CN106218335B - 一种可变刚度纵向推力杆及安装该纵向推力杆的空气悬架和其方法 - Google Patents

一种可变刚度纵向推力杆及安装该纵向推力杆的空气悬架和其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可变刚度纵向推力杆及安装该纵向推力杆的空气悬架和其方法，包括前弹簧、后弹簧、工作腔、支撑杆、前活塞、后活塞、活塞杆和控制单元；控制单元包括可变刚度纵向推力杆、ECU、汽车加速度传感器、驱动电路模块和A/D转换器；ECU通过A/D转换器收集分析由加速度传感器采集的加速度信号，确定工况类别，然后发出信号经驱动电路模块控制电磁阀的开闭；空气悬架包括四连杆导向机构、减震器、空气弹簧、连接板和均衡梁；本发明通过电磁阀的开闭实现纵向推力杆的刚度调节，从而在急加速和急减速工况下，刚度值变大，改善汽车的稳定性；在其他行驶工况下，刚度较小以及阻尼作用，提高汽车行驶的平顺性；实现不同工况下汽车稳定性与平顺性的兼顾。

Description

一种可变刚度纵向推力杆及安装该纵向推力杆的空气悬架和 其方法
技术领域
本发明属于汽车空气悬架导向机构研究领域，具体涉及一种用于空气悬架导向机构的可变刚度纵向推力杆及安装该纵向推力杆的空气悬架和其方法。
背景技术
随着人们对汽车舒适性要求的日益提高，空气悬架应用越来越广泛，空气悬架具有刚度低且可调节，无论空载或满载，悬架固有频率基本保持不变，因此，相比采用传统悬架的车辆，采用空气悬架的汽车平顺性更好，乘坐舒适性更佳。
空气悬架由于采用了空气弹簧，因此可以实现刚度可调及更好的平顺性，但是由于空气弹簧只能承受垂直载荷，不能承受纵向力和横向力，因此导向机构的作用主要是承受和传递垂直力以外的力和力矩。
导向机构有多种形式，包括钢板弹簧、四连杆、A形架等，目前导向机构的优化主要是从导向机构的形式，布置等方面出发，而对纵向推力杆主要从材料、强度等方面进行优化设计，但是这些设计与优化并不能很好的解决汽车平顺性与稳定性之间的矛盾。在急减速与急加速工况下，汽车需要更好的稳定性并且保护空气弹簧不受纵向力，因此纵向推力杆可以通过传递纵向载荷来保护空气弹簧并提高抗“点头”或“仰头”性，但是在其他工况下，如匀速行驶下，空气弹簧所受纵向力很小，因此汽车平顺性成为主要问题，由于传统的纵向推力杆刚度不可变，因此路面不平引起的振动会通过纵向推力杆传递到车架和车身，从而造成汽车平顺性不佳。另外尽管传统设计中纵向推力杆两端会装有橡胶衬套起到有限的缓冲作用，但是随着冲击次数的增加，橡胶衬套容易疲劳失效甚至脱落，导致汽车平顺性下降。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种可变刚度纵向推力杆及安装该纵向推力杆的空气悬架和其方法，兼顾不同工况下对平顺性和稳定性的要求，本发明将纵向推力杆设计为刚度可调，同时还具有阻尼作用，用以衰减路面传递的振动，从而提高汽车平顺性。
本发明的技术方案是：一种可变刚度纵向推力杆，其特征在于，包括前弹簧、前活塞、前工作腔、电磁阀、后工作腔、后活塞、后弹簧、活塞杆、管道和控制单元；
所述前工作腔和后工作腔为同样大小的圆柱体，所述前工作腔和后工作腔之间通过管道连通，管道的直径比前工作腔和后工作腔小；
所述前弹簧和前活塞安装在前工作腔内，前弹簧的一端与前工作腔底部连接，另一端与前活塞的一侧连接；
