CN103883661B - 一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器和工作方法，活塞杆下端固定连接在上、下活塞头，下活塞头下端面紧密接触气囊弹簧，气囊弹簧上端连接气体导管下端，气体导管通过活塞杆中心处的孔垂直向上伸出工作缸筒外从活塞杆上段侧部伸出后连接空气弹簧；工作缸筒内腔底部放置补偿气囊；活塞套外壁上沿圆周方向每隔90°开有4个盲槽，盲槽下端与工作缸下腔贯通，盲槽上端与活塞套顶面之间有封口，在每个盲槽内的上部位置处开有几个轴向排列的盲槽径向通孔，活塞套顶面的每个封口位置上开有与盲槽和盲槽径向通孔均相通的盲槽轴向通孔，活塞套上与盲槽轴向通孔同一径向位置也每隔90°均布4个活塞套轴向通孔，保证了减振效果。

Description

一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器及工作方法

技术领域

本发明涉及车辆悬架系统领域，具体涉及在车辆悬架系统中作为弹性原件的空气弹簧和阻尼元件的油液减振器。

背景技术

悬架系统是车辆的重要组成部分之一，其作用是传递车轮和车架之间的一切力和力矩，并且缓和由不平路面传给车架、车身的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证车辆的平顺行驶。

悬架系统中的阻尼装置和弹性元件对车辆行驶平顺性有较大影响，往往在空载时需要较低的阻尼和刚度，在满载时则需要较大的阻尼和刚度，且阻尼和刚度的变化需呈现非线性的关系才能满足车辆平顺性的要求。空气弹簧由于自身的特性，在其中充入高压气体后外部的橡胶皮囊具有一定的弹性，在外部载荷的作用下可以起到缓冲的作用，同时具有一定非线性变刚度的效果。油液减振器通过活塞的上下运动使缸内油液不断通过连接上下腔室的通孔而产生节流阻尼力，阻尼力与阻尼孔有效面积大小等因素有关，也可以认为流通面积的大小是决定阻尼力大小的关键因素之一。为了使减振器的阻尼效果好，通常把压缩行程的阻尼和伸张行程的阻尼取不同值，即在压缩行程，为了减少减振器传递的路面冲击力，选择较小的相对阻尼系数；而在伸张行程，为使振动迅速衰减，选择较大的相对阻尼系数。试验研究表明，悬架系统中理想的阻力特性应该是随着使用因素如道路条件和载荷的变化而改变的，即减振器的阻力应和悬架系统的参数有适当的匹配关系，从而保证悬架系统有良好的减振特性。

传统配合空气弹簧的油液减振器与空气弹簧彼此是分开且相互独立的，其主要结构有活塞杆、工作缸筒、阻尼阀系和补偿腔组成。在压缩行程时，工作缸下腔油液受到挤压通过压缩阀进入上腔，产生压缩阻尼力，同时空气弹簧缓和来自外界激励的冲击。在伸张过程中，工作缸上腔油液受到挤压通过伸张阀进入下腔，产生拉伸阻尼力。这种传统油液减振器的压缩阻尼系数和拉伸阻尼系数是出厂设定好的，在工作过程中不会变化。但实际情况下，为了达到理想的乘坐舒适性和平顺性，往往希望阻尼系数是可变的。

由于传统的油液减振器和空气弹簧彼此是相互独立工作的，两者不具有耦联性，因此即使空气弹簧具有非线性刚度和低固有频率的特性，但是受到减振器的阻尼系数固定不变的影响，两者不能始终达到理想的匹配状态。因此普通油液减振器具有如下缺陷：

1、单一的阻尼阀系使阻尼变化值较小，且阻尼系数不可变，无法与非线性刚度的空气弹簧达到理想的匹配状态，影响悬架系统性能的有效发挥。

2、无法针对不同行驶工况和载荷进行实时的阻尼力调节，不能与空气弹簧形成耦联的关系，彼此相互独立，可靠性较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种以空气弹簧内部气体压力作为减振器活塞内部作用力的配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器及其工作方法，针对不同载荷和路况实现阻尼力的实时自动可调，能与空气弹簧达到理想的匹配状态，提高悬架系统的性能。

