CN102431412A - 一种充液调静刚度和压差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压差，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，还能方便地调节静刚度。

Description

一种充液调静刚度和压差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节静刚度和压差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，节能环保，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调节主副气室间气体流动时的压差，来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，易导致系统控制失效并出现相反的效果。在半主动空气悬架系统中空气弹簧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、方便调节静刚度和动刚度自适应压差调节的空气弹簧。

本发明的解决方法是：本充液调静刚度和压差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、螺栓4、节流调节板5、下安装座6、下限位支座7、闸阀8和单向阀9组合而成；下限位支座7安装固定在下安装座6的中心位置，下限位支座7与下安装座6高度一致；节流调节板5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；通过螺栓4安装在下限位支座7的中心位置；节流调节板5的端面上，在与下安装座6上部内孔和下限位支座7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；闸阀8和单向阀9安装在下安装座6上；由节流调节板5将空气弹簧分隔成了以气囊1为主气室，下安装座6为副气室的复合空气弹簧；并由节流调节板5上的数个小孔组成了固定节流口的节流阀；节流调节板5可由多块组成。它的静刚度调节方法是：由单向阀9充入经计算或试验确定体积的防锈、防腐和耐高温的化合液，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8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，相对就降低了空气弹簧的静刚度。它的动刚度的调节过程是：当车辆静止和在较平稳的运行状态时，车身的上下运动很小，流过节流调节板5上的节流口的气流也较小，其上下表面无压差或压差不大，气囊1与下安装座6内的气压相同，空气弹簧的动刚度由气囊1内容积加下安装座6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6的容积内自上而下的产生一个压力递降的压力场，气体加速由气囊1流向下安装座6，，节流调节板5上的数个小孔连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6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，减少车身的侧倾，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，就会在下安装座6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5从外圆底平面向上翻翘，迅速添加了节流调节板5外圆底平面与下安装座6上部的侧面环形通道，消除了节流调节板5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。

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，只需根据空气弹簧的性能参数设计制作出一个节流调节板5，安装在下限位支座7上。若下限位支座7稍高于下安装座6，可以在节流调节板5的外园底平面上安装一块高度稍大于下限位支座7和下安装座6的高度差的轻质环形密封垫即可。并在下安装座6上安装固定闸阀8和单向阀9，即可将原来的被动式空气弹簧升级成为静刚度可调，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5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。

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：静刚度调节：由单向阀9充入经计算或试验确定体积的防锈、防腐和耐高温的化合液体，由于充入的液体占据了空气弹簧的内部容积，减少了其内部压缩气体的容积，就提高了空气弹簧的静刚度。反之由闸阀8排出部分已充入的液体，就相对降低了空气弹簧的静刚度。动刚度调节：当车辆静止和在较平稳的运行状态时，车身的上下运动很小，流过节流调节板5上的节流口的气流也较小，其上下表面无压差或压差不大，气囊1与下安装座6内的气压相同，空气弹簧的动刚度由气囊1内容积加下安装座6的内部容积和气体的压力决定；空气弹簧的动刚度为最小；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6的容积内自上而下的产生一个压力递降的压力场，气体加速由气囊1流向下安装座6，节流调节板5上的数个小孔连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6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，减少车身的侧倾，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，会在下安装座6的内部空间与气囊1内产生一个由下至上的递降的阶跃压力冲击波，该阶跃压力波的冲击使得节流调节板5从外圆底平面向上翻翘，迅速添加了节流调节板5外圆底部与下安装座6上部的侧面环形通道，消除了节流调节板5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，提高车辆的平顺性和操纵稳定性。

Claims (6)

1.一种充液调静刚度和压差调动刚度的空气弹簧，由气囊(1)、上安装板(2)、上限位胶块(3)、螺栓(4)、节流调节板(5)、下安装座(6)、下限位支座(7)、闸阀(8)和单向阀(9)组合而成；其特征在于：下限位支座(7)安装固定在下安装座(6)的中心位置，下限位支座(7)与下安装座(6)的高度一致；节流调节板(5)由弹性较好的橡胶材料制成，通过螺栓(4)安装在下限位支座(7)上，与下限位支座(7)并保持同轴；节流调节板(5)的端面上，在与下安装座(6)上部内孔和下限位支座(7)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；由节流调节板(5)将空气弹簧分隔成了以气囊(1)为主气室，下安装座(6)为副气室的复合空气弹簧；并由节流调节板(5)上的数个小孔组成了不变节流口；闸阀(8)和单向阀(9)安装固定在下安装座(6)的底平面上；静刚度调节：由单向阀(9)充入经计算或试验确定体积的防锈、防腐和耐高温的化合液体，由于充入的液体占据了空气弹簧的内部容积，减少了其内部压缩气体的容积，提高了空气弹簧的静刚度，反之，由闸阀(8)排出部分已充入的液体，就相对降低了空气弹簧的静刚度；它的动刚度的调节过程是：当车辆静止和在较平稳的运行状态时，车身的上下运动很小，气囊(1)与下安装座(6)间气流较少，节流调节板(5)上下表面无压差或压差不大，空气弹簧的动刚度由气囊(1)内容积加下安装座(6)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(6)的容积内自上而下的产生一个压力递降的压力场，该压力场使得气囊(1)与下安装座(6)间的气流增大，节流调节板(5)上的节流小孔就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(6)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，减少车身的侧倾，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(6)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(5)从外圆底平面向上翻翘，迅速添加了节流调节板(5)外圆底平面与下安装座(6)上部的侧面环形通道，消除了节流调节板(5)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。

2.根据权利要求1所述的一种充液调静刚度和压差调动刚度的空气弹簧，其特征在于：节流调节板(5)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压差调动刚度的空气弹簧，其特征在于：节流调节板(5)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压差调动刚度的空气弹簧，其特征在于：节流调节板(5)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压差调动刚度的空气弹簧，其特征在于：节流调节板(5)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压差调动刚度的空气弹簧，其特征在于：下限位支座(7)稍高于下安装座(6)，其高度差由安装在节流调节板(5)外圆底平面上，厚度与高度差相等的轻质环形密封垫补偿。

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