CN104204602B - 振幅敏感的液压阻尼器 - Google Patents
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- F16F9/32—Details
- F16F9/50—Special means providing automatic damping adjustment, i.e. self-adjustment of damping by particular sliding movements of a valve element, other than flexions or displacement of valve discs; Special means providing self-adjustment of spring characteristics
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Abstract
本发明涉及一种液压阻尼器，特别涉及一种机动车辆悬挂。液压阻尼器包括充有工作液的管，管的内部设有滑动活塞组件，滑动活塞组件与通过密封杆导承被引导至阻尼器外部的活塞杆相连接，活塞组件包括阻尼器的至少一个阀组件，阻尼器的各阀组件将阻尼器分为主压缩室和主回弹室，设有回弹阀组件和压缩阀组件。阻尼器还包括至少一个内设有滑动分隔组件的室，滑动分隔组件将室分为与主压缩室液压连接的附加压缩室和与主回弹室液压连接的附加回弹室，并包括与室的内表面相滑动配合的外部活塞以及至少一个支承外部活塞的外部弹簧，滑动分隔组件包括至少一个可滑动地设置在外部活塞内的内部活塞，该内部活塞由设置在内部活塞和外部活塞之间的内部弹簧支承。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压阻尼器，特别涉及一种机动车辆悬挂，包括一个充有工作液的管，管的内部设有滑动活塞组件，该活塞组件与通过密封杆导承被引导至阻尼器外部的活塞杆相连接，所述活塞组件包括阻尼器的至少一个阀组件，阻尼器的各阀组件将阻尼器分为主压缩室和主回弹室，并设有回弹阀组件和压缩阀组件，以在阻尼器的回弹冲程和压缩冲程期间流动控制工作液穿过活塞组件的流动。
背景技术
阻尼力-活塞速度这个阻尼的代表性特性通常被用于权衡提高汽车操控性能与减少不良汽车振动的(也被称为隔振或NVH-噪音、振动、粗糙度要求)。为了实现不同比率的阻尼力对应于活塞的速度，例如可以观察到低速度活塞在车辆转弯时，阻尼器的阻尼力迅速增加，又例如可以观察到较高速度的活塞在车辆行驶过巨石铺设的道路时，阻尼器可阻尼力较小比率增加，并且“阻尼力-活塞速度”阻尼特性呈准S形弯曲。
欧洲专利EP1152166公开了一种液压阻尼器，该液压阻尼器包括安装在活塞杆上且设有附加的室，室设有隔膜或可替换刚性盘。该隔膜将室分为附加压缩室和附加回弹室，该附加压缩室和附加回弹室通过活塞杆和主活塞组件中适合的通道分别与主压缩室和主回弹室液压连接。隔膜或盘在室中运动过程中，可以解决低振幅振动，使得阻尼力较弱。由于更高的振幅敏感性主要由活塞的阀控制以及越来越大的衰减，很难再对隔膜的位移进行进一步的改进。
这种带有滑动分隔件的方案被称为“阻尼器中的阻尼器”或振幅敏感阻尼器(ASD)，以允许在较低(滑动隔膜)和较高(常规阀)的激励振幅独立地控制阻尼性能。
为了提高ASD系统的阻尼力，已经在现有技术状态下提出了使用设置在附加压力室中的弹簧，以支承滑动分隔件。
在日本专利申请JP2006336816公开了此类的示例性阻尼器，其具有改进后的减震装置，以调节阻尼特性。该减震装置包括第一通道和第二通道，以将两个操作室彼此连通；压力室，其设置在第二通道内；自由活塞，其被插入压力室中；以及弹簧，其用于在自由活塞中与其成比例地产生作用力，以抑制自由活塞的位移。
