CN102330775A - 一种自适应压力调动刚度加阶跃压力缓冲的空气弹簧 - Google Patents

Abstract

空气弹簧对于提高车辆的平顺性、舒适性和保护道路及货物，限制超载至关重要。在现有的设计中，人们忽视了由于可选标准系列气囊刚度与具体车型要求刚度的差异。而往往是因为气囊的静态刚度不匹配造成了其动态刚度调节的困难。在被动式空气悬架系统中则气囊的静态刚度不匹配是造成车辆运行中侧摆严重的重要原因。现有的动刚度调节上采用了主、副气室相连，通过调节其通道上的节流口来改变主副气室间气体流动时的压差来实现。这种刚度调节系统在调节过程中并没有改变气室的容积，使得其刚度调节的难度较大。本发明就是针对这些问题研发出一种低成本，简单可靠、响应快捷的空气弹簧动刚度自适应压差和容积组合调节加阶跃压力缓冲的的新型空气弹簧。

Description

一种自适应压力调动刚度加阶跃压力缓冲的空气弹簧

一.技术领域：

本发明涉及一种车辆空气悬架用空气弹簧，这种动刚度自适应压差和容积组合调节加阶跃压力缓冲的空气弹簧尤其适应于载客大巴，城市公交大巴，也适应于货运大卡车和轨道交通车辆，及特种车辆和高级轿车。

一、背景技术：

为了改善汽车的行驶平顺性，提高乘坐的舒适性，减轻车辆对道路和货物的损坏，发达国家在其运载车辆的悬架系统中广泛地采用了空气弹簧。我国近年来也在大力推广和强制性采用空气弹簧。在不断发展的空气弹簧技术中，为了进一步改善空气弹簧的刚度调节特性，以利其更适用于车辆载荷的变化，人们开展了深入的探索。在空气弹簧的刚度调节中，人们忽视了由于可选标准系列气囊刚度与具体车型要求刚度的差异而需要的静态刚度调节。而往往是因为气囊的静态刚度不匹配造成了其动态刚度调节的困难。在被动式空气悬架系统中则气囊的静态刚度不匹配是造成车辆运行中侧摆严重的重要原因。在主动式空气悬架系统中，目前比较成熟的技术是将空气弹簧的气室分为主、副气室，通过控制主、副气室间的连接通道上的节流阀的开度来实现主副气室间气体流动时的压差改变，达到改变空气弹簧的刚度。这种刚度调节系统的控制信号由多路传感器采集，送交微处理机处理后发出控制指令，由执行机构调节节流阀的开度，调节主副气室间气体流动时的压差来调节空气弹簧的刚度。它的主要不足首先在于：系统的信号从采集处理到执行较为繁杂，其成本太高，只能应用在极少数豪华车辆上。其次，响应时滞大。在半主动悬架的空气悬架系统中空气弹簧的刚度的控制一般采用刚度分段式控制，将空气弹簧的刚度分为软、硬两挡或软、中、硬三挡。这种刚度调节系统的空气弹簧刚度控制是通过驾驶员操作电磁阀进行选择控制，分别对应连通主副气室间节流口开度的大、中、小。这种刚度的调节不是连续的。空气弹簧的刚度是人为选择的。

