CN105065544B - 一种带共用附加气室的双空气弹簧、其控制方法及应用 - Google Patents

一种带共用附加气室的双空气弹簧、其控制方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带共用附加气室的双空气弹簧、其控制方法及应用；其特征是双空气弹簧包括左空气弹簧和右空气弹簧，并在左空气弹簧和右空气弹簧之间设置共用附加气室以及用于控制附加气室的工作模式的控制器。本发明采用共用附加气室有效减少了双空气弹簧的占用空间，并且可根据空气弹簧的载荷位移工况和汽车的行驶工况实时地控制双空气弹簧的刚度，提高空气弹簧的减振效果。

Description

一种带共用附加气室的双空气弹簧、其控制方法及应用
技术领域
本发明涉及空气弹簧，更具体地说是涉及一种带共用附加气室的双空气弹簧及其控制方法。
背景技术
空气弹簧作为一种由内部含有帘布层的橡胶囊和充入橡胶囊内腔的压缩气体所组成的非金属弹性元件，具有相对于金属弹性元件更好的减振性能，在汽车、轨道交通、工业机械等领域得到广泛应用。张利国在《空气弹簧的现状及其发展》中提到空气弹簧的刚度低且可随着载荷的变化而呈现非线性的自我调节，从而使得整个减振系统的固有频率低且基本不变。空气弹簧还具有高度可调节、质量轻、噪声低、使用寿命长等优点。空气弹簧的刚度取决于其容积、有效面积和内部气体压力，带附加气室的空气弹簧有效地增加了空气弹簧的容积，且主气室与附加气室之间的节流孔或软管很好地起到了吸收能量和衰减振动的作用。
当前技术下，带附加气室的空气弹簧的应用虽然日益广泛和成熟，但很多情况下，单个空气弹簧并不能满足整个减振系统的要求。专利申请号为201310235464.6，名称为一种容积可调的空气弹簧附加气室虽然提出了一种容积可调的附加气室，可是该附加气室也只能提供给一个空气弹簧使用，并且也不能根据空气弹簧的工况进行实时的控制。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供带共用附加气室的双空气弹簧、其控制方法及应用，使得空气弹簧在汽车悬架的布置更加容易，且可根据外界不同工况主动地控制双空气弹簧的刚度，使得空气弹簧的优点达到充分的发挥，从而提高减振系统的减振性能。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明带共用附加气室的双空气弹簧的结构特点是：双空气弹簧包括左空气弹簧和右空气弹簧，并在所述左空气弹簧和右空气弹簧之间设置共用附加气室以及用于控制附加气室的工作模式的控制器。
本发明带共用附加气室的双空气弹簧的结构特点也在于：所述左空气弹簧中左主气室是由呈双曲形状的左橡胶囊在顶部固定连接左上盖板、在底部固定连接左下盖板构成的密封气室，在呈双曲形状的左橡胶囊的腰部设置左腰环，用于限制左橡胶囊的腰部径向扩张，在所述左下盖板的中心有左软管与所述左主气室相连通；所述右空气弹簧与左空气弹簧具有相同的结构形式，包括：右主气室是由呈双曲形状的右橡胶囊在顶部固定连接右上盖板、在底部固定连接右下盖板，在右下盖板的中心有右软管与所述右主气室相连通。
本发明带共用附加气室的双空气弹簧的结构特点也在于：所述附加气室是在附加气室腔体中由活塞分隔形成可密闭的左气室和右气室，所述活塞能够在附加气室腔体中设定的行程内左右移动；在所述活塞上设置可启闭的通气孔，所述活塞在左端面上固定有活塞杆，所述活塞杆自左气室中伸出在左气室外部，由驱动装置驱动，使所述活塞在附加气室腔体中移动；所述左软管与左气室相连通，所述右软管与右气室相连通；设置所述左气室能够由左充气泵通过左气阀进行充放气；所述右气室能够由右充气泵通过右气阀进行充放气。
