CN102287472A - 串联型单筒磁流变油气弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种串联型单筒磁流变油气弹簧，包括左端闭合、右端开口的缸体，在该缸体内从左往右依次装设气缸段活塞和阻尼活塞，其中气缸段活塞外固套有密封件，且气缸段活塞通过气缸段活塞杆与所述阻尼活塞相连，该气缸段活塞杆上套装有左密封组件；在所述阻尼活塞外绕制电磁线圈，且阻尼活塞与阻尼活塞杆的左端部相连。本发明兼具非线性刚度特性和可控阻尼特性，且阻尼特性与刚度特性互不影响，完全解耦，且无需容积补偿，可以实现纯阻尼特性，避免普通磁流变阻尼器由于容积补偿而带来的附加刚度效应，结构简单、制造方便，特别适合于重型车辆悬架振动抑制等场合，并能实现车辆悬架等的半主动振动控制。

Description

串联型单筒磁流变油气弹簧

技术领域

本发明涉及一种汽车减振装置，尤其涉及可控阻尼的串联型单筒磁流变油气弹簧，它可以用于汽车悬架或其他振动抑制场合，并能实现半主动振动控制。

背景技术

汽车悬架对车辆的动力学性能具有重要影响，它通过弹簧和阻尼元件缓冲车辆振动，协调汽车的操纵稳定性和乘坐舒适性，历来被工程界重视。从被动悬架到主动悬架，再到半主动悬架的发展历程表明，对悬架系统参数施加控制以更好的实现振动抑制是重要的研究方向。

根据阻尼产生的基本原理，阻尼通道几何、工作介质特性以及运动状态决定了阻尼力的大小。通过电控阀门改变通道几何特性，人们研究了实时改变阻尼的可控悬架系统，但其结构复杂、成本高昂、可靠性低、频率响应不够。基于磁流变（电流变）体表观粘度可控机理开发的车辆悬架半主动控制系统，近年来得到了大力的发展，并在极少数的高级车辆上得到应用。至今为止，磁流变（电流变）可控阻尼器一般与螺旋弹簧联用形成减振装置，但它不能满足重型车辆等对悬架非线性刚度的需求。

为了获得非线性刚度特性，重载车辆等一般采用油气弹簧作为减振装置，它兼具阻尼特性和非线性刚度特性，但是现有的油气弹簧阻尼特性又不可控。另外，现有的油气弹簧有多种形式，按单缸蓄能器形式，分为单气室、双气室、两级压力式等；按车桥各悬架缸是否相连可分为独立式和连通式；按车辆行驶过程中，悬架控制是否需要外部能量输入分为被动、半主动和主动油气悬架；单气室型油气弹簧还有油气分隔式和油气不分隔式。

另外，虽然同样能实现可控阻尼特性，但与电流变体相比，磁流变体因为具有需要电压低不易击穿、屈服应力大、材料对杂质容忍度大、适用温度范围宽等特点而更具优势。同时，磁流变阻尼器有流动模式、剪切模式和挤压模式等三种基本工作模式，由于挤压模式不易于实现较大行程，车辆减振等场合一般使用流动模式、剪切模式或者它们的复合模式。从结构型式上看，磁流变阻尼器有单出杆和双出杆两种，单出杆型式由于活塞进出内腔将导致腔内容积变化，必须有相应的容积补偿装置，如蓄能器、浮动活塞气室或者浮动活塞弹簧等装置；而双出杆型式由于可以做到进入和退出内腔的容积相等，从而可以避免补偿问题，对于减小阻尼器的非线性特征，实现单纯的可控阻尼特性。

发明内容            

本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单的串联型单筒磁流变油气弹簧，它兼具非线性刚度的和可控阻尼特性。

本发明的技术方案如下：一种串联型单筒磁流变油气弹簧，其关键在于：包括左端闭合、右端开口的缸体，在该缸体内从左往右依次装设气缸段活塞和阻尼活塞，其中气缸段活塞外固套有密封件，且气缸段活塞通过气缸段活塞杆与所述阻尼活塞相连，该气缸段活塞杆上套装有左密封组件；在所述阻尼活塞外绕制电磁线圈，且阻尼活塞与阻尼活塞杆的左端部相连，在阻尼活塞杆的右端部套装右密封组件，该右密封组件同时将所述缸体右端的开口密封；所述气缸段活塞、左密封组件和阻尼活塞将缸体的内腔分成四个腔室，从左往右依次为气腔、自由腔、左油腔和右油腔，其中气腔、自由腔和左油腔互不相通，左油腔和右油腔相通，且气腔处的缸体上装有充气阀，自由腔处的缸体上装有气阀。

