CN105121189B - 具有用于空气弹簧阻尼的储存器的车辆悬挂系统 - Google Patents

具有用于空气弹簧阻尼的储存器的车辆悬挂系统 Download PDF

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Abstract

一种悬挂系统，可包括：空气弹簧；空气储存器，在空气弹簧的外部；以及流量控制装置，可变地限制空气弹簧与空气储存器之间的空气流动。响应于悬挂系统的弹性变形而允许空气弹簧与空气储存器之间的流动，且空气弹簧可具有至少2‑1/2倍的空气储存器的容积的内部空气容积。响应穿过流量控制装置的预定压力差水平，流量控制装置可允许空气弹簧与空气储存器之间的流动。多个空气储存器可在轴的内部，且可在轴中被彼此隔开。

Description

具有用于空气弹簧阻尼的储存器的车辆悬挂系统
技术领域
本申请大体涉及车辆悬挂系统，且在下文描述的示例中更具体地提供一种在悬挂系统中用于空气弹簧阻尼的储存器。
背景技术
配备有空气弹簧(air spring，气垫)的悬挂系统的阻尼偏转是众所周知的。在一种技术中，储存器被设置到空气弹簧的内部，使得随着在悬挂系统弹性变形(compliance)期间空气弹簧被压缩和延伸，空气在储存器与空气弹簧的内部容积之间来回转移。
然而，在一些情况下，空气弹簧中没有足够的容积可用于内部阻尼储存器。此外，具有内部阻尼储存器的先前设计没有获得用于舒适、安全的车辆使用的期望的阻尼比。
因此，应理解的是，具有空气弹簧的阻尼悬挂系统的领域需要改进。
附图说明
图1是能够体现本申请原理的车辆的代表性的局部剖视图。
图2是可在图1的车辆中使用的悬挂系统的代表性的立体图。
图3是悬挂系统的轴的中心剖面的代表性的立体图。
图4是悬挂系统的空气弹簧和轴的代表性的截面图。
图5是悬挂系统的另一示例的代表性的剖视图。
图6是可在悬挂系统中使用的流量控制装置的代表性的放大剖视图，其中向下流动被允许通过该装置。
图7是流量控制装置的代表性的剖视图，其中向上流动被允许通过该装置。
图8A-图8F是对于具有各种轴载荷的悬挂系统的阻尼比相对储存器容积和空气弹簧容积的代表性曲线图。
具体实施方式
在图1中代表性地示出了能够体现本申请的原理的车辆10。然而，应当清楚地理解的是，车辆10仅仅是本申请的原理在实践中的应用的一个示例，各种其他的示例也是可能的。因此，本申请的范围完全不限于本文描述和/或附图中描绘的车辆10的细节。
车辆10被描绘为包括牵引车12和拖车14。然而，可以设计使得本申请的原理可并入任何类型的拖车(以及其他类型的车辆)，所以本文中使用的术语“车辆”指的是各种类型的拖车，也指自推进车辆。
图1的拖车14包括多个悬挂系统16，悬挂系统16将拖车的框架18悬挂于路面上方。车轮20和轮胎22可旋转地安装在每个悬挂系统16的每端。悬挂系统16中没有、任一或全部可以是可提升的(使得车轮20能够被提高而不与路面接触)。
现在另外参照图2，图2代表性地示出一个悬挂系统16中的示例。图2中仅描绘了悬挂系统16的一个横向侧，可以理解的是，悬挂系统的相对侧基本上是图2中描绘的部分的镜像。
在该示例中，悬挂系统16包括横向延伸轴24。车轮20和轮胎22(图2中不可见，参见图1)例如用传统的轮毂、芯轴、轴承、中心销(如果悬挂系统16可转向)等被可旋转地安装在轴24的相对两端。
图2中描绘的示例中的悬挂系统16是可转向的，且具有预制可提升的轴，该预制可提升的轴被平行或半平行臂26可枢转地连接到悬架28，该悬架28附接到框架18，但是也可使用其他类型的悬挂系统。例如，弹性梁、不可提升不可转向的实心轴，且其他类型的悬挂系统可从本申请的原理受益。因此，本申请的范围不限于使用任何特殊类型的悬挂系统。
