CN104837656A - 缸减震组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种缸减震组件，其包括阻尼器，阻尼器具有第一端和伸入到气缸浮体内的第二端。阻尼器具有定位于气缸浮体中的杆，杆的一端定位于阻尼器的腔内并且另一端固结到端帽，端帽附连到气缸浮体。一种主螺旋弹簧定位于气缸浮体内，其中当施加到缸减震组件上的负荷增加时，阻尼器的端部朝向端帽移动，压缩在气缸浮体内的空气；其中在负荷增加时，主螺旋弹簧被压缩并且在气缸内的空气体积减小，导致增加的空气压力；并且其中气缸浮体是固体构件，在压缩期间在内部空气压力增加时，固体构件并不膨胀。

Description

缸减震组件
相关申请的交叉引用
本申请要求保护在2012年8月7日提交的美国申请序列号No.13/568,612的优先权，其以引用的方式全文并入到本文中。。
技术领域
本发明大体而言涉及车辆悬架。更特定而言，本发明涉及车辆空气悬架系统，车辆空气悬架系统包括支柱组件，支柱组件包括气筒/气缸（air cylinder）、螺旋弹簧和阻尼器，其可以被称作缸减震组件或支柱组件。
背景技术
现有支柱组件已包括柔性空气弹簧，其中空气弹簧包括柔性薄膜，当支柱被加载时柔性薄膜膨胀。这种类型的具有柔性构件的典型空气弹簧当与机械弹簧相比时提供相对较低弹簧刚度。因此，通常一直需要向车辆添加额外弹簧刚度和侧倾刚度/侧滚刚度（roll stiffness），例如，常常呈额外独立机械螺旋弹簧/盘簧的形式，以满足车辆操纵和稳定性目的。因此，当使用具有柔性薄膜或可膨胀薄膜的空气弹簧时，‘抗侧倾杆（anti-roll bar）’或‘防滚杆（sway bar）’已常常用作实现所希望的辅助侧倾刚度的机构。
在具有柔性薄膜的典型空气弹簧中，可以利用的操作压力是有限的，这是因为对于柔性薄膜和橡胶构造的当前局限性。因而，在规范化行驶高度/底盘离地高度（ride height）的典型操作压力被局限为80-100psi，至多120psi，且完全压缩时的最大压力为大约200psi。已知通过增加支柱组件的有效弹簧刚度，车辆可以实现更高的行驶频率，和增强的侧倾性能和侧向稳定性能。特别地，当在设计的行驶高度处的支柱的有效弹簧刚度增加时，可以排除对于辅助抗侧倾装置的需要。
在使用具有柔性薄膜的空气弹簧的某些应用中，可以添加螺旋弹簧以增加支柱的有效弹簧刚度。然而，为了在所设计的行驶高度处实现所希望的有效弹簧刚度，支柱可能需要更大的弹簧，更大的空气体积（和因而具有更大直径的柔性薄膜）或二者的组合。然而，在许多应用中，可用于支柱的空间约束、或有限的占据面积并不允许具有柔性薄膜的空气弹簧（甚至当与螺旋弹簧相组合时）在车辆的设计行驶高度处实现所希望的增加的有效弹簧刚度，这是由于实现所希望的有效弹簧刚度所需的支柱的增加的大小/尺寸。
因此，在某些应用中，将会希望提供一种能够在有所增加的操作压力进行操作的支柱，以在设计的行驶高度处实现所希望的有所增加的有效弹簧刚度，设计的行驶高度适配于现有空间约束内。此外，将会希望提供具有增加的有效弹簧刚度的支柱。例如，在某些应用中，可能希望提供具有足够高的有效弹簧刚度的支柱从而使得不需要辅助抗侧倾装置诸如抗侧倾杆来实现所希望的车辆抗侧倾性和侧向稳定性。
此外，具有柔性薄膜的典型空气弹簧（其也包括螺旋弹簧）包括缓冲块/止动块（bump stop），一旦螺旋弹簧被压缩到特定点，缓冲块被接合，这导致弹簧刚度急剧变化，弹簧刚度急剧变化继而造成车辆的簧载质量不希望地摇晃。因此，将会希望提供一种支柱，这种支柱提供持续增加的弹簧刚度而不造成弹簧刚度或弹簧刚度斜率的任何急剧变化以准备好更平稳的车辆和乘客行驶性能/行驶平顺性。
发明内容
在一方面，本发明提供一种缸减震组件，包括：阻尼器，其具有第一端和第二端，其中第一端包括第一支架并且阻尼器的第二端延伸入气缸浮体内。该阻尼器包括外壳，外壳限定腔，阻尼器具有定位于气缸浮体中的杆，杆具有定位于阻尼器的腔内的第一端和固结到端帽的第二端，端帽被连接到气缸浮体的第一端。第一活塞被固结到阻尼器的腔内的杆的第一端，并且第二活塞被固结到阻尼器上，第二活塞具有在其外表面上的一个或多个密封件，密封件密封地接合所述气缸浮体的内表面。主螺旋弹簧被定位于气缸浮体内并且围绕杆并且定位于第二活塞与端帽之间；其中当施加到缸减震组件上的负荷增加时，第二活塞和阻尼器的第二端朝向端帽移动，压缩了在气缸浮体内的空气；其中在负荷增加时，主螺旋弹簧被压缩并且在气缸内的空气的体积减小，导致有所增加的空气压力；其中主螺旋弹簧和气缸浮体内的空气体积提供了用于缸减震组件的有效或所希望的弹簧刚度；并且其中气缸浮体是固体构件，在压缩期间当内部空气压力增加时，固体构件并不膨胀。