为实现上述目的，本发明一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器采用如下技术方案：本发明含有工作缸筒和滑阀式组件，工作缸筒内充满油液，滑阀式组件包括活塞杆、活塞套、螺旋弹簧、气囊弹簧以及上、下活塞头，工作缸筒内腔有圆筒形的活塞套；工作缸筒内腔被滑阀式组件分隔为工作缸上腔和工作缸下腔；活塞杆从工作缸筒顶部中心垂直向下伸在工作缸筒内腔中，活塞杆的下端固定连接在活塞套内腔中的下活塞头和上活塞头，下活塞头下端面紧密接触气囊弹簧，气囊弹簧的上端连接气体导管下端，气体导管通过活塞杆中心处的孔垂直向上伸出工作缸筒外，气体导管上端从活塞杆上段侧部伸出后连接位于工作缸筒外部的空气弹簧；工作缸筒内腔底部放置全封闭式且充有高压惰性气体的补偿气囊；活塞套外壁上沿圆周方向每隔90°均匀开有4个盲槽，盲槽下端与工作缸下腔贯通，盲槽的上端与活塞套顶面之间有封口，在每个盲槽内的上部位置处开有几个轴向排列的盲槽径向通孔，活塞套顶面的每个封口位置上开有与盲槽和盲槽径向通孔均相通的盲槽轴向通孔，使工作缸上腔与工作缸下腔连通，活塞套上与盲槽轴向通孔同一径向位置也每隔90°均布4个活塞套轴向通孔，各个活塞套轴向通孔与同一径向位置处的盲槽径向通孔相通。

本发明一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器的工作方法采用的技术方案是：A、拉伸行程时，活塞杆相对工作缸筒向上移动，气囊弹簧的体积变大，空气弹簧通过气体导管向气囊弹簧充气，螺旋弹簧长度缩短，上活塞头相对活塞套上移，对盲槽径向通孔进行封堵，当气囊弹簧和螺旋弹簧在外力作用下达到力平衡时带动活塞套一起相对工作缸筒上移，工作缸上腔中压强增大，工作缸上腔中的油液通过盲槽轴向通孔、活塞套轴向通孔和此时流通面积减小的盲槽径向通孔、四个盲槽后流入工作缸下腔中。B、压缩行程时，气囊弹簧的体积变小，螺旋弹簧长度变长，上活塞头从平衡位置相对活塞套下移，在平衡位置时被封堵的盲槽径向通孔从上至下依次全部被打开；此时空气弹簧被压缩，内部压强增大，通过气体导管相连通的气囊弹簧内压强也增大，当气囊弹簧内部压强与下活塞套上受到的压力达到力平衡时带动活塞套相对工作缸筒下移，使工作缸下腔内压强增大，工作缸下腔中的油液通过四个盲槽分别流经盲槽轴向通孔、开度最大的盲槽径向通孔、活塞套轴向通孔后进入工作缸上腔。

本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：

1、在压缩行程时可变阻尼通道全部打开，此时本发明减振器具有两个阻尼通道，提供较小阻尼；在复原行程时，受外部空气弹簧载荷压力或路况的影响，活塞内部气囊弹簧与螺旋弹簧力平衡决定上活塞头的位置，从而影响阻尼通道的开度，复原行程具有一个长通阻尼通道和一个流通面积可变的阻尼通道。在载荷或路况变化时，空气弹簧内的气体通过气体导管进入气囊弹簧，使气囊弹簧内部压力增加，使其上部活塞头沿减振器轴线方向位置产生运动封堵住部分阻尼孔，因此油液流通面积发生变化从而改变减振器的复原行程阻尼力。能根据载荷或路面状况的变化实时自动调节复原过程阻尼力的大小，特别是能提供满足减振要求的相对较小的压缩阻尼力和相对较大的复原阻尼力，保证了减振效果，从而改善车辆的通过性和行驶平顺性。

