CN103253101A

CN103253101A - 一种闭环空气悬架系统的自增压机构

Info

Publication number: CN103253101A
Application number: CN2013101945032A
Authority: CN
Inventors: 江洪; 邱亚东; 刘洋
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-05-23
Also published as: CN103253101B

Abstract

本发明涉及汽车零部件技术领域，具体是涉及一种闭环空气悬架系统的自增压机构。包括低压腔4、空气弹簧6、高压腔8、第一电磁阀2、第二电磁阀5、第三电磁阀7、振动增压机构1及连接各部分装置的闭式循环的充放气管路，空气弹簧6根据需要接受来自高压腔的气体实现充气，需要放气时，则通过电磁阀向低压腔放气，当增压时，振动增压机构上下两端分别固定在车体和悬架上，利用车身与悬架相对位移的变化通过振动增压机不断地将低压腔中的气体升压到高压腔中去,形成闭环气路。本发明可将空气弹簧排出的气体能有效回收，并循环利用，达到空气悬架系统节能目的。

Description

一种闭环空气悬架系统的自增压机构

技术领域

本发明涉及汽车零部件技术领域，具体是涉及一种闭环空气悬架系统的自增压机构。

背景技术

随着生活水平的提高，人们不仅要求汽车具有良好的行驶平顺性、乘坐舒适性，而且由于自然资源日趋匮乏，对汽车的节能性也提出了更高的要求。对于汽车空气悬架系统，根据空气弹簧内压缩空气的循环方式不同，空气悬架系统可分为开环气路系统和闭环气路系统。开环气路系统是指将环境中的空气经压缩后泵入高压腔储气罐中，由高压腔储气罐给空气弹簧充气，当空气弹簧所需压力减少时，多余的高压气体经由排气阀直接排放到大气中，排出的这部分高压气体将系统的部分能量带走，造成能量的损失。为了节约能源，在原来的结构基础上增加一个低压腔储气罐，用来储存空气弹簧排放出来的一定压力的气体，当检测到高压腔储气罐气压不足时，启动空气泵，将低压腔储气罐中的气体泵入到高压腔储气罐中，形成闭环气路空气悬架系统。

随着能源的日益短缺，节能的闭环气路空气弹簧系统必然会成为科研工作者关注的重要课题。目前对这方面的研究只有少数学者提出了一些解决方案，比较典型的方案有：常骜然的专利号ZL200720148111.2，名称为 “可发电的减振器”提供了一种利用减振器运动切割磁感应线发电，达到节能的效果。汪若尘等人的专利申请号为201110292445.8 ，名称为“液压式汽车制动能量与悬架振动能量综合回收系统”采用齿轮齿条带动发电机，回收产生的电能供给车辆使用。日本学者Shuuici Buma等人（专利公布号US4826141），名称为“ELECTRONIC CONTROLLED AIR SUSPENSION SYSTEM”，该方案提出了一个高、低压腔闭环气路空气悬架系统结构，并通过电子控制实现充放气功能，将空气弹簧排出的气体用另外一个储气罐收集以达到节能的目的。该方案提出的高、低压腔闭环气路空气悬架系统，需要通过启动空气泵将低压腔中收集起来的气体升压到高压腔中。德国学者Christof Behmenburg等人（专利公布号US6685174B2），名称为 “CLOSED LEVEL CONTROL SYSTEM FOR A VEHICLE”提出了高、低压腔共用一个腔体的理念。通过启动空气泵实现从储气罐对空气弹簧充气、从空气弹簧对储气罐放气的两个功能，它是将空气弹簧排出的气体重新排放到储气罐，达到节能的目的。该方案提出的高、低压腔共用一个腔体的闭环气路空气悬架系统，需要频繁启动空气泵实现充放气。

总结以上几种方案都是将悬架的振动能量直接转化为电能，在空气弹簧充放气过程中需要通过转化得到的电能频繁启动空气泵，这样会导致直接转化得到的电能转化率不高，而频繁启动空气泵也必然会消耗一定的电能，造成能量的浪费。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种不需要二次转化、不需要频繁启动空气泵，能利用悬架的振动能量给高压腔充气的闭环空气悬架系统的自增压机构。