本发明带共用附加气室的双空气弹簧的结构特点也在于：
在所述左上盖板上分别设置左位移传感器和左力传感器，以所述左位移传感器检测获得左空气弹簧的位移量，以所述左力传感器检测获得左空气弹簧的载荷信号；在所述左下盖板上安装左压力传感器，用于检测获得左空气弹簧中气体压力信号；在所述右上盖板和右下盖板上以相同的形式分别设置右位移传感器、右力传感器，以及右压力传感器，分别用于获得右空气弹簧的位移量、右空气弹簧的载荷信号，以及右空气弹簧中气体压力信号；所述驱动装置、左充气泵、右充气泵、左气阀和右气阀是由控制器进行控制。
本发明带共用附加气室的双空气弹簧的控制方法的特点是设置控制器具有如下各工作模式：
工作模式一：控制所述通气孔呈开启状态，使得所述左空气弹簧和右空气弹簧上获得相同的刚度；
工作模式二：控制所述通气孔呈闭合状态，移动活塞的位置，从而改变左空气弹簧和右空气弹簧的刚度；
工作模式三：控制所述通气孔呈闭合状态，固定活塞的位置，利用左充气泵对于左气室进行充放气，或利用右充气泵对于右气室进行充放气，从而改变左空气弹簧和右空气弹簧的刚度。
本发明汽车悬架结构的特点是：在车辆悬架中设置权利要求1所述的带共用附加气室的双空气弹簧；位于车辆座椅的底部设置用于检测垂直加速度信号的加速度传感器；根据各传感器所获得的检测信号，利用控制器实时控制双空气弹簧中左空气弹簧和右空气弹簧的刚度，获得所需的减振效果。
本发明汽车悬架结构的控制方法的特点是：
当汽车处在非行驶状态下：
若左空气弹簧的载荷和右空气弹簧的载荷为相等，由控制器控制使通气孔呈开启状态，以使左空气弹簧和右空气弹簧的刚度为相等，使左上盖板和右上盖板保持在同一高度上；
若左空气弹簧的载荷和右空气弹簧的载荷不相等，且载荷差值小于设定载荷差最小值F，由控制器控制使通气孔呈闭合状态；利用活塞的移动对左空气弹簧和右空气弹簧的刚度进行微调，直至左上盖板和右上盖板处在同一高度上，并保持这一状态；
若左空气弹簧的载荷和右空气弹簧的载荷不相等，且载荷差值不小于设定载荷差最小值F，由控制器控制使通气孔呈闭合状态；利用左气阀或右气阀对相应一侧的空气弹簧的刚度进行调整，直至左上盖板和右上盖板处在同一高度上，随后关闭左气阀和右气阀保持在这一状态。
当汽车处在行驶状态下：
设置通气孔为关闭状态，活塞处于静止状态；
对于由加速度传感器实时检测获得的垂直加速度信号，计算一个时域窗口内的垂直加速度均方根值a1，当所述垂直加速度均方根值a1大于设定值a0时，利用控制器分别控制左气阀和右气阀对左气室和右气室进行充气，增加双空气弹簧的刚度，直至实时检测并计算获得的垂直加速度均方根值a2降低在设定值a0以下时，关闭左气阀和右气阀；
若左压力传感器检测的压力值P1达到设定的压力上限值P0，由控制器控制左气阀对左气室进行放气，直至实时监测的压力值P2降低在设定的压力上限值P0以下时，由控制器控制左气阀停止对左气室进行放气；若右压力传感器检测的压力值P3达到设定的压力上限值P0，由控制器控制右气阀对右气室进行放气，直至实时监测的压力值P4降低在设定的压力上限值P0以下时，由控制器控制右气阀停止对右气室进行放气。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、利用本发明带共用附加气室的双空气弹簧，当汽车悬架需要使用多个空气弹簧作为弹性元件时，共用附加气室的双空气弹簧大大减少了占用空间，使得悬架的布置更容易，同时也减小了悬架的总质量，进而一定程度上减小了整车空载质量。
2、本发明中共用的附加气室由带通气孔的活塞分隔成两个气室，分别与两侧的主气室连接，其结构简单，制造成本低廉。通气孔打开时能够保证两侧的空气弹簧刚度相等，通气孔闭合时能够通过活塞的左右移动调节左空气弹簧和右空气弹簧的刚度。
