CN106114119B - 一种动态车身高度调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种涉及车辆悬架的动态车身高度调节系统及方法，包含压缩缸、高度调节装置、顶杆、高度传感器、放气电磁阀和控制器，当车身高度需要升高时，控制器发出正转电信号至高度调节装置，高度调节装置与顶杆之间的上下距离变小直至高度调节装置下端面碰触到顶杆上端面，使高度调节装置连同大活塞一起向上运动，压缩空气进入空气弹簧，为空气弹簧补气，车身高度升高；当车身高度需要降低时，控制器输出反转信号至高度调节装置，高度调节装置与顶杆之间的上下距离变大，同时控制放气电磁阀对空气弹簧进行放气操作，车身高度降低；在车辆行驶过程中主动地控制充放气，保证车辆舒适性与操稳性，节约能量，无需附加空气压缩机和储气罐。

Description

一种动态车身高度调节系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆悬架中的空气弹簧领域，具体是一种能够对车辆车身高度进行调节的系统。

背景技术

空气弹簧由于减振特性优良、高度方便可调，被广泛的应用于汽车悬架上。通过调节空气弹簧高度即实现车身高度的调节。车身高度调节分为静态车身高度调节和动态车身高度调节，其中静态指在车辆停车时进行车身高度调节，动态是指在车辆行驶过程中进行车身高度调节。但无论动态调节还是静态调节，现有的空气弹簧高度调节都需要通过控制器控制气体压缩机将空气压缩进储气罐，同时控制充放气电磁阀对空气弹簧进行充放气操作，因此经常需要启动压缩机将空气压缩至储气罐，空气压缩机能耗较大，同时压缩机、储气罐等占用较大空间。

发明内容

本发明针对现有车辆车身高度调节技术的不足，提供了一种动态车身高度调节系统及其方法，无需压缩机和储气罐，利用车辆悬架振动能量，在车辆行驶过程中控制空气弹簧高度，动态调节车身高度，保证车辆舒适性与操稳性。

本发明一种动态车身高度调节系统采用的技术方案是：包含压缩缸、高度调节装置、顶杆、高度传感器、放气电磁阀和控制器，压缩缸的缸体上端固定连接车辆簧上质量，压缩缸的缸体是倒T型的空腔结构，下段的内径大于上段的内径，压缩缸下段的内腔下端密封连接能够沿压缩缸下段内壁上下移动的大活塞，压缩缸上段的内腔中密封连接能够沿压缩缸上段内壁上下移动的小活塞，大活塞和小活塞之间形成的下方油腔中充满液压油，小活塞和压缩缸顶端之间形成的上方气室中设有回位弹簧，外部空气通过进气单向阀进入所述上方气室，所述上方气室通过出气单向阀连接空气弹簧；大活塞的下端连接高度调节装置，高度调节装置的正下方设有固定连接在车辆簧下质量上的顶杆；空气弹簧的出气口经放气电磁阀连通外部空气，高度传感器上端固定连接簧上质量上、下端固定连接簧下质量；放气电磁阀、高度传感器和高度调节装置分别连接控制器，控制器调节高度调节装置与顶杆之间的上下距离。

所述高度调节装置由内外同轴嵌套的外转子电机、内调节环和外调节环组成，最外部的外调节环底部是敞口，顶部是封口，其顶部固定连接大活塞顶端；外调节环内部是内调节环，内调节环通过外壁设有的两条沿轴线方向的凸台和外调节环内壁上的凹槽间隙配合；内调节环E2的顶部是敞口，底部是封口，在内调节环内部是外转子电机，外转子电机的定子上端与外调节环顶部固定连接，外转子电机的转子外壁与内调节环内壁之间通过螺纹连接。

本发明一种动态车身高度调节系统的调节方法采用的技术方案是包含以下步骤：

（1）当车身高度需要升高时，控制器发出正转电信号至高度调节装置，高度调节装置与顶杆之间的上下距离变小直至高度调节装置下端面碰触到顶杆上端面，使高度调节装置连同大活塞一起向上运动；当上方气室的压缩空气压力超过外界空气的压力时，进气单向阀关闭，当上方气室的压缩空气压力超过空气弹簧内气体的压力时，出气单向阀被压缩空气顶开，压缩空气进入空气弹簧，为空气弹簧补气，车身高度升高，

