CN107750312B - 用于重载车辆的具有阻尼特征的空气弹簧 - Google Patents

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Abstract

一种用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，其包括：波纹管和活塞。该波纹管包括波纹管室。所述波纹管附接到重载车辆的主要构件和活塞。所述活塞具有开放底部，所述开放底部由附接到开放底部的盘密封闭合。活塞和盘限定活塞室。活塞安装在重载车辆的悬架组件上。波纹管室和活塞室经由至少一个开口相互流体连通，其中，波纹管室和活塞室之间的气流向所述重载车辆的悬架组件提供阻尼。

Description

用于重载车辆的具有阻尼特征的空气弹簧
相关申请的交叉引用
本申请要求在2015年5月11日提交的美国临时专利申请序列号62/159,528的优先权。
技术领域
本发明整体涉及一种用于重载车辆的车轴/悬架系统。更加特别地，本发明涉及一种用于重载车辆的空气车轴/悬架系统，其利用空气弹簧缓冲车辆行驶。更加具体地，本发明涉及将非阻尼空气弹簧转换成具有阻尼特征的空气弹簧，这通过密封非阻尼空气弹簧活塞以产生活塞室并且提供活塞室和空气弹簧的波纹管室之间的流体连通来完成，以向空气弹簧提供阻尼特征。
背景技术
多年来在重载卡车和牵引车-挂车工业中广泛使用一个或者多个空气后臂和前臂刚梁型(air-ride trailing and leading arm rigid beam-type)车轴/悬架系统。尽管这种车轴/悬架系统能够具有多种结构形式，但是通常它们结构的类似之处在于每种系统均包括一对悬架组件。在一些重载车辆中，悬架组件直接连接到车辆的主框架。在其它重载车辆中，车辆的主框架支撑子框架，并且悬架组件直接连接到子框架。对于支撑子框架的重载车辆而言，子框架不可动或者可动，后者通常称作滑块箱、滑块子框架、滑块底盘或者次要滑块框架。为了便捷以及清晰，在此将参照主要构件，其中应当理解的是这种参照为示例，并且本发明用于重载车辆车轴/悬架系统，所述车轴/悬架系统悬架于如下主要构件：主框架、可动子框架和不可动子框架。
具体地，车轴/悬架系统的每个悬架组件均包括纵向延伸的伸长梁。每根梁通常位于形成车辆框架的一对间隔开的纵向延伸的主要构件中的相应一个和一个或多个十字构件的附近和下方。更加具体地，每根梁均在其端部中的一个处枢转连接到悬挂装置，所述悬挂装置继而附接到及悬挂于车辆的主要构件中的相应一个。车轴在一对悬架组件的梁之间横向延伸，并且通常在从每根梁的大致中点至梁的与其枢转连接端部相对的端部之间的选定位置处凭借某种手段连接到所述一对悬架组件的梁。每根梁的相对端部还直接或者经由基架连接到空气弹簧或者其等效物，并且空气弹簧继而连接到主要构件中的相应一个。空气弹簧在运转期间缓冲车轴/悬架系统的行驶，并且在一些情况中提供阻尼特征。在空气弹簧没有提供阻尼的情况中，一个或者多个减震器用于提供阻尼。高度控制阀安装在悬挂装置或者其它支撑结构上，并且操作连接到梁和空气弹簧，以保持车辆的行驶高度。在车辆车轴/悬架系统上还包括制动系统。梁可以相对于车辆的前方从枢转连接部向后或者向前延伸，从而限定了通常的称谓后臂或者前臂车轴/悬架系统。然而，为了描述应当理解的是，术语“后臂”将包括相对于车辆的前端或向后或者向前延伸的梁。
重载车辆的车轴/悬架系统用于缓冲行驶、阻尼振动并且稳定车辆。更加特别地，随着车辆在道路上行驶，其车轮遭遇如下的路况，所述路况将各种力、负荷和/或应力(统称为力)施加给安装有车轮的相应车轴，并且继而施加到连接到车轴并支撑车轴的悬架组件。为了最小化车辆运转时作用在车辆和/或其货物上的这些力的破坏效应，车轴/悬架系统设计成反作用至少一些力和/或吸收至少一些力。
这些力包括在车轮遭遇特定路况时由车轮的竖直移动导致产生的竖直力、因车辆运转和/或路况由车辆加速和减速导致产生的前后力、以及与车辆横向运动(诸如车辆转向和变换车道操纵)相关联的侧向负载和扭转力。为了解决这种不同的力，车轴/悬架系统具有不同的结构要求。更加特别地，对于车轴/悬架系统更加理想的是，最小化由车辆承受的摇动程度，并且因此提供本领域中已知的滚动稳定性。然而，对于车轴/悬架系统而言理想的是具有相对的灵活性，以帮助缓冲车辆所受的竖直撞击并提供顺从性，使得车轴/悬架系统的部件抵御故障，从而延长车轴/悬架系统的使用寿命。还理想的是抑制由这种力导致的振动或者摆动以减小车轮和/或悬架弹跳，弹跳能够对车轮和车轴/悬架系统的部件造成潜在损坏，从而降低了车轴/悬架系统的最优行驶特征和车轴/悬架系统以及缩短了车轴/悬架系统部件的使用寿命。车轴/悬架系统缓冲车辆竖直撞击的关键部件是空气弹簧或者诸如为盘簧或者片簧的其它弹簧机构，而减震器通常向车轴/悬架系统提供阻尼。在一些示例中，空气弹簧也能够向车轴/悬架系统提供阻尼。
在重载空气车轴/悬架系统中使用的典型空气弹簧包括三个主要部件：挠性波纹管、波纹管顶板和活塞。波纹管通常由橡胶或者其它挠性材料形成，并且与波纹管顶板密封接合且密封接合到活塞的顶部部分。包含在空气弹簧内的增压空气的体积或者“空气体积”是判定空气弹簧的弹簧刚度的主要因素。更加具体地，这个空气体积包含在波纹管内并且在一些情况中包含在空气弹簧的活塞内。通常，空气弹簧的空气体积越大，则空气弹簧的弹簧刚度越低。重载车辆工业中弹簧刚度越低越理想，原因在于其考虑到车辆的较软行驶特征。通常，活塞包含中空腔，所述中空腔与波纹管连通并且通过允许活塞和波纹管容积之间不受限的空气连通来增加空气弹簧的空气体积，或者活塞具有大体中空圆筒状并且不能与波纹管体积连通，由此活塞无助于空气弹簧的空气体积。在任何情况中，空气弹簧的空气体积均与诸如供气罐的空气源流体连通，且还与车辆的高度控制阀流体连通。高度控制阀通过将空气流引入和引出车轴/悬架系统的空气弹簧来帮助保持车辆的理想行使高度。具有非阻尼多样性的大多数现有空气弹簧利用通过紧固件附接到活塞顶板的“模铸”(molded-in)端部闭合件。在这种设计中，波纹管的底端与金属端部闭合件模塑成一体，使得通常不能从波纹管移除端部闭合件。这些类型的空气弹簧构成了非阻尼空气弹簧市场的主体，并且通常不会显示在下文描述的“拆卸”设计的劣势。
诸如上文描述的现有空气弹簧在车辆运转期间向车辆货物和乘客提供缓冲的同时，向车轴/悬架系统提供极少(如果有的话)的任何阻尼特征。替代地，通常由一对液压减震器提供这种阻尼特征，但是已经开始使用单个减震器并且在本领域中众所周知。减震器中的每一个均安装在车轴/悬架系统的相应一个悬架组件的梁和车辆的相应一个主要构件的悬挂装置上，并且在所述梁和所述悬挂装置之间延伸。这些减震器增加了车轴/悬架系统的复杂性和重量。另外，因为减震器是车轴/悬架系统需要经常维修和/或更换的维修项目，所以它们还增加了车轴/悬架系统的额外维修和/或更换成本。
由本地、州和/或国家路桥法律规定车辆可以承载的货物数量。大部分路桥法律的基本原理是限制车辆可以承载的最大负荷，以及限制能够由单根车轴支撑的最大负荷。因此，减震器的重量以不期望的方式减少了重载车辆能够承载的货物数量。根据所采用的减震器，减震器还增加了车轴/悬架系统的复杂，这是不理想的。
由于减震器不理想地增加了车轴/悬架系统的重量，因此研发了具有阻尼特征的现有空气弹簧。具有阻尼特征的现有空气弹簧使得能够移除减震器，而同时保持理想的较软行驶特征。更加具体地，具有阻尼特征的现有空气弹簧通常在波纹管和活塞之间包括开口，以允许波纹管室的容积和活塞室的容积之间流体连通。波纹管室容积和活塞室容积之间的流体连通向空气弹簧提供阻尼特征，与此同时在运转期间维护车辆的较软行驶。具有阻尼特征的现有空气弹簧通常具有“拆卸”(take-apart)设计多样性，这意味着空气弹簧的波纹管的底端操作地连接到从活塞顶板向上延伸的突出部，所述活塞顶板与倒钩形成为一体。在这些空气弹簧类型中，波纹管能够与活塞分离开。然而，在下跳行驶和上跳行程期间具有“拆卸”设计的空气弹簧受限并且能够在“低压”或者“无空气”情况中遭遇折叠(foldin)问题。