在另一方面，本发明提供一种缸减震组件，包括：阻尼器，其具有第一端和第二端，其中第一端包括第一支架并且阻尼器的第二端延伸入气缸浮体内。该阻尼器包括外壳，外壳限定腔，阻尼器具有定位于气缸浮体中的杆，杆具有定位于阻尼器的腔内的第一端和固结到第一端帽的第二端，第一端帽连接到气缸浮体的第一端。第一活塞固结到阻尼器的腔内的杆的第一端，并且第二活塞固结到阻尼器上，第二活塞具有在其外表面上的一个或多个密封件，密封件密封地接合气缸浮体的内表面。主螺旋弹簧定位于气缸浮体内并且围绕杆并且定位于第二活塞与第一端帽之间。当施加到缸减震组件上的负荷增加时，第二活塞和阻尼器的第二端朝向第一端帽移动，压缩了在第一空气压力腔室内的空气。当负荷增加时，主螺旋弹簧被压缩并且在第一空气压力腔室内的空气体积减小，导致增加的空气压力。阻尼器穿过定位于气缸浮体的第二端上的第二端帽而延伸，其中第二空气压力腔室形成于气缸浮体中在第二活塞与第二端帽之间。气缸浮体是固体构件，在压缩期间当内部空气压力增加时，固体构件并不膨胀。
在又一方面，本发明提供第一缸减震组件，其被配置为如在先前段落中所描述的缸减震组件，且本发明还提供第二缸减震组件，其被配置为如在先前段落中所描述的缸减震组件。第一空气软管的第一端连接到第一缸减震组件的第一端帽并且第一空气软管的第二端连接到第二缸减震组件的第二端帽从而使得在第一缸减震组件中的第一空气压力腔室与第二缸减震组件的第二空气压力腔室相连通。
在另一方面，本发明提供一种用于调整缸减震组件的有效弹簧刚度的方法，包括提供缸减震组件的步骤，缸减震组件包括：阻尼器，阻尼器具有第一端和第二端，其中阻尼器的第二端延伸入气缸浮体内；其中阻尼器包括外壳，外壳限定腔，阻尼器具有定位于气缸浮体中的杆，杆具有定位于阻尼器的腔内的第一端和固结到端帽的第二端，端帽连接到气缸浮体的第一端；第一活塞，其固结到阻尼器的腔内的杆的第一端；第二活塞，其固结到阻尼器上，第二活塞具有在其外表面上的一个或多个密封件，密封件密封地接合所述气缸浮体的内表面；主螺旋弹簧，其定位于气缸浮体内并且围绕杆并且定位于第二活塞与端帽之间；其中主螺旋弹簧和气缸浮体内的空气体积提供用于缸减震组件的有效弹簧刚度；其中气缸浮体是固体构件，在压缩期间当内部空气压力增加时，固体构件并不膨胀；该方法还包括将一定体积的流体添加到气缸浮体内以将缸减震组件的有效弹簧刚度增加到第一有效弹簧刚度的步骤。
附图说明
在本文中参考附图描述了本发明的示例性实施例，在附图中，相似的零件由相似的附图标记来标注，并且在附图中：
图1为安装到车辆悬架100上的气缸减震组件50的透视图；
图2为安装于图1所示的车辆悬架100上的缸减震组件50的正视图；
图3为安装于图1和图2所示的车辆悬架100上的缸减震组件50的左侧视图；
图4为在图1至图3所示的缸减震组件50的分解图；
图5为主螺旋弹簧72的透视图；
图6为补充弹簧64的透视图；
图7为处于完全延伸状态的图1至图4所示的缸减震组件50的截面图；
图8为在所希望的行驶高度处于部分压缩状态的图1至图4和图7所示的缸减震组件50的截面图；
图9为处于完全压缩状态的图1至图4，和图7至图8所示的缸减震组件50的截面图；
图10为处于完全延伸状态的图1至图4所示的缸减震组件50的侧视图，缸减震组件50紧靠着带有空气弹簧的典型支柱150而定位，空气弹簧具有被示出处于完全延伸状态的柔性构件；
图10A为处于完全压缩状态的图1至图4所示的缸减震组件50的侧视图，缸减震组件50紧靠着带有空气弹簧的典型支柱150而定位，空气弹簧具有被示出处于完全压缩状态的柔性构件；
图11为与缸减震组件150a管道连接的缸减震组件250的顶视图；
图12为在沿着图11中的线15、16所截取的在所希望的行驶高度处与缸减震组件250a交叉管道连接的缸减震组件250的截面图；
图13为沿着图11中的线15、16所截取的图11的缸减震组件250和缸减震组件250a的截面图，其中缸减震组件250a被完全压缩。
图14为图8的截面图，示出了可能被添加于气缸浮体内以影响有效弹簧刚度的各种流体液位。
具体实施方式
图1是上面附连了缸减震组件50的车辆悬架100的透视图。图2是具有定位于车辆悬架100的左侧和右侧上的缸减震组件50的车辆悬架100的正视图。图3是示出了定位于车辆悬架上的缸减震组件50的右侧视图。缸减震组件50在本文中也可以被称作至支柱并且用于车辆上以吸收震动/冲击并且阻尼/衰减所述悬架系统的移动来准备好改进的行驶性能和车辆稳定性。缸减震组件可以用于很多种车辆，并且不限于用于车辆悬架100。出于本描述目的，除非另外地具体描述，在下文中，术语“车辆”广义地指任何交通工具或拖车。以此方式，例如，车辆悬架指用于例如机动车辆或拖车上的悬架。此外，除了用于车辆之外，缸减震组件50的用途可以具有其它应用，并且可以例如用来稳定机械或者用于模拟器中。
图4示出了图1至图3所示的缸减震组件50的分解图。缸减震组件50包括了为管状构件的气缸浮体60、和具有第一支架94的端帽110，第一支架94带有通孔96，通孔96可以使用杆销102用来将缸减震组件50的上端安装到车辆上。端帽110可以带螺纹从而使得气缸浮体60的端部可以螺接到端帽110上。在一优选实施例中，O形环邻近于螺纹而定位以形成密封。替代地，端帽110可以焊接到气缸浮体60上。缸减震组件50的另一端包括阻尼器70。阻尼器70的端部包括第二支架90，第二支架90具有通孔92，通孔92可以用于通过使用杆销104将缸减震组件50的下端安装到车辆上。定位于活塞上的弹簧支承件80被附连到阻尼器70上。主螺旋弹簧72和柔软（tender）或补充弹簧64被定位于气缸浮体60内，且其中弹簧适配器68定位于主螺旋弹簧72与柔软或补充弹簧64之间。还包括缓冲块62，缓冲块62邻近于端帽110而定位，其在阻尼器70的端部完全压缩弹簧72和64时充当止挡件。