空气弹簧30对框架18施加向上的偏置力，从而将框架悬挂在轴24之上。在该示例中，空气弹簧30是旋绕的空气弹簧且具有内部空气容积，该内部空气容积(例如，经由软管32和图2中不可见的流量控制装置)连接到轴24的内部容积。因此，轴24包括外部空气储存器，该外部空气储存器可被用于控制空气弹簧30的阻尼特性，如将在下面更充分地描述的。
典型地，旋绕的空气弹簧用于期望长途旅行和低压缩高度的情况。同样，旋绕的空气弹簧的内部空气容积通常不足以在空气弹簧中设置合适的阻尼空气储存器。
在图2的示例中，由轴24提供的外部空气储存器解决了空气弹簧30之内容积不足的问题，并方便地利用现有的轴部件。然而，应该清楚地理解的是，本申请的范围不限于使用任何特殊类型的空气弹簧或外部空气储存器。
现在另外参照图3，图3代表性地示出了脱离了悬挂系统16的剩余部分的轴24。在图3中描绘了底板34(图3中未示出，参见图2)被移除的轴24的立体仰视图。
在该视图中可以看到轴24之内一般是中空的。隔断36在轴24中分离出单独的空气储存器38。空气储存器38中的一个经由软管32连接到相应的一个空气弹簧30，空气储存器中的另一个经由另一软管连接到相应的另一个空气弹簧中。
通过使轴24中的空气储存器38彼此隔开，一个储存器中的压力改变将不会影响另一个储存器中的压力。这防止了在悬挂系统16的弹性变形期间(例如，当轴24相对于框架18位移且空气弹簧30压缩或延伸时)，一个空气弹簧的动力性影响另一个空气弹簧。
在一个示例中，隔断36可由(诸如塑料、软金属等的)材料制成，当底板34被焊接到轴24的其余部分时该材料将软化，从而加热轴和隔断。以这种方式，隔断36可顺从轴24的内表面，以便空气储存器38更好地被彼此隔开。
然而，可使用使空气储存器38彼此隔开的其他材料和其他技术，这符合本申请的范围。例如，弹性体可被设置在隔断38上，以贴靠轴24的内表面密封，隔断可被焊接、粘接或模制到轴等。
现在另外参照图4，图4代表性地示出了悬挂系统16的截面图。在该视图中可以看到，流量控制装置40控制轴24中相应的空气储存器38与空气弹簧30的内部空气容积42之间的空气流动。
尽管装置40在图4中被描绘成被放置到空气弹簧30的内部且在内部空气容积42与软管32之间，但应当理解的是，如果期望这些位置可改变。例如，装置40可在空气弹簧30的外部、在轴24的内部、在空气弹簧与轴之间的界面处、在软管32的相对端等。因此，本申请的范围不限于装置40关于悬挂系统16的其他部件的任何特殊构造或布置。
在一个示例中，装置40能可变地限制内部空气容积42与储存器38之间的空气流动，从而有利地影响悬挂系统16的阻尼特性。例如，如将在下面更充分地描述的，装置40可维持到内部空气容积42与储存器38之间在任一流向上的阈值压力差。
现在另外参照图5，图5代表性地示出悬挂系统16的另一示例。在该示例中，装置40基本上被直接在空气弹簧的内部空气容积42与储存器38之间大体上连接，而不使用软管32。
软管32可影响悬挂系统16的阻尼特性。对于特殊的悬挂系统，可选择特殊的软管构造(例如，直径、长度)，以获得期望的阻尼或至少最大化阻尼。图5的示例没有使用软管32，因此该示例中的阻尼特性将基本上取决于装置40的结构以及储存器38的容积与空气弹簧30的内部空气容积42之间的关系。
现在另外参照图6，图6代表性地示出了流量控制装置40的示例的放大剖视图。装置40可在上述悬挂系统16中使用，或其可在其他悬挂系统中使用。