尽管具有阻尼特征的现有弹簧在车辆运转期间提供了较软行驶，但是它们针对特定应用通常需要定制设计的空气弹簧活塞。更加具体地，车轴/悬架系统的每个预期应用均要求特定的阻尼特征，这继而要求不同的空气弹簧构造。结果，每个具有阻尼特征的现有空气弹簧需要不同的定制设计和制造处理。这导致不理想地增加了设计和制造成本、以及不理想地延长了空气弹簧的制造时间。并且，具有阻尼特征的空气弹簧的“拆卸”设计潜在限制了下跳行驶和上跳行驶，并且在“低压”或者“无空气”情况中加剧了折叠问题。用于本发明的重载车辆的空气弹簧通过移除现有减震器以及将具有“模铸”端部闭合件的非阻尼弹簧转换成提供阻尼特征的空气弹簧，克服了与现有非阻尼空气弹簧有关的问题。还允许在空气弹簧中使用不同活塞/基架组合，从而活塞的体积能够连同活塞室和波纹管室之间的开口尺寸变化，以便优化空气弹簧的阻尼特征。另外，用于本发明的重载车辆的空气弹簧提供了一种具有阻尼特征的空气弹簧，所述空气弹簧可以针对不同用于优化，而同时又不需要像通常具有阻尼特征的现有空气弹簧所要求那样针对每种具体应用定制设计和制造空气弹簧。
发明内容
本发明的目的包括提供一种用于重载车辆的具有阻尼特征的空气弹簧，其能够移除减震器、同时保持适所需较软行驶和阻尼特征。
本发明的另一个目的是提供一种用于重载车辆的阻尼特征的空气弹簧，其在特定应用中没有“拆卸”设计，使得空气弹簧在“低压”或者“无空气”的情况中没有折叠问题。
本发明的另一个目的是提供一种用于重载车辆的具有阻尼特征的空气弹簧，其能够将具有“模铸”或者“拆卸”端部闭合件的非阻空气弹簧转换成提供阻尼特征的空气弹簧。
本发明的又一个目的是提供一种用于重载车辆的具有阻尼特征的空气弹簧，其允许使用不同活塞/基架组合以应用在空气弹簧中，使得活塞的体积能够连同活塞室和波纹管室之间的开口尺寸变化，以便优化空气弹簧的阻尼特征。
本发明的又一个目的是提供一种用于重载车辆的具有阻尼特征的空气弹簧，其可以针对各种应用优化，而同时又不需要针对每种具体用途定制设计和制造空气弹簧。
由本发明的用于重载车辆的具有阻尼特征的空气弹簧获得这些目的和优势，所述空气弹簧包括波纹管和活塞。波纹管包括波纹管室并且附接到重载车辆的主要构件和活塞。活塞具有开口底部，所述开口底部由附接到此的盘密封闭合，因此活塞和盘限定活塞室。波纹管室和活塞室经由至少一个开口相互流体连通，其中，波纹管室和活塞室之间的气流向重载车辆的悬架组件提供阻尼。
还通过将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法获得这些目的和优势，其包括以下步骤：a)提供波纹管和活塞，所述波纹管包括波纹管室，所述波纹管室附接到重载车辆的主要部件并且附接到活塞，所述活塞具有开放底部；b)通过将盘附接到开放底部而密封闭合活塞的开放底部，由此活塞和盘限定活塞室，所述活塞安装在重载车辆的悬架组件上，所述波纹管室和活塞室经由至少一个开口相互流体连通，其中，波纹管室和活塞室之间的气流向重载车辆的悬架组件提供阻尼。
附图说明
在以下描述中并且在附图中示出了代表设想本申请应用原理的最佳模式的优选实施例并且在附属权利要求中明确突出并且陈述了所述优选实施例。
图1是包含一对现有非阻尼空气弹簧的车轴/悬架系统的驾驶员侧俯视立体图，其示出了直接安装到车轴/悬架系统梁中的相应一根的每个空气弹簧，还示出了一对减震器，其中，所述一对减震器中的每一个均安装在车轴/悬架系统的悬架组件中的相应一个上；
图2是图1中示出的车轴/悬架系统的局部后立体图，该车轴/悬架系统包含利用梁安装基架的替代现有非阻尼空气弹簧，并且示出利用梁安装基架附接到梁的空气弹簧的活塞；
图3是图2中示出的车轴/悬架系统和现有非阻尼空气弹簧的截面的局部视图，并且示出了利用梁安装基架附接到梁的空气弹簧的活塞；
图4是具有阻尼特征的现有空气弹簧的截面的立体图，其示出了活塞顶板中的一对开口，所述一对开口有助于空气弹簧的活塞室和波纹管室之间的流体连通；
图5是包含本发明的第一示例性实施例的空气弹簧的现有车轴/悬架系统的局部后立体图，其中，用虚线示出了空气弹簧的一部分；
图6是图5中示出的本发明的第一示例性实施例的空气弹簧的截面的局部图，其示出了安装在空气弹簧的活塞上的波纹管并且示出了安装在活塞的下侧的盘，并且还示出了形成在活塞室和波纹管室之间的开口，以便提供空气弹簧的活塞室和波纹管室之间的流体连通；
图7是图5中示出的本发明的第一示例性实施例的空气弹簧的局部仰视立体图，其示出了安装在空气弹簧活塞的底部上的盘；
图8是包含本发明第二示例性实施例的空气弹簧的现有车轴/悬架系统的局部后立体图，其示出了盘，所述盘与梁安装基架成一体并且附接到活塞的底部，以便产生活塞室，其中，成一体的圆盘还将第二示例性实施例的空气弹簧的活塞附接到车轴/悬架系统的梁，其中，用虚线示出了空气弹簧的一部分；
图9是图8中示出的活塞的截面的局部视图；
图10是本发明第三示例性实施例的空气弹簧的局部视图，其示出了安装在空气弹簧的活塞上的波纹管，并示出了安装在活塞的底部上的盘，以产生活塞室，并且还示出了波纹管室和活塞室之间经由中空螺纹杆和管道的流体连通；
图11是图10中示出的第三示例性实施例的空气弹簧的局部仰视立体图，其示出了安装在空气弹簧的底部上的盘；
图12是图5至图10中示出的盘的替代构造的俯视立体图；
图13是图5至图10中示出的盘的另一种构造的俯视立体图。
类似的附图标记表示附图中类似的零件。
具体实施方式
为了更好理解其中利用本发明的用于重载车辆的具有阻尼特征的空气弹簧的环境，图1和图2中整体用10示出并将在下文详细描述一种结合现有空气弹簧24的后臂上置梁型空气车轴/悬架系统(trailing arm overslung beam-type air-ride axle/suspensionsystem)。
应当注意的是，车轴/悬架系统10通常安装在重载车辆的一对纵向延伸且间隔开的主要构件12上(图2中，仅仅示出了一个)，所述车轴/悬架系统10通常代表各种类型的用于重载车辆的框架，所述框架包括不支撑子框架的主框架、以及支撑子框架的主框架和/或底板结构。对于支撑子框架的主框架和/或底板结构而言，子框架能够不动或可动，后者通常称作滑块箱。因为车轴/悬架系统10通常包括一对相同的悬架组件14，为了清楚起见，在下文将仅仅描述悬架组件中的一个。
悬架组件14经由后臂上置梁18枢转连接到悬挂装置16。更加具体地，梁18形成为具有大体颠倒的一体成型U形，且具有一对侧壁66和顶板65，且梁的开放部分大体面朝下。底板67(图2)在侧壁66的最下端部之间延伸并且通过诸如焊接的任何适当手段附接到侧壁66的最下端部，以便完成梁18的结构。后臂上置梁18包括具有衬套组件22的前端20，所述衬套组件22包括如本领域中众所周知的衬套、枢转螺栓和垫圈，以便于将梁枢转连接到悬挂装置16。梁18还包括后端26，所述后端26焊接到或者用其它方式刚性附接到横向延伸的车轴32。
继续参照图1和图2并且另外参照图3，悬架组件14还包括空气弹簧24，所述空气弹簧24安装在梁后端26和主要构件12之间并且在梁后端26和主要构件12之间延伸(图2)。空气弹簧24包括波纹管41和活塞42。波纹管41的顶部部分密封接合波纹管顶板43。空气弹簧安装板44(图1和图2)通过紧固件45安装在波纹管顶板43上，所述紧固件还用于将空气弹簧24的顶部部分安装到车辆的主要构件12。活塞42通常为圆柱状并且包括侧壁69、大体平坦的底板50和顶板82。波纹管41的底部部分以本领域中众所周知的方式利用“模铸(moldedin)”端部闭合件或者保持板86与活塞顶板82密封接合。
如图2和图3所示，现有非阻尼空气弹簧24包括缓冲器81，所述缓冲器81用旋拧到紧固件136的螺母84安装在活塞顶板82上。缓冲器81作为活塞顶板82和波纹管顶板43的下侧之间的缓冲垫，以防止在“低压”或者“无空气”事件中在车辆运转期间活塞顶板和波纹管顶板彼此损坏。
特别地参照图3，现有空气弹簧24的活塞42形成为具有中央毂52，所述中央毂52以众所周知的方式附接到侧壁69。多个肋状件72在毂52和侧壁69之间径向延伸，以向现有空气弹簧24提供结构支撑。
在图1中整体示出了用于将活塞底板50在梁后端26处直接安装到梁顶板65的第一构造。在这种构造中，活塞42的底板50经由紧固件(未示出)直接附接到梁后端26。将参照图2和图3在下文讨论用于将现有空气弹簧24安装到梁18的第二构造。