（2）当车身高度需要降低时，控制器输出反转信号至高度调节装置，高度调节装置与顶杆之间的上下距离变大，同时控制放气电磁阀对空气弹簧进行放气操作，车身高度降低。

本发明相对现在技术具有的优点是：

1、本发明利用车辆悬架振动能量，在车辆行驶过程中，通过控制器控制对空气弹簧补气的快慢程度，将空气压缩至空气弹簧中，同时通过控制放气电磁阀对空气弹簧进行放气操作，能够主动地控制充放气，从而控制空气弹簧高度，保证车辆舒适性与操稳性，节约能量，无需附加空气压缩机和储气罐，可以取代传统的由压缩机、储气罐组成的车身高度调节装置。

2、本发明能够连续计算目标车身高度并利用悬架震动的能量为空气弹簧充气，当悬架震动幅度较小时，控制器可以控制放气电磁阀打开，给空气弹簧放气，降低车身高度，提高车辆的操稳性；当悬架震动幅度较大时，控制器控制高度调节装置中的外转子电机旋转，使内调整环沿轴向向外运动，使高度调节装置整体高度变大，更容易被触发补气，从而往空气弹簧内更多的补气，提高车身高度避免悬架撞击限位块，从而提高车辆通过性与舒适性。

附图说明

图1为本发明一种动态车身高度调节系统的结构示意图；

图2为图1中调节装置E放大的主视剖面图；

图3为图2中的俯视剖面图；

图4为图1所示系统在升高车身高度时的过程图；

图中：A.进气单向阀；B.出气单向阀；C.放气电磁阀；CO控制器；D0.压缩缸；D1.大活塞；D3.液压油；D2.小活塞；D4.回位弹簧；E.高度调节装置；E1.外转子电机；E2.内调节环；E3.外调节环；F.顶杆；G.高度传感器；H1.簧上质量；H2.簧下质量；KT.空气弹簧；ZN.阻尼器。

具体实施方式

如图1所示，车辆悬架中的空气弹簧KT与阻尼器ZN并联，共同安装在车辆的簧下质量H2与簧上质量H1中间。本发明一种动态车身高度调节系统包含压缩缸D0、高度调节装置E、顶杆F、高度传感器G、放气电磁阀C和控制器CO。其中，压缩缸D0的缸体上端固定连接于车辆簧上质量H1，压缩缸D0的下端连接高度调节装置E，高度调节装置E的正下方设有顶杆F，并且顶杆F固定连接在车辆簧下质量H2上，顶杆F和高度调节装置E之间具有一定的间隙。

压缩缸D0的缸体是倒T型的空腔结构，下段的内径大于上段的内径。在压缩缸D0的缸体内腔中由下至上依次设有大活塞D1、液压油D3、小活塞D2和回位弹簧D4。压缩缸D0下段的内腔下端是大活塞D1，大活塞D1与压缩缸D0下段之间密封连接，大活塞D1既是压缩缸D0的底盖，又能够沿压缩缸D0下段的内壁上下移动。

高度调节装置E的上端固定连接大活塞D1，并且大活塞D1的外径小于大活塞D1的外径。

顶杆F位于高度调节装置E的正下方，顶杆F的外径小于大活塞D1的外径。在空气弹簧KT正常工作不需要充气时，顶杆F的上端面与高度调节装置E的下端面不接触，顶杆F与高度调节装置E之间具有一定的间隙。

压缩缸D0上段的内腔中设有小活塞D2，小活塞D2与压缩缸D0上段内壁之间密封连接，小活塞D2能够沿压缩缸D0上段的内壁上下移动。在大活塞D1和小活塞D2之间形成一个密封的下方油腔，在这个下方油腔中充满液压油D3。