二、发明内容：

本发明的目的就是要研发出一种低成本，简单可靠、响应快捷的空气弹簧动刚度自适应压差和容积组合调节加阶跃压力缓冲的空气弹簧。

本发明的解决方法是：本空气弹簧由气囊1、上安装板2、副气室3、节流阀芯4、弹簧5、下安装板6、螺堵7和两个单向阀8组合而成。副气室3安装固定在下安装板6的内平面上，节流阀芯4装在副气室3的中间内孔里，其上端顶着副气室3的中间内孔顶板，下端由弹簧5支撑定位，弹簧5的下部由螺堵7定位，螺堵7中间开有一个小孔与大气连通；两个单向阀8分别安装在副气室3的两个分气室的侧壁上，并由侧壁上的小孔与单向阀8的弹簧腔连通；空气弹簧的动刚度调节：气囊1内的空气压力直接作用于节流阀芯4的上端面，其下端由弹簧5轴向支撑，车辆处于空载和设定高度时，空气弹簧气囊1内空气压力乘以节流阀芯4的截面积所产生的推力与弹簧5的弹簧力平衡，节流阀芯4的节流口与副气室3的两个独立气室的节流孔连通并处于最大开口，空气弹簧的动刚度为最小；当车辆的载荷和动载荷增加，气囊1内空气压力上升，作用在节流阀芯4的上端面上所产生的推力增大，推动节流阀芯4克服弹簧5的弹簧力下移，达到新的平衡，节流阀芯4下移关小了气囊1与副气室3间的连接通道上的节流口，在该节流口的开闭行程区间内，通过提高气囊1与副气室3间的气体流动压差，实现了连续调节空气弹簧的刚度；当气囊1内的压力继续提高，推动节流阀芯4继续下移，就会关闭副气室3最上面的第一个分气室，只留下了第二个分气室与气囊1相连，在空气弹簧的连续刚度调整中，从物理意义上的减小了空气弹簧的容积，实现了压差和容积组合型的空气弹簧刚度组合调节，使空气弹簧的刚度增大，适应相应的载荷。当车辆的载荷进一步增加，则自动对副气室3的第二分气室重复上述第一分气室的调节过程。当车辆拐弯，由于惯性的作用，靠弯道外侧的空气弹簧的气囊1内空气压力上升，同样，会关小气囊1与副气室3间的连接通道上的节流口，使空气弹簧的动刚度增大，从而阻止了车身的进一步侧倾；当车辆急速起步或急刹车时，若空气弹簧的刚度不随之增大，同样由于惯性的作用，会使车身产生后仰和前倾现象，本发明同样具有当车身产生后仰和前倾发生时，提高后、前空气弹簧的动刚度的功能，有效地抑制这种现象的加剧。当车轮碰到路面凸块，给车轮一个阶跃冲击，必然会引发气囊1内的气压产生阶跃。该阶跃压力与副气室3的各个分气室内气压形成的压差会打开单向阀8，迅速连通气囊1和副气室3的各个分气室，增大了气囊1内的有效气体容积，降低空气弹簧的刚度，减少路面凸块对车身的冲击，提高乘员的舒适性，和车辆的平顺性。

本发明的控制信号直接取自气囊1内的气体压力，将控制信号和调节指令合为一体，作用迅速、可靠，无响应时滞，空气弹簧的动刚度调节能力大为提高；在保证了空气弹簧的低振动频率特性后，通过设置不同容积的分气室和数目不等的分气室可以有效地改善空气弹簧的刚度特性曲线。由于将控制信号和调节指令合为一体，无需再有信号的采集处理系统和执行机构，无需ECU和控制软件，成本大为下降；由于本发明的控制指令为气囊1内气体的压力，空气弹簧的动刚度随气囊1内气体的压力变化而自动调节，调节顺畅连续。空气弹簧的调节刚度特性曲线更为合理和可控。

本发明还可将节流阀的一级节流口型式设计成一级固定节流和一级可变节流的两级串连节流口型式：即在节流阀芯4的外圆上设置一个轴向长度与分气室3中间内孔壁上的节流孔直径相等的环形槽，该环形槽由径向小孔与节流阀芯4的内孔连通，通过减小节流阀芯4上的径向节流孔的直径，将它设计成一级固定节流口；而节流阀芯4外圆上的环形槽与分气室3中间内孔壁上的节流口就是原有的可变节流口；不同的只是该节流口的节流面积稍加大了一点。这种串连节流型式由二级节流口分担了一级节流口的压降，有利于降低节流口对压力变化的敏感度，提高乘员得舒适性；有利于降低节流阀的加工和安装精度，节省成本。

四、附图说明：

附图1是本发明的结构原理图。

五、具体实施方式：

本发明的具体实施方式是：空气弹簧的动刚度调节：气囊1内的空气压力直接作用于节流阀芯4的上端面，其下端由弹簧5轴向支撑，车辆处于空载和设定高度时，空气弹簧气囊1内的空气压力乘以节流阀芯4的截面积所产生的推力与弹簧5的弹簧力平衡，节流阀芯4的节流口与副气室3的两个独立的气室连通并处于最大开口，空气弹簧的动刚度为最小；当车辆的载荷和动载荷增加，气囊1内空气压力上升，作用在节流阀芯4的上端面上所产生的推力增大，推动节流阀芯4克服弹簧5的弹簧力下移，达到新的平衡，节流阀芯4下移关小了气囊1与副气室3间的连接通道上的节流口，在该节流口的开闭行程区间内，通过提高气囊1与副气室3间的气体流动压差，实现了连续调节空气弹簧的动刚度；当气囊1内的压力继续提高，推动节流阀芯4继续下移，就会关闭副气室3最上面的第一个分气室，只留下了第二个分气室与气囊1相连，在空气弹簧的连续刚度调整中，从物理意义上的减小了空气弹簧的容积，实现了压差和容积组合型的空气弹簧刚度组合调节，使空气弹簧的动刚度增大，适应相应的动载荷。当车辆的载荷进一步增加，则自动对副气室3的第二分气室重复上述第一分气室的调节过程。当车辆拐弯，由于惯性的作用，靠弯道外侧的空气弹簧的气囊1内空气压力上升，同样，会关小气囊1与副气室3间的连接通道上的节流口，使空气弹簧的动刚度增大，从而阻止了车身的进一步侧倾；当车辆急速起步或急刹车时，若空气弹簧的动刚度不随之增大，同样由于惯性的作用，会使车身产生后仰和前倾现象，本发明同样具有当车身产生后仰和前倾发生时，提高后、前空气弹簧的动刚度的功能，有效地抑制这种现象的加剧。