如图2至图3所示，现有空气弹簧24可以经由梁安装基架130替代地安装在梁18上。特别地参照图3，更加具体地，梁安装基架130包括大体平坦基部131，用于在梁后端26处接触和置于梁顶板65上。梁安装基架130还包括向上延伸的柱132，所述向上延伸的柱132形成为具有开口133。紧固件136布置成通过开口133，并且螺母134用螺纹旋拧到紧固件上，以便将活塞42附接到梁安装基架130，如本领域中已知的那样。一对加强腹板135(图2)在平坦基部131上从柱132向外延伸。一对开口(未示出)形成在平坦基部131中。每个开口(未示出)接收紧固件(未示出)，用于将梁安装基架130在梁后端26处附接到梁顶板65。应当理解的是，在本领域中还已知其它类型的具有不同结构的梁安装附接件并用于将空气弹簧安装到梁。
继续参照图2至图3，现有空气弹簧24包括波纹管顶板42、活塞顶板82、和限定波纹管室98的波纹管41。因为活塞42的底部敞开并且活塞不与波纹管室98连通，所以活塞通常不会给空气弹簧24贡献任何大量的体积。
现在参照图1和图2，减震器40(图1)的顶端以本领域中众所周知的方式经由安装托架19和紧固件15安装在悬挂装置16的向内延伸的翼状件17上。减震器40的底端以本领域技术人员众所周知的方式安装到梁18(未示出座架)。为了相对完整，包括制动室30的制动系统28示出安装在现有悬架组件14。
如上所述，车轴/悬架系统10设计成随着车辆运转而吸收作用在车辆上的力。更加特别地，期望的是车轴/悬架系统10具有刚性或者刚度，以抵抗滚动力并由此向车辆提供滚动稳定性。这通常通过使用梁18来完成，所述梁18具有刚性并且还刚性地附接到车轴32。然而，还期望的是车轴/悬架系统10具有挠性，以帮助车辆(未示出)缓冲竖直撞击进行并且提供顺从性，使得车轴/悬架系统抵抗故障。通常通过利用衬套组件22将梁18枢转连接到悬挂装置16来实现这种挠性。空气弹簧24和减震器40还帮助针对货物和乘客的行驶进行缓冲。
现有空气弹簧24具有非常有限的阻尼能力或者没有阻尼能力，原因在于如上所述其结构没有提供阻尼能力。事实上，现有空气弹簧24依靠减震器40向车轴/悬架系统10提供阻尼。因为每个减震器40相对较重，所以这增加了车轴/悬架系统10的重量并由此减少了能够由重载车辆运载的货物数量。减震器40还增加了车轴/悬架系统10的复杂性。并且，因为减震器40是车轴/悬架系统10时常需要维护和/或更换的维修项目，所以减震器还增加了车轴/悬架系统的额外维修和/或更换成本。
现在参照图4，示出了具有阻尼特征的现有空气弹簧124，通常在没有减震器的条件下使用所述现有空气弹簧124。现有空气弹簧124通常结合到车轴/悬架系统中，诸如车轴/悬架系统10(图1)或者其它类似空气车轴/悬架系统10。空气弹簧124包括波纹管141、波纹管顶板143和活塞142。波纹管141的顶端以本领域中众所周知的方式与波纹管顶板143密封接合。空气弹簧安装板(未示出)通常由紧固件(未示出)安装在波纹管顶板143的顶部表面上，所述紧固件还用于将空气弹簧124的顶部部分安装到车辆的相应一个主要构件(未示出)上。替代地，波纹管顶板143也能够直接安装在车辆的相应一个主要构件(未示出)上。
活塞142为大体圆柱状，并且包括附接到大体平坦底板150的侧壁144。活塞142还包括顶板182。底板150形成为具有向上延伸的中央毂152并且以众所周知的方式附接到侧壁144。中央毂152包括底板154，所述底板154形成为具有中央开口153。紧固件151布置成通过开口153并且用于将活塞142直接附接到梁(未示出)，这与图1中示出的现有空气弹簧24的座架类似。
活塞142的活塞顶板182、侧壁144和底板150和154限定了活塞室199。活塞142的侧壁144包括向上延伸的圆形突出部183，所述突出部183围绕其圆周具有唇状部或者倒钩180。倒钩180与波纹管141的底部末端配合，以在活塞142的突出部183的周缘形成波纹管和倒钩之间的气密密封，如本领域中的普通技术人员已知的那样并且称作“拆卸”设计。另外，波纹管141、波纹管顶板143和活塞顶板182限定了波纹管室198。
缓冲器181延伸到波纹管室198中，并且以本领域众所周知的方式刚性附接到缓冲器安装板186。缓冲器安装板186继而通过紧固件184安装在活塞顶板182上。缓冲器181由橡胶、塑料或者其它顺从材料形成，并且从缓冲器安装板186的顶部表面向上延伸。另外，缓冲器181作为活塞顶板182和波纹管顶板143的下侧之间的缓冲垫，以在车辆运转期间在活塞顶板和波纹管顶板的下侧相互接触的情况下防止活塞顶板和波纹管顶板彼此破坏。活塞顶板182形成为具有一对开口185，所述一对开口185允许活塞室199的容积V1和波纹管室198的容积V2相互连通。更加具体地，在车辆运转期间开口185允许流体或者空气通过活塞室199和波纹管室198之间。开口185、活塞室199和波纹管室198需要针对不同应用的定制设计和制造，以实现最优阻尼。结果，现有活塞142针对每种特定车轴/悬架系统应用场景进行设计和制造是成本高昂的。
尽管现有空气弹簧124提供了足够的阻尼特征，但是具有阻尼特征的现有弹簧的制造工艺要求定制设计的活塞142，因此以不期望的方式增加了设计和制造成本。并且，具有阻尼特征的现有空气弹簧124的“拆卸”设计可能潜在地限制下跳行程和上跳行程，且可能潜在地加剧“低压”或者“无空气”情况中的折叠(fold in)问题。本发明的空气弹簧通过提供将现有的具有“模铸”或者“拆卸”端部闭合件的非阻尼空气弹簧转换成具有阻尼特征的空气弹簧，来克服与现有空气弹簧24、124有关的问题，从而最小化了设计和制造成本以及制造成本。现在将在下文详细描述本发明的空气弹簧。
转到图5，本发明的第一示例性实施例的空气弹簧224示出安装在现有车轴/悬架系统10上，如上文详细描述的那样。第一示例性实施例的空气弹簧224在其结构上与现有空气弹簧24类似，但是不同之处包括修改方案，以通过包括圆盘270、开口274(图6)和开口275(图6)来提供阻尼特征，如下文详细描述的那样。
另外参照图6和图7，第一示例性实施例的空气弹簧224通常包括波纹管241、波纹管顶板243和活塞242。波纹管顶板243包括一对紧固件245，每个紧固件形成有开口246。利用紧固件245将空气弹簧224安装到空气弹簧板(未示出)，所述空气弹簧板继而安装到主要构件12(图5)。活塞242通常为圆柱状并且包括侧壁244、张开部分247和顶板282。
特别地参照图6，缓冲器281布置在保持板286的顶部表面上(图6)。保持板286、缓冲器281和活塞顶板282均分别形成为具有对准的开口260、262和264。紧固件251布置成通过活塞顶板开口264、保持板开口260和缓冲器开口262。垫圈283和螺母284布置在紧固件251上，以便将缓冲器281和保持板286安装在活塞顶板282的顶部表面上。保持板286包括张开端部280，所述张开端部280模制到波纹管241的底端中，这将波纹管在活塞242上保持就位并且形成波纹管和活塞之间的气密密封。因此，第一示例性实施例的空气弹簧224已知为“模铸”空气弹簧设计。应当理解的是在没有改变本发明的整体理念和操作的前提下，保持板286的张开端部280还能够与波纹管241的下端分离，因此张开端部将波纹管的下端在活塞242上捕获和保持就位，以形成波纹管和活塞之间的气密密封。波纹管241、保持板286和波纹管顶板243大体限定了波纹管室298，所述波纹管室298在标准行驶高度条件下具有内部容积V2。波纹管室298优选地具有从大约305in3至大约3000in3的体积。更加优选地，波纹管室298具有大约485in3的体积。缓冲器281由橡胶、塑料或者其它顺从材料制成，并且从安装在活塞顶板282上的保持板286向上大体延伸。缓冲器281作为活塞顶板282和波纹管顶板243的下侧之间的缓冲垫，以防止活塞顶板和波纹管顶板在车辆运转期间相互破坏。
第一示例性实施例的空气弹簧224形成为具有向上延伸的中央毂252，所述向上延伸的中央毂252以众所周知的方式附接到侧壁244。中央毂252形成为具有开口253，所述开口253与活塞顶板开口264接续。多个肋状件272(图7)在中央毂252和侧壁244之间径向延伸，以向本发明的空气弹簧224提供结构支撑。