在图6的示例中，从空气弹簧的内部空气容积42向储存器38施加压力差。例如，在悬挂系统16的弹性变形期间，当压力差达到预定的阈值水平时，预先阻塞经过开口46的流动的弹性板44将偏斜，从而允许空气48从空气弹簧的内部空气容积42经由开口46流到储存器38。
装置40的板44、开口46和/或其他部件可被构造成，使得随着空气48流过装置，维持预定的压力差。因此，空气48的速率可改变，板44可按不同的空气速率而不同程度地偏斜，但是从容积42到储存器38的压力差可基本上保持不变。然而，至少需要压力差的阈值水平以打开装置40。
当然，可使用装置40的其他构造，这符合本申请范围。例如，当空气48流过装置时，穿过装置40的压力差不必保持基本上不改变，不必使用板44(诸如插塞、球等的其他闭合件可作为替代被使用)等。因此，本申请的范围不限于如图中所描绘和本文所描述的装置40的结构与操作。
现在另外参照图7，图7代表性示出了装置40的另一构造。需要注意的是，与图6相比，图7中描绘的剖视图绕装置40的纵轴线旋转了45°，使得装置中的开口52可见(然而，图6中描绘的开口46在图7中不可见)。
在图7的构造中，响应于从储存器向空气弹簧的内部空气容积被穿过装置40所施加的压力差的预定阈值水平，空气48从储存器38流到空气弹簧的内部空气容积42中。由于压力差，弹性板50偏斜，从而允许流过开口52。
与图6构造相似，装置40的板50、开口52和/或其他部件可被构造使得随着空气48流过图7的构造中的装置，维持预定的压力差。因此，空气48的速率可改变，板50可在不同的空气速率下不同程度地偏斜，但是从储存器38到容积42的压力差可基本上保持不变。然而，至少需要一定阈值水平的压力差来打开装置40。
在图7的构造中允许从储存器38流到容积42的阈值压力差可与图6的构造中允许从容积42流到储存器38的阈值压力差相同或基本上相同，或阈值压力差可不同。例如，当空气弹簧30被压缩时以及当空气弹簧延伸时，可能期望具有不同阻尼特性。
现在另外参照图8A-图8F，其中示出了模型悬挂系统16的代表性的曲线图。图8A-图8F描绘了对于各种轴负载(分别为30000lb.、25000lb.、20000.lb、13000.lb、10000.lb和8000.lb轴负载)，阻尼比(以百分比表示)与储存器38的容积和空气弹簧的内部空气容积42之间的曲线图。
仔细考虑图8A-图8F的曲线图将发现，当储存器38的容积与空气弹簧30的容积之比在约1:2.5到约1:6的范围内时，将获得最大阻尼比。例如，在图8A中，对于轴24的30000lb.负载，如果空气弹簧30的容积是600in3，那么当储存器38的容积为约150in3(1:4的比率)时，获得最大的阻尼。同样，在图8F中，对于轴24的8000lb.负载，如果空气弹簧30的容积是750in3，那么当储存器38的容积为约200in3(1:3.75的比率)时，获得最大阻尼。
发明人已发现当储存器38的容积与空气弹簧的内部空气容积42的比大于约1:2.5时，获得最大阻尼。优选地，比值在约1:2.5与约1:6之间。更优选地，比值在约1:3与约1:5之间。
需要注意的是，空气弹簧的内部空气容积42在悬挂系统弹性变形期间(例如，随着空气弹簧30压缩或伸长)可改变。因此，上述用于计算储存器对空气弹簧容积的比的空气弹簧的内部空气容积42是空气弹簧30的内部空气容积在运行高度的稳定状态(轴24相对于框架18基本上不位移)。
现在可充分认识到，上述申请为使用空气弹簧的阻尼车辆悬挂系统领域提供了重大改进。储存器38可被便利地设置在轴24中，且储存器的容积与空气弹簧的容积的比可被调整以获得所需的阻尼，或至少最大化悬挂系统16的阻尼。