本技术方案中的气缸活塞和阻尼活塞通过气缸活塞杆串联在一起，并装在同一个缸体内，气缸活塞和阻尼活塞可在缸体内一起左右移动。使用本油气弹簧之前，通过充气阀从气腔充入氮气或其它惰性气体，充气压力根据本发明所承受的静态载荷确定，同时将左、右油腔充满磁流变液， 而自由腔一般通过气阀与大气相通，且阻尼活塞杆的右端与外部振动控制部件相接。

当气缸活塞跟随气缸活塞杆向左移动时，可压缩氮气，由于气体的非线性压缩特性，进而使本油气弹簧具有非线性刚度特性，这与现有螺旋弹簧具有的线性刚度特性有明显区别。并且，对阻尼活塞上的电磁线圈施加不同的电磁激励时，可以改变流动间隙中磁流变液的表观粘度，从而改变阻尼力的大小，实现可控阻尼，这样就使本油气弹簧兼具非线性刚度特性和可控阻尼特性，且阻尼特性与刚度特性互不影响，完全解耦，结构简单、制造方便，能实现车辆悬架等的半主动振动控制，特别适合于重型车辆悬架振动抑制等场合，结合适当的控制算法可使重型汽车悬架的减振性能得到本质改善。

另外，只向气腔中充入氮气时，可将本发明当作单一的弹簧使用，只向左、右油腔内充入磁流变液时，可将本发明当作单一的阻尼器使用。

 

为了便于制造、安装和运输，特使所述长度较长的缸体由长度较短的气缸段和油缸段组成，且油缸段左端的外壁与气缸段右端的内壁过渡配合，并通过焊接固定。

作为优化，所述左密封组件位于油缸段的左端，该左密封组件由压盖、导向座、导向座支承、密封环和O形圈构成，其中导向座和密封环套装在所述气缸段活塞杆上，且密封环装在导向座锥形段的内孔中，导向座锥形段的端面与所述压盖的对应端面贴合，该压盖套装在气缸段活塞杆上，并与所述油缸段左端的内壁螺纹连接；所述导向座的中部与油缸段的内壁紧贴，且导向座中部外圆面的环形槽中装有所述O形圈；所述导向座支承套装在导向座的环形引出段上，该导向座支承的外边缘与所述油缸段的内壁紧贴。

作为优化，所述右密封组件与左密封组件的结构相同、安装方向相反，该右密封组件的导向座、密封环和压盖套装在所述阻尼活塞杆上，且压盖与所述油缸段右端的内壁螺纹连接。

在所述阻尼活塞杆上套装导向阀和卡圈，该卡圈由阻尼活塞杆上的台阶轴向限位，导向阀被夹紧在所述阻尼活塞与卡圈之间；在所述导向阀右端部的环形台阶上套装阀片相和阀片弹簧，其中阀片相位于导向阀上的轴向过孔右孔口处，该阀片的右表面与所述阀片弹簧的大径端相贴合，阀片弹簧的小径端与所述卡圈的左端面相贴靠。

采用以上结构，导向阀主要用于对阻尼活塞进行导向，并通过超薄的阀片与阀片弹簧控制压缩行程和复原行程的阻尼力，当本发明的阻尼活塞处于复原行程时，阀片关闭导向阀内圈的流动通道（即轴向过孔），而阻尼活塞处于压缩行程时，阀片根据阻尼活塞的运行速度具有不同的打开程度。

所述气缸段活塞杆与阻尼活塞杆的直径相等，且两者的轴心线在同一条直线上。采用以上结构，就能使气缸段活塞杆运动时占用的磁流变液体积与阻尼活塞杆排开的磁流变液体积相等，这样就不需要进行容积补偿，从而实现纯阻尼特性，避免普通磁流变阻尼器由于容积补偿而带来的附加刚度效应。

为了便于拆装，所述气缸段活塞杆的左端部为左小右大的阶梯轴段，在该左端部的小径段从左往右依次套装锁紧螺母、垫圈和所述气缸段活塞。

有益效果：本发明兼具非线性刚度特性和可控阻尼特性，且阻尼特性与刚度特性互不影响，完全解耦，且无需容积补偿，可以实现纯阻尼特性，避免普通磁流变阻尼器由于容积补偿而带来的附加刚度效应，结构简单、制造方便，特别适合于重型车辆悬架振动抑制等场合，并能实现车辆悬架等的半主动振动控制。