根据本发明的其中一个主要特征，如在图6和图7中更加清晰所示，大体圆形的圆盘270附接或者配合到本发明的第一示例性实施例的空气弹簧224的活塞242的底部。圆盘270形成为具有开口276，所述开口276与活塞中央毂252的开口253对准。紧固件251向下延伸通过活塞中央毂开口253，通过圆盘开口276，通过形成在梁安装基架130中的开口(未示出)，并且通过形成在梁后端顶板65中的开口(未示出)。螺母(未示出)用螺纹旋拧到紧固件251的底端，以便将圆盘270密封附接到第一示例性实施例的空气弹簧224，且还将空气弹簧224的活塞242附接到梁18。一旦被附接，则圆盘270的顶部表面289配合到第一示例性实施例的空气弹簧224的活塞242的侧壁244的下表面287，以提供圆盘270和活塞242之间的气密密封。圆盘270沿着圆盘的外周在其顶部表面上形成为具有连续突出唇状部278，其中，当圆盘270配合到活塞时，唇状部大体布置在活塞22的张开部分247和侧壁244之间。可选地，可以通过诸如焊接、钎焊、压接、摩擦焊接、O型环、垫圈、粘合剂等的其它附接手段帮助将圆盘270附接到活塞242。替代地，在没有改变本发明的整体理念和操作的前提下，可以经由除紧固件251之外的手段(诸如，其它类型的紧固件、焊接、钎焊、压接、摩擦焊接、粘合剂等)将圆盘270附接到活塞242。在没有改变本发明的整体理念和操作的前提下，圆盘270可以由金属、塑料、和/或复合材料或者本领域技术人员已知的其它材料构成。圆盘270可以可选地包括形成在顶部表面289上的槽(未示出)，所述槽周向围绕圆盘并且构造成与活塞的向下延伸的毂匹配，以增强圆盘连接到活塞242的底部。O型环或者垫圈材料能够可选地布置在槽中，以确保将圆盘270气密装配到活塞242。
继续参照图5至图7，一旦圆盘270附接到活塞242，则顶板282、侧壁244和圆盘限定了具有内部容积V1的活塞室299。活塞室299通常能够在车辆运转期间承受车轴/悬架系统10的所需爆裂压力。活塞室299优选地具有从大约105in.3至大约550in.3的体积。更加优选地，活塞室299具有大约240in.3的体积。
根据本发明的其中另一个主要特征，开口274形成在保持板286中，并且对准开口275形成在活塞242的顶板282中。更加特别地，对准开口274、275大体布置成毗邻缓冲器281。开口274、275通常为圆筒状，但是可以在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下包括其它形状，包括卵形、椭圆或者其它形状。对准的开口274、275一起形成了连续开口279，所述连续开口279允许活塞室299与波纹管室298流体连通。替代地，开口274、275可以包括弹簧销(未示出)、或者具有整体开口的自攻螺丝、或者在车辆运转期间提供活塞室299和波纹管室298之间流体和空气连通的其它类似管道。以这种方式，向本发明的第一示例性实施例的空气弹簧224提供了阻尼特征。开口279的截面面积优选地从大约0.009in.2至大约0.13in.2。更优选地，开口279的截面面积为大约0.06in.2。
预期的是，开口279的单位为in.2的截面面积与活塞室299的以in.3为单位的容积与波纹管室298的以in.3为单位的容积之间的比率介于大约1:403:2,346至大约1:61,111:333,333之间。这是能够替代地表示为1:403-61,111:2,346-333,333的闭区间，其包括介于期间的任何比率组合，并且例如能够包括以下比率：1:403:333,333和1:61,111:2,346。
更加具体地，当车轴/悬架系统10的车轴32遇到上跳事件，例如当车轮遭遇道路的马路牙子或者凸起部时，车轴朝向车辆底架竖直向上移动。在这种上跳事件中，随着车轮在道路的马路牙子或者凸起部上行驶时，波纹管室298被车轴/悬架系统10压缩。空气弹簧波纹管室298的压缩导致波纹管室的内部压力增大。因此，在波纹管室298和活塞室299之间产生压差。这种压差导致空气从波纹管室298流经连续开口279进入到活塞室299中。在波纹管室298之间经由开口279流入活塞室299的气流导致发生阻尼。另外由于通过连续开口279的气流，减小了波纹管室298和活塞室299之间的压差。空气继续流动通过开口279，直到活塞室299和波纹管室298的压力相等。
相反地，当车轴/悬架系统10的车轴32遭遇下跳事件，例如当车轮遭遇道路中的大孔或者凹陷部时，车轴竖直向下移动离开车辆底架。在这种下跳事件中，随着车轮行进到道路中的孔或者凹陷部中，车轴/悬架系统10使得波纹管室298扩张。空气弹簧波纹管室298的扩张致使波纹管室的内部压力减小。结果，在波纹管室298和活塞室299之间产生压差。这种压差导致空气从活塞室299流经连续开口279进入到波纹管室298中。空气流经开口279导致发生阻尼。另外由于流经开口279的气流，减小了波纹管室298和活塞室299之间的压差。空气将继续流经连续开口279，直到活塞室299和波纹管室298的压力相等为止。当在若干秒期间几乎没有发生悬架移动或者没有发生悬架移动时，波纹管室298和活塞室299的压力能够视为相等。
由于将圆盘270附接到活塞242、并且在保持板286中设置开口274和在活塞的顶板282中设置开口275(统称为连续开口279)，可以将诸如现有空气弹簧24(图1)的非阻尼空气弹簧转换成提供阻尼特征的空气弹簧，诸如本发明的第一示例性实施例的空气弹簧224。以这种方式，车轴/悬架系统10不需要减震器来向车轴/悬架系统10提供阻尼，从而减小了车轴/悬架系统的重量。此外，本发明的第一示例性实施例的空气弹簧224提供了阻尼特征，同时又不需要定制设计和制造处理，原因在于利用了现有设计和制造的活塞242，从而与具有阻尼特征的现有空气弹簧(诸如，现有空气弹簧124(图4))相比理想地减小了设计和制造成本。结果，本发明的空气弹簧224将非阻尼空气弹簧(诸如现有空气弹簧24)以经济且没不利增加制造和设计成本的方式转换成具有阻尼特征的空气弹簧，并且还避免了“拆卸”空气弹簧设计的潜在缺陷。
应当理解的是，在不必改变本发明的整体理念或者操作的前提下，第一示例性实施例的空气弹簧224还能够结合具有开放底部的“拆卸”空气弹簧设计一起使用。在这种应用中，连续开口279形成贯穿活塞顶板，原因在于“拆卸”空气弹簧设计通常不包括保持板。圆盘270附接到“拆卸”空气弹簧设计的活塞的开放底部，并且因此允许将非阻尼“拆卸”空气弹簧设计转换成阻尼“拆卸”空气弹簧设计，所述阻尼“拆卸”空气弹簧设计包括与上述“模铸”空气弹簧设计类似的阻尼特征。
返回图8，本发明第二示例性实施例的空气弹簧324示出安装在现有车轴/悬架系统10上，如上详细所述。
第二示例性实施例的空气弹簧324在其结构上与现有空气弹簧24类似，但是也存在一些不同之处，即包括修改方案以通过包括盘370、开口374和开口375来整合梁安装基架和阻尼特征，如将下文描述的那样。第二示例性实施例的空气弹簧324通常包括波纹管341、波纹管顶板343和活塞342。顶板343包括一对紧固件345，每个紧固件均形成为具有开口346。使用紧固件345将空气弹簧324安装到空气弹簧板(未示出)，所述空气弹簧板继而安装到主要构件12(图8)。活塞342为大体圆柱状并且包括侧壁344、张开部分347和顶板382。
另外参照图9，缓冲器381布置在保持板386的顶部表面上。保持板386、缓冲器381和活塞顶板382分别形成为具有对准的开口360、362和364。紧固件351布置成通过活塞顶板开口364、保持板开口360和缓冲器开口362。垫圈(未示出)和螺母(未示出)利用螺纹布置在紧固件351上，以将缓冲器381和保持板386安装在活塞顶板382的顶部表面上。保持板386包括张开端部380，所述张开端部389模制到波纹管341的下端中，所述保持板386将波纹管在活塞342上保持就位并且在波纹管和活塞之间形成气密密封。因此，第二示例性实施例的空气弹簧324已知为“模铸”空气弹簧设计。应当理解的是，在没有改变本发明的整体理念或者操作的前提下，保持板386的张开端部380还能够与波纹管341的下端分离开，因此张开端部将波纹管的下端在活塞342上捕获和保持就位，以形成波纹管和活塞之间的气密密封。波纹管341、保持板386和波纹管顶板(未示出)大体限定波纹管室398，所述波纹管室398在标准行驶高度条件下具有内部容积V2。波纹管室398的容积优选地从305in3至大约3000in3。更加优选地，波纹管室398具有大约485in3的容积。缓冲器381由橡胶、塑料或者其它顺从材料制成，并且从安装在活塞顶板382上的保持板386大体向上延伸。缓冲器381作为活塞顶板382和波纹管顶板343的下侧之间的缓冲垫，以防止活塞顶板和波纹管顶板在车辆运转期间相互破坏。
