CN102384205A - 一种充液调静刚度和浮动节流板调动刚度的空气弹簧 - Google Patents

Abstract

现代汽车悬架系统中的空气弹簧对于提高车辆的平顺性、操纵稳定性和保护道路及货物起到了重要的作用。人们为了有效地调节空气弹簧的动刚度，采用了主、副气室相连，通过其通道上的节流阀的改变来实现。这种刚度调节的控制信号由多路传感器采集，送交电脑处理后发出动作指令，再对空气弹簧的刚度进行调整。但这种控制方式的响应时滞稍大，成本高。本发明就是针对这一难题研发的新型自适应压差调节动刚度空气弹簧。它直接利用气囊内的压力信号来控制主、副气室通道上的节流口开度，达到刚度连续调整的目的。并利用主、副气室的反向冲击压差控制节流阀，以达到削弱凸块对车身的冲击。本发明结构简单，响应迅速可靠，成本低廉，还可方便地调节静刚度。

Description

一种充液调静刚度和浮动节流板调动刚度的空气弹簧

一、技术领域：

本发明涉及一种车辆空气悬架用的充液调静刚度和浮动节流板调节动刚度的空气弹簧。这种空气弹簧尤其适应于载客大巴、城市公交大巴、货运车辆，也适应于轨道交通车辆、特种车辆和高级轿车。

二、背景技术：

为了改善汽车的行驶平顺性，提高乘坐的舒适性和操纵稳定性，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，以利其更适用于人们对车辆性能不断提高的要求，人们开发出了半主动和主动式空气悬架。在主动式空气悬架系统中对于空气弹簧的刚度调节，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动刚度。这种动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，来调节空气弹簧的动刚度。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，常导致系统控制失效并出现相反的效果。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根据路况选择的。在工程实际中，人们并不是以需要值来制作气囊，而是以需要值为参照，在已有的气囊产品中选择理论刚度接近的气囊产品应用到生产实际中。这里就出现了一个空气弹簧的静刚度误差问题，当然，理论计算也是有误差的，它们都需要有一种调节方式能在实际使用中对空气弹簧的静刚度进行调节，以满足实际需求。

三、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、响应快捷和方便实用的静刚度调节和动刚度自适应调节的空气弹簧。

本发明的解决方法是：一种由浮动节流板调节动刚度的空气弹簧，由气囊1、上安装板2、上限位胶块3、节流调节板4、下安装座5、下限位支座6、闸阀7和单向阀8组合而成；下限位支座6与下安装座5保持同轴安装固定，下限位支座6与下安装座5高度一致，也可稍高一点；节流调节板4由弹性较好的橡胶材料制成，或由弹性较好的塑胶材料和金属材料制成；节流调节板4的外径比气囊1在下安装座5同等高度部位的内径稍小一点，节流调节板4直接放置在下限位支座6的顶平面上；闸阀7和单向阀8分别安装固定在下安装座5的底板上；节流调节板4的端面上，在与下安装座5上部内孔和下限位支座6外圆之间的环形流通槽中心线相等的圆周上均布了数个直通小孔；在靠近节流调节板4的外圆，与外圆同心、直径稍小于外圆直径减去一个直通孔直径的圆周上又均布了一些直通小孔；由节流调节板4将空气弹簧分隔成了以气囊1为主气室，下安装座5为副气室的复合空气弹簧；并由节流调节板4上靠中心圆周上的直通小孔组成了承担车身和运载质量引发的动载所需调节空气弹簧的动刚度调节的节流阀的节流口；节流调节板4上所有的直通孔组成了应对路面阶跃载荷引发的动载所需调节空气弹簧的动刚度调节节流阀的节流口。它的静刚度调节方法是：由单向阀8充入经计算或试验确定体积的化合液，充入的化合液占据了相同体积的压缩空气的容积，提高了空气弹簧的静刚度；反之，由闸阀7排出部分已充入的化合液，增加了相同体积的压缩空气的容积，就降低了空气弹簧的静刚度。它的动刚度调节过程是：当车辆静止和在较平稳的运行状态时，车身上下运动不大，流经节流调节板4上内圈节流孔的气流不多，其上下表面无压差或压差不大，节流调节板4在自重和其上下表面上的小量压差作用下贴紧下安装座5和下限位支座6的上部平面，由其靠中心圆周上的数个小孔连通气囊1与下安装座5，靠外圆周上均布的直通孔则被压紧贴在附着在下安装座5上部壁体的气囊壁上，不与下安装座5的内部容腔相通；空气弹簧的动刚度由气囊1内容积加下安装座5的内部容积和气体的压力决定；当由车辆车体和运载质量引起的动载增加，就会在气囊1和下安装座5的容腔内自上而下的产生一个压力递降的压力场，气体加速流经节流调节板4上内圈节流孔从气囊1流向下安装座5，节流调节板4上内圈节流孔会自动根据增大的动载和上安装板2向下运动的速度调节气囊1与下安装座5间的气体流动压差，自动调高空气弹簧的动刚度，平衡由车辆车体和运载质量引起的动载，减少车身的侧摆，提高车辆的平顺性和操纵稳定性；当车辆在运行中碰到路面凸块时，此时会在下安装座5与气囊1内产生一个由下至上的递减的阶跃压力冲击波，该阶跃压力波的冲击使得节流调节板4从附着在下安装座5上部壁体的气囊壁上和下限位支座6的上表面离开，其上的直通小孔全部被打开，迅速加大了节流调节板4上的气流通道，消除了节流调节板4上下的压差，使空气弹簧的动刚度为最低，以利于空气弹簧的迅速被压缩，减少路面凸块对车身的冲击，提高车辆的平顺性。当车辆越过路面凸块，阶跃压力波消失，节流调节板4迅速回落到附着在下安装座5上部壁体的气囊壁上和下限位支座6的上表面上，空气弹簧的动刚度恢复到原来的状态。