当车轮碰到路面凸块，给车轮一个阶跃冲击，必然会引发气囊1内的气压产生阶跃。该阶跃压力与副气室3的各个分气室内气压形成的压差会打开单向阀8，迅速连通气囊1和副气室3的各个分气室，增大了气囊1内的有效气体容积，降低空气弹簧的动刚度，减少路面凸块对车身的冲击，提高乘员的舒适性和车辆的平顺性。

Claims (4)

1.一种自适应压力调动刚度加阶跃压力缓冲的空气弹簧，由气囊(1)，上安装板(2)，副气室(3)，节流阀芯(4)，弹簧(5)，下安装板(6)、螺堵(7)和两个单向阀(8)组合而成；其特征在于：副气室(3)安装固定在下安装板(6)的内平面上，节流阀芯(4)装在副气室(3)的中间内孔里，其上端顶着副气室(3)的中间内孔顶板，下端由弹簧(5)支撑定位，弹簧(5)的下部由螺堵(7)定位，螺堵(7)中间开有一个小孔与大气连通；两个单向阀(8)分别安装在副气室(3)的两个分气室的侧壁上，并由侧壁上的小孔与单向阀(8)的弹簧腔连通；本空气弹簧的动刚度调节：车辆处于空载和设定高度时，气囊(1)内空气压力乘以节流阀芯(4)的截面积所产生的推力与弹簧(5)的弹簧力平衡，节流阀芯(4)的节流口与副气室(3)的两个独立气室的节流孔连通并处于最大开口，空气弹簧的动刚度为最小；当车辆的载荷和动载荷增加，气囊(1)内空气压力上升，作用在节流阀芯(4)的上端面上所产生的推力增大，推动节流阀芯(4)克服弹簧(5)的弹簧力下移，达到新的平衡，节流阀芯(4)下移关小了气囊(1)与副气室(3)间的连接通道上的节流口，在该节流口的开闭行程区间内，通过提高气囊(1)与副气室(3)间的气体流动压差，实现了连续调节空气弹簧的刚度；当气囊(1)内的压力继续提高，推动节流阀芯(4)继续下移，就会关闭副气室(3)最上面的第一个分气室，只留下了第二个分气室与气囊(1)相连，在空气弹簧的连续刚度调整中从物理意义上的减小了空气弹簧的容积，实现了压差和容积组合型的空气弹簧刚度组合调节，使空气弹簧的刚度增大，适应相应的载荷；当车辆的载荷进一步增加，则自动对副气室(3)的第二分气室重复上述第一分气室的调节过程；当车轮碰到路面凸块，给车轮一个阶跃冲击，必然会引发气囊(1)内的气压产生阶跃；该阶跃压力与副气室(3)的各个分气室内气压形成的压差会打开单向阀(8)，迅速连通气囊(1)和副气室(3)的各个分气室，增大了气囊(1)内的有效气体容积，降低空气弹簧的刚度，减少路面凸块对车身的冲击，提高乘员的舒适性，和车辆的平顺性。

2.根据权利要求1所述的一种自适应压力调动刚度加阶跃压力缓冲的空气弹簧，其特征在于：副气室(3)的独立分气室的容积和数目可根据不同车型对其空气弹簧刚度变化曲线的不同需求改变。

3.根据权利要求1所述的一种自适应压力调动刚度加阶跃压力缓冲的空气弹簧，其特征在于：节流阀的一级节流口型式设计成一级固定节流和一级可变节流的两级串连节流口型式。

4.根据权利要求1所述的一种自适应压力调动刚度加阶跃压力缓冲的空气弹簧，其特征在于：将副气室(3)，节流阀芯(4)，弹簧(5)，螺堵(7)安装固定在上安装板(2)上，单向阀(8)仍然安装在副气室(3)的原有位置上。