在图4中，示出了柔软或补充弹簧64，其被定位以邻接于/抵靠着弹簧支承件80并且主螺旋弹簧72被示出定位以邻接于/抵靠着气缸浮体60内的端帽110。然而，主螺旋弹簧72和柔软或补充弹簧64的定位可以相反使得柔软或补充弹簧64抵靠端帽110并且主螺旋弹簧72邻接/抵靠气缸浮体60内的弹簧支承件80。柔软或补充弹簧64用于保持主螺旋弹簧72在回弹时适当定位并且当缸减震组件50完全延伸时防止主螺旋弹簧72变松，但在某些应用中，可能不需要柔软或补充弹簧64。
图1至图4中示出的缸减震组件50被设计成在比具有柔性薄膜的典型空气弹簧缸更高的使用空气压力下操作，但其也可以在较低使用空气压力下操作。当负荷施加到缸减震组件50上时，附连到阻尼器70上的弹簧支承件80在气缸浮体60内在纵向移动，压缩主螺旋弹簧72和柔软弹簧64并且减小在气缸浮体60内的体积，且由此增加在气缸浮体内侧的空气压力。如图7至图9所示，密封件81和83定位于弹簧支承件80的外表面上并且用于当空气压力升高时密封所述气缸浮体60内的空气。类似地，端帽110和气缸浮体60被密封以防止空气泄漏并且维持所述气缸浮体60内的空气压力。当内部的空气压力升高时，气缸浮体60并不膨胀。气缸浮体60由非柔性材料制成，优选地金属制成，当与具有柔性薄膜的空气弹簧相比时，其能在内部耐受显著增加的空气压力。在优选实施例中，气缸浮体60由软钢/低碳钢DOM管制成。
如上文所指出的那样，在具有柔性薄膜的典型空气弹簧中，可以利用的操作压力是有限的，这是由于对于柔性薄膜和橡胶构造的当前局限性。因此，典型规范化行驶高度操作压力被局限于80-100psi，至多120psi，且在完全压缩时最大压力为大约200psi。然而，利用具有固体的、不可膨胀的气缸浮体60的缸减震组件50，可以使用显著更高的操作压力。例如，缸减震组件50可以被布置呈在行驶高度以175-250psi空气压力操作，峰值空气压力为100psi空气压力或更高空气压力的配置。具有不同的行驶高度、在行驶高度处的操作空气压力、以及峰值空气压力的缸减震组件50的其它示例配置也是可能的，包括远超过1000psi的空气压力。
也包括螺旋弹簧的气缸的有效弹簧刚度是螺旋弹簧的弹簧刚度和在气缸浮体60内的空气压力的函数。如本文所用的有效弹簧刚度是指螺旋弹簧和在气缸浮体60内的空气压力的组合弹簧刚度。通过增加所述支柱的有效弹簧刚度，通过例如在气缸浮体60中的更高的空气压力和/或在气缸浮体中添加流体以减小在气缸浮体中的空气体积，车辆可以实现更高的行驶频率、以及有所增强的侧倾性能和侧向稳定性能。因此，缸减震组件50能提供有所增加的有效弹簧刚度，这是因为其在较高使用空气压力操作的能力。特别地，在设计行驶高度处的支柱的有效弹簧刚度足够高使得可以排除对于辅助抗侧倾装置的需要。
在图示的缸减震组件50的优选实施例中，在设计行驶高度处的有效弹簧刚度可以是1500至2000磅/英寸。设计行驶高度通常被限定/定义为在车轮中心与底盘框架的底侧之间的距离。其也可以是在悬架系统（非簧载质量）上的一点与主体（簧载质量）上的一点之间的距离，诸如在悬架弹簧或支柱上的安装点之间的距离。在典型空气悬架系统上，希望这个行驶高度应保持恒定，无论主体质量或有效载荷如何，因此车辆高度和“设计行驶高度”将会保持恒定，无论车辆被加载到整备质量/空车总重（curb weight）或者其最大车辆总重量/毛重量（GVW）载荷。维持这个行驶高度可以提供诸如下列益处：维持车辆高度、离地间隙、侧倾中心高度位置、传动系角度以及提供一致的稳定性和操纵性质。
通常由‘高度控制传感器’来管理对系统设计行驶高度的维持，‘高度控制传感器’将通过向空气弹簧/支柱内引入更多空气或者允许空气从空气弹簧/支柱排出而对行驶高度的变化做出反应。这些空气管理系统可以在响应性方面进行调谐以当横越经过不平地形时对于行驶高度位置的使用中动态变化做出响应。这些系统也可以被编程（或手动调整）以提供‘自调平（self-leveling）’特征从而使得在左轮处相对于右轮或前轮相对于后轮的行驶高度能被调整以在斜坡/梯度或边坡上减小或维持身体角度。设计行驶高度是与缸减震组件50在预期操作车辆重量下被压缩的量相关的。因此，如本文所用的术语“设计行驶高度”指缸减震组件被压缩的距离。因此，4英寸的设计行驶高度指在预期操作车辆重量，缸减震组件50被压缩4英寸。
利用在设计行驶高度处具有这种高有效弹簧刚度的缸减震组件50，可能不需要辅助抗侧倾装置，诸如抗侧倾杆，来实现所希望的车辆抗侧倾性和侧向稳定性。此外，为了使具有柔性薄膜的空气弹簧实现这种高有效弹簧刚度，将会需要空气弹簧具有显著增加的直径来在设计行驶高度处实现有效弹簧刚度。例如，在具有9英寸压缩距离的缸减震组件50的优选实施例中，气缸浮体的直径为7.375英寸，具有一英寸的3/16的壁厚。如在下文的图10和图10A中所示，在具有柔性薄膜的常规空气弹簧中，在80-110psi的典型操作车辆空气压力下，在相同9英寸的压缩距离下，直径将会需要在完全延伸状态下为10.1英寸，并且在完全压缩状态下为11.5英寸。然而，为了在设计行驶高度处实现与缸减震组件50相同的有效弹簧刚度，具有柔性薄膜的空气弹簧将会需要是甚至更大的，具有更大体积或空气和/或更大的螺旋弹簧，在许多应用中，简单地不存在足够的空间来容纳具有柔性薄膜的空气弹簧，甚至当使用所包括的主螺旋弹簧时，因为它需要具有大于缸减震组件50大约至少33%至55%的更大的直径。因此，可能存在着其中使用具有一种固体的、不可膨胀气缸浮体的缸减震组件50为有利的许多应用，特别是存在着有限空间来定位所述缸减震组件的车辆上。
