)或减振器，以及限定第二受压工作腔的空气弹簧组件。增压器使该第一受压工作腔与该第二受压工作腔之间能够压力连通。该增压器包括影响增压器性能的弹性件。

Description

将空气弹簧压力用于与负载相关的减振器的具有弹簧的增压器

技术领域

本发明涉及与频率相关(frequency dependent)的阻尼器或减振器，更特别地，涉及用于将空气弹簧压力用于与负载相关的减振器的增压器。

背景技术

减振器与车辆悬架系统结合使用，用以吸收在行驶过程中产生的不需要的振动。为吸收这些不需要的振动，减振器通常连接在车辆的簧上部分(车身)和簧下部分(悬架)之间。活塞位于减振器的压力缸内，并且压力缸通常连接到车辆的簧下部分。活塞通常通过穿过压力缸延伸的活塞杆连接到车辆的簧上部分。活塞将压力缸划分为上工作腔和下工作腔。减振器通过限制上工作腔和下工作腔之间的流体流动产生抑制振动的阻尼力，否则振动将从车辆的簧下部分传递至车辆的簧上部分。

弹簧装置与减振器一起工作，以便将车辆弹性地支撑在悬架系统上。示例性的弹簧装置包括螺旋弹簧、扭力杆和空气弹簧。随着车辆负载的增加，弹簧装置压缩。不过，减振器的阻尼性能保持恒定，而与车辆负载无关。尽管某些应用中允许恒定的阻尼能力，但是，其它应用将希望减振器的阻尼特性随车辆负载变化。

发明内容

因此，本发明提供了用于车辆的悬架系统，包括具有可变阻尼特性的减振器。该悬架系统包括限定第一受压工作腔的与频率相关的阻尼器(FDD)或减振器，和限定第二受压工作腔的空气弹簧组件。增压器使该第一受压工作腔与该第二受压工作腔之间能够压力连通。该增压器包括影响增压器性能的弹性件。

在一个特征中，该增压器包括限定分割腔的壳体和滑动地设置在这些分割腔内的活塞组件。

在另一个特征中，该活塞组件包括用于划分第一分割腔和第二分割腔的第一活塞，以及与该第一活塞互连并划分该第二分割腔和第三分割腔的第二活塞。该第一分割腔与该第二受压工作腔流体连通，并且该第三分割腔与该第一受压工作腔流体连通。该第一活塞的直径大于该第二活塞的直径。该弹性件偏压该第一活塞。

在再一个特征中，节流装置设置在该空气弹簧组件和该增压器之间，以限制它们之间的受压流体流动。

在又一个特征中，该增压器包括限定腔的壳体和滑动地设置在该腔中以限定分割腔的活塞。该弹性件偏压该活塞。

通过下文提供的详细说明，本发明更广泛的使用范围将变得清楚。应理解，尽管详细的说明和特定的实施例表明了本发明的优选实施例，但是它们仅用于解释的目的，而非用于限制本发明的范围。

附图说明

借助于详细说明和附图，本发明将变得更加易于理解，附图中：

图1是根据本发明的具有包括与频率相关的阻尼器的悬架的车辆的透视图；

图2是包括与频率相关的阻尼器和空气弹簧组件的集成减振组件的侧视截面图；

图3是根据本发明的包括与频率相关的阻尼器、空气弹簧组件和增压器的悬架的透视图；和

图4是根据本发明的包括与频率相关的阻尼器、空气弹簧组件和可替代的增压器的悬架的透视图。

具体实施方式

下述对优选实施例的说明本质上仅是示例性的，而非用于限制本发明、本发明的应用或使用。

参见图1，车辆10包括后悬架系统12、前悬架系统14和车身16。后悬架系统12包括一对支撑一对后轮20的独立悬架18。借助于与频率相关的阻尼器或减振器22与空气弹簧组件24，每一后独立悬架18都连接到车身16。类似地，前悬架系统14包括一对支撑一对前轮28的独立悬架26。每一独立前悬架26都连接到车身16，并包括具有减振器22和空气弹簧组件24的集成减振组件30。

减振器22抑制车辆10的簧下部分(亦即前悬架系统12和后悬架系统14)相对于车辆10的簧上部分(亦即车身16)的相对运动。尽管车辆10已经被描述为具有独立前悬架和独立后悬架的客车，但是减振器22和空气弹簧组件24可包括在具有其它类型悬架的其它类型车辆中。还能想见，减振器22和空气弹簧24可包括在其它类型的应用中，这些应用包括但不限于具有空气弹簧、钢板弹簧、非独立前悬架系统和/或非独立后悬架系统的车辆。进一步，此处使用的“减振器”一词，意指通常意义上的阻尼器，因此其包括麦弗逊支柱、弹簧座单元以及其它在本领域内公知的减振器设计。