3、本发明中充气泵通过连接管路与两侧的气室相连，通过对气室充放气能够较大幅度的改变空气弹簧的刚度，同时，充放气也使得主气室与附加气室之间连接的软管产生阻尼，达到吸收能量和衰减振动的作用。
4、针对本发明的具体应用可以更进一步设置压力传感器、位移传感器、力传感器和加速度传感器，利用各传感器实现对于空气弹簧气室内部的压强、外部的载荷和位移以及汽车座椅处的垂直加速度实时监测，并且由控制器通过根据各检测信号实时控制空气弹簧的刚度，提高悬架的减振性能，进而提高汽车的乘员的舒适性。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明在汽车悬架中的布置示意图；
图中标号：1A左主气室；1B右主气室；2A左上盖板；2B右上盖板；3A左下盖板；3B右下盖板；4A左固定连接装置；4B右固定连接装置；5A左腰环；6A左橡胶囊；6B右橡胶囊；7A左空气弹簧；7B右空气弹簧；8A左软管；8B右软管；9附加气室；10A左气室；10B右气室；11活塞；12通气孔；13密封圈；14附加气室腔体；15限位块；16活塞杆；17驱动装置；18A左充气泵；18B右充气泵；19A左气阀；19B右气阀；21控制器；22A左压力传感器；22B右压力传感器；23A左位移传感器；23B右位移传感器；24A左力传感器；24B右力传感器；25加速度传感器。
具体实施方式
参见图1，本实施例中带共用附加气室的双空气弹簧包括左空气弹簧7A和右空气弹簧7B，并在所述左空气弹簧7A和右空气弹簧7B之间设置共用附加气室9以及用于控制附加气室9的工作模式的控制器21。
如图1所示，左空气弹簧7A中左主气室1A是由呈双曲形状的左橡胶囊6A在顶部固定连接左上盖板2A、在底部通过左固定连接装置4A固定连接左下盖板3A构成的密封气室，在呈双曲形状的左橡胶囊6A的腰部设置左腰环5A，用于限制左橡胶囊6A的腰部径向扩张，并防止双曲之间相互摩擦；在所述左下盖板3A的中心有左软管8A与所述左主气室1A相连通；所述右空气弹簧7B与左空气弹簧7A具有相同的结构形式，包括：右主气室1B是由呈双曲形状的右橡胶囊6B在顶部固定连接右上盖板2B、在底部通过右固定连接装置4B固定连接右下盖板3B，在右下盖板3B的中心有右软管8B与所述右主气室1B相连通。
附加气室9是在附加气室腔体14中由活塞11和密封圈13分隔形成可密闭的左气室10A和右气室10B，所述活塞11能够在附加气室腔体14中设定的行程内左右移动，并利用限位块15限制其在左气室中的位置；在所述活塞11上设置可启闭的通气孔12，所述活塞11在左端面上固定有活塞杆16，所述活塞杆16自左气室10A中伸出在左气室外部，由驱动装置17驱动，使所述活塞11在附加气室腔体14中移动；所述左软管8A与左气室10A相连通，所述右软管8B与右气室10B相连通，在主气室与附加气室之间有气体交换时，软管可起到一定的阻尼作用，从而使得空气弹簧有更好的减振作用；设置所述左气室10A能够由左充气泵18A通过左气阀19A进行充放气；所述右气室10B能够由右充气泵18B通过右气阀19B进行充放气。
在所述左上盖板2A上分别设置左位移传感器23A和左力传感器24A，以所述左位移传感器23A检测获得左空气弹簧7A的位移量，以所述左力传感器24A检测获得左空气弹簧7A的载荷信号；在所述左下盖板3A上安装左压力传感器22A，用于检测获得左空气弹簧7A中气体压力信号；在所述右上盖板2B和右下盖板3B上以相同的形式分别设置右位移传感器23B、右力传感器24B，以及右压力传感器22B，分别用于获得右空气弹簧7B的位移量、右空气弹簧7B的载荷信号，以及右空气弹簧7B中气体压力信号；所述驱动装置17、左充气泵18A、右充气泵18B、左气阀19A和右气阀19B是由控制器21进行控制。