所述后弹簧、活塞杆和后活塞安装在后工作腔内，所述后弹簧套在活塞杆上、且一端与后工作腔底部连接，另一端与后活塞的一侧连接；所述前活塞和后活塞之间的工作腔中注满油液；
所述电磁阀安装在管道中间；
所述控制单元包括依次连接的汽车加速度传感器、A/D转换器、ECU和驱动电路；所述驱动电路与电磁阀连接；所述汽车加速度传感器用于检测当前汽车加速度信号并通过A/D转换器传送到ECU，ECU将当前加速度绝对值与预设的门限值绝对值相比，并发出控制信号经驱动电路控制电磁阀的开闭。
上述方案中，还包括前吊环和支撑杆；所述前吊环底端与支撑杆一端焊接为一体，前吊环与车架或车桥采用螺栓连接，支撑杆另一端与前工作腔焊接固定。
上述方案中，还包括后吊环；
所述后吊环底端与活塞杆的一端焊接为一体，后吊环与车桥或车架采用螺栓连接。
一种安装有所述可变刚度纵向推力杆的空气悬架，包括四连杆导向机构、减震器、空气弹簧、连接板和均衡梁；
所述四连杆导向机构包括两根纵向推力杆和V形杆；
所述连接板下端与纵向推力杆的一端连接，上端安装在车架上，所述V形杆安装于主减速器与车架之间、且夹角端固定在主减速器的外壳上、另外两端分别固定在车架上；
所述均衡梁安装在车桥上，空气弹簧与减震器安装在均衡梁与车架之间。
一种根据所述空气悬架的控制方法，包括以下控制步骤：
在急加速或急减速过程中，加速度传感器将汽车此时的加速度信号a1通过A/D转换器传输到ECU，ECU根据预设的门限值判断出当前加速度绝对值大于门限值a0的绝对值即|a1|>|a0|，随后ECU发出控制信号经驱动电路模块控制电磁阀关闭，导致前后工作腔之间的通道封闭，其中的油液无法流动，纵向推力杆整体作为一个刚性杆，且整体刚度变大。
一种根据所述空气悬架的控制方法，还包括以下控制步骤：
在其他行驶工况下，加速度传感器将汽车此时的加速度信号a1通过A/D转换器传输到ECU，ECU根据预设的门限值判断出当前加速度绝对值不大于门限值a0的绝对值即|a1|≤|a0|，随后ECU发出控制信号经驱动电路模块控制电磁阀打开，导致前工作腔和后工作腔连通，由于路面状况等因素导致车架与车桥之间的高频振动，使得前活塞和后活塞在工作腔中做往复运动，使得推力杆整体刚度降低，且油液在通过细长管道过程中产生阻尼力。车架与车桥之间的纵向振动通过纵向推力杆传递至车架，由于刚度较低以及具有阻尼，因此车桥传递到车架的冲击减小。
本发明的有益效果是：
1.急加速或急减速工况下，汽车稳定性为首要问题，因此纵向推力杆刚度值变大，可以更好地承担纵向力及大部分载荷转移，从而使得纵向推力杆可以保护空气弹簧免受纵向力，提高汽车抗“点头”和“仰头”性能，改善稳定性。
2.其他工况下，汽车平顺性为首要问题，因此纵向推力杆刚度值变低，通过车桥传递到车架的冲击减小，另外通过活塞的往复运动可以缓冲车桥与车架之间的振动，同时油液的阻尼特性可以衰减振动能量，实现汽车乘坐舒适性与平顺性的提高。
3.本发明使得纵向推力杆可以兼顾不同工况下汽车对稳定性与平顺性的侧重，解决传统纵向推力杆刚度不可调，只注重保护空气弹簧免受纵向力和汽车稳定性，却损害一般工况下汽车的平顺性和舒适性的问题。
4.本发明所述安装该纵向推力杆的空气悬架包括纵向推力杆与V形杆形成的四连杆导向机构，本发明所述纵向推力杆主要承受纵向力并且可以根据不同工况进行刚度调节，V形杆主要承受横向力以及一部分纵向力，通过本发明纵向推力杆的刚度可调和阻尼作用，进一步改善四连杆导向机构的特性，使得四连杆导向机构既可以在急加速和急减速工况下保护空气弹簧，提高汽车稳定性，又可以在其他工况下降低刚度，改善汽车平顺性。
