CN104044425B - 空气悬架载荷转移系统 - Google Patents
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Abstract
一种在具有空气悬架回路的车辆上转移串接车桥载荷的方法,所述空气悬架回路具有三通阀、连接在串接车桥的驱动桥和车架之间的第一空气弹簧、以及连接在所述串接车桥的支承桥和所述车架之间的第二空气弹簧。第一空气弹簧的直径大于第二空气弹簧的直径。该系统还具有供气装置、连接在所述三通阀的阀口一和所述第一空气弹簧之间的第一流体管线,以及连接在所述三通阀的阀口三和所述第二空气弹簧之间的第二流体管线。
Description
相关申请的交叉引用
本申请享有2013年3月14日提交的美国临时申请No.61/7820854的权益。本申请是非临时申请,脱离了2013年3月14日提交的、申请号为No.61/782054的美国专利申请,这里通过引用的方式将其全部内容并入本文。该非临时申请是在申请号为No61/782054的美国专利申请未决期间提交的。
技术领域
本发明涉及一种空气悬架系统,该系统与商用长途运输牵引车的串接车桥(tandem axle)一起使用。
背景技术
典型的北美8级长途运输卡车采用后部串联着两个驱动桥(drive axle)的6×4牵引车。可选地,采用后部串连一个单个的驱动桥和一个不动的(后)支承桥(tag axle)的6×2传动系。这种6×2系统比6×4系统轻,并且附加损失小,但由于驱动桥和支承桥具有相同的车桥总重定额(GWAR),因此在轮胎-地基系数减小的情况下会导致牵引力不足。现有的系统提高了6×2单个驱动桥的牵引力,例如基于电子牵引控制系统的车轮差速锁定和行车制动。此外,6×2空气悬架系统可用于在低牵引的情况下自动地将支承桥的载荷转移给驱动桥,以改善驱动桥的牵引力,但这些系统动作缓慢、成本高昂且笨重。
考虑到现有技术中如前所述的缺点,需要一种低成本的系统,其能够快速响应、成本合算、易于一体化,并且能够安全有效地改善6×2驱动桥的牵引。
美国专利US6276710揭示了一种用于车辆串接车桥的悬架系统。该系统具有靠近前后车桥各端部的空气弹簧。在车辆每一侧上的成对空气弹簧气动地连接而形成一个共用的储器。前后车桥的端部的位移被平均而给为每对空气弹簧设置的空气弹簧压力控制器提供一个控制输入信号。然而,该专利仍未克服如上所述的缺陷。
发明内容
本发明提供一种用于转移作用在车辆上的串接车桥的载荷的方法,所述车辆包括具有三通阀的空气悬架回路(circuit)、连接在串接车桥的驱动桥和车架之间的第一空气弹簧、以及连接在串接车桥的支承桥和车架之间的第二空气弹簧。第一空气弹簧的直径大于第二空气弹簧的直径。该系统还具有供气装置、连接在三通阀的第一阀口和第一空气弹簧之间的第一流体管线,以及连接在三通阀的第三阀口和第二空气弹簧之间的第二流体管线。
按照本发明,已经发现具有下述性能:在牵引事件中能够将支承桥的空气快速传递给驱动桥,同时非常理想地使两轴保持相同的行驶高度。
附图说明
当考虑结合附图进行下面详细描述时,对本领域技术人员而言,本发明的以上和其他优点将变得显而易见,其中:
图1是体现本发明商用车辆的侧视图;
图2是体现本发明商用车辆的详细侧视图;
图3是表示按照本发明的气压和阀位置的图表;
图4是在载荷条件相等和载荷条件不等这两种情形下计算6×2的动态重量转移的示意图;
图5是根据本发明的实施例在驱动桥的恒压下载荷与偏转关系的曲线图;
图6是按照本发明的实施例在支承桥的恒压下载荷与偏转关系的曲线图。
具体实施方式
应当理解的是,本发明可以假定各种可选的方向和步进顺序,除非与此相反地特别指出。还应当理解的是,附图中示出的特定装置以及下面的详细描述仅仅是由所附权利要求限定的创造性概念的示例性实施例。因此,涉及所披露的实施例的特定的尺寸、方向或其他物理特性不应当被认为是限制,除非另外特别的要求。
图1和图2描述了用于6×2车辆的空气悬架系统10,其具有单个的驱动桥12、(后)支承桥14、每个车桥上的空气弹簧16,18、气泵20和用以控制空气弹簧16,18之间的气流的自动式电动-气动控制系统22。该自动式电动-气动控制系统22包括一个三通阀24,但应当理解的是,该自动式电动-气动控制系统22可以包括不同类型的阀和/或不同数量的阀。