专利说明书US7,156,214公开了一种可切换的ASD阻尼器，其具有设在壳体中通过电磁阀切换控制的旁路，以将阻尼器的主压缩室或主回弹室分别与附加压缩室或附加回弹室相连接，壳体中还设有能沿轴线方向移动且将这些附加室分开的分隔件。
根据上份专利中的权利要求1的序言部分，系统具有附加压力室，该附加压力室具有滑动分隔件，该滑动分隔件包括由弹簧支承的活塞，系统可以提高整个系统的乘坐舒适度。但是分隔件的中间位置需要通过作用在分隔件上的平衡作用力实现，该平衡作用力由连续串联设置且用于支承附加压力室相反的壁上的弹簧产生。然而在该位置，每个分隔件的压力差将使得分隔件从其平衡位置移位，以致ASD装置不可能仅在附加压缩室和附加回弹室之间的压力差的预定阀值之后激活。也就是说，在没有任何外部控制的可切换阀的情况下，ASD装置总是激活的。
此外，大多数现有技术只能实现“阻尼力-活塞位置”特性基本对称，这是由于弹簧造成的，该弹簧作用于滑动分离件的压缩和复位朝着相反的方向。
发明内容
本发明的一个目的在于克服上述的问题，提出一种改进的液压阻尼器，具有多种振幅选择的阻尼装置，其可以对ASD装置的作用力预紧，也可以对回弹侧和压缩侧独立预紧，以在活塞的压缩冲程和回弹冲程期间对阻尼力-活塞速度以及阻尼力-活塞位移的液压器特性进行独立调节。
根据本发明，液压阻尼器包括至少一个室，该室中设有至少一个滑动分隔组件，该滑动分隔组件将该室分成与主压缩室液压连接的附加压缩室和与主回弹室液压连接的附加回弹室，并包括与室的内表面相滑动配合的活塞以及至少一个支承该活塞的弹簧，所述滑动分隔组件还包括至少一个可滑动地设置在外部活塞内的内部活塞，该内部活塞由设置在所述内部活塞和外部活塞之间的内部弹簧支承。
优选地，分别支承所述滑动分隔组件的外部活塞和内部活塞的弹簧和内部弹簧作用在相反方向上。
优选地，所述内部活塞设有突出，该突出在滑动分隔组件处于中性状态时在受到内部弹簧的偏压作用下伸出所述外部活塞的开口。
更优选地，所述突出设有切口。
优选地，所述滑动分隔组件中的所述外部活塞和所述内部活塞中的至少一个设有限位元件。
所述限位突出用于防止支承活塞的弹簧过度压缩。
优选地，所述滑动分隔组件中的外部活塞和内部活塞中的至少一个处于浮动状态，所述浮动状态不仅指活塞可以滑动，而且活塞还可以绕滑动轴自由转动。
优选地，所述内部弹簧支承在设在外部活塞内表面中的止推环上。
优选地，所述滑动分隔组件中的外部活塞和内部活塞中的至少一个设有支承弹簧的外部圆周突出。
更优选地，所述外部周向突出形成的槽内设有O形环。
优选地，根据本发明的阻尼器还包括至少一个可切换阀，以控制所述主压缩室与所述附加压缩室之间和/或所述主回弹室与所述附加回弹室之间的液压连接。
附图说明
以下将结合附图阐释本发明的原则和示例性实施方式。
图1示意性地示出了前右机动车辆悬挂；
图2是本发明中单管液压阻尼器的横截面视图，示出了其主要部件并具有本申请的附加室的一实施例；
图3示出了图2中附加室的主要部件在最初位置的横截面视图；
图4a-4c分别示出了图2中附加室在压缩终点位置(图4a)、中间位置(图4b)和回弹终点位置(图4c)的局部放大横截面视图；
图5是本发明中双管液压阻尼器的横截面视图，示出了其主要部件，并具有本申请的附加室的另一实施例；
图6示出了以下阻尼力-活塞位移特性，如未设有ASD装置的典型阻尼器、设有典型ASD弹簧装置的阻尼器(例如US7,156,214中公开的阻尼器)、以及如图2-4中所示的具有本申请的单管液压阻尼器；
图7是图5中所示的双管液压阻尼器的附加室的放大横截面视图；以及
图8还示出了具有本发明的附加室的另一实施方式。