附图说明
图1为本发明一实施方式的纵向推力杆结构示意图；
图2为本发明一实施方式的急加速或急减速工况下纵向推力杆工作状态示意图；
图3为本发明一实施方式的其他工况下纵向推力杆工作状态示意图；
图4为本发明一实施方式的采用本发明的空气悬架左视图；
图5为本发明一实施方式的采用本发明的空气悬架俯视图；
图6为本发明一实施方式的采用本发明的空气悬架控制原理图。
图中，1、前吊环；2、支撑杆；3、前弹簧；4、前活塞；5、前工作腔；6、电磁阀；7、后工作腔；8、后活塞；9、后弹簧；10、活塞杆；11、后吊环；12、管道；13、减震器；14、V形杆；15、车架；16、空气弹簧；17、均衡梁；18、车桥；19、车轮；20、纵向推力杆；21、连接板；22、主减速器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1、图2和图3所示为本发明所述可变刚度纵向推力杆的一种实施方式，所述可变刚度纵向推力杆，所述可变刚度纵向推力杆，包括前吊环1、支撑杆2、前弹簧3、前活塞4、前工作腔5、电磁阀6、后工作腔7、后活塞8、后弹簧9、活塞杆10、后吊环11、管道12和控制单元。
所述前工作腔5和后工作腔7为同样大小的圆柱体，所述前工作腔5和后工作腔7之间通过管道12连通，管道12的直径比前工作腔5和后工作腔7小；
所述前弹簧3和前活塞4安装在前工作腔5内，前弹簧3的一端与前工作腔5底部连接，另一端与前活塞4的一侧连接。
所述后弹簧9、活塞杆10和后活塞8安装在后工作腔7内，所述后弹簧9套在活塞杆10上、且一端与后工作腔7底部连接，另一端与后活塞8的一侧连接；所述前活塞4和后活塞8之间的工作腔中注满油液。
所述电磁阀6安装在管道12中间。
所述前吊环1底端与支撑杆2一端焊接为一体，前吊环1与车架或车桥采用螺栓连接，支撑杆2另一端与前工作腔5焊接固定。
所述后吊环11底端与活塞杆10的一端焊接为一体，后吊环11与车桥或车架采用螺栓连接。
所述控制单元包括依次连接的汽车加速度传感器、A/D转换器、ECU和驱动电路；所述驱动电路与电磁阀6连接；所述汽车加速度传感器用于检测当前汽车加速度信号并通过A/D转换器传送到ECU，ECU将当前加速度绝对值与预设的门限值绝对值相比，并发出控制信号经驱动电路控制电磁阀6的开闭。
图4、图5和图6所示为一种安装有所述可变刚度纵向推力杆的空气悬架的一种实施方式，所述悬架包括四连杆导向机构、减震器13、空气弹簧16、连接板21和均衡梁17。
所述四连杆导向机构包括两根纵向推力杆20和V形杆14。所述连接板21下端与纵向推力杆20的一端连接，上端安装在车架上，所述V形杆14安装于主减速器22与车架15之间、且夹角端固定在主减速器22的外壳上、另外两端分别固定在车架15上。所述均衡梁17安装在车桥18上，空气弹簧16与减震器13安装在均衡梁17与车架15之间。