附图说明

图1为本发明的结构简图；

图2为图1中左密封组件6的剖视图；

图3为图1中右密封组件9的剖视图；

图4为图1中阻尼活塞8的剖视图；

图5为图4中E部分的局部放大图；

图6中图1中气缸段活塞2与气缸段活塞杆5的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1至6所示，本发明由缸体1、气缸段活塞2、阻尼活塞3、密封件4、气缸段活塞杆5、左密封组件6、电磁线圈7、阻尼活塞杆8、右密封组件9、充气阀10、气阀11、气缸段12和油缸段13等部件构成，其中缸体1的左端闭合、右端开口。为了便于制造、安装和运输，特将缸体1做成两段，并由气缸段12和油缸段13组成，且气缸段12的左端闭合、右端开口，油缸段13的左、右端均闭合，油缸段13左端的外壁与气缸段12右端的内壁过渡配合，并通过焊接固定。

如图1至6可看出，在上述缸体1内从左往右依次装设所述气缸段活塞2和阻尼活塞3，其中气缸段活塞2位于缸体1的气缸段12内，且气缸段活塞2由铝合金等轻质材料制作而成，在气缸段活塞2外固套有两个密封件4，该密封件4可选用0型圈等，且密封件4的外边缘与气缸段12的内壁紧密贴合。所述气缸段活塞2与气缸段活塞杆5的左端部固定连接，具体连接方式为：将所述气缸段活塞杆5的左端部做成左小右大的阶梯轴段，在该左端部的小径段从左往右依次套装锁紧螺母23、垫圈24和所述气缸段活塞2。在上述气缸段活塞杆5的中部套装所述左密封组件6，该左密封组件6位于缸体油缸段13的左端，左密封组件6的外边缘与油缸段13左端的内壁紧贴。所述气缸段活塞杆5的右端部与所述阻尼活塞3相连，具体为气缸段活塞杆5的右端部插入阻尼活塞3左端部的环形引出段内，并通过径向设置的圆销25固定连接。

如图1至6可进一步看出，上述阻尼活塞3位于缸体1的油缸段13内，该阻尼活塞组件3由电工纯铁等软磁材料制成，在阻尼活塞3的外面绕制有所述电磁线圈7，绕制匝数取决于整体磁路设计，以使阻尼间隙內磁流变液达到需要的磁感应强度，且阻尼活塞3、电磁线圈7与缸体油缸段13的内壁之间留有阻尼间隙，该阻尼间隙的大小通过流体动力学设计确定。所述阻尼活塞3与阻尼活塞杆8的左端部相连，具体为阻尼活塞3固套在阻尼活塞杆8上，在阻尼活塞杆8的右端部套装所述右密封组件9，该右密封组件9同时将所述缸体油缸段13右端的开口密封，阻尼活塞杆8沿轴向开有外螺纹，这样就便于与外部振动控制部件相接。在上述阻尼活塞3上开有斜孔（图中未标出），所述电磁线圈7的引线7a从该斜孔中穿过后通过环氧树脂胶密封，该引线7a然后穿入阻尼活塞杆8的中心孔内，最后从阻尼活塞杆8的右端穿出。

从图1可明显看出，所述气缸段活塞2、左密封组件6和阻尼活塞3将缸体1的内腔分成四个腔室，从左往右依次为气腔A、自由腔B、左油腔C和右油腔D，其中气腔A、自由腔B和左油腔C互不相通，左油腔C和右油腔D相通，且气腔A处的缸体气缸段12上装有充气阀10，可通过该充气阀10向气腔A充入氮气或其它惰性气体，自由腔B处的缸体气缸段12上装有气阀11，自由腔B可通过该气阀11与大气相通。

如图1、2所示，所左密封组件6由压盖14、导向座15、导向座支承16、密封环17和O形圈18构成，其中导向座15和密封环17套装在所述气缸段活塞杆5上，且密封环17装在导向座15锥形段的内孔中，导向座15锥形段的端面与所述压盖14的对应端面贴合，该压盖14套装在气缸段活塞杆5上，并与所述油缸段13左端的内壁螺纹连接。

所述导向座15为本领域技术人员所惯用的部件，它为粉末冶金件，该导向座15的中部与油缸段13的内壁紧贴，且导向座15中部外圆面的环形槽中装有所述O形圈18。所述导向座支承16套装在导向座15的环形引出段上，该导向座支承16的外边缘与所述油缸段13的内壁紧贴。在所述导向座15外套有导向滑环26，该导向滑环26由耐磨的聚四氟乙烯材料制成。

如图1、2、3可以看出，所述右密封组件9的结构与左密封组件6的结构相同，且右密封组件9与左密封组件6的安装方向相反（对比图2、3可明显看出），该右密封组件9的导向座15、密封环17和压盖14套装在所述阻尼活塞杆8上，且压盖14与所述缸体油缸段13右端的内壁螺纹连接。