所述三通阀24用于通过流体连通线路32,34将空气运送到特定的位置。在本申请中,三通阀24的阀口一26连接到前面,或者说是连接到驱动桥空气弹簧16。三通阀24的阀口三28连接到后面,或者说是连接到支承桥空气弹簧18。更特别地,阀口一26和阀口三28通过三通阀24连接以允许空气在驱动桥空气弹簧16和支承桥空气弹簧18之间转移,下面将对此详细描述。三通阀24的阀口二30能够用于将驱动桥空气弹簧16和/或支承桥空气弹簧18的气压抽空。空气弹簧16,18之一或二者都可以被选择性地抽空以恢复到它们的原始压力,或者如果遇到紧急情况在需要时放气。
气泵20经由流体连通线路32,34将空气从储气罐(未示出)抽吸到三通阀24并进入到空气弹簧16,18。通过阀口一26移动的空气与驱动桥空气弹簧16直接连通,通过阀口三28移动的空气与支承桥空气弹簧18直接连通。阀口二30充当了阀口一26和阀口三28之间的连接,以便于空气从驱动桥空气弹簧16流向支承桥空气弹簧18以及与之反向的流动。空气还能反向从空气弹簧16,18被抽吸返回到储气罐。
如图所示,驱动桥12包括有效直径较大的空气弹簧16,支承桥14包括有效直径较小的空气弹簧18。相比于驱动桥12,支承桥14上直径较小的空气弹簧18在串接车桥的正常GAWR(车桥总重定额)下具有较高的气压。因此,由于牵引事件例如在道路湿滑和/或其他易滑、泥泞或下雪的情况下需要在驱动桥12上施加较大的地面载荷时,支承桥空气弹簧18的高压能够用于快速有效地增加驱动桥空气弹簧16中的压力。由于通过增加驱动桥空气弹簧16中的压力和载荷能够容易地补偿支承桥空气弹簧18的载荷和压力的降低,所以能使行驶高度保持在或接近所期望的距离。
在标准的行驶高度,驱动桥空气弹簧16和支承桥空气弹簧18具有大致相同的内部空气容积,从而保证弹簧刚度近乎相同。在标准串联式GAWR为40000磅时,根据桥梁法则(bridge law),最大的地面载荷将达到34000磅,从而每个车桥将承载17000磅的地面载荷作为全部的有效载荷。因此,在正常操作模式下,支承桥空气弹簧18可能需要比驱动桥空气弹簧16更高的气压;例如,支承桥空气弹簧18的气压为100psi(6.9巴),驱动桥空气弹簧16的气压为70psi(4.8巴),但两个车桥12,14均承受同样的地面载荷。在驱动桥12和支承桥14上分布的轮胎牵引力相同。这些数值是在正常操作模式下水平地面状况的反映。在这种条件下,与自动式电动-气动控制系统22相关联的三通阀24的所有阀口26,28,30都是关闭的。
如果检测到牵引事件,自动式电动-气动控制系统22能够在需要时将空气从支承桥空气弹簧18快速传送到驱动桥空气弹簧16。如图3中的图表所示,在牵引模式下,比较名称为“正常模式”和“牵引模式”的纵栏,驱动桥空气弹簧16中的气压从80增加到100,支承桥空气弹簧18中的气压从120下降到100。在自动式电动-气动控制系统22中通过打开三通阀24的阀口一26到阀口三实现了空气弹簧16,18之间的压力转移。阀口一26到阀口三30以及阀口二28到阀口三30保持关闭。
驱动桥空气弹簧16中增加的压力结合支承桥空气弹簧18中降低的压力导致在大致相同的行驶高度上的驱动桥12承受较高的地面载荷,支承桥14承受较低的地面载荷。在施加了增加的牵引力并减少或消除了车轮滑行后,自动式电动-气动控制系统22能够使空气弹簧16,18恢复到正常气压,该正常气压是驱动桥12和支承桥14承受相同的地面载荷所需要的气压。
在压力转移过程中,阀口一26和阀口三28之间形成连通。随后,当返回到初始压力时,一个空气弹簧的压力必须增加而另一个空气弹簧的压力必须降低。经由阀口二30排出空气能够实现气压的降低。通过从气泵20向阀口三28,或者经由气泵20从阀口一28向阀口三28(作为另一实施例)能够实现气压的增加;因此不必经由阀口二30排出。
空气管一般用于连通空气弹簧16,18和三通阀24。前空气弹簧16和后空气弹簧18均与三通阀24十分接近,因而能够非常快速地通过空气管将空气从后部的支承桥空气弹簧18转移到前部的驱动桥空气弹簧16。通常,在所有商用卡车上都配备有空气压缩机(未示出),用以操作空气制动器和空气悬架系统。这包括一储气罐,不过牵引驱动系统在靠近车桥(车轴)的位置处可以具有自己的储存器,从而空气是迅速可用的并且不需要从制动器那里抢夺空气。在前行需要牵引力的同时,也需要改善制动和停车。
通过采用算法能够合并自动式电动-气动控制系统22的各种输入,从而改善载荷转移算法的功能性,例如温度、车速、转向轴转角、预估的车辆总全重(GVW)和直前行进的车轮的速率数据。算法基于这些车辆参数可以控制气压的转移。一般的概念是试图预测何时需要增加牵引力,然后允许重量转移以用于更多的牵引。例如,如果车辆以较高的速度转弯,则系统不会执行快速重量转移,因为这有可能导致车辆摆动。温度可以用来确定道路上结冰的可能性。温度也会影响压力。预估的重量可能导致算法限制或增加压力转移。