在图4所示的缸减震组件50的优选实施例中，如上文所指出的那样，定位于活塞上的弹簧支承件80可以在气缸浮体60内在纵向行进0-9英寸。缓冲块62优选地由UHMWPE组成，也被称作超高分子量聚乙烯。同样，弹簧适配器68也优选地由UHMWPE组成。弹簧支承件80优选地由6061-T6铝合金组成，端帽110和上支架94和下支架90也是。阻尼器70由各种钢组分组成，如本领域中常规的那样。优选地，阻尼器70被填充流体，诸如液压流体，但阻尼器的腔可以被填充空气从而使得阻尼器70是空气阻尼器。
图5示出了具有第一端76和第二端78的主螺旋弹簧72的透视图。在上文关于图4所描述的缸减震组件50的优选实施例中，主螺旋弹簧72具有600磅/英寸的弹簧刚度，具有0.656英寸的线直径72d，和4.213英寸的内线圈直径，5.525英寸的外线圈直径，10英寸的自由长度，并且由5160弹簧钢组成。
图6示出了具有第一端66和第二端67的柔软或补充弹簧64的透视图。在上文关于图4所描述的缸减震组件50的优选实施例中，柔软或补充螺旋弹簧72具有10磅/英寸的弹簧刚度，0.125英寸×0.375英寸的截面，4.75英寸的内线圈直径，5.5英寸的外线圈直径，4英寸的自由长度，并且由扁平回火弹簧钢组成。
图7是被示出处于完全延伸状态的缸减震组件50的截面图。在图7中，阻尼器70在气缸浮体60的端部附近被附连到弹簧支承件80上。定位于弹簧支承件80的外表面上的凹槽或座中的密封件81和83用来密封在所述气缸浮体60内的空气。在优选实施例中，密封件81和83是Viton O形环密封件，Viton O形环密封件在气缸浮体60的内表面与弹簧支承件80的外表面之间被压缩。作为密封件81和83的补充或替代，当弹簧支承件从完全延伸而延伸到完全压缩时，可以使用其它密封手段来在所希望的操作压力提供有效密封。例如，在某些应用中，可以使用单个O形环，或者可以使用多于两个O形环，以提供有效密封。
如图7所示，介于弹簧支承件80的朝向内的表面与端帽110的朝向内的表面之间的距离大于主螺旋弹簧72的长度。为了保持主螺旋弹簧72适当安放/承座，使用具有很低弹簧刚度（大约10磅/英寸）的柔软或补充弹簧64来将主螺旋弹簧72偏压到抵靠着端帽110的适当位置。弹簧适配器68被设置于主螺旋弹簧72与柔软或补充弹簧64之间并且对于那些弹簧提供支座。在此示例中，主螺旋弹簧72，弹簧被示出邻靠着端帽110。
在图8中，示出了缸减震组件50被压缩到其设计行驶高度。可以看出，柔软或补充弹簧64在设计行驶高度处被完全压缩。在设计行驶高度处，弹簧支承件80已经移动了距离CRH。在这个压缩距离，CRH，缸减震组件50的有效弹簧刚度可以在1500与2000磅/英寸之间。此外，在气缸浮体60内的空气压力可以是大约175-250 psi。已知大部分车辆生成了100-120psi的标称空气压力，在设计行驶高度处的空气压力可以需要被空气压力放大器或空气压缩机补充以在设计行驶高度处提供所希望的175-250psi空气压力。而且，在设计行驶高度处的175-250psi的空气压力显著高于使用具有柔性薄膜的空气弹簧可获得的空气压力，并且允许使用显著更高得多的有效弹簧刚度。
图9示出了处于完全压缩状态的缸减震组件50。在完全压缩状态，弹簧支承件80已移动了9英寸的距离CFC。在这个压缩距离处，缸减震组件50的有效弹簧刚度超过13000磅/英寸。此外，在气缸浮体60内的空气压力远超过700psi，极大地或显著地超过具有柔性薄膜的空气弹簧可以使用的最大使用空气压力。
当与具有柔性薄膜的空气弹簧相比时，使用缸减震组件50具有多种显著优点。如先前所指出的那样，因为气缸浮体60是不可膨胀的，显著更高的空气压力可以用于减震缸组件，例如1000psi或更高，而不是用于具有柔性薄膜的空气弹簧的200psi的最大使用压力。作为显著更高的可实现空气压力的直接结果，缸减震组件50能以显著更高的有效弹簧刚度来操作。在设计行驶高度处提供显著更高的有效弹簧刚度的能力准备就绪了改进的车辆性能。例如，车辆可以实现改进的车辆操纵和侧向稳定性质。如上文所指出的那样，可以排除对于原本将会需要的辅助抗侧倾装置的需求。
此外，可以提供在车辆的前部与后部之间更有利的本征频率或行驶频率，因为它们可以被更有效地平衡。此外，可以提供更低的改进的侧倾梯度，以及更高的改进的转向不足/操纵失灵梯度。而且，可以实现到峰值震动负荷/颠簸负荷（jounce load）的更渐进的弹簧刚度。
另外的优点包括更好的耐用性。与固体金属气缸浮体60相比，在某些空气弹簧中用作可膨胀薄膜的橡胶材料倾向于疲劳和磨损。此外，橡胶材料是对紫外线和臭氧敏感的，并且比固体金属气缸浮体更倾向于由于较小碎屑或岩石撞击而损坏。因此，缸减震组件50可以提供对于具有柔性薄膜的空气弹簧而言的更耐用、更持久的替代品。缸减震组件50可以提供显著的成本节省，因为它将不需要被频繁地替换或维修，导致更低的维护成本和更少的车辆故障时间、以及更低的维护和维修成本。