现在参见图2，其中示出了集成减振组件30。集成减振组件30包括减振器22和空气弹簧组件24。于2001年2月7日递交的共同转让的美国专利申请No.09/778,455中详尽地公开了减振器22，该申请通过参考明确地合并于此。减振器22包括压力缸32、活塞组件34、活塞杆36和导向座组件38。压力缸32限定工作腔40，工作腔40填充有处于特定压力以便充当阻尼介质的气体，优选为空气。活塞组件34可滑动地设置在工作腔40中，并将工作腔40划分为上工作腔42和下工作腔44。密封组件46设置在活塞组件34和压力缸32之间，以确保活塞组件34在压力缸32中的滑动而不会产生过度的摩擦力。密封组件46使上工作腔42与下工作腔44相隔绝。

活塞杆36连接到活塞组件34，并穿过上工作腔42和封闭压力缸32的上端的导向座组件38延伸。活塞杆36的与活塞组件34相对的端通过上装配组件48固定到车辆10的簧上部分。压力缸32的与导向座组件38相对的端由连接到车辆10的簧下部分的端盖50封闭。还可想见，活塞杆36可连接到车辆10的簧下部分，而端盖50可连接到车辆10的簧上部分。

现在参见图2和图3，集成减振组件30的空气弹簧组件24包括弹性囊52，囊52利用保持架54固定到减振器22，并借助保持架56固定到上装配组件48。囊52限定腔58，腔58容纳用于支撑车辆10的车身16的受压气体。通过增压器60，囊52的腔58和减振器22的下工作腔44的压力为互相相关的。

增压器60提高减振器22的下工作腔44内的空气压力。增压器60包括壳体62和在壳体62中滑动地设置的活塞组件64。壳体62限定工作腔66，工作腔66被活塞组件64分割为第一工作腔68、第二或中间工作腔70和第三工作腔72。活塞组件64包括滑动地设置在壳体62的第一部分76中的大直径活塞74和滑动地设置在壳体62的第二部分80中的小直径活塞78。大直径活塞74通过活塞杆82连接到小直径活塞78。

第一工作腔68通过导管84与空气弹簧组件24的腔58流体连通。中间工作腔70通过泻流孔86与大气流体连通。第三工作腔72通过导管88与减振器22的下工作腔44流体连通。可以提供节流装置90，以限制经过导管84的流体流动。节流装置90限制空气弹簧组件24和减振器22之间的动态相互作用。可以提供弹性件92，以影响活塞组件64的滑动。当活塞组件64压缩弹性件92时，弹性件92施加反作用力到活塞组件64。

对于集成减振组件30以及分离的减振器22和空气弹簧组件24来说，空气弹簧组件24中的空气压力低于减振器22中的压力。增压器60能够提高减振器22中的空气压力，并能够根据车辆10的负载调节减振器22的功率消耗能力。在达到静止状态之前，随着车辆负载的增加，负载力F_LOAD作用在空气弹簧组件24上。F_LOAD增加了空气弹簧组件24中的压力(P_ASA)。P_ASA作用于大直径活塞74的表面积(A_LDP)，从而施加力(F_LDP)并引起大直径活塞74的运动。大直径活塞74运动直至达到静止状态。

由于大直径活塞74发生运动，小直径活塞78相应地运动。下工作腔室44中的压力(P_LWC)作用于小直径活塞78的表面积(A_SDP)。因此，在达到静止状态之前，小直径活塞78发生运动且P_LWC增加。此外，随着自身的运动，大直径活塞74接触并压缩弹性件92。在达到静止状态处，这些作用于活塞组件64的力平衡，即：

F_LDP＝F_SDP+F_RES                                        (1)

其中：F_LDP等于作用在大直径活塞74的力；

F_SDP等于作用在小直径活塞78的力；且

F_RES等于由弹性件92作用在大直径活塞74的力。

压力可换算为以P_ASA和P_LWC来表示，且弹性件的力可换算为以其弹簧刚度(k)来表示，即：

P_ASAA_LDP＝P_LWCA_SDP+kx                                  (2)

