CN102506112A - 一种容积占有和压差分级调节静动刚度的空气弹簧 - 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

一种容积占有和压差分级调节静动刚度的空气弹簧

一、技术领域：

本发明涉及一种车辆空气悬架用的容积占有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，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、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：本容积占有和压差分级调节静动刚度的空气弹簧，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、活塞8、螺杆9和螺母10组合而成；下限位支座7与下安装座6同轴安装固定在下安装座6的底板上，且底面保持密封，下限位支座7的中下部精加工成与活塞8配合的缸筒，活塞8安装在下限位支座7下部的内孔里；螺杆9安装在下安装座6上，其顶平面顶着活塞8的下平面，下部伸出下安装座6的下平面，并留有螺母10的安装厚度和活塞8的调节行程；螺母10安装在螺杆9上，与下安装座6的底平面锁紧，以防螺杆9松动；下限位支座7比下安装座6要高出几毫米；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；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，节流调节板5外圆底平面与下安装座6上部顶平面的侧面环形通道组成了可变节流口的复合节流阀；它的静刚度调节方法是：松开螺母10，拧动螺杆9使活塞8在下限位支座7内向上移动，活塞8向上移动的体积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，反向拧动螺杆9，活塞8会在气压的作用下随之下移，增加了相同体积的压缩空气的容积，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，节流调节板5上下表面无压差或压差不大，由其材料的弹性平衡，节流调节板5外圆底平面与下安装座6上部顶平面的侧面环形通道组成的可变节流口无变化，气囊1与下安装座6间气流通畅，空气弹簧的动刚度由气囊1内容积加下安装座6的内部容积和充气压力决定；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，由于节流调节板5上下平面上增大的压差作用，使得节流调节板5外圆底平面向下贴近下安装座6的上部顶平面，逐步关小和关闭节流调节板5外圆底平面与下安装座6上部顶平面的侧面环形通道的可变节流口，完成了较低级别的动载作用下的空气弹簧的动刚度调节；只留下设置在节流调节板5上的数个小孔连通气囊1与下安装座6，气流的流通面积大为减少，它会自动根据继续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，进一步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，迅速加大了节流调节板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，只需根据原空气弹簧的性能参数设计制作出一个节流调节板5，并在下安装座6上和下限位支座7内安装活塞8、螺杆9和螺母10，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、以及增设不同的直径和片数的辅助垫片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。

五、具体实施方式：

本发明的具体实施方式是：静刚度调节：松开螺母10，拧动螺杆9使活塞8在下限位支座7内向上移动，活塞8向上移动的体积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，反向拧动螺杆9，活塞8会在气压的作用下随之下移，增加了相同体积的压缩空气的容积，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，尽管由节流调节板5将气囊1和下安装座6的内部空间分隔成了主副气室，但由于节流调节板5上的节流孔的过流面积，加上节流调节板5外圆底平面与下安装座6上部顶平面间的侧面环形通道连通的过流面积会大于或等于下安装座6上部的内孔与下限位支座7外圆的环形槽的过流面积，下安装座6的内部与气囊1内保持了良好的流通和无压差状态，空气弹簧的刚度由空气弹簧内空气压力和气囊1的容积加上下安装座6的容积决定。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，该动载作用在上安装板2上，从上至下地压缩空气弹簧内的压缩空气，压缩气囊1，此时在空气弹簧内就会产生一个自上而下的压力递降的压力场，节流调节板5在上下压差的作用下克服材料弹性，使节流调节板5外圆底平面向下贴紧下安装座6上平面，逐步关小和关闭节流调节板5外圆底平面与下安装座6上平面的侧面环形通道，只留下了节流调节板5上，与下安装座6上部的环形流通槽垂直相通的数个小孔连通，本空气弹簧完成其第一个动刚度连续自动调节的过程，继而由节流调节板5上的数个小孔担当节流作用，自动根据动载的大小和上安装板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，从而自动调节空气弹簧的动刚度，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，车轮推动车桥由下向上地推动下安装座6向上压缩空气弹簧向上运动，此时会在下安装座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从外圆下平面向上翻翘，迅速加大了节流调节板5外圆底部与下安装座6上部的侧面环形通道，进一步减低或消除了节流调节板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 (5)

1.一种容积占有和压差分级调节静动刚度的空气弹簧，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)、活塞(8)、螺杆(9)和螺母(10)组合而成；下限位支座(7)与下安装座(6)同轴安装固定在下安装座(6)的底板上，且底面保持密封，下限位支座(7)的中下部精加工成与活塞(8)配合的缸筒，活塞(8)安装在下限位支座(7)下部的内孔里；螺杆(9)安装在下安装座(6)上，其顶平面顶着活塞(8)的下平面，下部伸出下安装座(6)的下平面，并留有螺母(10)的安装厚度和活塞(8)的调节行程；螺母(10)安装在螺杆(9)上，与下安装座(6)的底平面锁紧，以防螺杆(9)松动；下限位支座(7)比下安装座(6)高出一部分；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)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；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，节流调节板(5)外圆底平面与下安装座(6)上部顶平面的侧面环形通道组成了可变节流口的复合节流阀；其静刚度调节方法是：松开螺母(10)，拧动螺杆(9)使活塞(8)在下限位支座(7)内向上移动，活塞(8)向上移动的体积占有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，反向拧动螺杆(9)，活塞(8)会在气压的作用下随之下移，增加了相同体积的压缩空气的容积，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，节流调节板(5)上下表面无压差或压差不大，由其材料的弹性平衡，节流调节板(5)外圆底平面与下安装座(6)上部顶平面的侧面环形通道组成的可变节流口无变化，气囊(1)与下安装座(6)间气流通畅，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，该压力场作用在节流调节板(5)上下平面上的压差增大，使得节流调节板(5)外圆底平面向下贴近下安装座(6)的上部顶平面，逐步关小和关闭节流调节板(5)外圆底平面与下安装座(6)上部顶平面的侧面环形通道的可变节流口，完成了较低级别的动载作用下的空气弹簧的动刚度调节；只留下设置在节流调节板(5)上的数个小孔连通气囊(1)与下安装座(6)，气流的流通面积大为减少，它会自动根据继续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，进一步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，迅速加大了节流调节板(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所述的一种容积占有和压差分级调节静动刚度的空气弹簧，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所述的一种容积占有和压差分级调节静动刚度的空气弹簧，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所述的一种容积占有和压差分级调节静动刚度的空气弹簧，其特征在于：节流调节板(5)由一片组成。

5.根据权利要求1所述的一种容积占有和压差分级调节静动刚度的空气弹簧，其特征在于：节流调节板(5)由多片组成。

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