在下面的附图中示出了额外优点。图10示出了处于完全延伸状态的缸减震组件50，其中具有柔性薄膜160的空气弹簧150也处于相同长度的完全延伸状态。如在图10中可以看出，缸减震组件50的外径50d为7.375英寸，而具有相同行进长度的带有柔性薄膜160的空气弹簧150的外径150d为10.1英寸。因而，空气弹簧150的直径150d大于缸减震组件50的直径50d几乎30%。当然，缸减震组件50并不以任何方式限于这些尺寸，并且可以包括更短或更长的行进长度，和更大或更小的直径。
如图10A所示，在当缸减震组件50和空气弹簧150都处于完全压缩状态时，在缸减震组件50与空气弹簧150之间进行比较时，这种差异甚至更加显著。例如，在完全压缩状态，缸减震组件50的完全压缩直径50d’保持在7.375英寸，因为气缸浮体是固体的并且不膨胀，而空气弹簧150的可膨胀构件160的完全压缩直径150d’膨胀到11.5英寸，或者超过缸减震组件50的完全压缩直径50d’的50%。
如从图10和图10A显然，缸减震组件50在所需空间量方面具有显著优点。当安装于具有有限空间要求的车辆上时，这是特别有利的。当然，为了提供在设计行驶高度处具有与缸减震组件50相当的弹簧刚度的带可膨胀薄膜的空气弹簧，将会需要将空气弹簧150的大小制成比图10和图10A所示甚至更大。由于与空气弹簧150相比，可以使用的缸减震组件50的更小的大小，也可以实现显著的重量节省。例如，在图10和图10A中所示的缸减震组件50的优选实施例中，缸减震组件具有59磅的重量，而空气弹簧150具有74磅的重量，差值为15磅。单个4轮车辆通常使用在前部的两个支柱和在后部的两个支柱，这将会导致车辆重量节省60磅。
由缸减震组件50的设计所提供的额外优点是连续增加的弹簧刚度，与导致弹簧刚度斜率发生急剧变化的利用缓冲块使用大体上线性弹簧刚度的情况相比，在施加负荷时，前者提供更平稳的过渡。
缸减震组件50可以用于多种车辆，包括公路或非公路/越野卡车应用。缸减震组件50还提供用以控制悬架和车辆高度设置的能力，用于在特定路面轮廓和地形上的运输和性能提高。在某些应用中，流体可以添加到气缸浮体60内从而使得在气缸浮体60内的空气体积减小，导致更高的空气压力。此外，也可以使用可压缩的流体来向缸减震组件的有效弹簧刚度提供甚至额外微调。
图14示出了图8的缸减震组件50，图8的缸减震组件50具有定位于端帽110中的流体引入端口312，流体诸如液压流体或油可以通过软管310穿过所述流体引入端口312而被引入到气缸浮体60内。如图14所示，可以改变在气缸浮体内的流体量。例如，在流体的液位被设置在线A的情况下，缸减震组件50的有效弹簧刚度可以大于若并无流体被引入到气缸浮体60内的情况。同样，如果甚至更多流体被添加到气缸浮体60内直到线B，缸减震组件50的有效弹簧刚度可以进一步增加。此外，甚至更多流体可以添加到气缸浮体60内从而使得流体液位升高到线C，进一步减小了在气缸浮体内的空气体积并且进一步增加了缸减震组件50的有效弹簧刚度。流体可以通过较小柔性管从气缸浮体移除，较小柔性管插入于气缸浮体内并且连接到流体引入端口312，并且可以通过向管施加真空而被抽出。
向气缸浮体60内添加流体或从气缸浮体60移除流体以改变缸减震组件50的有效弹簧刚度的能力可以提供显著优点。例如，在正常预期行驶高度处，无流体的缸减震组件可能足以为车辆提供所希望的弹簧刚度。然而，如果车辆被完全加载，那么无流体的缸减震组件可以不足以提供用于全载荷的车辆所希望的弹簧刚度，并且当车辆全加载时，可能需要不同的、可能更强固并且更大的支柱用于车辆。通过提供在气缸浮体60内具有变化的流体液位的缸减震组件50，当车辆完全加载时，缸减震组件50或多个缸减震组件的所希望的弹簧刚度可以增加，排除了根据预期负荷的大小，在车辆上提供不同支柱的需要。因此，可以使用缸减震组件50，通过改变引入到气缸浮体60内的流体量，或者从气缸浮体60移除的流体量，用于车辆的所有预期的载荷条件。
以类似方式，车辆可能会经历多种不同地形。例如，铺砌的道路、碎石路、越野、岩石条件、砾原等。基于预期的地形，可以通过将流体引入到气缸浮体60内来调整缸减震组件的有效弹簧刚度。例如，对于预期的铺砌地形，可能并无流体被引入到气缸浮体60内，或者从气缸浮体60移除流体。然而，对于更不平整的预期地形，流体可以通过流体入口端口312而被引入到气缸浮体60内（或从气缸浮体60移除）到液位A或液位B，或者在之间的点，以向缸减震组件50提供经调整的有效弹簧刚度。对于不平整的地形，流体可以被引入到气缸浮体60内到液位C或更高，以提供更适合于较不平整的地形的缸减震组件50的甚至更高的预期弹簧刚度。以此方式，可以调整缸减震组件50的有效弹簧刚度以适应各种预期负荷和/或地形，因而提供调整所述有效弹簧刚度以覆盖较宽范围的预期操作条件的能力。