其中，x等于弹性件92已经被压缩的距离。

A_LDP可表示为A_SDP的倍数。该关系式可表示为：

A_LDP＝nA_SDP                                            (3)

其中：n＞1。

结合公式2和公式3得到：

$P_{\mathrm{LWC}}=n{P}_{\mathrm{ASA}}-\frac{\mathrm{kx}}{A_{\mathrm{SDP}}}---\left(4\right)$

其中，

等于由F_RES缓解的压力。

因此，增压器60使P_ASA乘以系数n，并在该压力中减去由F_RES缓解的压力后，作为P_LWC施加到下工作腔44。

根据下式，P_ASA可表示为F_LOAD的函数，

$P_{\mathrm{ASA}}=\frac{F_{\mathrm{LOAD}}}{A_{\mathrm{ASA}}}---\left(5\right)$

其中：A_ASA等于P_ASA作用在其上的囊52的总表面积。

公式5可代入到公式4中，即：

$P_{\mathrm{LWC}}=n\frac{F_{\mathrm{LOAD}}}{A_{\mathrm{ASA}}}-\frac{\mathrm{kx}}{A_{\mathrm{SDP}}}---\left(6\right)$

根据公式6可知，P_LWC与F_LOAD成比例，因此，减振器22的阻尼能力与F_LOAD相关。

现在参见图4，其中示出了可替代的增压器60′。增压器60′适应空气弹簧组件24的腔58内的空气压力和减振器22的下工作腔44内的空气压力。增压器60′包括壳体62′和在壳体62′中滑动地设置的活塞组件64′。壳体62′限定工作腔66′，工作腔66′被活塞组件64′分割为第一工作腔68′和第二工作腔70′。弹性件92′设置在第一工作腔内并偏压活塞64′。更具体地，当车辆10空载时，弹性件92′使活塞64′保持在中间位置。

第一工作腔68′通过导管84与空气弹簧组件24的腔58流体连通。第二工作腔70′通过导管88与减振器22的下工作腔44流体连通。可以提供节流装置90，以限制经过导管84的流体流动。节流装置90限制空气弹簧组件24和减振器22之间的动态相互作用。

在空载状态下，压力和力都是静态的。这提供了在活塞上的力平衡，可表示为：

F_FDD＝F_ASA+F_RES                                             (7)

其中：F_FDD等于由P_LWC产生的作用在活塞64′的力；

F_ASA等于作用在空气弹簧组件24的力；且

F_RES等于由弹性件92′作用在活塞64′的力。

因此，当车辆空载时，空气弹簧组件24中的压力小于下工作腔44中的压力。随着车辆的装载，P_ASA增加，导致活塞64′运动，直至达到新的静止状态。新的静止状态的力平衡近似地表示为：

F_FDD＝F_ASA+F_RES                                              (8)

假设活塞64′已经充分地运动至弹性件92′不再向活塞64′施加压力处，公式8可表示为：

F_FDD＝F_ASA                                                   (9)

公式9能够改写为换算成P_ASA和P_LWC，即：

P_LWCA_PISTON＝P_ASAA_PISTON                                     (2)

其中：A_PISTON等于活塞64′每一侧的表面积。可以看出，当车辆装载时，P_LWC等于P_ASA。

在空气弹簧组件24和减振器22之间采用增压器60和60′可实现与负载相关的减振器22。更具体地说，由减振器22消耗的功率是减振器22中的静态压力的函数。空气弹簧组件24中的空气压力与车辆10的负载成比例。增压器60使空气弹簧组件24中的空气压力能够用于减振器22中的压力。

对本发明的说明在本质上仅是示例性的，因此，那些不背离本发明精神的变体，应包括在本发明的范围之内。这些变体不应被认为背离于本发明的精神和范围。

Claims (17)