本实施例中带共用附加气室的双空气弹簧的控制方法是设置控制器具有如下各工作模式：
工作模式一：控制所述通气孔12呈开启状态，使得所述左空气弹簧7A和右空气弹簧7B上获得相同的刚度；
工作模式二：控制所述通气孔12呈闭合状态，移动活塞11的位置，从而改变左空气弹簧7A和右空气弹簧7B的刚度；
工作模式三：控制所述通气孔12呈闭合状态，固定活塞11的位置，利用左充气泵18A对于左气室10A进行充放气，或利用右充气泵18B对于右气室10B进行充放气，从而改变左空气弹簧7A和右空气弹簧7B的刚度。
参见图2，将本实施例中带共用附加气室的双空气弹簧应用于汽车悬架结构，是在车辆悬架中设置带共用附加气室的双空气弹簧；位于车辆座椅的底部设置用于检测垂直加速度信号的加速度传感器25；根据各传感器所获得的检测信号，利用控制器21实时控制双空气弹簧中左空气弹簧和右空气弹簧的刚度，获得所需的减振效果。
本实施例中汽车悬架结构的控制方法是：
当汽车处在非行驶状态下：
若左空气弹簧7A的载荷和右空气弹簧7B的载荷为相等，由控制器21控制使通气孔12呈开启状态，以使左空气弹簧7A和右空气弹簧7B的刚度为相等，使左上盖板和右上盖板保持在同一高度上；
若左空气弹簧7A的载荷和右空气弹簧7B的载荷不相等，且载荷差值小于设定载荷差最小值F，由控制器21控制使通气孔12呈闭合状态，并控制驱动装置17驱动活塞杆16，使得活塞移动，利用活塞11的移动对左空气弹簧7A和右空气弹簧7B的刚度进行微调，直至左上盖板和右上盖板处在同一高度上，并保持这一状态；
若左空气弹簧7A的载荷和右空气弹簧7B的载荷不相等，且载荷差值不小于设定载荷差最小值F，由控制器21控制使通气孔12呈闭合状态，并控制左充气泵18A或右充气泵18B对左气室10A或右气室10B进行充放气，利用左气阀19A或右气阀19A对相应一侧的空气弹簧的刚度进行调整，直至左上盖板和右上盖板处在同一高度上，随后关闭左气阀19A和右气阀19A保持在这一状态。
一些场合下，若是要求左空气弹簧7A和右空气弹簧7B存有一定的高度差，则是利用控制器21控制通气孔12为关闭；在所需设置的高度差h小于设定值h0时，控制器21控制驱动装置17驱动活塞杆16，使得活塞移动，利用活塞11的移动对左空气弹簧7A和右空气弹簧7B的刚度进行微调，直至左上盖板2A和右上盖板2B的高度差h达到设定值h0时，控制器21控制驱动装置17停止驱动活塞杆16，使得活塞静止不动，并保持这一状态；
当所需设置的高度差h大于设定值h0时，控制左充气泵18A或右充气泵18B对左气室10A或右气室10B进行充放气，从而调整相应一侧的空气弹簧的刚度，直至左上盖板和右上盖板的高度差h达到设定值h0时，控制器21关闭左气阀19A和右气阀19A停止充放气，并保持这一状态。
当汽车处在行驶状态下：
设置通气孔12为关闭状态，活塞处于静止状态；
对于由加速度传感器25实时检测获得的垂直加速度信号，计算一个时域窗口内的垂直加速度均方根值a1，当所述垂直加速度均方根值a1大于设定值a0时，利用控制器21分别控制左气阀19A和右气阀19B对左气室和右气室进行充气，增加双空气弹簧的刚度，直至实时检测并计算获得的垂直加速度均方根值a2降低在设定值a0以下时，关闭左气阀19A和右气阀19B。
