CN101469753A - 一种车用空气弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用空气弹簧，目的在于提供一种能够同时监测每个空气弹簧工作气压和工作高度的空气弹簧。实现本发明目的的技术方案是：一种车用空气弹簧，包括橡胶气囊、上盖板和下盖板，上下盖板将橡胶气囊密闭，在所述橡胶气囊内上盖板或下盖板的内表面安装有压电薄膜(PVDF)传感器和红外光电距离传感器，在所述橡胶气囊内下盖板或上盖板的内表面与所述红外光电距离传感器正对的位置上设有反光面；压电薄膜和红外光电距离传感器的输入/输出信号线密封引出到橡胶气囊外。

Description

一种车用空气弹簧

技术领域

本发明涉及一种用于构造车辆空气悬架零部件，具体地说涉及一种车用空气弹簧。

背景技术

空气悬架系统包括空气弹簧、减振器、导向机构、压缩空气系统和车身高度控制系统。车辆采用空气悬架后，提高了行驶平顺性(乘坐舒适性)、降低行驶系统零部件与路面所受冲击载荷、且具有能在一定范围内调节车身离地高度的能力。目前，空气悬架主要可分为两种结构型式，一种是机械式，另一种是电子控制式，由于电子控制空气悬架能实现的功能更多、使用更方便灵活，因此，被越来越多的大型高档车辆采用。

空气弹簧是一种在柔性密闭容器中加入压缩空气、利用空气的体积压力进行工作的非线性弹性元件，具有缓冲、隔振和作动等功能。空气弹簧主要由橡胶气囊，上盖板和下盖板组成，上下盖板与橡胶气囊之间保持气密。

空气弹簧是空气悬架的关键部件，空气弹簧的主要工作参数是气压和弹簧高度，但是，受技术、结构和成本等因素的影响，现有空气悬架车辆都只能监测车辆储气罐的供气压力，而不是监测每个空气弹簧内的气压，因此，不能即时发现单个空气弹簧的密封、载荷等工作参数是否出现异常。由于悬架弹簧受力直接反映了车辆载荷的大小，空气弹簧内的气压与其承受的载荷几乎成正比关系，如果知道空气悬架中每个空气弹簧的气压，也就对车辆的载荷有了基本的了解，电子控制系统或驾驶人员就能够根据此信息更好的调节和操控车辆。所以，提供监测每个空气弹簧工作气压的方法对提高空气悬架系统的性能以及行车安全都有重要意义。

另一方面，空气悬架系统中测量车身与车轴间距离的高度传感器是电子控制空气悬架的基本元件，在现有电子控制空气悬架车辆系统中都采取分立元件的结构方式。空气弹簧仅起垂直支撑和变刚度的功能，车身高度用机械接触式位移传感器检测，这种形式零件多、结构复杂、存在机械磨损、安装调试困难。在专利01800589.6说明书中提出了将二者连接在一起的方法，这对悬架组装工作有改善，对其它问题影响不大，因为它只是利用空气弹簧的上下连接件将高度传感器预先安装在空气弹簧之外，然后再组装到悬架上。有一定结构尺寸的高度传感器同样占用空间，并且使空气弹簧外形变得复杂化，不利于运输和存储。在专利说明书DE 19648112 C1中采用外置的超声波距离传感器也存在同样问题。为节省悬架安装空间，简化零部件结构，将高度传感器置于空气弹簧内腔是合理的选择，不过机械接触式位移传感器不适合这样做，应该采用非接触距离测量装置。在专利说明书DE 3620957 A1中空气弹簧内置超声波距离传感器，但是，超声波测量受气压和气温的影响较大，为校正传感器输出信号，需要配置额外的硬软件结构。在美国专利说明书United States Patent 4817922中仅提出了在空气弹簧内安装红外发射和光电接受装置用于距离测量，但不能同时检测空气弹簧的气压。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述车辆空气悬架结构中现有空气弹簧的缺点，提供一种能够同时监测每个空气弹簧工作气压和工作高度的空气弹簧。

实现本发明目的的技术方案是：一种车用空气弹簧，包括橡胶气囊、上盖板和下盖板，上下盖板将橡胶气囊密闭，在所述橡胶气囊内上盖板或下盖板的内表面安装有压电薄膜(PVDF)传感器和红外光电距离传感器，在所述橡胶气囊内下盖板或上盖板的内表面与所述红外光电距离传感器正对的位置上设有反光面；压电薄膜和红外光电距离传感器的输入/输出信号线密封引出到橡胶气囊外。