小活塞D2和压缩缸D0顶端之间形成一个密封的上方气室，小活塞D2的上端固定连接回位弹簧D4的下端，回位弹簧D4的上端固定连接于簧上质量H1。在上方气室的侧壁上开有一个进气口和一个出气口，进气口连接进气单向阀A，外部空气K可通过进气单向阀A进入上方气室，出气口通过出气单向阀B连接空气弹簧KT，上方气室中的气体可通过出气单向阀B进入空气弹簧KT中。

压缩缸D0、高度调节装置E以及顶杆F三者的中心轴共线，也与大活塞D1、小活塞D2和回位弹簧D4的中心轴共线。

空气弹簧KT的出气口经放气电磁阀C连通外部空气K，放气电磁阀C经信号线连接控制器CO，放气电磁阀C可以接收控制器CO的电信号并由控制器CO控制其开闭，放气电磁阀C在通电时电磁阀打开，断电后电磁阀关闭。

高度传感器G与空气弹簧KT和阻尼器ZN并联连接，即高度传感器G上端固定在簧上质量H1上，下端固定在簧下质量H2上。高度传感器G经信号线连接控制器CO，可以将将簧上质量H1相对于簧下质量H2上下两端的高度差转化为电信号并输入控制器CO中。

控制器CO固定在簧上质量H1上，分别经信号线连接高度传感器G、放气电磁阀C，经控制线连接高度调节装置E，控制高度调节装置E工作，以改变调节装置E自身的整体高度，从而调节高度调节装置E与顶杆F之间的上下距离。

如图2和图3所示，高度调节装置E由外转子电机E1、内调节环E2和外调节环E3组成，外转子电机E1、内调节环E2和外调节环E3由内向外同轴嵌套，最外部是外调节环E3，外调节环E3的底部是敞口，顶部是封口，顶部固定连接大活塞D1顶端。外调节环E3内壁上设有两条沿轴线方向的凹槽。外调节环E3内部同轴安装内调节环E2，内调节环E2外壁设有两条沿轴线方向的凸台，通过凸台卡在外调节环E3内壁上的凹槽内，凸台与凹槽间隙配合，凸台可沿凹槽上下滑动，使内调节环E2和外调节环E3上下活动连接，内调节环E2可沿外调节环E3上下移动。内调节环E2的顶部是敞口，底部是封口。在内调节环E2内部同轴安装外转子电机E1，外转子电机E1的定子上端与外调节环E3顶部固定在一起，外转子电机E1的转子外壁与内调节环E2内壁之间通过螺纹方式连接，外转子电机E1旋转时通过螺纹方式带动内调节环E2沿外调节环E3上下移动。当外转子电机E1接收正转电信号后即开始顺时针旋转，此时内调节环E2则沿轴向向下运动；当外转子电机E1接收反转电信号后即开始逆时针旋转，此时内调节环E2则沿轴向向上运动，据此实现高度调节装置E整体高度可调。

在车辆驻车时，控制器CO即开始读取高度传感器G的电信号，获取车身静态高度，并将其设置为动态车身高度的零点。在车辆行驶过程中，控制器CO以1024次每秒的采样率读取高度传感器G的电信号，并计算5秒钟内所有采样数据的方差值a。由于在路面激励下，车辆悬架的震动响应为正态分布，则根据计算的方差值a即可以得出车身高度与车辆悬架撞击限位块概率的关系，并据此计算满足撞击限位概率小于0.3%条件的最低车身高度b。

将最低车身高度b加上5毫米保留高度得到目标车身高度c，并将目标车身高度c与当前控制器CO读取到的高度传感器G的信号对比，若目标车身高度c比当前读取到的车身高度加1毫米还要高，则判断为车身高度需要升高，若目标车身高度c比当前读取到的车身高度减1毫米还要低，则判断为车身高度需要降低，若目标车身高度c在当前读取的车身高度加减1毫米范围内，则判断为车身高度无需调整。