本发明采用的技术方案如下：

一种闭环空气悬架系统的自增压机构，包括低压腔4、空气弹簧6、高压腔8、第一电磁阀2、第二电磁阀5、第三电磁阀7及连接各部分装置的充放气管路，所述空气弹簧6通过第三电磁阀7与高压腔8的一端连接，通过第二电磁阀5与低压腔4一端连接；所述闭环空气悬架系统的自增压机构设有分别与第一电磁阀2、低压腔4、高压腔8连通的振动增压机构1，振动增压机构1根据悬架外部激励，实现由低压腔4向高压腔8的增压。所述振动增压机构1由气体密封腔c与机械增压腔d组成，所述气体密封腔c垂直于机械增压腔d的侧壁。

所述气体密封腔c内设有蜗杆轴17，气体密封腔c的侧壁上设有进气口15以及出气口16，蜗杆轴17的光轴部分伸入机械增压腔d内。

所述机械增压腔d包括箱体13与箱盖11，箱体13与箱盖11内设有第一齿条10、第二齿条18；所述箱体13内安装有与第一齿条10啮合的第一飞轮12、与第二齿条18啮合的第二飞轮14。

所述进气口15连接于低压腔4的一端，低压腔4另一端通过电磁阀5与空气弹簧6连接，空气弹簧6通过电磁阀7与高压腔8一端连接，高压腔8另一端与出气口16连接，形成闭环气路。所述进气口15通过电磁阀2连接干燥器3，干燥器3的另一端直接与外界相通。所述空气弹簧6通过电磁阀7与高压腔8的一端连接，实现充气的功能；空气弹簧6通过电磁阀5与低压腔4一端连接，实现放气的功能；当系统气体压力不足时，打开电磁阀2连接大气，高压腔8与振动增压机构1连接实现从大气中给高压腔8补充气体的目的。

所述蜗杆轴17由蜗杆a与光轴b组成，所述蜗杆a由双线式的叶片组成，所述光轴b分别与机械增压腔d中的第一飞轮12、第二飞轮14通过棘爪、棘轮相连接，所述第一飞轮12与第二飞轮14交错设置。

所述第一齿条10和第二齿条18分别穿过箱盖11上的孔伸出于箱体13，第一齿条10和第二齿条18的尾部分别与车身固定连接。所述第一飞轮12上的棘轮正向安装、第二飞轮14上的棘轮反向安装。

外在激励为悬架上下振动，通过振动增压机构中的齿条飞轮交替地将悬架上下振动转化为蜗杆的圆周运动，蜗杆圆周运动将低压腔收集起来的气体压入到高压腔中去，达到增压的目的。

采用本发明的技术方案具有如下有益效果：（1）、通过振动增压机构将悬架振动的能量转化为气体压力能，代替了传统方法—空气泵增压，避免了频繁启动空气泵，节约了电能。（2）、一次转化即可将悬架振动能量转化为气体压力能，能量回收效率高。（3）、所设计振动增压机构不论悬架振幅大小都可将低压腔中气体压入到高压腔中，适用路面范围广。（4）、结构简单，占用空间小，机构容易实现。（5）、该装置中的主要零部件比较容易加工，且相对其他增压方法的成本也较低，有利于推广使用。

附图说明

为了更全面地理解本发明的结构和工作原理，结合以下附图和具体实施方式对本发明作进一步地详细说明。

图1为带有振动增压机构闭环气路空气悬架系统示意图。

图2为本发明振动增压机构示意图。

图3为本发明振动增压机构剖面示意图。

图4为本发明振动增压机构蜗杆轴局部剖面示意图。

图5为蜗杆轴上面的光轴b与飞轮连接的结构示意图。

图6为蜗杆轴上面的光轴b与飞轮连接的部分剖面示意图。

图7（a）为振动增压机构中气体在蜗杆轴中的初始位置示意图。

图7（b）为振动增压机构中气体在蜗杆轴中的中间位置示意图。

图7（c）为振动增压机构中气体在蜗杆轴中的终止位置示意图。

图中，1.振动增压机构；2.电磁阀；3.干燥器；4.低压腔；5.电磁阀；6.空气弹簧；7.电磁阀；8.高压腔；9.螺纹孔；10.齿条；11.箱盖；12.飞轮；13.箱体；14.飞轮；15.进气孔；16.出气孔；17.蜗杆轴；18.齿条；19.螺纹孔;20. 棘爪；21.棘爪轴；22.弹簧；23.弹簧轴；24.限位块。