如图1、4、5所示，在所述阻尼活塞杆8上套装导向阀19和卡圈20，该卡圈20由阻尼活塞杆8上的台阶轴向限位，导向阀19被夹紧在所述阻尼活塞3与卡圈20之间。在所述导向阀19右端部的环形台阶上套装阀片弹簧22和超薄的阀片21，其中阀片21位于导向阀19上的轴向过孔19a右孔口处，该轴向过孔19a靠近导向阀19的中心线，阀片21的右表面与所述阀片弹簧22的大径端相贴合，阀片弹簧22的小径端与所述卡圈20的左端面相贴靠。

另外，所述阻尼活塞杆8与气缸段活塞杆5的直径相等，两者的轴心线在同一条直线上，且阻尼活塞杆8的轴心线与缸体油缸段13的中心线相重合，气缸段活塞杆5的轴心线与缸体气缸段12的中心线相重合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种串联型单筒磁流变油气弹簧，其特征在于：包括左端闭合、右端开口的缸体（1），在该缸体内从左往右依次装设气缸段活塞（2）和阻尼活塞（3），其中气缸段活塞（2）外固套有密封件（4），且气缸段活塞（2）通过气缸段活塞杆（5）与所述阻尼活塞（3）相连，该气缸段活塞杆（5）上套装有左密封组件（6）；在所述阻尼活塞（3）外绕制电磁线圈（7），且阻尼活塞与阻尼活塞杆（8）的左端部相连，在阻尼活塞杆（8）的右端部套装右密封组件（9），该右密封组件同时将所述缸体（1）右端的开口密封；所述气缸段活塞（2）、左密封组件（6）和阻尼活塞（3）将缸体（1）的内腔分成四个腔室，从左往右依次为气腔（A）、自由腔（B）、左油腔（C）和右油腔（D），其中气腔（A）、自由腔（B）和左油腔（C）互不相通，左油腔（C）和右油腔（D）相通，且气腔（A）处的缸体（1）上装有充气阀（10），自由腔（B）处的缸体（1）上装有气阀（11）。

2.根据权利要求1所述的串联型单筒磁流变油气弹簧，其特征在于：所述缸体（1）由气缸段（12）和油缸段（13）组成，且油缸段（13）左端的外壁与气缸段（12）右端的内壁过渡配合，并通过焊接固定。

3.根据权利要求1或2所述的串联型单筒磁流变油气弹簧，其特征在于：所述左密封组件（6）位于油缸段（13）的左端，该左密封组件由压盖（14）、导向座（15）、导向座支承（16）、密封环（17）和O形圈（18）构成，其中导向座（15）和密封环（17）套装在所述气缸段活塞杆（5）上，且密封环（17）装在导向座（15）锥形段的内孔中，导向座（15）锥形段的端面与所述压盖（14）的对应端面贴合，该压盖（14）套装在气缸段活塞杆（5）上，并与所述油缸段（13）左端的内壁螺纹连接；

所述导向座（15）的中部与油缸段（13）的内壁紧贴，且导向座（15）中部外圆面的环形槽中装有所述O形圈（18）；所述导向座支承（16）套装在导向座（15）的环形引出段上，该导向座支承的外边缘与所述油缸段（13）的内壁紧贴。

4.根据权利要求3所述的串联型单筒磁流变油气弹簧，其特征在于：所述右密封组件（9）与左密封组件（6）的结构相同、安装方向相反，该右密封组件（9）的导向座（15）、密封环（17）和压盖（14）套装在所述阻尼活塞杆（8）上，且压盖（14）与所述油缸段（13）右端的内壁螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的串联型单筒磁流变油气弹簧，其特征在于：在所述阻尼活塞杆（8）上套装导向阀（19）和卡圈（20），该卡圈由阻尼活塞杆（8）上的台阶轴向限位，导向阀（19）被夹紧在所述阻尼活塞（3）与卡圈（20）之间；在所述导向阀（19）右端部的环形台阶上套装阀片（21）和阀片弹簧（22），其中阀片（21）位于导向阀（19）上的轴向过孔（19a）右孔口处，该阀片的右表面与所述阀片弹簧（22）的大径端相贴合，阀片弹簧（22）的小径端与所述卡圈（20）的左端面相贴靠。

6.根据权利要求1所述的串联型单筒磁流变油气弹簧，其特征在于：所述气缸段活塞杆（5）与阻尼活塞杆（8）的直径相等，且两者的轴心线在同一条直线上。

7.根据权利要求6所述的串联型单筒磁流变油气弹簧，其特征在于：所述气缸段活塞杆（5）的左端部为左小右大的阶梯轴段，在该左端部的小径段从左往右依次套装锁紧螺母（23）、垫圈（24）和所述气缸段活塞（2）。

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