具体实施方式
图1示意性地例示了车辆悬挂1的局部，该车辆悬挂1通过顶载12和多个设置在顶载12的上表面外周上的螺钉13连接于车辆底盘11。顶载12与盘簧14以及单管或双管液压阻尼器2的活塞杆6相连接。阻尼器2的管3充有工作液，在该管3的内部设有能滑动的活塞组件，该活塞组件与被引导至管3外部的活塞杆6相连接。在阻尼器2的另一端，管3与支承车辆车轮的转向关节15相连接。
图2中所示的液压阻尼器2a是一个单管阻尼器例子，其可能用于图1中所示的车辆悬挂1中。液压阻尼器包括充有工作液的管3，在该管3的内设有能滑动的活塞组件4，该滑动活塞组件4与通过密封杆导承7沿轴向被引导至阻尼器2a外部的杆6配合，并与管3的内表面31相滑动配合。活塞组件4将管3分为主回弹室9和主压缩室10，并包括回弹阀组件41和压缩阀组件42，还具有适当的流动通道，以在阻尼器2a的回弹冲程和压缩冲程期间控制工作液穿过活塞组件4的流动。在该阻尼器的另一端，管3由浮动气杯组件8闭合，以对压力进行补偿。
上述所有的阻尼器特征，比如管3、活塞组件4、杆6和杆导承7，以及浮动气杯组件8等，为本领域技术人员已知的设计，在此不再详细描述。
在本说明书中关于阻尼器的特殊元件所使用的术语“回弹”，是指这些元件或者这些特殊元件的零件朝向活塞杆，或者就工作液的流动方向而言，指工作液在阻尼器的回弹冲程期间的流动方向。类似地，在本说明书中关于阻尼器的特殊元件所使用的术语“压缩”，是指这些元件或者这些特殊元件的零件背向活塞杆，或者就工作液的流动方向而言，是指在阻尼器的压缩冲程工作液的流动方向。
活塞组件4通过附加压力室5a连接于杆6，该附加压力室5a由两个通过螺纹53相连接的中空圆筒杯状部51,52组成。
如图3所示，室5a的内部设有滑动分隔组件54a，该滑动分隔组件54a具有外部滑动活塞541a和内部滑动活塞542a。附加压力室5a提供阻尼器2a的振幅敏感性能。
室5a的第一杯状部51通过螺纹连接于杆6的端部。在第一杯状部51侧壁的圆周上形成有多个等角设置的横向延伸的径向开口511。开口511可以通过圆筒形中空室561和形成在阻挡部件56a内部沿轴向延伸的开口562将主回弹室9与附加回弹室91连通。
在圆筒形中空室561中设有电磁铁55的活动电枢551。在其正常位置，即在电磁铁55的非活动状态下，电枢551的圆周边缘5511通过弹簧552被按压在形成于中空室561的底部中的周向槽表面。结果，在电磁铁55的非活动状态下，阻断了横向开口511与轴向开口562之间的液压连接。当电磁铁55被激励时，由电缆555输出且在绕组553中流动的电流使得电枢551对电磁铁芯554产生磁化，从而开启主回弹室9和附加回弹室91之间的液压连接。为了使电磁铁55的电枢551的位移流畅，电枢551设有通过开口5512，以平衡液压压力。由电磁铁芯554、电磁铁绕组553以及阻挡部件56a的堆叠形成的装置一侧设在第一杯状部51的底部512，并且另一侧设在支承在第二杯状部52的侧壁的上表面上的阻挡部件56a的周围区域。
第二杯状部52设有沿轴向延伸固定在第二杯状部52的凸榫522a，该凸榫522a从第二杯状部52的底部523的中心突出。
阻挡部件56a设有周向突出563，该周向突出563在滑动分隔组件54a的压缩终点位置和初始位置形成外部活塞541a的抵抗表面。两个滑动安装的活塞541a和542a设在由阻挡部件56a闭合的第二杯状部52的内部。
活塞541a，542a将附加压力室5a分为如上所述的附加回弹室91和附加压缩室101，通过形成于凸榫522a中的沿轴向延伸的通过通道5221该附加压缩室101与主压缩室10液压连接。