1、一种用于车辆的悬架系统，包括：

限定第一受压工作腔的与频率相关的阻尼器；

设置在所述第一受压工作腔内的第一压缩气体；

限定第二受压工作腔的空气弹簧组件；

设置在所述第二受压工作腔内的第二压缩气体；和

使所述第一受压工作腔与所述第二受压工作腔之间能够气体压力连通的增压器，所述增压器包括：

限定与所述第一和第二受压工作腔分离的第三受压工作腔的壳体，所述第三受压工作腔与所述第一和第二压缩气体连通；

设置在所述第三受压工作腔内的活塞组件；和

设置在所述活塞组件与所述壳体之间用于偏压所述活塞组件的弹性件。

2、如权利要求1所述的悬架系统，进一步包括设置在所述空气弹簧组件和所述增压器之间以限制它们之间的受压流体流动的节流装置。

3、如权利要求1所述的悬架系统，其中所述活塞组件包括：

将所述第三受压工作腔划分为第一工作腔和第二工作腔的第一活塞；和

与所述第一活塞互连并将所述第三受压工作腔划分为所述第二工作腔和第三工作腔的第二活塞。

4、如权利要求3所述的悬架系统，其中所述第一工作腔与所述第二受压工作腔流体连通，所述第三受压工作腔与所述第一受压工作腔流体连通。

5、如权利要求4所述的悬架系统，其中所述第一活塞的直径大于所述第二活塞的直径。

6、一种设置在车辆的簧上部分和簧下部分之间的悬架系统，包括：

限定第一受压工作腔的与频率相关的阻尼器；

设置在所述第一受压工作腔内的第一压缩气体；

与所述阻尼器集成在一起并限定第二受压工作腔的空气弹簧组件；

设置在所述第二受压工作腔内的第二压缩气体；和

使所述第一受压工作腔与所述第二受压工作腔能够气体压力连通的增压器，所述增压器包括：

限定与所述第一和第二受压工作腔分离的第三受压工作腔的壳体，所述第三受压工作腔与所述第一和第二压缩气体连通；

设置在所述第三受压工作腔内的活塞组件；和

设置在所述活塞组件与所述壳体之间用于偏压所述活塞组件的弹性件。

7、如权利要求6所述的悬架系统，其中所述活塞组件包括：

将所述第三受压工作腔划分为第一工作腔和第二工作腔的第一活塞；和

与所述第一活塞互连并将所述第三受压工作腔划分为所述第二工作腔和第三工作腔的第二活塞。

8、如权利要求7所述的悬架系统，其中所述第一工作腔与所述第二受压工作腔流体连通，所述第三受压工作腔与所述第一受压工作腔流体连通。

9、如权利要求8所述的悬架系统，其中所述第一活塞的直径大于所述第二活塞的直径。

10、如权利要求6所述的悬架系统，进一步包括设置在所述空气弹簧组件和所述增压器之间以限制它们之间的受压流体流动的节流装置。

11、一种车辆，包括：

簧上元件；

簧下元件；和

设置在所述簧上部分和所述簧下部分之间的悬架系统，所述悬架系统包括：

限定第一受压工作腔的与频率相关的阻尼器；

设置在所述第一受压工作腔内的第一压缩气体；

限定第二受压工作腔的空气弹簧组件；

设置在所述第二受压工作腔内的第二压缩气体；和

使所述第一受压工作腔与所述第二受压工作腔能够气体压力连通的增压器，所述增压器包括：

限定与所述第一和第二受压工作腔分离的第三受压工作腔的壳体，所述第三受压工作腔与所述第一和第二压缩气体连通；

设置在所述第三受压工作腔内的活塞组件；和

设置在所述活塞组件与所述壳体之间用于偏压所述活塞组件的弹性件。

12、如权利要求11所述的车辆，其中所述活塞组件包括：

将所述第三受压工作腔划分为第一工作腔和第二工作腔的第一活塞；和

与所述第一活塞互连并将所述第三受压工作腔划分为所述第二工作腔和第三工作腔的第二活塞。

13、如权利要求12所述的车辆，其中所述第一工作腔与所述第二受压工作腔流体连通，并且所述第三工作腔与所述第一受压工作腔流体连通。

14、如权利要求13所述的车辆，其中所述第一活塞的直径大于所述第二活塞的直径。

15、如权利要求11所述的车辆，进一步包括设置在所述空气弹簧组件和所述增压器之间以限制它们之间的受压流体流动的节流装置。

16、如权利要求11所述的车辆，其中所述与频率相关的阻尼器和所述空气弹簧组件组成集成减振组件。

17、一种用于车辆的悬架系统，包括：

限定第一受压工作腔的与频率相关的阻尼器；

设置在所述第一受压工作腔内的第一压缩气体；

限定第二受压工作腔的空气弹簧组件；

设置在所述第二受压工作腔内的第二压缩气体；和

使所述第一受压工作腔与所述第二受压工作腔之间能够气体压力连通的增压器，所述增压器包括：

限定与所述第一和第二受压工作腔分离的第三受压工作腔的壳体，所述第三受压工作腔与所述第一和第二压缩气体连通；和

设置在所述第三受压工作腔内的活塞组件。

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