此外，可能交叉用管道连接（cross plumb）前支柱和后支柱以及左侧支柱和右侧支柱以提供甚至进一步改进的车辆性能特征。图11至图13提供了可以实现的缸减震组件的交叉管道连接的示例。示出了缸减震组件250，其可以构造成与上文在图7至图9中所示出的缸减震组件50相同，除了缸减震组件250包括了定位在与第一端帽110相反的气缸浮体60的端部上的第二端帽210。缸减震组件250a的构造可以与缸减震组件250相同，缸减震组件250a包括定位在与第一端帽110a相反的气缸浮体60a的端部上的第二端帽210a。对于缸减震组件250的构造，第二空气压力腔室260可以形成于第二端帽210与活塞85之间。类似地，对于缸减震组件250a的构造，第二空气压力腔室260a可以形成于第二端帽210a与活塞85a之间。
空气软管220的第一端可以在端口177处被附连到缸减震组件250的第一端帽110并且空气软管220的第二端可以在端口175a处被附连到缸减震组件250a的第二端帽210a。以类似方式，空气软管222的第一端可以在端口177a处被附连到缸减震组件250a的第一端帽110a并且空气软管222的第二端可以在端口175处被附连到缸减震组件250a的第二端帽210。以此方式，缸减震组件250和250a可以利用空气软管220和222而交叉管道连接。当然，空气软管220和222可以是能够耐受预期操作压力的任何类型的合适软管，包括常规液压软管。
歧管可以定位于缸减震组件250与250a之间，具有电磁阀或机械阀以控制它们之间的压力。可以使用止回阀和限压阀来根据需要而控制缸减震组件250与250a之间的压力。
通过利用第二空气压力腔室260和260a，可以组合缸减震组件250和250a的有效弹簧刚度。当活塞85在缸减震组件250中受压缩时，第一空气压力腔室87与缸减震组件250a内的第二空气压力腔室260a相连通（经由空气软管220）。类似地，当活塞85a在缸减震组件250a中受压缩时，第一空气压力腔室87a与缸减震组件250内的第二空气压力腔室260相连通（经由空气软管222）。
当单独缸减震组件用管道交叉连接时可以获得多种优点。在并排或“交叉型（cross car）”管道连接的情况下，交叉管道连接可以有利地影响侧倾稳定性。例如，在侧倾操纵期间，诸如在横越过变换车道（lane change）、S弯、或在转弯等期间，悬架经受倾覆力矩。当倾覆力矩被施加到悬架上时，在悬架两侧上的弹簧在相反方向上偏转，产生侧倾角。侧倾刚度可以被限定为这种力矩与悬架的侧倾角之间的比例。最小化这种相对偏转将减小所述侧倾角并且因此提高车辆稳定性。增加竖直弹簧刚度将通过允许相邻缸减震组件“串扰”或连通在一起而减小这种相对偏转，并且能显著地减小这种相对偏转。
这种造成相反悬架偏转的悬架力矩在车辆的一侧上产生颠簸/震跳并且在另一侧上回弹。在左转期间，例如，左侧弹簧将延伸并且右侧弹簧将压缩。弹簧刚度在回弹时减小并且在颠簸时增加。这些弹簧刚度的差异量值将影响所述侧倾刚度特征。
在双或交叉管道连接的缸减震组件的情况下，可以使用弹簧刚度变化来进行左右平衡。在右侧缸减震组件250上的上空气腔室260与在左侧缸减震组件250a上的下空气腔室87a互连，允许在悬架的‘颠簸（jounce）’侧与‘回弹’侧之间的压力平衡。跨越这些缸上和在这些腔室之间的空气流动可以被调节为用以提供所希望的和/或所限定的侧倾特征用于稳定性、操纵和转向不足优化。
对前缸减震组件与后缸减震组件进行的交叉管道连接也可以有利地对俯仰运动（pitch motion）具有影响。类似于“交叉型”管道连接，缸减震组件可以沿着从车辆前部延伸到后部的车辆纵向轴线而被前/后管道连接。管道连接情形可以包括转向轴到后轴或串联驱动轴。在前悬架和后悬架或串联驱动悬架之间的俯仰运动优化也可能例如改进行驶行为、限制升降/法向运动、减小制动驱动、或轴跳动。
图12示出了沿着图11中的线15、16所截取的在设计行驶高度处的缸减震组件250和250a的截面图，而图13示出了沿着图11中的线15、16所截取的处于完全压缩状态的缸减震组件250a和处于部分压缩状态的缸减震组件250的截面图。缸减震组件250和250a可以在侧向定位于车辆悬架的任一侧上，如在图1至图3中所示，或者可以从彼此在纵向定位从而使得缸减震组件250或250a之一被定位于车辆前方并且另一个被定位于车辆后方。也可能用管道交叉连接在前方的两个缸减震组件和在后方的两个缸减震组件从而使得车辆的前后以及左右侧互连。以此方式，可能实现额外的车辆稳定性和行驶性能。而且，在前后之间的交叉管道连接也可以提供在轴之间的负荷均衡，类似于用于串联轴应用的游梁/活动梁（walking beam）式悬架。
此外，如果车辆配备空气放大器或空气压缩机，那么额外空气可以被泵送到缸减震组件50或250内以进一步提高缸减震组件的有效弹簧刚度。因此，车辆操作者能通过将更多空气泵送到缸减震组件50或250内来调整所述有效弹簧刚度以实现车辆所希望的有效弹簧刚度。例如，车辆操作者可以经历从相对平稳的地形到相对不平或岩石地形的地形变化并且希望适合于新地形的有所增加的有效弹簧刚度。相反，车辆操作者也能从缸减震组件50和250泄放空气以根据需要减小缸减震组件内的空气、以及因此其中的空气压力，并且有效地减小缸减震组件的有效弹簧刚度。
在上文中已描述了本实施的示例实施例。本领域技术人员将了解到可以对所描述的实施例做出变化和修改而不偏离由权利要求所限定的本发明的真实范围和精神。