外部活塞541a为中空的杯状元件，其设有外部周向突出5411，突出5411形成设有O形环547的槽。突出5411还具有抵抗外部弹簧543的表面。在另一端，外部弹簧543放置在第二杯状部52的底部523上，并且在操作期间产生推动外部活塞541a离开第二杯状部52的底部523的偏压力，这样在初始位置(图3)或压缩终点位置(图4a)，外部活塞541a被外部弹簧543按压至阻挡部件56a的周向突出563。
内部活塞542a也为杯状元件，其设有连接两个沿轴向延伸的突出5422和5423的盘状部5424。内部活塞542a还设有一外部周向突出5421，其具有内设有O形环548的槽。内部活塞542a、内部弹簧544、滑动环545以及止推环546设置在外部活塞541a的中空的内部空间中。
如图4a-4c所示，位于外部活塞541a的内表面中用于支承止推环546的内部弹簧544产生朝向杯状部的底部5417或外部活塞541a的突出5412进行按压的偏压力。这样在滑动分隔组件54a的初始位置，内部活塞542a的第二轴向突出5423导引穿过形成在外部活塞541a的杯状部5412的底部5417中的开口5416。内部活塞542a的第二突出5423的底面也设有径向切口5425，径向切口5425的功能描述可以参照附图4b，4c。
内部活塞542的第一轴向突出5422作为限位元件，以限制内部活塞542a抵接在环545之前的最大插入距离。第一突出5422还可以避免内部弹簧544的过度压缩，类似地，适当长度的外部活塞541a的第一突出5412也可以避免外部弹簧543的过度压缩。
图3示出了阻尼器2a中滑动分隔组件54a位于初始位置或中间位置，中间位置为主回弹室9内的压力和主压缩室10内的压力处于平衡状态中。显然，这种平衡状态很少发生在阻尼器2a处于操作中。
下面将参照附图4a，4c说明附加压力室5a的某些特征位置，其中术语“压力差”表示附加压缩室101内的压力和附加回弹室91内的压力之间的差值，因而如果附加压缩室101内的压力高于附加回弹室91内的压力，压力差为正，反之为负。
图4a示出了位于压缩终点位置的滑动分隔组件54a，在该压缩终点位置，由于具有较高的正压力差内部活塞542a实现其最大插入距离。当正压力差超过内部弹簧544的预紧力时，内部活塞542a的位移开始。
显然，在压缩终点位置，当外部活塞541a通过外部弹簧543的预紧力被按压至阻挡部件56a的周向突出563时，只有内部活塞542a在移位。
如图4b中所示的中间位置，附加压缩室101和附加回弹室91之间的压力差为负，并超过外部弹簧543的预紧力。例如，外部活塞541a正朝向第二杯状部52的底部523移动，此时内部活塞542a在负压力差下到达其终点位置。内部活塞542a的第二突出5423从开口5416伸出，以使工作液通过径向切口5425流出附加压缩室101。
随着负压力差的增加，滑动分隔组件54a将到达图4c中所示的回弹终点位置，在该回弹终点位置，内部活塞542a的第二突出5423和外部活塞541a的第一突出5412都置于第二杯状部52的底部523上，以使凸榫522a的通过通道5221的出口以及切口5425被阻塞。
图5和图7示出了本发明采用双管液压阻尼器2b的另一实施方式，其中，功能相当的元件的参考数字保持相同。阻尼器2b包括外管03和内管3，在内管3内设有活塞组件4，该活塞组件4连接于通过密封的活塞杆导承7被引导至阻尼器外部的活塞杆6。活塞组件4形成阻尼器2b的第一阀组件。用于封闭内管3的基座阀组件04形成阻尼器的第二阀组件。基座阀组件04的两端包括具有合适流动通道的回弹阀组件041和压缩阀组件042，以在阻尼器2b的回弹冲程和压缩冲程期间控制穿过基座阀组件04的工作液的流动。基座阀组件04还将阻尼器分为位于基座阀组件04的回弹侧和活塞组件4的压缩侧之间的主压缩室10和形成于内管3和外管03之间的储存室09。