本发明中，空气弹簧由上下盖板板(固定板)和它们之间的气囊构成，三者组成气密结构。在空气弹簧内部，压电薄膜粘贴于平整的刚性元件的表面上，例如：上下盖板上。红外光电距离传感器可以安装于上盖板上，也可以安装于下盖板上，但以上方安装为佳。盖板上安装红外光电距离传感器后，传感器部位与周边相比应当成凹进状，以防止上下盖板直接接触时损坏传感器。采取气密措施，将压电薄膜和红外光电距离传感器的输入/输出信号线引出到空气弹簧外。红外光电距离传感器工作所需的反光面应当平整，尽量与传感器的安装面平行，在不影响空气弹簧工作的条件下，面积越大越好。

作为本发明的进一步改进，在上盖板或下盖板的内表面设有红外距离传感器安装保护框，使压电薄膜和红外距离传感器安装更牢固。

本发明通过在现有的车用空气弹簧内安装压电薄膜(PVDF)传感器和红外光电距离传感器，能同时检测空气弹簧内气体压力和上、下盖板间的距离，也就是能检测出空气弹簧的工作压力和长度。

本发明的有益效果如下：

①空气弹簧集成压电薄膜压力和红外高度信号检测装置后，不仅空气悬架系统的机械结构将得到简化，更重要的是驾驶人员对车辆空气悬架的控制和调节可以做到更主动、自动和准确。

②PVDF压电薄膜具有压电系数大、成本低、体积小、功耗低、易制做等优点，用它与计算机构成的测量系统也简单，能够检测动态的压力变化，粘贴于空气弹簧内不影响空气弹簧的工作、性能和外形。

③由于空气弹簧内气体压力的检测不涉及空气悬架气压回路的变更，无增加泄漏点之忧，所以，压力检测容易在每个弹簧上实施。

④红外光电距离传感器采用非接触测量原理，体积小、功耗也很低，置于空气弹簧内后不改变空气弹簧的内部和外部结构尺寸。空气弹簧不充气时，可以像通常一样进行储运处置。

⑤由于距离传感器置于空气弹簧内部，车辆悬架机械结构得以简化，不需要在车架和车桥之间安装、调试独立的位移传感器。

⑥由于红外光电距离传感器置于空气弹簧内部，空气弹簧为传感器提供了良好的工作环境，测量信号不受摩擦、雨水、灰尘、温度、气体压力等的干扰，更能保证工作可靠性。

⑦在空气弹簧内部，制作适当大小的红外光电距离传感器所需的反光平面不困难。该面积尽量大一些，则空气弹簧上下盖板间距离保持不变时，即使两盖板产生较大的相互平行的运动，也不会改变传感器的输出。在车辆应用中这种情况随时都在发生，只是平行运动位移较小。

⑧红外光电距离传感器测试量程大、精度高、校准调试通过软件进行，与计算机组成的测量系统简单，基本无机械调整操作的要求。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图

图2为本发明实施例2的结构示意图

图中：

1—上盖板 2—气压和高度传感器引出信号线 3—红外光电距离传感器4—反光面 5—下盖板 6—橡胶气囊 7—红外光路 8—压电薄膜传感器 9—压电薄膜和红外距离传感器安装保护框

具体实施方式

下面结合实施例作进一步说明：

实施例1

如图1所示，：一种车用空气弹簧10，包括橡胶气囊6，上盖板1和下盖板5，上盖板1、下盖板2将橡胶气囊6密闭，在橡胶气囊内上盖板1内表面安装有压电薄膜(PVDF)传感器8和红外光电距离传感器3，在橡胶气囊内下盖板5的内表面与红外光电距离传感器3正对的位置上设有反光面4，反射形成红外光路7。压电薄膜和红外光电距离传感器的输入/输出信号线2穿过上盖板1，对导线引出口进行可靠的密封，输入/输出信号线2引出到橡胶气囊6外。下盖板5的内测与红外光电距离传感器正对的部位4应该是具有足够面积且光滑平整的表面用于反射红外线。

实施例2

如图2所示，本例与上例的不同之处在于，在上盖板1上设有压电薄膜和红外距离传感器安装保护框9。

Claims (5)

1、一种车用空气弹簧，包括橡胶气囊、上盖板和下盖板，上下盖板将橡胶气囊密闭，其特征是，在所述橡胶气囊内上盖板或下盖板的内表面安装有压电薄膜传感器和红外光电距离传感器，在所述橡胶气囊内下盖板或上盖板的内表面与所述红外光电距离传感器正对的位置上设有反光面；压电薄膜和红外光电距离传感器的输入/输出信号线密封引出到橡胶气囊外。

2、根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征是，所述压电薄膜传感器安装在上盖板内表面。

3、根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征是，所述红外光电距离传感器设在上盖板内表面，所述反光面设在下盖板的内表面。

4、根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征是，所述红外光电距离传感器安装部位与周边相比呈凹进状。

5、根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征是，所述上盖板内表面设有压电薄膜和红外距离传感器安装保护框。