图4示出了在载荷条件相等和载荷条件不等这两种情形下计算6×2的动态重量转移的一个实施例。在“正常-相等载荷”一栏是一分析表,计算比较了串联有相同载荷的情况,其中每个车桥(车轴)12,14均承载17000磅的载荷,但每个车桥12,14具有不同类型的空气弹簧16,18。第一栏“正常”计算出驱动桥12的具有较大直径的空气弹簧16需要70psi来支撑5067磅的弹簧力,该弹簧力等同于17000磅的总车桥地面载荷(参见图5,驱动桥空气弹簧16在11.38的高度需要70psi来支撑5067磅的载荷)。支承桥14的具有较小直径的空气弹簧18需要100psi来支撑5067磅的弹簧力,该弹簧力等同于GAWR所需要的17000磅的载荷(参见图6,支承桥空气弹簧18在11.38的高度需要100psi来支撑5067磅的载荷)。
图4示出了分析表具有“转移”一栏,计算假定空气弹簧16,18具有相同的平均压力([100+70]/2=85psi)。分别对应于每个空气空气弹簧16,18的图5和图6的图表中示出了在标准行驶高度驱动桥空气弹簧16将支撑6100磅,并且支承桥空气弹簧18将支撑4250磅,据此根据一些图表内插法计算出驱动桥12承载20129磅的GAWR,支承桥14承载13923磅的GAWR。这表明驱动桥12的载荷增加了18%(20129/17000=+18%),通过平衡空气弹簧16,18的压力能够使驱动桥12上的牵引力增长18%。图表中(图5和图6)所示的空气弹簧16,18是必需的,因为这些空气弹簧16,18并不是线性的,一个弹簧上给定的压力增加并不等于另一个弹簧上损失的载荷,即使该总的串联车桥总是需要达到34000磅的GAWR。
Claims (13)
1.一种车辆的空气悬架回路,包括:
三通阀;
第一空气弹簧,连接在串接车桥的驱动桥和车架之间;
第二空气弹簧,连接在所述串接车桥的支承桥和所述车架之间,其中所述第一空气弹簧的直径大于所述第二空气弹簧的直径;
供气装置;
第一流体管线,连接在所述三通阀的阀口一和所述第一空气弹簧之间;
第二流体管线,连接在所述三通阀的阀口三和所述第二空气弹簧之间。
2.如权利要求1所述的车辆的空气悬架回路,其中所述三通阀设置在所述车架上并位于所述驱动桥和所述支承桥之间。
3.如权利要求1所述的车辆的空气悬架回路,其中所述阀口一和所述阀口三直接流体连通以允许空气在所述第一空气弹簧和所述第二空气弹簧之间快速转移。
4.如权利要求1所述的车辆的空气悬架回路,其中,在所述串接车桥的正常的车桥总重定额下,所述第二空气弹簧中的气压高于所述第一空气弹簧中的气压。
5.如权利要求1所述的车辆的空气悬架回路,其中,在正常操作模式下,所述三通阀的阀口二和阀口一以及阀口三均关闭。
6.如权利要求1所述的车辆的空气悬架回路,其中,在牵引操作模式下,所述阀口一和所述阀口三之间的流体连通打开,所述阀口一和阀口二,以及所述阀口二和阀口三之间的流体连通关闭。
7.一种转移串接车桥载荷的方法,包括:
在车桥总重定额下在驱动桥上设置具有第一直径和第一气压的第一空气弹簧;
在车桥总重定额下在支承桥上设置具有第二直径和第二气压的第二空气弹簧;
提供第一流体管线和第二流体管线;以及
提供三通阀,以用于在所述第一空气弹簧和所述第二空气弹簧之间转移空气。
8.如权利要求7所述的转移串接车桥载荷的方法,其中,所述第二直径小于所述第一直径。
9.如权利要求7所述的转移串接车桥载荷的方法,其中,在正常操作模式下,所述第一气压小于所述第二气压。
10.如权利要求7所述的转移串接车桥载荷的方法,其中,在牵引操作模式下,所述第一气压基本等于所述第二气压。
11.如权利要求7所述的转移串接车桥载荷的方法,其中,所述三通阀的阀口一和阀口三直接流体连通,以允许在所述第一空气弹簧和所述第二空气弹簧之间经由所述第一流体管线和第二流体管线进行空气转移。
12.如权利要求7所述的转移串接车桥载荷的方法,其中,在牵引操作模式下,将受压的空气从所述第二空气弹簧经由第二流体管线转移到所述三通阀的阀口三,再到阀口一,到第一流体管线,继而转移进入到所述第一空气弹簧中。
13.如权利要求7所述的转移串接车桥载荷的方法,其中,在正常操作模式下,将受压的空气从所述第一空气弹簧经由第一流体管线转移到所述三通阀的阀口一,再到阀口三,到第二流体管线,继而转移进入到所述第二空气弹簧中。
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