本发明还提出一种根据所述空气悬架的控制方法，包括以下控制步骤：如图2所示，在急加速或急减速过程中，加速度传感器将汽车此时的加速度信号a1通过A/D转换器传输到ECU，ECU根据预设的门限值判断出当前加速度绝对值大于门限值a0的绝对值即|a1|>|a0|，随后ECU发出控制信号经驱动电路模块控制电磁阀6关闭，导致前后工作腔之间的通道12封闭，其中的油液无法流动。在急减速或急加速过程中，由于惯性，车桥速度不同于车架速度，车桥与车架产生相对运动，导致后活塞8有挤压油液或者吸收油液的运动趋势，当其有挤压油液趋势时，此时电磁阀6关闭，油液无法流通，因此后活塞8无法运动。当其有吸收油液趋势时，此时由于后弹簧9刚度值较大，以及通道封闭油液无法流通，导致后活塞8仍然无法移动。所以在急加速和急减速工况下，纵向推力杆整体近似于一个刚性杆，且整体刚度变大。一方面，由于惯性作用，车架与车桥之间瞬时速度差较大，产生瞬时位移及较大纵向力，而空气弹簧无法承受纵向力，所以此时刚度值较大的纵向推力杆可以承担较大的纵向力。另一方面，此时纵向推力杆刚度值大，可以更好地传递由制动或加速引起的大部分前后悬架质量转移，而小部分通过空气弹簧传递，这可以提高汽车的抗“点头”和“仰头”能力。
还包括以下控制步骤：如图3所示，在其他行驶工况下，加速度传感器将汽车此时的加速度信号a1通过A/D转换器传输到ECU，ECU根据预设的门限值判断出当前加速度绝对值不大于门限值a0的绝对值即|a1|≤|a0|，随后ECU发出控制信号经驱动电路模块控制电磁阀6打开，导致前工作腔5和后工作腔7连通，由于路面状况等因素导致车架与车桥之间的高频振动，使得前活塞4和后活塞8在工作腔中做往复运动当车桥或车架推动活塞杆10导致后活塞8运动时，后活塞8推动油液由后工作腔7流向前工作腔5，从而推动前活塞4压缩前弹簧3，当车桥或车架拉动后活塞8运动时，油液由前工作腔5流向后工作腔7，并带动前活塞4运动，拉伸前弹簧3，如此循环反复，使得纵向推力杆20整体刚度降低。车架15与车桥18之间的纵向振动通过纵向推力杆20传递至车架，由于刚度较低，因此车桥18传递到车架15的冲击减小，汽车舒适性及平顺性得到提高。另外由于油液流过细长的管道12产生较大阻尼，因此可以衰减车架15与车桥18之间的振动，进一步提高平顺性。
本发明控制单元ECU通过A/D转换器收集分析由加速度传感器采集的加速度信号，确定工况类别，然后发出信号经驱动电路模块控制电磁阀的开闭。本发明可以在不同工况下，通过电磁阀6的开闭实现纵向推力杆20的刚度调节，从而在急加速和急减速工况下，由于刚度值变大，使得纵向推力杆20可以保护空气弹簧16免受纵向力，并承担更多的载荷转移，提高汽车抗“点头”和“仰头”性，改善汽车的稳定性。在其他行驶工况下，由于刚度较小以及阻尼作用，可以缓冲吸收由于路面不平等因素引起的车架15与车桥18之间的纵向振动冲击，提高汽车行驶的平顺性。实现不同工况下汽车稳定性与平顺性的兼顾。另外，本发明所述纵向推力杆20主要与V形杆组成四连杆导向机构，纵向推力杆20承担大部分的纵向力，V形杆主要承受侧向力和一部分纵向力，通过纵向推力杆20的刚度可调和阻尼作用，进一步改善四连杆导向机构的特性。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可变刚度纵向推力杆，包括前弹簧(3)、前活塞(4)、前工作腔(5)、后工作腔(7)、后活塞(8)和活塞杆(10)，其特征在于，还包括电磁阀(6)、后弹簧(9)、管道(12)和控制单元；
所述前工作腔(5)和后工作腔(7)为同样大小的圆柱体，所述前工作腔(5)和后工作腔(7)之间通过管道(12)连通，管道(12)的直径比前工作腔(5)和后工作腔(7)小；