为了防止在这一控制过程中可能会出现的左气室10A和右气室10B内压过高，进而使得左空气弹簧7A和右空气弹簧7B内压过高，在左下盖板3A和右下盖板3B处分别设置左压力传感器22A和右压力传感器22B，作为过压保护，防止左空气弹簧7A和右空气弹簧7B漏气失效。若左压力传感器22A检测的压力值P1达到设定的压力上限值P0，由控制器21控制左气阀19A对左气室10A进行放气，直至实时监测的压力值P2降低在设定的压力上限值P0以下时，由控制器21控制左气阀19A停止对左气室10A进行放气；若右压力传感器22B检测的压力值P3达到设定的压力上限值P0，由控制器21控制右气阀19B对右气室10B进行放气，直至实时监测的压力值P4降低在设定的压力上限值P0以下时，由控制器21控制右气阀19B停止对右气室10B进行放气。

Claims (2)

1.一种带共用附加气室的双空气弹簧，其特征是双空气弹簧包括左空气弹簧(7A)和右空气弹簧(7B)，并在所述左空气弹簧(7A)和右空气弹簧(7B)之间设置共用附加气室(9)以及用于控制附加气室(9)的工作模式的控制器(21)；
所述左空气弹簧(7A)中左主气室(1A)是由呈双曲形状的左橡胶囊(6A)在顶部固定连接左上盖板(2A)、在底部固定连接左下盖板(3A)构成的密封气室，在呈双曲形状的左橡胶囊(6A)的腰部设置左腰环(5A)，用于限制左橡胶囊(6A)的腰部径向扩张，在所述左下盖板(3A)的中心有左软管(8A)与所述左主气室(1A)相连通；所述右空气弹簧(7B)与左空气弹簧(7A)具有相同的结构形式，包括：右主气室(1B)是由呈双曲形状的右橡胶囊(6B)在顶部固定连接右上盖板(2B)、在底部固定连接右下盖板(3B)，在右下盖板(3B)的中心有右软管(8B)与所述右主气室(1B)相连通；
所述附加气室(9)是在附加气室腔体(14)中由活塞(11)分隔形成可密闭的左气室(10A)和右气室(10B)，所述活塞(11)能够在附加气室腔体(14)中设定的行程内左右移动；在所述活塞(11)上设置可启闭的通气孔(12)，所述活塞(11)在左端面上固定有活塞杆(16)，所述活塞杆(16)自左气室(10A)中伸出在左气室外部，由驱动装置(17)驱动，使所述活塞(11)在附加气室腔体(14)中移动；所述左软管(8A)与左气室(10A)相连通，所述右软管(8B)与右气室(10B)相连通；设置所述左气室(10A)能够由左充气泵(18A)通过左气阀(19A)进行充放气；所述右气室(10B)能够由右充气泵(18B)通过右气阀(19B)进行充放气；
所述控制器的控制方式为：
控制方式一：控制所述通气孔(12)呈开启状态，使得所述左空气弹簧(7A)和右空气弹簧(7B)上获得相同的刚度；
控制方式二：控制所述通气孔(12)呈闭合状态，移动活塞(11)的位置，从而改变左空气弹簧(7A)和右空气弹簧(7B)的刚度；
控制方式三：控制所述通气孔(12)呈闭合状态，固定活塞(11)的位置，利用左充气泵(18A)对于左气室(10A)进行充放气，或利用右充气泵(18B)对于右气室(10B)进行充放气，从而改变左空气弹簧(7A)和右空气弹簧(7B)的刚度。
2.根据权利要求1所述的带共用附加气室的双空气弹簧，其特征是：
在所述左上盖板(2A)上分别设置左位移传感器(23A)和左力传感器(24A)，以所述左位移传感器(23A)检测获得左空气弹簧(7A)的位移量，以所述左力传感器(24A)检测获得左空气弹簧(7A)的载荷信号；在所述左下盖板(3A)上安装左压力传感器(22A)，用于检测获得左空气弹簧(7A)中气体压力信号；在所述右上盖板(2B)和右下盖板(3B)上以相同的形式分别设置右位移传感器(23B)、右力传感器(24B)，以及右压力传感器(22B)，分别用于获得右空气弹簧(7B)的位移量、右空气弹簧(7B)的载荷信号，以及右空气弹簧(7B)中气体压力信号；所述驱动装置(17)、左充气泵(18A)、右充气泵(18B)、左气阀(19A)和右气阀(19B)是由控制器(21)进行控制。
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