CN102774250A - 一种空气弹簧刚度自适应压差和容积组合调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气弹簧刚度自适应压差和容积组合调节系统。汽车悬架系统中的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。人们为了改善空气弹簧的刚度特性，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的方式来实现。由于空气弹簧的刚度非线性变化，这种刚度调节系统在调节过程中并没有改变气室的容积，使得其刚度调节的线性度难度较大。本发明就是针对这一问题研发的新型刚度调节系统。它将副气室分为几个独立的分气室，直接用主气室内的压力信号来控制主、副气室通道上的节流口开度和与分气室连通的个数，还能通过分气室的容积和数量的差异化达到刚度优化调节的目的。本发明结构简单，响应迅速可靠，成本低廉，大步跨越了现有技术。

Description

一种空气弹簧刚度自适应压差和容积组合调节系统

一、技术领域：

本发明涉及一种车辆空气悬架用空气弹簧刚度自适应压差和容积组合调节系统。这种自适应刚度调节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。

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，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。另外，由于空气弹簧刚度的非线性变化，要想使其刚度能随节流阀开度变化而线性变化难度很大。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。

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、响应快捷的空气弹簧刚度自适应压差和容积组合调节系统。

本发明的解决方法是：由主气室1内的空气压力直接作用于节流阀2阀芯的一端，其另一端由弹簧7轴向支撑，车辆空载时，空气弹簧主气室1内空气压力乘以节流阀2阀芯的截面积所产生的推力与弹簧7的弹簧力平衡，节流阀2的节流口与副气室3的三个独立的气室4、5、6连通并处于最大开口，空气弹簧的刚度为最小；当车辆的载荷增加，主气室1内空气压力上升，作用在节流阀2阀芯的上端面上所产生的推力增大，推动节流阀2的阀芯克服弹簧7的弹簧力下移，达到新的平衡，节流阀2的阀芯下移关小了主、副气室间的连接通道上的节流口，在该节流口的开闭行程区间内，通过提高主副气室间的气体流动压差，实现了连续调节空气弹簧的刚度；当主气室1内的压力继续提高，推动节流阀2阀芯继续下移，就会关闭副气室3最上面的第一个分气室4，只留下了第二个分气室5、第三个分气室6与主气室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5和第三分气室6重复上述第一分气室4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主气室1内空气压力上升，同样，会关小主、副气室1与3间的连接通道上的节流阀2的节流口，使空气弹簧的刚度增大，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、前空气弹簧的刚度的功能，有效地抑制这种现象的加剧。

为了削弱车辆在行驶过程中道路上的凸块对车身的冲击，本发明在其节流阀2的阀芯行程上留有针对阶跃负载的行程。当车轮碰到凸块，会在主气室1内产生一个压力阶跃，该阶跃压力作用于节流阀2阀芯的截面积所产生的推力会大大大于弹簧力，使得阀芯迅速下移，接通了主气室1与副气室3的第一分气室4，迅速地增大了空气弹簧的容积，降低了空气弹簧的刚度，减轻了道路上的凸块对车身的冲击。而当车轮越过了凸块，即压力脉冲消失，主气室1内的压力下降，节流阀2的阀芯在弹簧力推动迅速回到原来的平衡位置，空气弹簧的刚度也随之复原。

本发明还可将节流阀2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：即通过减小节流阀2阀芯上的径向节流的孔直径，将它设计成一级固定节流口；而节流阀2阀芯与阀体间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2的加工和安装精度，节省成本。

本发明的控制信号直接取自主气室的压力，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主气室的压力，空气弹簧的刚度随主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是本发明的系统结构原理图。