在一个示例中，悬挂系统16设置到本领域，该悬挂系统包括：至少一个空气弹簧30；至少一个空气储存器38，在空气弹簧30之外；以及至少一个流量控制装置40，可变地限制在空气弹簧30与空气储存器38之间空气48的流动。
空气弹簧30可具有至少2-1/2倍的空气储存器38的容积的内部空气容积42。空气储存器38的容积与空气弹簧30的内部空气容积42的比可在大约1:2.5到大约1:6的范围内。
空气储存器38可在悬挂系统16的轴24之内。悬挂系统16可包括在轴24之内的多个空气储存器38，且轴中的空气储存器被彼此隔开。
隔断36可在轴24中分开空气储存器38。隔断36可响应轴的加热(例如，当焊接轴的底板34时)而符合轴24的内表面。
当穿过装置40的压力差达到预定水平时，流量控制装置40可允许从空气弹簧30流到空气储存器38。当穿过装置40的压力差达到预定水平时，流量控制装置40可允许从空气储存器38流到空气弹簧30。
当穿过装置40的压力差达到第一预定水平时，流量控制装置40可允许从空气弹簧30流到空气储存器38；当穿过装置40的压力差达到第二预定水平时，流量控制装置40可允许从空气储存器38流到空气弹簧30。
流量控制装置40可响应空气弹簧30与空气储存器38之间的预定的压力差水平而打开。
上文描述的悬挂系统16可包括：至少一个空气弹簧30；以及至少一个空气储存器38，在空气弹簧30之外，响应于悬挂系统16的弹性变形，允许空气弹簧30与空气储存器38之间的流动。空气弹簧30具有至少2-1/2倍的空气储存器38的容积的内部空气容积42。
上文描述的悬挂系统16可包括：至少一个空气弹簧30；至少一个空气储存器38，在空气弹簧30之外；以及至少一个流量控制装置40，连接在空气弹簧30与空气储存器38之间。流量控制装置40响应于穿过流量控制装置40的至少一个预定压力差水平而允许空气弹簧30与空气储存器38之间的流动。
上文描述的悬挂系统16可包括：多个空气弹簧30；多个空气储存器38，每个储存器38连接到相应的一个空气弹簧30；以及轴24。空气储存器38在轴24的内部且在轴24中被彼此隔开。
虽然以上描述了各种示例，每个示例具有某些特征，但应理解的是，一个示例的特定特征未必专门用于该示例。反而，除那些示例的其它特征之外，或者作为那些示例的其它特征的替代，以上描述的和/或附图中描绘的任何一个特征均能够与任何一个示例合。一个示例的特征对于另一示例的特征不是相互排斥的。反而，本发明的范围涵盖这些特征的任意组合。
虽然上文描述的每个示例包括特征的某些组合，但应理解的是，未必使用一个示例的所有特征。反而，能够使用上文描述的任何特征，无需使用任何其他一个或多个特定特征。
应理解的是，在不背离本发明的原理的情况下，在此描述的多个实施例可沿多个取向(诸如倾斜的、反向的、水平的、竖向的等等)以及在多种构造中被利用。实施例仅作为本发明的原理的有效应用的示例而被描述，本发明不限于这些实施例的任何具体的细节。
在本说明书中，术语“包括”、“包括有”、“包含”、“包含有”和相似术语以非限制性意义使用。例如，如果一个系统、方法、装置、设备等被描述为“包括有”某一特征或元件，所述系统、方法、装置、设备等可以包括那个特征或元件，并且还可以包括其它特征或元件。同样地，术语“包含”被认为是指“包含，但不限于”。
当然，当仔细地考虑以上本发明的代表性的实施例的描述时，本领域技术人员将容易地想到可对具体的实施例进行很多改型、添加、替代、删除以及其它变化，并且这些变化符合本发明的原理的预期。例如，公开的被分开成形的结构在其他示例中可被整体成形，反之亦然。因此，前述的详细描述被清楚地理解为仅作为说明和示例给出，本发明的精神和范围仅由所附权利要求书以及它们的等效方案限定。