就阻尼器2b的操作原理而言，基座阀组件04的储存室09在功能上相当于活塞阀组件4的主回弹室9，因为在阻尼器2b的压缩冲程期间，工作液从主压缩室10流向活塞组件4的主回弹室9和流向阀组件04的主回弹室09相类似。所有双管阻尼器的上述特征被本领域技术人员熟知，不再详细描述。
通过螺栓043和紧固在螺栓43上且具有沿轴向延伸的通道045的垫圈044，第二阀组件04的回弹阀组件041和压缩阀组件042固定在基座阀组件04。附加压力室5b设在螺栓043的回弹侧。附加室5b包括第二杯状部052，其具有从底部523的中心突出的沿轴向延伸的凸榫522b，附加室5b的相反侧被与附加室5b相螺纹连接的阻挡部件56b封闭。凸榫522b的通过通道5221的端部螺纹连接在基座阀组件04的螺栓043的螺纹端上。
在该实施例中，附加压力室被滑动分隔组件54b分为附加压缩室101和附加回弹室91，通过阻挡部件56b的沿轴向延伸的开口562，该附加压缩室101与主压缩室10液压连接。通过凸榫522b的通过通道5221和形成于螺栓043中的沿轴向延伸的通过通道045，该附加回弹室91与主回弹室09液压连接。
滑动分隔组件54b包括被外部弹簧543偏压的外部滑动活塞541b和被内部弹簧544偏压的内部滑动活塞542b，该内部弹簧544通过止推环546支承在外部活塞541上。外部活塞541b的结构与第一实施例的外部活塞541a的结构相同，同样内部活塞542b设有呈盘形的外部周向突出5421，外部周向突出5421具有内设有O形环548的槽。
在这种情况下，内部弹簧544与外部弹簧543在相同的方向上起作用，这样分隔组件54b只有在阻尼器压缩冲程期间是活动的，在该阻尼器压缩冲程，正压力差根据弹簧543和544的预紧力作用于外部活塞541b和内部活塞542b。
在该实施方式中，阻尼器2b缺少任何用于解决附加压力室处于失活模式的电磁铁装置，这样在阻尼器压缩冲程期间ASD功能总是处于激活状态。
图6示意性地示出了不同阻尼器的阻尼力(F)-活塞冲程(S)关系，包括现有技术中的阻尼器以及本发明中设有附加压力室5a的阻尼器。对于各种阻尼器，在回弹冲程的端部A和和压缩冲程的端部C，即活塞组件位于阻尼器管内极限位置，阻尼力等于零，并且在冲程的中间达到其最大值。被力-冲程曲线围绕的表面等于在一个周期期间内阻尼器做的功或阻尼器消耗的能量。绘制的所有曲线的活塞组件的输入速度相同。
曲线I示出了公知的不具有附加压力室的阻尼器的特性。
曲线II示出了典型的设有附加压力室的阻尼器的特性，该附加压力室在操作模式下具有可切换阀，比如文件US7,156,214中公开的阻尼器，在回弹冲程和压缩冲程的第一阶段期间该阻尼器的阻尼力对称下降。曲线II的分段A-B和C-D表示用于支承滑动分隔组件的弹簧的刚度，该滑动分隔组件将压力室分为附加回弹室和附加压缩室。
曲线III示出了图2中所示的本发明单管阻尼器2a的特性，在这种情况下，回弹冲程的激活阀值SaR和压缩冲程的激活阀值SaC通过设定弹簧543和544的预紧力值FR和FC来确定。在回弹冲程期间，分段A1-A2对应于外部弹簧543的刚度，SaR1为内部活塞542在其与第二杯状部52的底部523对接的点处的激活阀值，如图4b所示，分段A2-B1对应于外部弹簧543和内部弹簧544的结合刚度。分段C1-D1在阻尼器压缩冲程期间对应于内部弹簧544的刚度。
由于调整弹簧可以较为容易地对弹簧543,544的预紧力值FR和FC进行设定，因而可以构造出中间力-活塞位移特性在曲线I和曲线II限定的区域内的任意阻尼器。
图7示出了滑动分隔组件54b在回弹终点位置的细节。