当判断为车身高度需要升高时，如图4所示的系统升高车身高度过程，控制器CO发出正转电信号至高度调节装置E，高度调节装置E中的外转子电机E1即开始顺时针转动，内调节环E2即开始沿轴向向下运动，高度调节装置E的整体高度增大，高度调节装置E与顶杆F之间的上下距离变小，使高度调节装置E下端面在悬架尚未压缩至极限时即可以碰触到顶杆F上端面。此时当悬架被继续压缩时，顶杆F上端面能够顶住高度调节装置E中的内调节环E2的下端面，同时推动高度调节装置E，使得高度调节装置E连同大活塞D1一起进入压缩缸D0内部，并沿着压缩缸D0内壁一起向上运动。此时压力通过大活塞D1传递给液压油D3，液压油D3推动小活塞D2，小活塞D2压缩小活塞D2上方的回位弹簧D4和空气。当压缩空气压力超过外界空气K的压力时，进气单向阀A关闭，当压缩的空气压力超过空气弹簧KT内气体的压力时，出气单向阀B被压缩空气顶开，压缩空气进入空气弹簧KT，为空气弹簧KT补入一定的气体。当车身高度升高到最高位置，即车辆悬架被压缩到最高位置后，簧下质量H2即开始相对于簧上质量H1向下运动，空气弹簧KT开始被拉伸，顶杆F也开始相对于高度调节装置E向下运动，此时在回位弹簧D4的作用下，小活塞D2被向下推动，压力通过小活塞D2传递给液压油D3，并推动大活塞D1及高度调节装置E向下运动，在小活塞D2逐渐往下运动的过程中，上方气室内的压力逐渐降低，当上方气室内的气压低于空气弹簧KT气压时，出气单向阀B关闭，当上方气室内的气压低于外界空气K的压力时，进气单向阀A被外界空气K顶开，外界空气K进入。最终小活塞D2、大活塞D1和高度调节装置E均恢复到初始位置。

当判断为车身高度需要降低时，控制器CO输出反转信号至高度调节装置E，高度调节装置E中的外转子电机E1即开始逆时针转动，内调节环E2即开始沿轴向向上运动，使得高度调节装置E整体高度最小，高度调节装置E与顶杆F之间的上下距离变大。同时输出控制信号至放气电磁阀C，控制放气电磁阀C对空气弹簧KT进行放气操作。

当判断为车身高度无需调整时，控制器CO输出反转信号至高度调节装置E，控制其整体高度为最小。

在车辆行驶过程中，本发明系统动态车身高度调节系统不断地计算目标车身高度并与当前车身高度做一系列比较，通过控制高度调节装置E和放气电磁阀C来为空气弹簧KT进行补气或放气操作，从而调节车身高度至目标车身高度，利用悬架震动能量，主动干涉车身高度。

Claims (8)

1.一种动态车身高度调节系统，其特征是：包含压缩缸（D0）、高度调节装置（E）、顶杆（F）、高度传感器（G）、放气电磁阀（C）和控制器（CO），压缩缸（D0）的缸体上端固定连接车辆簧上质量（H1），压缩缸（D0）的缸体是倒T型的空腔结构，下段的内径大于上段的内径，压缩缸（D0）下段的内腔下端密封连接能够沿压缩缸（D0）下段内壁上下移动的大活塞（D1），压缩缸（D0）上段的内腔中密封连接能够沿压缩缸（D0）上段内壁上下移动的小活塞（D2），大活塞（D1）和小活塞（D2）之间形成的下方油腔中充满液压油（D3），小活塞（D2）和压缩缸（D0）顶端之间形成的上方气室中设有回位弹簧（D4），外部空气通过进气单向阀（A）进入所述上方气室，所述上方气室通过出气单向阀（B）连接空气弹簧；大活塞（D1）的下端连接高度调节装置（E），高度调节装置（E）的正下方设有固定连接在车辆簧下质量（H2）上的顶杆（F）；空气弹簧（KT）的出气口经放气电磁阀（C）连通外部空气，高度传感器（G）上端固定连接簧上质量（H1）、下端固定连接簧下质量（H2）；放气电磁阀（C）、高度传感器（G）和高度调节装置（E）分别连接控制器（CO），控制器（CO）调节高度调节装置（E）与顶杆（F）之间的上下距离。