具体实施方案

如图1所示，一种闭环空气悬架系统的自增压机构，包括低压腔4、空气弹簧6、高压腔8、第一电磁阀2、第二电磁阀5、第三电磁阀7及连接各部分装置的充放气管路，所述空气弹簧6通过第三电磁阀7与高压腔8的一端连接，通过第二电磁阀5与低压腔4一端连接，形成闭环气路。振动增压机构1通过第一电磁阀2与干燥器3连接，干燥器3与外界相通。

如图2所示，振动增压机构1按照其工作功能分为机械增压腔d、气体密封腔c两部分；气体密封腔c部分外形为一圆筒形，其上设有一进气口15、一出气口16；所述机械增压腔d由箱体13与箱盖11通过螺栓固定连接的；箱体13与箱盖11是固定在悬架上面的。

如图3和图4所示，气体密封腔c内部是由蜗杆轴17组成的；蜗杆轴17按照其上面工作功能可以分为蜗杆a与光轴b两部分；蜗杆轴17的光轴b部分延伸到机械增压腔d中并与两对齿条飞轮中的第一飞轮12、第二飞轮14进行装配，下文以光轴b部分与第一飞轮12装配为例进行描述，对光轴b部分放大如图5所示。如图6所示为光轴b的剖面图，第一飞轮12内部有内齿，当第一飞轮12旋转时通过棘爪20带动转轴21同方向旋转。如图5所示，蜗杆轴17凸台上开有凹槽，凹槽两端形状不同；A为半圆形凹槽，凹槽轴线与蜗杆轴17轴线平行，B为方形凹槽，方形面与蜗杆轴17轴向平行，与直线C和蜗杆轴17轴线所成面之间的夹角为20°。半圆形凹槽与方形凹槽相对于蜗杆轴17轴线径向对称分布。棘爪轴21焊接在蜗杆轴17上凸台的半圆形凹槽内，其轴线与蜗杆轴17轴线平行，且轴线与半圆形凹槽的轴线重合。限位块24焊接在蜗杆轴17上凸台的方形凹槽内。弹簧轴23焊接在蜗杆轴17上凸台的方形凹槽内，其轴线垂直于蜗杆轴17的轴线且与方形的中心重合。如图6所示，棘爪20安装在棘爪轴21上，与棘爪轴21间隙配合，可绕其旋转。弹簧22绕在弹簧轴23上，为棘爪20提供回复力。当第一飞轮12顺时针转动时，内齿对棘爪20有作用力，棘爪20带动蜗杆轴17顺时针转动；当蜗杆轴17逆时针转动时，第一飞轮12并不转动而是静止不动。由于棘爪20可绕棘爪轴21逆时针转动，并且弹簧22为棘爪20提供回复力，在蜗杆轴17转动过程中，棘爪20顺着第一飞轮12内齿的轮廓，不断作往复转动，并且对第一飞轮12不会产生切向的作用力，不会带动其转动。

机械增压腔d部分，其内部是由两对齿条飞轮组成的，第一飞轮12、第二飞轮14分别与第一齿条10、第二齿条18的一端相啮合；第一齿条10、第二齿条18的另一端分别穿过箱盖11，并且第一齿条10、第二齿条18的穿过箱盖11的顶端部分别设有第一螺纹孔9、第二螺纹孔19,并且通过第一螺纹孔9与第二螺纹孔19分别与车身固定连接。

具体工作过程：

如图1所示，充气阶段，如粗实线箭头所示，给电磁阀7通电，此时高压腔8中的气体经过电磁阀7给空气弹簧6充气，实现充气的功能。

放气阶段，如细实线箭头所示，给电磁阀5通电，空气弹簧6中的气体通过电磁阀5流向低压腔4中，实现放气的功能。

升压阶段，如虚线箭头所示，低压腔4通过振动增压机构1升压将低压腔4中的气体增压到高压腔8中去。如图3和图4所示，第一齿条10和第二齿条18同时承受悬架外部激励，第一齿条10与第一飞轮12啮合，第二齿条18与第二飞轮14啮合；第一飞轮12、第二飞轮14分别安装在蜗杆轴17的光轴b部分；光轴b与第一飞轮12、光轴b与第二飞轮14同属于棘轮结构，飞轮顺时针转动时，蜗杆轴同向转动；反之，飞轮逆时针转动时，蜗杆轴不转。