第二示例性实施例的空气弹簧324形成为具有向上延伸的中央毂352，所述中央毂352以众所周知的方式附接到侧壁344。中央毂352形成为具有开口353，所述开口353与顶板开口364连续。多个肋状件372在中央毂352和侧壁344之间径向延伸，以向本发明第二示例性实施例的空气弹簧324提供结构支撑。
根据本发明的其中一个主要特征，大体杯状盘370附接到本发明第二示例性实施例的空气弹簧324的活塞342的底部。杯状盘370包括盘状基部390和竖直侧壁391。竖直侧壁391从盘状基部390向上延伸，以促进密封附接到活塞342，如下文描述的那样。
更加具体地，盘状基部390形成为具有开口376，所述开口376与活塞中央毂352的开口353对准。紧固件351向下延伸通过活塞毂中央开口353，通过盘开口376并且通过形成在梁后端26中的开口319。垫圈323和螺母377与紧固件351的底端螺纹啮合，以便将杯状盘370密封附接到第一示例性实施例的空气弹簧324，并且将空气弹簧的活塞附接到梁。因此，杯状盘370附接到梁18而同时又没有使用梁安装基架(诸如梁安装基架130(图2))，原因在于杯状盘370将梁安装基架集成到其结构中。一旦附接，杯状盘370的盘状基部390的内部竖直壁394的上表面393与侧壁344的下表面348匹配，并且盘竖直侧壁391的顶部边缘392与活塞342的张开部分347的下表面348匹配，以便提供与活塞的气密密封接合。另外，杯状盘370的中央部分373的上表面365与中央毂352的下表面354匹配，以便提供与活塞342的密封接合。以这种方式，杯状盘370、活塞顶板382和活塞侧壁344限定了具有内部容积V1的活塞室399。活塞室399通常能够在车辆运转期间承受车轴/悬架系统10(图5)的所需爆裂压力。活塞室399的体积优选地从大约105in.3至大约550in.3。更加优选地，活塞室399具有大约240in.3的体积。重要的是，杯状盘370可以附接在活塞342的不同位置，以基于重载车辆的具体应用改变容积V1(未示出)，以便促进优化本发明的空气弹簧324的阻尼特征。可选地，可以通过其它附接手段(诸如，焊接、钎焊、压接、摩擦焊接、O型环、垫圈、粘合剂等)帮助将杯状盘370附接到活塞342。替代地，在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，可以经由除了紧固件351以外的手段(诸如，其它类型的紧固件，焊接、钎焊、压接、摩擦焊接、粘合剂等)完成将杯状盘370附接到活塞342。另外，在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，杯状盘370可以由金属、塑料和/或复合材料或者本领域技术人员已知的材料构成。
根据本发明的另一个主要特征，开口374形成在保持板386中，并且对准开口375形成在活塞342的顶板382中。更加特别地，对准开口374、375毗邻缓冲器381。开口374、375为大体圆筒状，但是在不改变本技术的整体理念或者操作的情况下可以包括其它形状，包括卵形、椭圆或者其它形状。对准开口374、375一起形成了连续开口379，所述连续开口379允许活塞室399与波纹管室398流体连通。替代地，开口374、375可以包括弹簧销(未示出)、或者具有成一体开口的自攻螺丝、或者在车辆运转期间提供活塞室399和波纹管室398之间流体或者空气连通的其它类似管道。以这种方式，向本发明第二示例性实施例的空气弹簧324提供阻尼特征。连续开口379的截面面积优选地介于大约0.009in.2至大约0.13in.2之间。更加优选地，连续开口379的截面面积为大约0.06in.2。
可以预期的是，开口379的单位为in.2的截面面积与活塞室399的以in.3为单位的容积与波纹管室398的以in.3为单位的容积之间的比率介于大约1:403:2,346至大约1:61,111:333,333之间。这是能够替代地表示为1:403-61,111:2,346-333,333的闭区间，包括介于期间的任何比率组合，并且例如能够包括以下比率：1:403:333,333和1:61,111:2,346。
如图8至图9所示(其中杯状盘370附接到活塞342，并且盘附接到梁18)，向本发明第二示例性实施例的空气弹簧324提供阻尼结构，所述阻尼结构兼作将空气弹簧安装到梁的支架。更加具体地，当车轴/悬架系统10的车轴32遭受上跳事件时，比如当车轮遭遇道路中的马路牙子或者凸起部时，车轴朝向车辆底架向上竖直移动。在上跳事件中，随着车轮在道路中的马路牙子或者凸起部上行驶，波纹管室398被车轴/悬架系统10压缩。空气弹簧波纹管室398的压缩导致波纹管室的内部压力增大。因此，在波纹管室398和活塞室399之间产生压差。该压差导致空气从波纹管室398流经连续开口379并且进入到活塞室399中。空气在波纹管室398之间流动通过连续开口379进入到活塞室399中导致发生阻尼。另外由于流经连续开口379的气流，减小了波纹管室398和活塞室399之间的压差。空气继续流动通过开口379，直到活塞室399和波纹管室398的压力相等为止。
相反地，当车轴/悬架系统10的车轴32遭遇下跳事件时，比如当车轮遭遇道路中的大孔或者凹陷部时，车轴竖直向下移动离开车辆底架。在这种下跳事件中，随着车轮行进到道路中的孔或者凹陷部中，车轴/悬架系统10使得波纹管室398扩张。空气弹簧波纹管室398的扩张致使波纹管室的内部压力减小。结果，在波纹管室398和活塞室399之间产生压差。这种压差导致空气从活塞室399流经连续开口379进入到波纹管室398中。空气流经连续开口379导致发生阻尼。由于流经连续开口379的气流，减小了波纹管室398和活塞室399之间的压差。空气将继续流经连续开口379，直到活塞室399和波纹管室398的压力相等为止。当在若干秒期间几乎没有发生悬架移动或者没有发生悬架移动时，波纹管室398和活塞室399的压力能够视为相等。
由于将圆盘370附接到活塞342，并且在保持板386中设置开口374和在顶板382中设置开口375(统称为连续开口379)，可以将诸如现有空气弹簧24(图1)的非阻尼空气弹簧转换成提供诸如本发明第二示例性实施例的空气弹簧324的阻尼特征的空气弹簧。以这种方式，车轴/悬架系统10不需要减震器40(图1)来向车轴/悬架系统提供阻尼，从而减小了车轴/悬架系统的重量。此外，本发明第二示例性实施例的空气弹簧324提供了阻尼特征而同时不需要定制设计和制造处理，原因在于利用了现有设计和制造的活塞342，从而与具有阻尼特征的现有空气弹簧(诸如，现有空气弹簧124(图4))相比，理想地减小了设计和制造成本。并且，具有杯状盘370的第二示例性实施例的空气弹簧324不需要独立的梁安装基架，从而理想地减轻了重量并且理想地缩短了安装本发明的空气弹簧所需的时间。结果，本发明的空气弹簧324以经济方式且没不利增加制造和设计成本的方式将非阻尼空气弹簧(诸如现有空气弹簧24)转换成具有阻尼特征的空气弹簧，且避免“拆卸”空气弹簧设计的潜在缺陷。
应当理解的是，在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，第二示例性实施例的空气弹簧324还能够结合具有开放底部的“拆卸”空气弹簧设计一起使用。在这种应用中，连续开口279形成仅仅贯穿活塞顶板，原因在于“拆卸”空气弹簧设计通常不包括保持板。盘370附接到“拆卸”空气弹簧设计的活塞的开放底部，并且因此允许将非阻尼“拆卸”空气弹簧设计转换成阻尼“拆卸”弹簧设计，所述阻尼“拆卸”弹簧设计具有与上述“模铸”空气弹簧设计类似的阻尼特征。