Claims (38)

1.一种缸减震组件，包括：
阻尼器，其具有第一端和第二端，其中所述第一端包括第一支架并且所述阻尼器的第二端延伸到气缸浮体内；
所述阻尼器包括外壳，所述外壳限定腔，所述阻尼器具有定位于所述气缸浮体中的杆，所述杆具有定位于阻尼器的腔内的第一端和固定到端帽的第二端，所述端帽连接到所述气缸浮体的第一端；
第一活塞，其固定到所述阻尼器的腔内的所述杆的第一端，
第二活塞，其固定到所述阻尼器上，所述第二活塞具有在其外表面上的一个或多个密封件，所述密封件以密封的方式接合所述气缸浮体的内表面；
主螺旋弹簧，其定位于所述气缸浮体内并且围绕所述杆并且定位于所述第二活塞与所述端帽之间；
其中当施加到所述缸减震组件上的负荷增加时，所述第二活塞和所述阻尼器的第二端朝向所述端帽移动，压缩所述气缸浮体内的空气；
其中在所述负荷增加时，所述主螺旋弹簧受压缩并且在所述气缸内的空气体积减小，导致增加的空气压力；
其中所述主螺旋弹簧和所述气缸浮体内的所述空气体积提供用于所述缸减震组件的有效弹簧刚度；并且其中
所述气缸浮体是固体构件，在压缩期间内部空气压力增加时，所述固体构件并不膨胀。
2.根据权利要求1所述的缸减震组件，其特征在于，在设计的车辆行驶高度，在所述气缸浮体内的所述空气压力超过175psi。
3.根据权利要求2所述的缸减震组件，其特征在于，在所述设计的车辆行驶高度，在所述气缸浮体内的所述空气压力在175 psi与250psi之间。
4.根据权利要求1所述的缸减震组件，其特征在于，当所述第二活塞已在3.75英寸与4.25英寸之间压缩到所述气缸浮体内时，在所述气缸浮体内的所述空气压力在175与250psi之间，包括175和250psi。
5.根据权利要求1所述的缸减震组件，其特征在于，其还包括：柔软弹簧，其定位于所述气缸浮体内与所述主螺旋弹簧串联。
6.根据权利要求5所述的缸减震组件，其特征在于，其还包括：弹簧适配器，所述弹簧适配器定位于所述主螺旋弹簧与所述柔软弹簧之间。
7.根据权利要求1所述的缸减震组件，其特征在于，所述主螺旋弹簧具有600磅/英寸的弹簧刚度。
8.根据权利要求1所述的缸减震组件，其特征在于，所述缸减震组件的有效弹簧刚度在设计行驶高度超过1500磅/英寸。
9.根据权利要求8所述的缸减震组件，其特征在于，所述缸减震组件的有效弹簧刚度在设计行驶高度在1500-2000磅/英寸之间。
10.根据权利要求1所述的缸减震组件，其特征在于，所述组件能压缩从0至9英寸。
11.根据权利要求10所述的缸减震组件，其特征在于，在完全压缩时，所述气缸浮体的直径小于8英寸。
12.根据权利要求10所述的缸减震组件，其特征在于，在完全压缩时，所述气缸浮体的直径在7.375英寸与8英寸之间，包括7.375英寸与8英寸。
13.根据权利要求10所述的缸减震组件，其特征在于，所述组件的重量小于70磅。
14.根据权利要求13所述的缸减震组件，其特征在于，所述组件的重量是60磅或更小。
15.根据权利要求1所述的缸减震组件，其特征在于，在压缩所述组件时，所述组件的有效弹簧刚度持续地增加。
16.根据权利要求1所述的缸减震组件，其特征在于，在压缩所述组件时，所述组件的有效弹簧刚度不存在不连续性或者斜率变化。
17.根据权利要求1所述的缸减震组件，其特征在于，所述第二活塞包括与所述主螺旋弹簧的端部邻靠的弹簧支承件。
18.根据权利要求1所述的缸减震组件，其特征在于，所述第二活塞包括与所述柔软弹簧的端部邻靠的弹簧支承件。
19.根据权利要求1所述的缸减震组件，其特征在于，其还包括：第二支架，所述第二支架定位于所述端帽上用于附连到所述车辆上。
20.根据权利要求1所述的缸减震组件，其特征在于，当所述组件完全压缩时，在所述气缸浮体内的空气压力在700 psi与100psi之间。
21.一种缸减震组件，包括：
阻尼器，其具有第一端和第二端，其中所述第一端包括第一支架并且所述阻尼器的第二端延伸到气缸浮体内；
所述阻尼器包括外壳，所述外壳限定腔，所述阻尼器具有定位于所述气缸浮体中的杆，所述杆具有定位于阻尼器的腔内的第一端和固定到端帽的第二端，所述端帽连接到所述气缸浮体的第一端；
第一活塞，其固定到所述阻尼器的腔内的所述杆的第一端，
第二活塞，其固定到所述阻尼器上，所述第二活塞具有在其外表面上的一个或多个密封件，所述密封件以密封的方式接合所述气缸浮体的内表面；
主螺旋弹簧，其定位于所述气缸浮体内并且围绕所述杆并且定位于所述第二活塞与所述第一端帽之间；
其中当施加到所述缸减震组件上的负荷增加时，所述第二活塞和所述阻尼器的第二端朝向所述端帽移动，压缩所述气缸浮体中在所述第一空气压力腔室内的空气；
其中在所述负荷增加时，所述主螺旋弹簧受压缩并且在所述第一空气压力腔室内的空气体积减小，导致增加的空气压力；
其中所述阻尼器穿过定位于所述气缸浮体的第二端上的第二端帽延伸，其中第二空气压力腔室形成于所述气缸浮体中在所述第二活塞与所述第二端帽之间；以及
所述气缸浮体是固体构件，在压缩期间内部空气压力增加时，所述固体构件并不膨胀。
22.一种悬架系统，包括：