五、具体实施方式：

本发明的具体实施方式是：当车辆静止空载时，空气弹簧主气室1内空气压力乘以节流阀2的阀芯的截面积所产生的推力与弹簧7的弹簧力平衡，节流阀2阀芯的节流口与副气室3的三个分气室4、5、6连通，并处于最大开口，空气弹簧的刚度为最小；当车辆的载荷增加，主气室1内空气压力上升，作用在节流阀2阀芯的上端面上所产生的推力增大，推动节流阀2的阀芯克服弹簧7的弹簧力下移，节流阀2的阀芯下移，关小了主气室1与副气室3的第一个分气室4的连接通道上的节流口，提高了主气室1与副气室3间气体流动时的压差，使空气弹簧的刚度增大，适应相应的载荷。当主气室1内的压力继续提高，推动节流阀2的阀芯继续下移，就会关闭副气室3最上面的的第一个分气室4，只留下了第二分气室5、第三个分气室6与主气室1相连，在空气弹簧的连续刚度调整中减小了空气弹簧的容积，使空气弹簧的刚度进一步增大，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5和第三分气室6重复上述第一个分气室4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主气室1内的空气压力上升，同时关小了节流阀2的节流口，提高了主气室1与副气室3的气体流动时的压差和缩小了空气弹簧的容积，使空气弹簧的刚度增大，减少车身的侧倾。当车辆急刹车时，同样由于惯性的作用，会使前悬挂上的的空气弹簧的主气室1内的空气压力上升，同样会通过提高压差和减少空气弹簧的容积使空气弹簧的刚度增大，阻止了车身的前倾；反之，当车辆急速起步，本发明同样具有提高后空气弹簧的刚度的功能，有效地抑制了后仰现象的加剧。

当车轮碰到凸块，主气室1的压力阶跃式增长，该阶跃压力作用于节流阀2阀芯的截面积所产生的推力会大大大于弹簧7的弹簧力，使得阀芯迅速下移，迅速接通了主气室1与副气室3的第一分气室4，增大了空气弹簧的容积，降低了空气弹簧的刚度，减轻了道路上的凸块对车身的冲击。而当车轮越过了凸块，即压力脉冲消失，主气室1的压力下降，节流阀2的阀芯在弹簧7的弹簧力推动迅速回到原来的平衡位置，空气弹簧的刚度也随之复原。

Claims (3)

1.一种空气弹簧刚度自适应压差和容积组合调节系统，由主气室(1)、节流阀(2)、副气室(3)、副气室(3)的第一分气室(4)、第二分气室(5)、第三分气室(6)和弹簧(7)组合构成，其特征是：节流阀(2)阀芯的节流口与副气室(3)的分气室(4)，(5)，(6)相连通；当车辆静止空载时，空气弹簧主气室(1)内空气压力乘以节流阀(2)的阀芯的截面积所产生的推力与弹簧(7)的弹簧力平衡，节流阀(2)阀芯的节流口处于最大开口，空气弹簧的刚度为最小；当车辆的载荷增加，主气室(1)内空气压力上升，作用在节流阀(2)的阀芯的上端面上所产生的推力增大，推动节流阀(2)的阀芯克服弹簧(7)的弹簧力下移，达到新的平衡，节流阀(2)的阀芯下移，关小了主气室(1)与副气室(3)的第一分气室(4)连接通道上的节流口，提高了气体流动时的压差，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，主气室(1)内空气压力继续上升，作用在节流阀(2)的阀芯的上端面上所产生的推力继续增大，再推动节流阀(2)的阀芯克服弹簧(7)的弹簧力下移，直至关闭副气室(3)的第一分气室(4)，进一步提高了空气弹簧的刚度：而当车辆的载荷继续增加，则节流阀(2)会对副气室(3)的第二分气室(5)、第三分气室(6)重复对第一分气室(4)的调节过程，继续调高空气弹簧的刚度，以适应载荷的的增长；当车辆拐弯，由于惯性的作用，靠弯道外侧的空气弹簧的主气室(1)内的空气压力上升，同时关小了节流阀(2)阀芯的节流口，提高了气体流动时的压差和减小了空气弹簧的容积，使空气弹簧的刚度增大，减小车身的侧倾；当车辆急刹车时，同样由于惯性的作用，会使前悬挂上的的空气弹簧的主气室(1)内的空气压力上升，同时关小了节流阀(2)阀芯的节流口，提高了气体流动时的压差和减小了空气弹簧的容积，使空气弹簧的刚度增大，阻止了车身的前倾；反之，当车辆急速起步，本发明同样具有提高后空气弹簧的刚度的功能，有效地抑制了车身后仰现象的加剧。

2.根据权利要求1所述的一种空气弹簧刚度自适应压差和容积组合调节系统，其特征在于：副气室(3)的独立分气室(4)、(5)、(6)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所述的一种空气弹簧刚度自适应压差和容积组合调节系统，其特征在于：将节流阀2的节流口的一级节流形式设计成一级固定节流和一级可变节流的二级串联组合节流形式。