转到图10，示出了本发明第三示例性实施例的空气弹簧424。在现有车轴/悬架系统10上使用第三示例性实施例424，如上详细所述的那样。第三示例性实施例的空气弹簧424在其结构上与现有空气弹簧24类似，不同之处在于包括修改方案以通过包括盘470和形成为具有开口495的螺纹杆488提供阻尼特征，如将在下文描述的那样。第三示例性实施例的空气弹簧424通常包括波纹管441、波纹管顶板443和活塞442。波纹管顶板443形成为具有一对开口446，所述一对紧固件445布置成通过所述一对开口446。利用紧固件445将空气弹簧424安装到空气弹簧板(未示出)，所述空气弹簧板继而安装到车轴/悬架系统(未示出)的主要构件(未示出)。活塞442通常为圆柱状并且包括侧壁444、张开部分447和顶板482，如将下文描述的那样。
缓冲器481布置在保持板486的顶部表面上。保持板486、缓冲器481和活塞顶板482形成为具有对准开口460、462和464。螺纹杆488向上延伸通过活塞顶板开口464、保持板开口460和缓冲器开口462。垫圈483和螺母484布置在螺纹杆488上，以将缓冲器481和保持板486安装在活塞顶板482的顶部表面上。保持板486包括张开端部480，所述张开端部480将波纹管441的下端部在活塞442上捕获和保持就位，以便形成波纹管和活塞之间的气密密封。因此，第三示例性实施例的空气弹簧424已知为“模铸”空气弹簧设计。应当理解的是在没有改变本发明的整体理念或者操作的条件下，保持板486还能够成一体模制到波纹管441的下端部中。波纹管441、保持板486和波纹管顶板443大体限定了波纹管室498，所述波纹管室498在标准行驶高度条件下具有内部容积V2。波纹管室498优选地具有从大约305in.3至大约3000in.3的容积。更加优选地，波纹管室498的体积为大约485in.3。缓冲器481由橡胶、塑料或者其它顺从材料形成并且从安装在活塞顶板482上的保持板486大体向上延伸。缓冲器481作为活塞顶板482和波纹管顶板443的下侧之间的缓冲垫，以防止活塞顶板和波纹管顶板在车辆运转期间互相破坏。
第三示例性实施例的空气弹簧424形成为具有向上延伸的中央毂452，所述中央毂452以众所周知的方式附接到侧壁444。中央毂452包括开口453，所述开口453与顶板开口464连续并且螺纹杆488布置为通过所述开口453，如将在下文描述的那样。多个肋状件472在中央毂452和侧壁444之间径向延伸，以向第三示例性实施例的空气弹簧424提供结构支撑。
继续参照图10至图11，并且根据本发明的其中一个主要特征，大体圆形的盘470附接到本发明第三示例性实施例的空气弹簧424的活塞442的底部。更加具体地，圆盘470包括基部490和从基部向上竖直延伸的竖直侧壁491。基部490形成为具有中央开口493，所述中央开口493与活塞中央毂452的开口453对准。基部490还形成为具有第二开口496，所述第二开口496与第一开口493径向间隔开。应当理解的是，在没有改变本发明的整体理念或者操作的前提下，第二开口496能够形成在基部490中的任何可接近的位置。螺纹杆488向下延伸通过活塞中央毂的开口453、通过圆盘开口493、通过形成在梁安装基架(未示出)中的开口(未示出)、和通过形成在梁后端(未示出)的顶壁中的开口。螺母(未示出)旋拧到螺纹杆的底端上，以将圆盘470密封附接到第三示例性实施例的空气弹簧424，且还将空气弹簧的活塞附接到车轴/悬架系统(未示出)的梁。一旦附接，则圆盘竖直侧壁491与活塞侧壁444密封匹配，如将在下文讨论的那样。
更加特别地，圆盘470的竖直侧壁491与活塞442的侧壁444匹配结合，以便将圆盘密封接合到活塞。更加具体地，圆盘470的竖直侧壁491的外表面492与侧壁444的下部分487的内表面489匹配，以形成气密密封。可选地，可以通过其它附接手段(诸如，焊接、钎焊、压接、摩擦焊接、O型环、垫圈、粘合剂等)帮助将圆盘470附接到活塞442。替代地，在没有改变本发明的基本理念或者操作的条件下，可以经由替代手段(诸如，紧固件、焊接、钎焊、压接、摩擦焊接、粘合剂等)完成将圆盘470附接到活塞442。在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，圆盘470可以由金属、塑料和/或复合材料或者本领域技术人员已知的材料构成。由于将圆盘470密封接合到活塞442的底部，圆盘、活塞顶板482和活塞侧壁444限定了具有内部容积V1的密封活塞室499。活塞室499大体能够在车辆运转期间承受车轴/悬架系统(未示出)的所需爆裂压力。活塞室499的容积优选地介于大约105in.3至大约550in.3之间。更加优选地，活塞室499的容积为大约240in.3。
根据本发明的另一个主要特征，螺纹杆488形成为具有开口495，所述开口495延伸通过螺纹杆的整个长度。具有连续开口的管道494与螺纹杆开口495的底端流体连通，并布置成通过形成在圆盘470中的开口496，且通过任何适当手段附接到开口496。管道494和螺纹杆开口495提供了波纹管室498和活塞室499之间的流体连通。管道494中的开口和螺纹杆开口495的截面面积均优选地从大约0.009in.2至大约0.13in.2。更加优选地，管道494中的开口和螺纹杆开口495均具有大约0.06in.2的截面面积。
可以预期的是，管道494中的开口和螺纹杆开口495的单位为in.2的截面面积与活塞室499的以in.3为单位的容积与波纹管室498的以in.3为单位的容积之间的比率介于1:403:2,346至大约1:61,111:333,333之间。这是能够替代地表示为1:403-61,111:2,346-333,333的闭区间，其包括介于期间的任何比率组合，并且例如能够包括以下比率：1:403:333,333和1:61,111:2,346。
更加具体地，当车轴/悬架系统(未示出)的车轴遇到上跳事件时，诸如当车轮遭遇道路中的马路牙子或者凸起部时，车轴朝向车辆底架竖直向上移动。在这种上跳事件中，随着车轮在道路中的马路牙子或者凸起部上行驶，波纹管室498被车轴/悬架系统(未示出)压缩。空气弹簧波纹管室498的压缩导致波纹管室的内部压力增大。因此，在波纹管室498和活塞室499之间产生压差。这种压差导致空气从波纹管室498流经螺纹杆开口495经由管道494进入到活塞室499中。在波纹管室498之间经由螺纹杆开口495和管道494流入到活塞室499的气流导致发生阻尼。另外由于通过螺纹杆开口495和管道494的气流，减小了波纹管室498和活塞室499之间的压差。空气继续流动通过螺纹杆开口495和管道494，直到活塞室499和波纹管室498的压力相等为止。
相反地，当车轴/悬架系统(未示出)的车轴(未示出)遭遇下跳事件时，诸如当车轮遭遇道路中的大孔或者凹陷部时，车轴竖直向下移动离开车辆底架。在这种下跳事件中，随着车轮行进到道路中的孔或者凹陷部中，车轴/悬架系统(未示出)使得波纹管室498扩张。空气弹簧波纹管室498的扩张致使波纹管室的内部压力减小。结果，在波纹管室498和活塞室499之间产生压差。这种压差导致空气从活塞室499流经管道494，螺纹杆开口495并且进入到波纹管室498中。空气流经管道494和螺纹杆开口495导致发生阻尼。另外由于流经管道494和螺纹杆开口495的气流，减小了波纹管室498和活塞室499之间的压差。空气将继续流经管道494和螺纹杆开口495，直到活塞室499和波纹管室498的压力相等为止。当在若干秒期间几乎没有发生悬架移动或者没有发生悬架移动时，波纹管室498和活塞室499的压力能够视为相等。
由于将具有开口496的圆盘470附接到活塞442、并且提供螺纹杆开口495和管道494，可以将诸如现有空气弹簧24的非阻尼空气弹簧转换成包括阻尼特征的空气弹簧，诸如本发明第三示例性实施例的空气弹簧424。以这种方式，车轴/悬架系统(未示出)不需要减震器来向车轴/悬架系统提供阻尼，从而减小了车轴/悬架系统的重量。本发明第三示例性实施例的空气弹簧424提供了阻尼特征而同时由不需要定制设计和制造处理，原因在于利用了现有设计和制造的活塞442，从而与具有阻尼特征的现有空气弹簧(诸如，现有空气弹簧124(图4))相比，理想地减少了设计和制造成本。结果，本发明的空气弹簧424将非阻尼空气弹簧(诸如现有空气弹簧24(图1))以经济且没不利地增加制造和设计成本的方式转换成具有阻尼特征的空气弹簧，且还避免“拆卸”空气弹簧设计的潜在缺陷。