根据权利要求21所述的第一缸减震组件；以及根据权利要求21所述的第二缸减震组件；其中第一空气软管的第一端连接到所述第一缸减震组件的第一端帽并且所述第一空气软管的第二端连接到所述第二缸减震组件的第二端从而使得在所述第一缸减震组件中的所述第一空气压力腔室与所述第二缸减震组件的所述第二空气压力腔室相连通。
23.根据权利要求22所述的悬架系统，其特征在于，第二空气软管的第一端连接到所述第一缸减震组件的第二端帽并且所述第二空气软管的第二端连接到所述第二缸减震组件的第一端帽从而使得在所述第一缸减震组件中的所述第二空气压力腔室与所述第二缸减震组件的所述第一空气压力腔室相连通。
24.一种缸减震组件，包括：
阻尼器，其具有第一端和第二端，其中所述阻尼器的第二端延伸到气缸浮体内；
所述阻尼器包括外壳，所述外壳限定腔，所述阻尼器具有定位于所述气缸浮体中的杆，所述杆具有定位于阻尼器的腔内的第一端和固定到端帽的第二端，所述端帽连接到所述气缸浮体的第一端；
第一活塞，其固定到所述阻尼器的腔内的所述杆的第一端，
第二活塞，其固定到所述阻尼器上，所述第二活塞具有在其外表面上的一个或多个密封件，所述密封件以密封的方式接合所述气缸浮体的内表面；
主螺旋弹簧，其定位于所述气缸浮体内并且围绕所述杆并且定位于所述第二活塞与所述端帽之间；
其中当施加到所述缸减震组件上的负荷增加时，所述第二活塞和所述阻尼器的第二端朝向所述端帽移动，压缩所述气缸浮体内的空气；
其中在所述负荷增加时，所述主螺旋弹簧受压缩并且在所述气缸内的空气体积减小，导致增加的空气压力；
其中所述主螺旋弹簧和所述气缸浮体内的所述空气体积提供用于所述缸减震组件的有效或所希望的弹簧刚度；
其中流体能引入于所述气缸浮体内以提供可调整的有效弹簧刚度；
并且其中所述气缸浮体是固体构件，在压缩期间在内部空气压力增加时，所述固体构件并不膨胀。
25.根据权利要求24所述的缸减震组件，其特征在于，流体能引入于所述气缸浮体内以调整所述有效弹簧刚度。
26.根据权利要求24所述的缸减震组件，其特征在于，第一体积的流体能引入于所述气缸浮体内以提供第一有效弹簧刚度。
27.根据权利要求26所述的缸减震组件，其特征在于，额外体积的流体能引入于所述气缸浮体内以提供第二有效弹簧刚度。
28.根据权利要求24所述的缸减震组件，其特征在于，在设计的车辆行驶高度，在所述气缸浮体内的所述空气压力超过175psi。
29.根据权利要求28所述的缸减震组件，其特征在于，在所述设计的车辆行驶高度，在所述气缸浮体内的所述空气压力在175 psi与250psi之间。
30.根据权利要求24所述的缸减震组件，其特征在于，所述缸减震组件的有效弹簧刚度在设计行驶高度超过1500磅/英寸。
31.根据权利要求31所述的缸减震组件，其特征在于，所述缸减震组件的有效弹簧刚度在设计行驶高度在1500-2000磅/英寸之间。
32.一种用于调整缸减震组件的有效弹簧刚度的方法，包括以下步骤：
提供缸减震组件，其包括：
　阻尼器，其具有第一端和第二端，其中所述阻尼器的第二端延伸到所述气缸浮体内；其中
　所述阻尼器包括外壳，所述外壳限定腔，所述阻尼器具有定位于所述气缸浮体中的杆，所述杆具有定位于阻尼器的腔内的第一端和固定到端帽的第二端，所述端帽连接到所述气缸浮体的第一端；
　第一活塞，其固定到所述阻尼器的腔内的所述杆的第一端，
　第二活塞，其固定到所述阻尼器上，所述第二活塞具有在其外表面上的一个或多个密封件，所述密封件以密封的方式接合所述气缸浮体的内表面；
　主螺旋弹簧，其定位于所述气缸浮体内并且绕所述杆并且定位于所述第二活塞与所述端帽之间；
　其中所述主螺旋弹簧和所述气缸浮体内的所述空气体积提供用于所述缸减震组件的有效弹簧刚度；并且其中
　所述气缸浮体是固体构件，在压缩期间内部空气压力增加时，所述固体构件并不膨胀以及
将第一体积的流体添加到所述气缸浮体内以将所述缸减震组件的有效弹簧刚度增加到第一有效弹簧刚度。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：将额外第二体积的流体添加到所述气缸浮体内以将所述缸减震组件的有效弹簧增加到第二有效弹簧刚度。
34.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，在设计的车辆行驶高度，在所述气缸浮体内的所述空气压力超过175psi。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，在所述设计的车辆行驶高度，在所述气缸浮体内的所述空气压力在175 psi与250psi之间。
36.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所述缸减震组件的有效弹簧刚度在设计行驶高度超过1500磅/英寸。
37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，所述缸减震组件的有效弹簧刚度在设计行驶高度在1500-2000磅/英寸之间。
38.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：从所述气缸浮体从所述第一体积的流体移除流体以减小所述缸减震组件的有效弹簧刚度。
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