2、本发明中的补偿气囊在压缩行程时起到了缓冲作用。在复原行程中补偿气囊膨胀挤压油液，起到体积补偿作用，便于抑制空行程。

3、本发明通过设置多个均布的通孔、盲槽，使减振器获得了所需的阻尼力，不需要增加额外的压缩、伸张阀系，从而降低成本，简化了结构。

4、本发明采用单筒式结构形式，缩小了体积，便于布置。

5、本发明很好地利用了空气弹簧内部气体压力受外界条件变化的这一规律，使空气弹簧和油液减振器进行有效的联动工作。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器的结构示意图；

图2是图1中活塞套7的结构放大示意图；

图3是图2中活塞套7的中剖视图；

图4是本发明工作在压缩行程时的油液走向及工作原理图；

图5是本发明工作在拉伸行程时的油液走向及工作原理图。

图中：1.活塞杆，1a.下活塞头，1b.上活塞头，2.防尘套，3.防尘罩，4.缓冲块，5.工作缸筒，6.限位块，7.活塞套，8.工作缸下腔，9.下安装吊环，10.补偿气囊，11.气囊弹簧，12.螺旋弹簧，13.油封，14.工作缸上腔，15.导向密封圈，16.气体导管，17.盲槽径向通孔，18.盲槽轴向通孔，19.活塞套轴向通孔，20.盲槽。

具体实施方式

参见图1，本发明含有工作缸筒5和滑阀式组件，其中，滑阀式组件包括活塞杆1、活塞套7、螺旋弹簧12、气囊弹簧11以及下活塞头1a和上活塞头1b。

活塞杆1从工作缸筒5顶部中心垂直向下伸在工作缸筒5内腔中，工作缸筒5内腔有圆筒形的活塞套7，活塞套7的外壁与工作缸筒5的内壁之间为间隙配合，可以相对滑动。活塞杆1的下端固定连接下活塞头1a和上活塞头1b，活塞杆1和上活塞头1b、下活塞头1a视为一整体。本发明设计了上、下活塞头，一是上活塞头1b需对活塞套7上的阻尼孔进行封堵，二是下活塞头1a起到一定的导向作用。

下活塞头1a和上活塞头1b在活塞套7内腔中，并且下活塞头1a和上活塞头1b与活塞套7之间具有间隙，属于间隙配合，彼此可以相对滑动。在上活塞头1b和活塞套7内腔顶部之间紧密连接螺旋弹簧12，螺旋弹簧12上端顶在活塞套7内腔顶部，螺旋弹簧12下端压在上活塞头1b上端上。下活塞头1a下端面紧密接触气囊弹簧11，气囊弹簧11连接气体导管16的下端，气体导管16通过活塞杆1中心处的孔垂直向上伸出工作缸筒5外，气体导管16的上端从活塞杆1的上段侧部伸出后连接位于工作缸筒5外部的空气弹簧，通过气体导管16使气囊弹簧11和空气弹簧相通。

在工作缸筒5底部外壁上设置下安装吊环9，在工作缸筒5内腔底部放置补偿气囊10，补偿气囊10为全封闭式，充有高压惰性气体。工作缸筒5内腔底部为圆锥形，便于补偿气囊10压缩和回弹，有利于保护补偿气囊10，防止过压。在工作缸筒5内充满有工作油液。工作缸筒5内腔被滑阀式组件分隔为工作缸上腔14和工作缸下腔8。

活塞套7上端面设置有限位块6，限位块6位于工作缸上腔14中，活塞套7上端面与活塞杆1的连接处安装油封13。活塞杆1和工作缸筒5的连接处安装导向密封圈15，在工作缸筒5内腔顶部且紧贴在顶部位置安装缓冲块4，缓冲块4固定套在活塞杆1上，缓冲块4也位于工作缸上腔14中。