图8示出了滑动分隔组件54c的另一实施方式，该滑动分隔组件包括内部活塞542c，在该内部活塞542c的内部设有另一浮动(即，绕滑动轴自由滑动并转动)的浮动活塞542d，且该浮动活塞542d被活塞542c中的内部弹簧544d支承。在该实施方式中，所有活塞542彼此独立作用，并对附加回弹室91和附加压缩室101之间的压力差变化做出反应，以提供了调整阻尼特性的另外一种可能性。
本发明的上述实施方式仅仅是示例性的。附图不一定是按照比例的，且某些特征可能被夸大或最小化。然而，这些和其他因素不应当被认为是对本发明的精神的限制，本发明的预期的保护范围在所附的权利要求中阐明。
Claims (10)
1.一种液压阻尼器(2)，包括充有工作液的管，所述管的内部设有滑动活塞组件(4)，该滑动活塞组件(4)与通过密封杆导承(7)被引导至所述阻尼器(2)外部的活塞杆(6)相连接，所述活塞组件形成所述阻尼器的至少一个阀组件，其中所述阻尼器的各个阀组件(4,04)将所述阻尼器分为主压缩室(10)和主回弹室(9,09)，并设有回弹阀组件(41,041)和压缩阀组件(42,042)，以在所述阻尼器(2)的回弹冲程和压缩冲程期间控制工作液穿过该活塞组件的流动；该阻尼器还包括至少一个内设有滑动分隔组件(54)的室，所述滑动分隔组件将所述室分为与所述主压缩室(10)液压连接的附加压缩室(101)和与所述主回弹室(9,09)液压连接的附加回弹室(91)，并包括与所述室的内表面相滑动配合的外部活塞(541)以及至少一个支承该外部活塞(541)的外部弹簧(543)，其特征在于：
所述滑动分隔组件(54)还包括至少一个可滑动地设置在外部活塞(541)内的内部活塞(542)，该内部活塞(542)由设置在所述内部活塞(542)和外部活塞(541)之间的内部弹簧(544)支承。
2.根据权利要求1所述的液压阻尼器，其特征在于，分别支承所述滑动分隔组件(54)的外部活塞(541)和内部活塞(542)的外部弹簧(543)和内部弹簧(544)作用在相反方向上。
3.根据权利要求1或2所述的液压阻尼器，其特征在于，所述内部活塞(542)设有突出(5423)，该突出(5423)在所述滑动分隔组件(54)处于中性状态时在受到所述内部弹簧(544)的偏压作用下伸出所述外部活塞(541)的开口(5416)。
4.根据权利要求3所述的液压阻尼器，其特征在于，所述突出(5423)设有切口(5425)。
5.根据权利要求1或2所述的液压阻尼器，其特征在于，所述滑动分隔组件(54)中的所述外部活塞(541)和所述内部活塞(542)中的至少一个设有限位元件(5412,5422)。
6.根据权利要求1或2所述的液压阻尼器，其特征在于，所述滑动分隔组件(54)中的所述外部活塞(541)和所述内部活塞(542)中的至少一个处于浮动状态。
7.根据权利要求1或2所述的液压阻尼器，其特征在于，所述内部弹簧(544)支承于设在所述外部活塞(541)的内表面中的止推环(546)。
8.根据权利要求1或2所述的液压阻尼器，所述滑动分隔组件(54)中的所述外部活塞(541)和所述内部活塞(542)中的至少一个设有用于支承外部弹簧(543)和内部弹簧(544)的外部周向突出(5411,5421)。
9.根据权利要求8所述的液压阻尼器，其特征在于，所述外部周向突出(5411,5421)形成的槽内设有O形环(547,548)。
10.根据权利要求1或2所述的液压阻尼器，其特征在于，所述液压阻尼器还包括至少一个可切换阀(55)，以控制所述主压缩室(10)与所述附加压缩室(101)之间和/或所述主回弹室(9,09)与所述附加回弹室(91)之间的液压连接。
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