所述前弹簧(3)和前活塞(4)安装在前工作腔(5)内，前弹簧(3)的一端与前工作腔(5)底部连接，另一端与前活塞(4)的一侧连接；
所述后弹簧(9)、活塞杆(10)和后活塞(8)安装在后工作腔(7)内，所述后弹簧(9)套在活塞杆(10)上、且一端与后工作腔(7)底部连接，另一端与后活塞(8)的一侧连接；所述前活塞(4)和后活塞(8)之间的工作腔中注满油液；
所述电磁阀(6)安装在管道(12)中间；
所述控制单元包括依次连接的汽车加速度传感器、A/D转换器、ECU和驱动电路；所述驱动电路与电磁阀(6)连接；所述汽车加速度传感器用于检测当前汽车加速度信号并通过A/D转换器传送到ECU，ECU将当前加速度绝对值与预设的门限值绝对值相比，并发出控制信号经驱动电路控制电磁阀(6)的开闭。
2.根据权利要求1所述的可变刚度纵向推力杆，其特征在于，还包括前吊环(1)和支撑杆(2)；所述前吊环(1)底端与支撑杆(2)一端焊接为一体，前吊环(1)与车架或车桥采用螺栓连接，支撑杆(2)另一端与前工作腔(5)焊接固定。
3.根据权利要求1所述的可变刚度纵向推力杆，其特征在于，还包括后吊环(11)；
所述后吊环(11)底端与活塞杆(10)的一端焊接为一体，后吊环(11)与车桥或车架采用螺栓连接。
4.一种安装有权利要求1所述可变刚度纵向推力杆的空气悬架，其特征在于，包括四连杆导向机构、减震器(13)、空气弹簧(16)、连接板(21)和均衡梁(17)；
所述四连杆导向机构包括两根纵向推力杆(20)和V形杆(14)；
所述连接板(21)下端与纵向推力杆(20)的一端连接，上端安装在车架上，所述V形杆(14)安装于主减速器(22)与车架(15)之间、且夹角端固定在主减速器(22)的外壳上、另外两端分别固定在车架(15)上；
所述均衡梁(17)安装在车桥(18)上，空气弹簧(16)与减震器(13)安装在均衡梁(17)与车架(15)之间。
5.一种根据权利要求4所述空气悬架的控制方法，其特征在于，包括以下控制步骤：在急加速或急减速过程中，加速度传感器将汽车此时的加速度信号a1通过A/D转换器传输到ECU，ECU根据预设的门限值判断出当前加速度绝对值大于门限值a0的绝对值即|a1|>|a0|，随后ECU发出控制信号经驱动电路模块控制电磁阀(6)关闭，导致前后工作腔之间的通道(12)封闭，其中的油液无法流动，纵向推力杆整体作为一个刚性杆，且整体刚度变大。
6.一种根据权利要求5所述空气悬架的控制方法，其特征在于，还包括以下控制步骤：
在其他行驶工况下，加速度传感器将汽车此时的加速度信号a1通过A/D转换器传输到ECU，ECU根据预设的门限值判断出当前加速度绝对值不大于门限值a0的绝对值即|a1|≤|a0|，随后ECU发出控制信号经驱动电路模块控制电磁阀(6)打开，导致前工作腔(5)和后工作腔(7)连通，由于路面状况等因素导致车架与车桥之间的高频振动，使得前活塞(4)和后活塞(8)在工作腔中做往复运动，使得推力杆整体刚度降低，且油液在通过细长管道过程中产生阻尼力，车架(15)与车桥(18)之间的纵向振动通过纵向推力杆(20)传递至车架(15)，由于刚度较低以及具有阻尼，因此车桥(18)传递到车架(15)的冲击减小。
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