在工作缸筒5的外壁处设置有防尘套2，防尘套2与活塞杆1之间设置防尘罩3，防尘罩3固定于活塞杆1上随活塞杆1上下移动，起到防尘作用。由图1可知，活塞杆1从上至下其实是依次穿过了防尘套2、导向密封圈15、缓冲块4、限位块6、油封13后与下活塞头1a和上活塞头1b固定连接。

本发明在上活塞头1b和下活塞头1a之间有一段环形槽，环形槽可以储存一定量的油液，用于活塞头相对活塞套7上下移动时的润滑，同时在满足强度要求的情况下减轻活塞头自重，达到活塞头轻量化的要求。

参见图2和图3，活塞套7外壁上沿圆周方向每隔90°均匀开有4个盲槽20，盲槽20的下端打通活塞套7底面，与工作缸下腔8贯通，盲槽20的上端与活塞套7顶面之间具有一定距离，形成封口。在每个盲槽20内的上部位置处开有几个轴向排列的盲槽径向通孔17，在活塞套7顶面的每个封口位置上开有盲槽轴向通孔18，盲槽轴向通孔18有4个，相应地也是每隔90°均布，盲槽轴向通孔18的高度就是盲槽20上端与活塞套7顶面之间具有的距离，盲槽轴向通孔18与盲槽和盲槽径向通孔17均相通，通过盲槽轴向通孔18，使工作缸上腔14与工作缸下腔8连通，盲槽轴向通孔18是连通工作缸上腔14和工作缸下腔8的常通阻尼孔，上活塞头1b上端面与活塞套7内腔构成了状态可变的阻尼通道。

本发明中的活塞套7的壁厚约为8mm，盲槽的径向深度4mm，盲槽20的上端与活塞套7顶面之间具有4mm的距离。对应每个盲槽20内的上部都开有7个轴向间隔1mm的盲槽径向通孔17。

在活塞套7上，与盲槽轴向通孔18同一径向位置也每隔90°均布4个活塞套轴向通孔19，活塞套轴向通孔19与同一径向位置处的盲槽径向通孔17相通，活塞套轴向通孔19的直径相对于盲槽轴向通孔18的直径较大。这样，盲槽20、盲槽径向通孔17、盲槽轴向通孔18、活塞套轴向通孔19彼此相通，共同构成流通面积可变的通道。

活塞套7上的几个轴向排列的盲槽径向通孔17的轴向总高度小于上活塞头1b的轴向高度，使上活塞头1b对盲槽径向通孔17起到封堵的作用。当活塞杆1上下运动时，上活塞头1b的侧面就会对这些盲槽径向通孔17进行封堵，从而改变油液的有效流通面积，达到变阻尼的目的。使用螺旋弹簧12与下部气囊弹簧11进行力平衡，同时螺旋弹簧12还对上活塞头1b起到限位作用，即当螺旋弹簧12压缩到极限时盲槽径向通孔17也不会被完全堵死。

由于不同的载荷下空气弹簧内的压强不同，导致气囊弹簧11内的压强也不同，螺旋弹簧12会与不同压强的气囊弹簧11达到力平衡。具体为在重载情况下气囊弹簧11的体积会变大，螺旋弹簧12的长度会缩短刚度增大，与气囊弹簧11达到力平衡，此时上活塞头1b相对活塞套7上移，封堵住盲槽径向通孔17中最底部的4个通孔；当轻载情况下时气囊弹簧11的体积变小，螺旋弹簧12长度变长，达到新的力平衡关系，上活塞头1b相对活塞套7下移，只封堵住盲槽径向通孔17中最底部的2个通孔（应该理解此封堵阻尼孔个数在实际应用中可能会有所不同）。因此在不同的车辆载荷下，对应减振器滑阀结构中上活塞头1b相对盲槽径向通孔17的初始位置是不同的。