应当理解的是，在不必改变本发明的整体理念或者操作的前提下，第三示例性实施例的空气弹簧424还能够结合具有开放底部的“拆卸”空气弹簧设计一起使用。在这种应用中，包括螺纹杆488和管道494的圆盘470附接到“拆卸”空气弹簧设计的活塞的开放底部，并且因此允许将非阻尼“拆卸”空气弹簧设计转换成阻尼“拆卸”空气弹簧设计，所述阻尼“拆卸”空气弹簧设计具有与上述“模铸”空气弹簧设计类似的阻尼特征。
参照图12和13，在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，盘570和670是盘的替代构造，其能够利用所有类型的附接装置(包括摩擦焊接、钎焊、涂覆、压接、焊接、卡入、螺丝旋拧、O型环、声波、胶水、按压、熔接、可膨胀密封件、压配、螺栓、锁、弹簧、粘结结合、层压、带、大头钉、粘合剂、冷缩配合等和/或上述组合)附接或者匹配到活塞的底部。可以预期的是，在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，盘570和670可以由本领域已知的除了金属、塑料和/或复合材料的其它材料构成。
本发明用于重载车辆的具有阻尼特征的空气弹簧通过不使用减震器、同时将具有“模铸”端部闭合件的非阻尼空气弹簧转换成提供阻尼特征的空气弹簧，克服了与现有空气弹簧有关的问题。还允许在空气弹簧中使用不同的活塞/基架组合，使得活塞的体积能够随着活塞室和波纹管室之间的开口尺寸而发生变化，以便优化空气弹簧的阻尼特征。另外，本发明用于重载车辆的具有阻尼特征的空气弹簧提供了具有阻尼特征的空气弹簧，其可以针对不同用途进行优化、同时又不需要像现有具有阻尼特征的空气弹簧要求那样针对具体应用定制设计和制造空气弹簧。
本发明还包括将非阻尼空气弹簧转换成具有阻尼特征的空气弹簧的方法。这种方法包括根据在上文描述的步骤和在图5至图13中示出的描述和结构。
可以预期的是，在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，能够在具有一根或者多根车轴的牵引车-拖车或者重载车辆(诸如，公共汽车、卡车、拖车等)上使用本发明的示例性实施例空气弹簧224、324、424。还可以预期的是，在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，能够在具有可动或不可动的框架或子框架的车辆上使用示例性实施例的空气弹簧224、324、424。还应当理解的是能够在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，在本领域技术人员已知的所有类型的空气前和/或后臂梁型车轴/悬架系统设计上使用示例性实施例空气弹簧224、324、424。还可以预期的是能够在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，能够在具有上置/上支撑构造或者下置/下支撑构造的车轴/悬架系统上使用示例性实施例空气弹簧224、324、424。还可以预期的是能够在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，能够结合其它类型的空气刚性梁类型车轴/悬架系统(诸如，使用U型螺栓、U型螺栓托架/车轴座等的车轴/悬架系统)使用示例性实施例空气弹簧224、324、424。还可以预期的是能够在在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，由各种材料形成示例性实施例空气弹簧224、324、424，所述各种材料包括复合物、金属等。还可以预期的是能够在在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，结合现有减震器和其它类似装置等使用示例性实施例空气弹簧224、324、424。
可以预期的是在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，能够利用其它附接手段(诸如摩擦焊接、振动、钎焊、涂覆、压接、焊接、卡入、螺丝旋拧、O型环、声波、胶水、按压、熔融、可膨胀密封件、压配、螺栓、锁、弹簧、粘结结合、层压、带、大头钉、粘合剂、冷缩配合等和/或上述组合)将盘270、370、470、570、670分别附接到活塞242、342、442。可以预期的是在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，可以由除金属、塑料和/或复合材料外的本领域已知的其它材料构成圆盘270、370、470、570、670。
可以预期的是在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，能够分别在活塞242、342的保持板286、386和顶板282、382内的不同位置中形成第一和第二示例性实施例224、324的开口274、275、374、375。还可以预期的是可以在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，分别在活塞242、342的保持板286、386和顶板282、382中形成任何数量的开口274、275、374、375，诸如多个小开口。
可以预期的是在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，盘270、370、470、570、670可以竖直向更远处延伸直到竖直侧壁391、491。还可以预期的是在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，盘270、370、470、570、670能够具有可变厚度，所述可变厚度可以一致或者非一致。还可以预期的是可以在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，唇状部278可以竖直向更高处延伸。还可以预期的是在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，与盘370的结构类似，盘270、470、570、670可以包括直接附接到的每根相应梁18的结构。还可以预期的是在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，盘270、370、470、570、670能够包括槽，以促进分别密封附接到活塞242、342、442。
可以预期的是在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，盘470可以包括任何数量的开口496和/或位于相应盘内不同位置处的开口。
可以预期的是在不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，管道494可以由挠性材料(诸如，橡胶、塑料或者本领域技术人员已知的其它材料)构成。还可以预期的是不改变本发明的整体理念或者操作的前提下，螺纹杆488可以包括管道或者布置在开口495中的其它装置，以促进流体连通。
已经参照具体实施例描述了本发明。应当理解的是阐释为示例而非限制。在阅读和理解本公开时可以实施修改方案和替代方案，并且应当理解的是本发明包括所有这种修改方案和替代方案和其等效物。
因此，简化了用于重载车辆的具有阻尼特征的空气弹簧，所述空气弹簧提供了实现所有枚举目的的有效、安全、经济以及高效的结构和方法，消除了用于重载车辆的现有空气弹簧所遇到的困难，并且解决了本技术中的问题并且获得了新结果。
在前述描述中，为了简洁以及理解使用了特定术语；但是因为这种术语用于描述目的而非广泛解释，所以其所隐含的限制没有超过现有要求。
并且，本发明的描述和阐释为示例并且本发明的范围不局限于示出或者描述的准确细节。
描述了本发明的特征、发现和原理后，在附属权利要求中陈述了使用和安装用于重载车辆的具有阻尼特征的空气弹簧的方式、构造特征、布置方案和方法步骤以及优势、所获得的新型和有用结果；新型以及有用结构、装置、元件、布置方案、处理、零件和组合。

Claims (24)

1.一种用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，所述空气弹簧包括：