当车体往悬架方向运动，即第一齿条10和第二齿条18相对箱体13向下运动，第一齿条10带动第一飞轮12作圆周运动，第一飞轮12正向安装，带动蜗杆轴17顺时针转动，而第二飞轮14反向安装作旋转运动，蜗杆轴17相对飞轮14是静止的。同理，车体远离悬架运动时，第二飞轮14带动蜗杆轴17顺时针转动，而此时第一飞轮12相对第二飞轮14反向旋转，轮转，轴不转，则蜗杆轴17相对飞轮12是静止的。这样蜗杆轴17总是能够随着飞轮12或飞轮14交替地沿着一个方向不停地作旋转运动。

如图4，蜗杆轴17的蜗杆a部分安装在气体密封腔c中，蜗杆a部分由双线式的叶片组成，图中黑色代表叶片2，白色代表叶片1；气体密封腔c中一边是进气口15、另一边是出气口16。随着蜗杆轴17顺时针转动，进气孔15进入的气体将被推到出气孔16，达到增压效果。相对于单叶片结构，采用双叶片结构更有利于悬架振动能量较小的环境中使用，采用双叶片结构交替地进行将低压腔中的气体增压到高压腔中去，增压效率更高。

图7（a）、（b）、（c）中灰色阴影部分分别代表气体在蜗杆轴17中初始位置、中间位置、终始位置。

Claims

1.一种闭环空气悬架系统的自增压机构，包括低压腔（4）、空气弹簧（6）、高压腔（8）、第一电磁阀（2）、第二电磁阀（5）、第三电磁阀（7）及连接各部分装置的充放气管路，所述空气弹簧（6）通过第三电磁阀（7）与高压腔（8）的一端连接，通过第二电磁阀（5）与低压腔（4）一端连接；其特征在于：所述闭环空气悬架系统的自增压机构设有分别与第一电磁阀（2）、低压腔（4）、高压腔（8）连通的振动增压机构（1），振动增压机构（1）根据悬架外部激励，实现由低压腔（4）向高压腔（8）的增压。

2.根据权利要求1所述的闭环空气悬架系统的自增压机构，其特征在于：所述振动增压机构（1）由气体密封腔（c）与机械增压腔（d）组成，所述气体密封腔（c）垂直于机械增压腔（d）的侧壁。

3.根据权利要求2所述的闭环空气悬架系统的自增压机构，其特征在于：所述气体密封腔（c）内设有蜗杆轴（17），气体密封腔（c）的侧壁上设有进气口（15）以及出气口（16），蜗杆轴（17）的光轴部分伸入机械增压腔（d）内。

4.根据权利要求2所述的闭环空气悬架系统的自增压机构，其特征在于：所述机械增压腔（d）包括箱体（13）与箱盖（11），箱体（13）与箱盖（11）内设有第一齿条（10）、第二齿条（18）；所述箱体（13）内安装有与第一齿条（10）啮合的第一飞轮（12）、与第二齿条（18）啮合的第二飞轮（14）。

5.根据权利要求3所述的闭环空气悬架系统的自增压机构，其特征在于：所述进气口（15）连接于低压腔（4）的一端，低压腔（4）另一端通过电磁阀（5）与空气弹簧（6）连接，空气弹簧（6）通过电磁阀（7）与高压腔（8）一端连接，高压腔（8）另一端与出气口（16）连接，形成闭环气路。

6.根据权利要求3所述的闭环空气悬架系统的自增压机构，其特征在于：所述进气口（15）通过电磁阀（2）连接干燥器（3），干燥器（3）的另一端直接与外界相通。

7.根据权利要求3所述的闭环空气悬架系统的自增压机构，其特征在于：所述蜗杆轴（17）由蜗杆（a）与光轴（b）组成，所述蜗杆（a）由双线式的叶片组成，所述光轴（b）分别与机械增压腔（d）中的第一飞轮（12）、第二飞轮（14）通过棘爪、棘轮相连接，所述第一飞轮（12）与第二飞轮（14）交错设置。

8.根据权利要求4所述的闭环空气悬架系统的自增压机构，其特征在于：所述第一齿条（10）和第二齿条（18）分别穿过箱盖（11）上的孔伸出于箱体（13），第一齿条（10）和第二齿条（18）的尾部分别与车身固定连接。

9.根据权利要求7所述的闭环空气悬架系统的自增压机构，其特征在于：所述第一飞轮（12）上的棘轮正向安装、第二飞轮（14）上的棘轮反向安装。