Claims (32)

1.一种悬挂系统，包括：
至少一个空气弹簧；
至少一个空气储存器，在所述空气弹簧的外部，其中，所述空气弹簧的内部空气容积等于或大于所述空气储存器的容积的2-1/2倍；以及
至少一个流量控制装置，可变地限制所述空气弹簧与所述空气储存器之间的空气流动，其中所述空气弹簧与所述空气储存器之间的压力差作用于所述流量控制装置的至少一个闭合件，由此使得所述流量控制装置打开，以及其中所述闭合件包括至少一个弹性板。
2.根据权利要求1所述的悬挂系统，其中，所述空气储存器的容积与所述空气弹簧的内部空气容积的比在1:2.5到1:6的范围内。
3.根据权利要求1所述的悬挂系统，其中，所述空气储存器在所述悬挂系统的轴的内部。
4.根据权利要求1所述的悬挂系统，包括多个空气储存器，其中，所述空气储存器在所述悬挂系统的轴的内部，且其中，所述空气储存器在所述轴中被彼此隔开。
5.根据权利要求4所述的悬挂系统，还包括隔断，所述隔断在所述轴中隔开所述空气储存器，以及其中所述隔断响应所述轴的加热，顺应所述轴的内表面。
6.根据权利要求1所述的悬挂系统，其中，当在所述装置两端的压力差达到预定水平时，所述流量控制装置允许从所述空气弹簧到所述空气储存器的流动。
7.根据权利要求1所述的悬挂系统，其中，当在所述装置两端的压力差达到预定水平时，所述流量控制装置允许从所述空气储存器到所述空气弹簧的流动。
8.根据权利要求1所述的悬挂系统，其中，当在所述装置两端的压力差达到第一预定水平时，所述流量控制装置允许从所述空气弹簧到所述空气储存器的流动；以及其中，当在所述装置两端的压力差达到第二预定水平时，所述流量控制装置允许从所述空气储存器到所述空气弹簧的流动。
9.根据权利要求1所述的悬挂系统，其中，所述流量控制装置响应所述空气弹簧与所述空气储存器之间的预定的压力差水平而打开。
10.一种悬挂系统，包括：
至少一个空气弹簧；以及
至少一个空气储存器，在所述空气弹簧的外部，响应所述悬挂系统的弹性变形，允许所述空气弹簧与所述空气储存器之间的流动，以及
其中，所述空气弹簧的内部空气容积等于或大于所述空气储存器的容积的2-1/2倍；以及
至少一个流量控制装置，可变地限制所述空气弹簧与所述空气储存器之间的流动，所述流量控制装置包括至少一个弹性板，其中所述流量控制装置响应所述空气弹簧与所述空气储存器之间的预定的压力差水平而打开。
11.根据权利要求10所述的悬挂系统，其中，所述空气储存器的容积与所述空气弹簧的内部空气容积的比在1:2.5到1:6的范围内。
12.根据权利要求10所述的悬挂系统，其中，所述空气储存器在所述悬挂系统的轴的内部。
13.根据权利要求10所述的悬挂系统，包括多个空气储存器，其中，所述空气储存器在所述悬挂系统的轴的内部，且其中，所述空气储存器在所述轴中被彼此隔开。
14.根据权利要求13所述的悬挂系统，还包括隔断，所述隔断在所述轴中隔开所述空气储存器，其中所述隔断响应所述轴的加热，顺应所述轴的内表面。
15.根据权利要求10所述的悬挂系统，其中，当在所述装置两端的压力差达到预定水平时，所述流量控制装置允许从所述空气弹簧到所述空气储存器的流动。
16.根据权利要求10所述的悬挂系统，其中，当在所述装置两端的压力差达到预定水平时，所述流量控制装置允许从所述空气储存器到所述空气弹簧的流动。
17.根据权利要求10所述的悬挂系统，其中，当在所述装置两端的压力差达到第一预定水平时，所述流量控制装置允许从所述空气弹簧到所述空气储存器的流动；以及其中，当穿过所述装置的压力差达到第二预定水平时，所述流量控制装置允许从所述空气储存器到所述空气弹簧的流动。