2.根据权利要求1所述一种动态车身高度调节系统，其特征是：所述高度调节装置（E）由内外同轴嵌套的外转子电机（E1）、内调节环（E2）和外调节环（E3）组成，最外部的外调节环（E3）底部是敞口，顶部是封口，其顶部固定连接大活塞（D1）顶端；外调节环（E3）内部是内调节环（E2），内调节环（E2）通过外壁设有的两条沿轴线方向的凸台和外调节环（E3）内壁上的凹槽间隙配合；内调节环（E2）的顶部是敞口，底部是封口，在内调节环（E2）内部是外转子电机（E1），外转子电机（E1）的定子上端与外调节环（E3）顶部固定连接，外转子电机（E1）的转子外壁与内调节环（E2）内壁之间通过螺纹连接。

3.根据权利要求1所述一种动态车身高度调节系统，其特征是：高度调节装置（E）和顶杆（F）的外径均小于大活塞（D1）的外径。

4.根据权利要求1所述一种动态车身高度调节系统，其特征是：小活塞（D2）的上端固定连接回位弹簧（D4）的下端，回位弹簧（D4）的上端固定连接于簧上质量（H1）。

5.根据权利要求1所述一种动态车身高度调节系统，其特征是：顶杆（F）的中心轴与高度调节装置（E）、压缩缸（D0）、大活塞（D1）、小活塞（D2）和回位弹簧（D4）的中心轴共线。

6.一种如权利要求1所述动态车身高度调节系统的调节方法，其特征是包含以下步骤：

（1）当车身高度需要升高时，控制器（CO）发出正转电信号至高度调节装置（E），高度调节装置（E）与顶杆（F）之间的上下距离变小直至高度调节装置（E）下端面碰触到顶杆（F）上端面，使高度调节装置（E）连同大活塞（D1）一起向上运动；当上方气室的压缩空气压力超过外界空气的压力时，进气单向阀（A）关闭，当上方气室的压缩空气压力超过空气弹簧（KT）内气体的压力时，出气单向阀（B）被压缩空气顶开，压缩空气进入空气弹簧（KT），为空气弹簧（KT）补气，车身高度升高，

（2）当车身高度需要降低时，控制器（CO）输出反转信号至高度调节装置（E），高度调节装置（E）与顶杆（F）之间的上下距离变大，同时控制放气电磁阀（C）对空气弹簧（KT）进行放气操作，车身高度降低。

7.根据权利要求6所述的调节方法，其特征是：步骤（1）中，当车身高度升高到最高位置后，在回位弹簧（D4）的作用下，小活塞（D2）被向下推动，推动大活塞（D1）及高度调节装置（E）向下运动，上方气室内的压力逐渐降低，当上方气室内的气压低于空气弹簧（KT）气压时，出气单向阀（B）关闭，当上方气室内的气压低于外界空气的压力时，进气单向阀（A）被外界空气顶开，外界空气进入，小活塞（D2）、大活塞（D1）和高度调节装置（E）均恢复到初始位置。

8.根据权利要求6所述的调节方法，其特征是：在车辆驻车时，控制器（CO）通过读取高度传感器（G）的电信号获取车身静态高度，在车辆行驶过程中，控制器（CO）读取高度传感器（G）的电信号，并计算5秒钟内所有采样数据的方差值，根据方差值得出最低车身高度，将最低车身高度加上5毫米保留高度得到目标车身高度，并将目标车身高度与当前控制器（CO）读取到的高度传感器（G）的信号对比，若目标车身高度比当前读取到的车身高度加1毫米还要高，则判断为车身高度需要升高，若目标车身高度比当前读取到的车身高度减1毫米低，则判断为车身高度需要降低，若目标车身高度在当前读取的车身高度加减1毫米范围内，则判断为车身高度无需调整。