CN108528163A - 汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，包括缸盖、外缸筒、内缸筒、活塞杆、上胶囊和下胶囊，内缸筒通过缸盖固定在外缸筒内，内缸筒内活动设置有用于将内缸筒分隔成第一油室和第二油室的活塞，活塞上固定设置有通断控制件，活塞杆与活塞固定连接；外缸筒与内缸筒之间设置有主气室和副气室；上胶囊固定在主气室内，上胶囊与内缸筒之间形成第三油室，下胶囊固定在副气室内，下胶囊与内缸筒之间形成第四油室；第三油室与第一油室相通，第四油室与第二油室相通或第四油室与外部油管连通。本发明最关键的功能是在车辆行驶过程中能依据汽车行驶路况需要，主动改变弹簧刚度，大幅减少车辆点头和侧倾角，实现汽车安全行驶和可靠操控。

Description

汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧

技术领域

本发明涉及汽车悬架系统领域，尤其涉及一种汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧。

背景技术

汽车悬架系统是指车身、车架和车轮之间的一个连接结构系统，而这个结构系统包含了避震器、悬架弹簧、防倾杆、悬吊副梁、下控臂、纵向杆、转向节臂、橡皮衬套和连杆等部件。当汽车行驶在路面上时因地面的变化而受到震动及冲击，这些冲击的力量其中一部份会由轮胎吸收，但绝大部分是依靠轮胎与车身间的悬架装置来吸收的。

在汽车悬架系统中，油气弹簧是一种性能优良的悬架弹性阻尼元件，是油气悬架的核心部分，兼有阻尼特性和非线性刚度特性，是以惰性的氮气作为弹性元件，利用油液的流动阻力实现减振，同时利用油液的不可压缩性实现较为准确的运动和力的传递。油气弹簧具有变刚度特性，使安装油气悬架的车辆可得到较低的固有振动频率，从而改善驾驶员的劳动条件和提高平均车速，而且油气弹簧还可实现车身高度的调节。

中国专利公告号为CN104047987A的现有技术在2014年9月17日公开了一种新型油气弹簧，上吊环固定装置的内腔中有一个上半球室，工作缸筒的上口处有橡胶油气隔膜，上半球室和橡胶油气隔膜形成一个密封的内充高压气的高压气室，橡胶油气隔膜、工作缸筒内壁及位于橡胶油气隔膜下方的活塞之间围成封闭的无杆腔，活塞、活塞杆外壁、工作缸筒内壁和下壁之间围成环形腔，活塞杆的内腔中有气囊和阻尼阀；阻尼阀的侧壁上开有四个沿径向均布的第二梯形通孔，活塞杆的侧壁上开有四个沿径向均布的与四个第二梯形通孔在同一径向位置的第一梯形通孔。该专利的工作原理为：在车辆静载荷发生变化时，通过向油室充放油液来改变活塞杆向外推力，从而达到维持底盘高度不变的目的。但由于油气弹簧气室容积只与载荷成对应关系，不能主动改变，因此在车辆行驶过程中，弹簧刚度也不能主动改变。并且，在车身升降时，还因为油液在油管中流动阻力大，受阀门通径限制，导致车辆底盘升降速度慢。

另外，现有汽车悬架还常常使用橡胶空气弹簧，该弹簧悬架系统通过对气囊充放气也具备车身升降和载荷变化时维持车身高度不变的性能，但橡胶空气弹簧的工作压力较低，一般在0.6MPa左右，气囊外径比较大不利于在汽车悬架上布置，同时想变换气室容积改变弹簧刚度也很困难，成本也很高，只有极少数豪华乘用车的空气悬架具备这样的功能，在商用客车上很难实现这样的功能。另外在车辆载荷发生大幅度变化时，气囊内气压变化，气囊外径变化，活塞承压面积会跟随变化，所以虽然载荷变化时可以通过充放气调节气囊内的气压来维持底盘高度不变，但因为刚度变化与载荷质量不成线性关系，载荷越小偏频越大，载荷越大偏频越小，仍然存在着悬架偏频不稳定的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，本发明最关键的功能是在车辆行驶过程中能依据汽车行驶路况需要，主动改变弹簧刚度，在急刹车和急转弯时，大幅减少车辆点头和侧倾角，实现汽车安全行驶和可靠操控。并且，还能够在车辆静载荷变化时维持车身离地高度不变和弹簧偏频不变，无论空载和重载车辆都能保持一致的平顺性和操控性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，包括缸盖、外缸筒、内缸筒、活塞杆、上胶囊和下胶囊，所述内缸筒通过缸盖固定在外缸筒内，所述内缸筒内活动设置有用于将内缸筒分隔成第一油室和第二油室的活塞，所述第一油室与第二油室之间固定设置有通断控制件，所述活塞杆伸入内缸筒与活塞固定连接；所述外缸筒与内缸筒之间设置有主气室和副气室，主气室位于副气室上方；所述上胶囊固定设置在主气室内，且上胶囊与内缸筒之间形成第三油室，所述下胶囊固定设置在副气室内，且下胶囊与内缸筒之间形成第四油室；所述第三油室与第一油室相通，所述第四油室与第二油室相通或第四油室与外部油管连通。