本发明是针对现有的空气弹簧的典型结构设计的，它无需对现有的空气弹簧的结构作任何改动，只需根据原空气弹簧的性能参数设计制作出一块节流调节板4，也可是多块组合，即可将原来的被动式空气弹簧升级成为动刚度自适应调节的可变刚度空气弹簧。有利于减少车身的侧倾，提高车辆的平顺性和操纵稳定性；有利于降低成本和空气悬架的推广使用。

本发明的控制信号直接取自空气弹簧内的压力，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，通过设置不同的主副气室的容积和节流调节板4上数目不等的节流孔，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主副气室的压差，空气弹簧的刚度随主副气室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。

四、附图说明：

附图1是本发明的结构原理图。

四、具体实施方式：

本发明的具体实施方式是：它的静刚度调节方法是：由单向阀8充入经计算或试验确定体积的化合液，充入的化合液占据了相同体积的压缩空气的容积，提高了空气弹簧的静刚度；反之，由闸阀7排出部分已充入的化合液，增加了相同体积的压缩空气的容积，就降低了空气弹簧的静刚度。它的动刚度调节过程是：当车辆静止和在较平稳的运行状态时，车身上下运动不大，流经节流调节板4上内圈节流孔的气流不多，其上下表面无压差或压差不大，节流调节板4在自重和其上下表面上的小量压差作用下贴紧附着在下安装座5上部壁体的气囊壁上和下限位支座6的上部平面，由其靠中心的数个小孔连通气囊1与下安装座5，靠外圆周上均布的直通孔则被压紧贴在附着在下安装座5上部壁体的气囊壁上，不与下安装座5的内部容腔相通；空气弹簧的动刚度由气囊1内容积加下安装座5的内部容积和气体的压力决定；当由车辆车体和运载质量引起的动载增加，就会在气囊1和下安装座5的容腔内自上而下的产生一个压力递降的压力场，气体加速由节流调节板4上内圈节流孔从气囊1流向下安装座5，节流调节板4上内圈节流孔会自动根据增大的动载和上安装板2向下运动的速度调节气囊1与下安装座5间的气体流动压差，自动调高空气弹簧的动刚度，平衡由车辆车体和运载质量引起的动载，减少车身的侧摆，提高车辆的平顺性和操纵稳定性；当车辆在运行中碰到路面凸块时，此时会在下安装座5与气囊1的容腔内产生一个由下至上的递减的阶跃压力冲击波，该阶跃压力波的冲击使得节流调节板4从附着在安装座5上部壁体的气囊壁上和下限位支座6的上表面离开，其上的直通小孔全部被打开，迅速加大了节流调节板4上的气流通道，消除了节流调节板4上下的压差，使空气弹簧的动刚度为最低，以利于空气弹簧的迅速被压缩，减少路面凸块对车身的冲击，提高车辆的平顺性。当车辆越过路面凸块，阶跃压力波消失，节流调节板4迅速回落到附着在下安装座5上部壁体的气囊壁上和下限位支座6的上表面上，空气弹簧的动刚度恢复到原来的状态。

Claims (6)