18.一种悬挂系统，包括：
至少一个空气弹簧；
至少一个空气储存器，在所述空气弹簧的外部，其中，所述空气弹簧的内部空气容积等于或大于所述空气储存器的容积的2-1/2倍；以及
至少一个流量控制装置，连接在所述空气弹簧与所述空气储存器之间，所述流量控制装置包括至少一个弹性板，其中，所述流量控制装置响应穿过所述流量控制装置的至少一个预定压力差水平，允许所述空气弹簧与所述空气储存器之间的流动。
19.根据权利要求18所述的悬挂系统，其中，当在所述装置两端的压力差达到预定水平时，所述流量控制装置允许从所述空气弹簧到所述空气储存器的流动。
20.根据权利要求18所述的悬挂系统，其中，当在所述装置两端的压力差达到预定水平时，所述流量控制装置允许从所述空气储存器到所述空气弹簧的流动。
21.根据权利要求18所述的悬挂系统，其中，当在所述装置两端的压力差达到第一预定水平时，所述流量控制装置允许从所述空气弹簧到所述空气储存器的流动；以及其中，当在所述装置两端的压力差达到第二预定水平时，所述流量控制装置允许从所述空气储存器到所述空气弹簧的流动。
22.根据权利要求18所述的悬挂系统，其中，所述空气储存器的容积与所述空气弹簧的内部空气容积的比在1:2.5到1:6的范围内。
23.根据权利要求18所述的悬挂系统，其中，所述空气储存器在所述悬挂系统的轴的内部。
24.根据权利要求18所述的悬挂系统，包括多个空气储存器，其中，所述空气储存器在所述悬挂系统的轴的内部，且其中，所述空气储存器在所述轴中被彼此隔开。
25.根据权利要求24所述的悬挂系统，还包括隔断，所述隔断在所述轴中隔开所述空气储存器，以及其中所述隔断响应所述轴的加热，顺应所述轴的内表面。
26.一种悬挂系统，包括：
多个空气弹簧；
多个空气储存器，每个所述储存器被连接到相应的一个所述空气弹簧，其中，所述空气弹簧的内部空气容积等于或大于所述空气储存器的容积的2-1/2倍；以及
轴，所述空气储存器在所述轴的内部且在所述轴中被彼此隔开；以及
多个流量控制装置，各所述流量控制装置可变地限制各个所述空气储存器与相应的所述空气弹簧之间的空气流动，其中相应的所述空气储存器与相应的所述空气弹簧之间的压力差作用于相应的一个所述流量控制装置的至少一个闭合件，由此使得相应的所述流量控制装置打开，以及其中所述闭合件包括至少一个弹性板。
27.根据权利要求26所述的悬挂系统，还包括隔断，所述隔断在所述轴中隔开所述空气储存器，其中所述隔断响应所述轴的加热，顺应所述轴的内表面。
28.根据权利要求26所述的悬挂系统，其中，每个空气储存器的容积与相应的空气弹簧的内部空气容积的比在1:2.5到1:6的范围内。
29.根据权利要求26所述的悬挂系统，其中，当在所述装置两端的压力差达到预定水平时，每个流量控制装置允许从相应的空气弹簧到相应的空气储存器的流动。
30.根据权利要求26所述的悬挂系统，其中，当在所述装置两端的压力差达到预定水平时，每个流量控制装置允许从相应的空气储存器到相应的空气弹簧的流动。
31.根据权利要求26所述的悬挂系统，其中，当在所述装置两端的压力差达到第一预定水平时，每个流量控制装置允许从相应的空气弹簧到相应的空气储存器的流动；以及其中，当在所述装置两端的压力差达到第二预定水平时，每个流量控制装置允许从相应的空气储存器到相应的空气弹簧的流动。
32.根据权利要求26所述的悬挂系统，其中，每个流量控制装置响应相应的空气弹簧与相应的空气储存器之间的预定的压力差水平而打开。
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