波纹管和活塞，所述波纹管包括波纹管室，所述波纹管连接到所述重载车辆的主要构件，所述波纹管直接连接到保持板，所述保持板继而安装到所述活塞的顶板，所述活塞具有开放底部，所述活塞的所述开放底部由附接到所述开放底部的盘密封闭合，由此所述活塞和所述盘限定活塞室，所述活塞安装在所述重载车辆的所述悬架组件上，所述波纹管室和所述活塞室经由形成在所述保持板和所述活塞的顶板中的对准的开口相互流体连通，所述对准的开口形成一个连续的开口，其中，所述波纹管室和所述活塞室之间的气流向所述重载车辆的悬架组件提供阻尼。
2.根据权利要求1所述的用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，所述活塞还包括张开部分和活塞侧壁，所述盘为大体圆形并且还包括连续突出唇状部，其中，所述连续突出唇状部沿着所述盘的周缘形成在盘的顶部表面上，其中，所述连续突出唇状部大体布置在所述张开部分和所述活塞侧壁之间，以增强所述盘到所述活塞的附接。
3.根据权利要求1所述的用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，所述盘还包括槽，所述槽形成在所述盘的顶部表面中并绕所述盘周向布置，且构造成与所述活塞的下表面匹配，以增强所述盘到所述活塞的附接。
4.根据权利要求3所述的用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，O型环布置在所述槽中，以增强所述盘到所述活塞的附接。
5.根据权利要求1所述的用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，所述活塞还包括活塞侧壁和中央毂，所述盘为大体杯状，所述盘还包括基部、竖直侧壁和中央部分，其中，所述基部与所述活塞侧壁的下表面匹配，所述竖直侧壁与所述活塞匹配，并且所述中央部分与所述中央毂匹配，以增强所述盘到所述活塞的附接。
6.根据权利要求1所述的用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，所述波纹管室的容积介于305立方英寸至3000立方英寸之间。
7.根据权利要求1所述的用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，所述活塞室的容积介于105立方英寸至550立方英寸之间。
8.根据权利要求1所述的用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，其中，所述连续的开口的截面面积介于0.009平方英寸至0.13平方英寸之间。
9.根据权利要求1所述的用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，其中，所述连续的开口的单位为平方英寸的截面面积与所述活塞室的以立方英寸为单位的容积与所述波纹管室的以立方英寸为单位的容积之间的比率介于1:403:2346至1:61111:333333之间。
10.根据权利要求1所述的用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，所述对准的开口包括：
螺纹杆，所述螺纹杆形成为具有通过所述螺纹杆的长度的开口，所述螺纹杆布置在所述波纹管室和所述活塞室之间并且与所述波纹管室和所述活塞室流体连通。
11.根据权利要求10所述的用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，所述空气弹簧还包括管道，所述管道提供所述螺纹杆的开口和所述活塞室之间的流体连通。
12.根据权利要求1所述的用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧，所述盘到所述活塞的所述开放底部的所述附接包括粘结结合或者摩擦焊接。
13.一种用于将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供包括波纹管和活塞的非阻尼空气弹簧，所述波纹管构造成附接至安装到所述活塞的顶板上的保持板以形成波纹管室、并且还构造成附接到所述重载车辆的主要构件，所述活塞具有开放底部，所述活塞构造成附接至所述重载车辆的所述悬架组件；
b)i)通过形成所述波纹管室和所述活塞之间的至少一个开口，并且ii)通过将盘附接到所述开放底部来密封闭合所述活塞的所述开放底部、由此所述活塞和所述盘限定活塞室，将所述非阻尼空气弹簧转换成阻尼空气弹簧，其中，所述波纹管室和所述活塞室之间的气流向所述重载车辆的悬架组件提供阻尼。
14.根据权利要求13所述的用于将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法，所述活塞还包括张开部分和活塞侧壁，所述盘为大体圆形并且还包括连续突出唇状部，其中，所述连续突出唇状部沿着所述盘的周缘形成在盘顶部表面上，其中，所述连续突出唇状部大体布置在所述张开部分和所述活塞侧壁之间，以增强所述盘到所述活塞的附接。
15.根据权利要求13所述的用于将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法，所述盘还包括槽，所述槽形成在所述盘的顶部表面中并且绕所述盘周向布置，并且构造成与所述活塞的下表面匹配，以增强所述盘到所述活塞的附接。
16.根据权利要求15所述的用于将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法，O型环布置在所述槽中，以增强所述盘到所述活塞的附接。
17.根据权利要求13所述的用于将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法，所述活塞还包括活塞侧壁和中央毂，所述盘为大体杯状，所述盘还包括基部、竖直侧壁和中央部分，其中，所述基部与所述活塞侧壁的下表面匹配，所述竖直侧壁与所述活塞匹配，并且所述中央部分与所述中央毂匹配，以增强所述盘到所述活塞的附接。
18.根据权利要求13所述的用于将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法，所述波纹管室的容积介于305立方英寸至3000立方英寸之间。
19.根据权利要求13所述的用于将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法，所述活塞室的容积介于105立方英寸至550立方英寸之间。
20.根据权利要求13所述的用于将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法，所述至少一个开口的截面面积介于0.009平方英寸至0.13平方英寸之间。
21.根据权利要求13所述的用于将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法，其中，所述至少一个开口的单位为平方英寸的截面面积与所述活塞室的以立方英寸为单位的容积与所述波纹管室的以立方英寸为单位的容积之间的比率介于1:403:2346至1:61111:333333之间。
22.根据权利要求13所述的用于将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法，所述至少一个开口包括：
螺纹杆，所述螺纹杆形成为具有通过所述螺纹杆的长度的开口，所述螺纹杆布置在所述波纹管室和所述活塞室之间并且与所述波纹管室和所述活塞室流体连通。
23.根据权利要求22所述的用于将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法，所述空气弹簧还包括管道，所述管道附接到所述螺纹杆的开口并且与所述螺纹杆的开口流体连通，所述管道提供所述螺纹杆的开口和所述活塞室之间的流体连通。
24.根据权利要求13所述的用于将非阻尼空气弹簧转换成用于重载车辆的悬架组件的具有阻尼特征的空气弹簧的方法，所述盘到所述活塞的所述开放底部的所述附接包括粘结结合或者摩擦焊接。
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