参见图4，为本发明配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器处于压缩行程时的工作原理，减振器受到路面激励后，上活塞头1b从平衡位置相对活塞套7下移，此时在平衡位置时被封堵的盲槽径向通孔17将从上至下依次全部被打开，阻尼孔流通面积最大，产生的阻尼力最小。此时充当弹性元件的空气弹簧被压缩，内部压强增大，致使与其通过气体导管16相连通的气囊弹簧11内压强也逐渐增大，当气囊弹簧11内部压强与下活塞套1a上受到的压力达到力平衡时（由于气囊弹簧11体积相对较小因此整个力平衡过程可以快速进行），将带动活塞套7相对工作缸筒5下移。从图4上可以看出，工作缸下腔8受到滑阀组件的挤压压强增大，工作缸下腔8中的油液通过四个盲槽20分别流经盲槽轴向通孔18、此时开度最大的盲槽径向通孔17、活塞套轴向通孔19后进入工作缸上腔14，由于在压缩行程时两个阻尼通道都开启，因此产生阻尼力最小。

参见图5，为本发明配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器处于拉伸行程时的工作原理。活塞杆1相对工作缸筒5向上移动，气囊弹簧11体积开始变大，空气弹簧通过气体导管16向气囊弹簧11充气，此过程中气囊弹簧11和受外界激励被压缩的空气弹簧内部压强始终趋向一种动态平衡的状态。螺旋弹簧12逐渐被压缩，此时上活塞头1b相对活塞套7上移，并对盲槽径向通孔17进行封堵，当气囊弹簧11和螺旋弹簧12在外力作用下达到力平衡时带动活塞套7一起相对工作缸筒5上移。需要指出，盲槽径向通孔17的封堵个数与外界激励的大小成正相关，即激励越大，封堵个数越多，反之亦然，但由于螺旋弹簧11压缩到极限时的高度也大于盲槽径向通孔17最顶端一个通孔到上端面的高度，因此上活塞头1b相对活塞套7向上移动到极限位置时也不会将盲槽径向通孔17完全堵死，保证了减振器工作的可靠性和安全性。从图5可以看出，工作缸上腔14受到滑阀组件的挤压压强增大，工作缸上腔14中的油液通过盲槽轴向通孔18、活塞套轴向通孔19、此时流通面积减小的盲槽径向通孔17经四个盲槽20后流入工作缸下腔8中，完成一个工作循环。在拉伸行程中气囊弹簧11通过气体导管16受到空气弹簧作用的影响，以空气弹簧内部变化的压强与滑阀结构中上活塞头1b的位移相关联，从而改变了两个阻尼通道其中一个的有效流通面积，改变了减振器阻尼系数的大小，达到了实时变阻尼的目的，提高了车辆适应不同路况的性能要求。

Claims (8)

1.一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器，含有工作缸筒（5）和滑阀式组件，工作缸筒（5）内充满油液，其特征是：滑阀式组件包括活塞杆（1）、活塞套（7）、螺旋弹簧（12）、气囊弹簧（11）以及上活塞头（1b）、下活塞头（1a），工作缸筒（5）内腔有圆筒形的活塞套（7）；工作缸筒（5）内腔被滑阀式组件分隔为工作缸上腔（14）和工作缸下腔（8）；活塞杆（1）从工作缸筒（5）顶部中心垂直向下伸在工作缸筒（5）内腔中，活塞杆（1）的下端固定连接在活塞套（7）内腔中的上活塞头（1b）、下活塞头（1a），下活塞头（1a）下端面紧密接触气囊弹簧（11），气囊弹簧（11）的上端连接气体导管（16）下端，气体导管（16）通过活塞杆（1）中心处的孔垂直向上伸出工作缸筒（5）外，气体导管（16）上端从活塞杆（1）上段侧部伸出后连接位于工作缸筒（5）外部的空气弹簧；工作缸筒（5）内腔底部放置全封闭式且充有高压惰性气体的补偿气囊（10）；活塞套（7）外壁上沿圆周方向开有4个盲槽（20），4个盲槽（20）每隔90°均匀布置，盲槽（20）下端与工作缸下腔（8）贯通，盲槽（20）的上端与活塞套（7）顶面之间有封口，在每个盲槽（20）内的上部位置处开有几个轴向排列的盲槽径向通孔（17），活塞套（7）顶面的每个封口位置上开有与盲槽和盲槽径向通孔（17）均相通的盲槽轴向通孔（18），使工作缸上腔（14）与工作缸下腔（8）连通，活塞套（7）上与盲槽轴向通孔（18）同一径向位置开有4个活塞套轴向通孔（19），4个活塞套轴向通孔（19）每隔90°均匀布置，各个活塞套轴向通孔（19）与同一径向位置处的盲槽径向通孔（17）相通。