1.一种充液调静刚度和浮动节流板调动刚度的空气弹簧，由气囊(1)、上安装板(2)、上限位胶块(3)、节流调节板(4)、下安装座(5)、下限位支座(6)、闸阀(7)和单向阀(8)组合而成；其特征在于：下限位支座(6)与下安装座(5)同轴安装固定；下限位支座(6)与下安装座(5)高度一致；闸阀(7)和单向阀(8)分别安装固定在下安装座(5)的底板上；节流调节板(4)由弹性较好的橡胶材料制成；节流调节板(4)的外径比气囊(1)在下安装座(5)同等高度部位的内径稍小一点，直接放置在下限位支座(6)的顶部平面上；节流调节板(4)的端面上，在与下安装座(5)上部内孔和下限位支座(6)外圆之间的环形流通槽中心线相等的圆周上均布了数个直通小孔；靠近节流调节板(4)的外圆，与外圆同心、直径稍小于外圆直径减去一个直通孔直径的圆周上又均布了一些直通小孔；由节流调节板(4)将空气弹簧分隔成了以气囊(1)为主气室，下安装座(5)为副气室的复合空气弹簧；并由节流调节板(4)上靠中心圆周的直通小孔组成了承担车身和运载质量引发的动载所需调节空气弹簧的动刚度的节流阀的节流口；节流调节板(4)上所有的直通孔组成了应对路面阶跃载荷引发的动载所需调节空气弹簧的动刚度节流阀的节流口；它的静刚度调节方法是：由单向阀(8)充入经计算或试验确定体积的化合液，充入的化合液占据了相同体积的压缩空气的容积，提高了空气弹簧的静刚度；反之，由闸阀(7)排出部分已充入的化合液，增加了相同体积的压缩空气的容积，就降低了空气弹簧的静刚度；它的动刚度调节过程是：当车辆静止和在较平稳的运行状态时，车身上下运动不大，流经节流调节板(4)上内圈节流孔的气流不多，其上下表面无压差或压差不大，节流调节板(4)在自重和其上下表面上的小量压差作用下贴紧附着在下安装座(5)上部壁体的气囊壁上和下限位支座(6)的上部平面上，由其靠中心的数个小孔连通气囊(1)与下安装座(5)，靠外圆周上均布的直通孔则被压紧贴在附着在下安装座(5)上部壁体的气囊壁上，不与下安装座(5)的内部容腔相通；空气弹簧的动刚度由气囊(1)内容积加下安装座(5)的内部容积和气体的压力决定；当由车辆车体和运载质量引起的动载增加，就会在气囊(1)和下安装座(5)的容积内自上而下的产生一个压力递降的压力场，气体加速流经节流调节板(4)上内圈节流孔从气囊(1)流向下安装座(5)，节流调节板(4)上内圈节流孔会自动根据增大的动载和上安装板(2)向下运动的速度调节气囊(1)与下安装座(5)间的气体流动压差，自动调高空气弹簧的动刚度，平衡由车辆车体和运载质量引起的动载，减少车身的侧摆，提高车辆的平顺性和操纵稳定性；当车辆在运行中碰到路面凸块时，此时会在下安装座(5)与气囊(1)内产生一个由下至上的递减的阶跃压力冲击波，该阶跃压力波的冲击使得节流调节板(4)从附着在下安装座(5)上部壁体的气囊壁上和下限位支座(6)的上表面离开，设置在其端面上的直通小孔全部被打开，迅速加大了节流调节板(4)上的气流通道，消除了节流调节板(4)上下的压差，使空气弹簧的动刚度为最低，以利于空气弹簧的迅速被压缩，减少路面凸块对车身的冲击，提高车辆的平顺性；当车辆越过路面凸块，阶跃压力波消失，节流调节板(4)迅速回落到附着在下安装座(5)上部壁体的气囊壁上和下限位支座(6)的上表面上，空气弹簧的动刚度恢复到原来的状态。

2.根据权利要求1所述的一种充液调静刚度和浮动节流板调动刚度的空气弹簧，其特征在于：节流调节板(4)由弹性较好的塑胶材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种充液调静刚度和浮动节流板调动刚度的空气弹簧，其特征在于：节流调节板(4)由弹性较好的金属材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种充液调静刚度和浮动节流板调动刚度的空气弹簧，其特征在于：节流调节板(4)由一片组成。

5.根据权利要求1所述的一种充液调静刚度和浮动节流板调动刚度的空气弹簧，其特征在于：节流调节板(4)由多片组成。

6.根据权利要求1所述的一种充液调静刚度和浮动节流板调动刚度的空气弹簧，其特征在于：下限位支座(6)比下安装座(5)稍高一点。