2.根据权利要求1所述一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器，其特征是：所述几个轴向排列的盲槽径向通孔（17）的轴向总高度小于上活塞头（1b）的轴向高度，活塞套轴向通孔（19）的直径大于盲槽轴向通孔（18）的直径。

3.根据权利要求1所述一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器，其特征是：活塞套（7）的外壁与工作缸筒（5）的内壁之间为间隙配合，上活塞头（1b）、下活塞头（1a）与活塞套（7）之间间隙配合。

4.根据权利要求1所述一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器，其特征是：工作缸筒（5）内腔底部为圆锥形。

5.根据权利要求1所述一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器，其特征是：上活塞头（1b）、下活塞头（1a）之间有一段环形槽，环形槽中储存有油液。

6.根据权利要求1所述一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器，其特征是：工作缸筒（5）的外壁处设置有防尘套（2），防尘罩（3）固定于活塞杆（1）上随活塞杆（1）上下移动。

7.根据权利要求1所述一种配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器，其特征是：活塞套（7）上端面设有位于工作缸上腔（14）中的限位块（6），活塞套（7）上端面与活塞杆（1）的连接处有油封（13）；活塞杆（1）和工作缸筒（5）的连接处有导向密封圈（15），在工作缸筒（5）内腔顶部且紧贴在顶部位置有位于工作缸上腔（14）中的缓冲块（4），缓冲块（4）固定套在活塞杆（1）上。

8.一种如权利要求1所述配合空气弹簧的滑阀式阻尼可变减振器的工作方法，其特征是：

A、拉伸行程时，活塞杆（1）相对工作缸筒（5）向上移动，气囊弹簧（11）体积变大，空气弹簧通过气体导管（16）向气囊弹簧（11）充气，螺旋弹簧（12）长度缩短，上活塞头（1b）相对活塞套（7）上移，对盲槽径向通孔（17）进行封堵，当气囊弹簧（11）和螺旋弹簧（12）在外力作用下达到力平衡时带动活塞套（7）一起相对工作缸筒（5）上移，工作缸上腔（14）中压强增大，工作缸上腔（14）中的油液通过盲槽轴向通孔（18）、活塞套轴向通孔（19）和此时流通面积减小的盲槽径向通孔（17）、四个盲槽（20）后流入工作缸下腔（8）中；

B、压缩行程时，气囊弹簧（11）的体积变小，螺旋弹簧（12）长度变长，上活塞头（1b）从平衡位置相对活塞套（7）下移，在平衡位置时被封堵的盲槽径向通孔（17）从上至下依次全部被打开；此时空气弹簧被压缩，内部压强增大，通过气体导管（16）相连通的气囊弹簧（11）内压强也增大，当气囊弹簧（11）内部压强与下活塞头（1a）上受到的压力达到力平衡时带动活塞套（7）相对工作缸筒（5）下移，使工作缸下腔（8）内压强增大，工作缸下腔（8）中的油液通过四个盲槽（20）分别流经盲槽轴向通孔（18）、开度最大的盲槽径向通孔（17）、活塞套轴向通孔（19）后进入工作缸上腔（14）。