所述活塞轴向开设有与第一油室相通的一号通孔，所述活塞径向开设有分别与一号通孔和第二油室相通的二号油孔，所述通断控制件为固定在一号通孔内的一号阻尼阀组件；所述内缸筒上部开设有一号油孔，第一油室通过一号油孔与第三油室相通；所述第四油室底部开设有油管接口，第四油室通过油管接口与外部油管连通。

所述活塞轴向开设有与第一油室相通的一号通孔，所述活塞径向开设有分别与一号通孔和第二油室相通的二号油孔，所述通断控制件为固定在一号通孔内的一号截止阀；所述内缸筒上部开设有一号油孔，下部开设有三号油孔，第一油室通过一号油孔与第三油室相通，第四油室通过三号油孔与第二油室相通。

所述活塞杆上固定设置有用于将第二油室分隔成第二上油室和第二下油室的拉伸限位环，拉伸限位环上开设有二号通孔，二号通孔内安装有二号阻尼阀组件。

所述主气室和副气室由固定设置在外缸筒与内缸筒之间的隔离密封环分隔而成。

所述上胶囊、下胶囊、外缸筒、内缸筒和活塞杆的轴心线均在同一直线上。

所述上胶囊和下胶囊均为筒状结构，上胶囊上下两端的内壁上和下胶囊上下两端的内壁上均固定设置有环形袖口，上胶囊上端的环形袖口过盈安装在缸盖的环形凹槽内，上胶囊下端的环形袖口和下胶囊上端的环形袖口均过盈安装在内缸筒腰部的环形腰槽内，下胶囊下端的环形袖口固定在外缸筒的底部。

所述上胶囊上端的环形袖口通过外缸筒固定在缸盖的环形凹槽内，上胶囊下端的环形袖口和下胶囊上端的环形袖口均通过卡环固定在内缸筒腰部的环形腰槽内。

所述活塞与内缸筒之间设置有上支撑环，所述活塞杆与内缸筒之间设置有密封组件和下支撑环，所述内缸筒与外缸筒之间设置有密封圈。

所述外缸筒上设置有分别与主气室和副气室连通的第一气口和第二气口，且第一气口和第二气口均与带充放气口的二号截止阀连接。

所述缸盖上固定设置有第一连接件，所述活塞杆上固定设置有第二连接件，所述第二连接件上固定设置有压缩限位橡胶块。

所述内缸筒的内底部固定设置有拉伸限位橡胶块。

所述缸盖包括盖板和一体成型在盖板上的环形凹槽，所述环形凹槽位于外缸筒与内缸筒之间。

采用本发明的优点在于：

1、本发明中的双胶囊气体弹簧包括缸盖、外缸筒、内缸筒、活塞杆、上胶囊和下胶囊，并形成了第一油室、第二油室、第三油室、第四油室、主气室和副气室。通过上述结构的配合，最关键的是使得双胶囊气体弹簧能够根据不同的路况采用两种不同的方式来主动改变弹簧刚度，具体如下：

（1）、当第四油室与外部油管相通时，第一油室、第二油室和第三油室中的油液总量是恒定不变的，第一油室、第二油室、第三油室与主气室和副气室构成可变刚度的气体弹簧，通过控制主气室和副气室的通断即可切换刚度。在车身离地高度不变时，主气室容积在车辆静态时也不变，但副气室的容积随第四油室的容积增加而减少，相反的随第四油室的容积减少而增加。在实际使用时，通过改变主气室或副气室的压强而不改变主气室或副气室的容积即可改变车辆的载荷能力，通过改变主气室和副气室的容积即可改变车辆的底盘高度并使其有合适的离地高度，通过改变第四油室的容积进而改变副气室容积能够连续缓慢改变弹簧刚度，通过控制主气室和副气室的通断即能够大范围快速地改变弹簧刚度。

进一步的，在主气室和副气室保持连通的前提下，通过改变第四油室的油液容积，即通过外部油管向第四油室充放油液，就可以改变副气室气体容积，并通过向副气室充放适量的气体维持车高不变，也能改变弹簧刚度，并且通过控制第四油室油液量也就控制了副气室气体容积，从而做到无级调整弹簧刚度。其中，虽然通过向第四油室充入油液而最小化副气室容积也可以使弹簧刚度最大化，但使用油液改变弹簧刚度的速度较慢。在控制主气室和副气室断开时，副气室不参与工作，只有主气室参与工作，弹簧瞬间就切换成了大刚度状态。因此通过控制主气室和副气室的通断，并结合对第四油室油液容积的控制，就能做到弹簧从最小刚度到最大刚度的连续变化和瞬间最大范围切换，大大扩展了弹簧的性能，满足了汽车在各种道路上以各种速度行驶的刚度要求。

（2）、当第四油室与第三油室相通时，第一油室、第二油室、第三油室和第四油室中的油液总量是恒定不变的，主气室、副气室的气体总容积也是恒定不变的，在弹簧充放气的时候使主气室与副气室连通，其余时间主气室与副气室被隔断。当第一油室、第二油室、第三油室和第四油室相互连通时，这四个油室的油压是基本接近的，通过上胶囊和下胶囊的压力传递，主气室和副气室等同于连通，此时弹簧处于小刚度状态。当第一油室和第二油室不相通时，第一油室、第三油室与主气室构成主气体弹簧，第二油室、第四油室与副气室构成副气体弹簧，主、副弹簧构成并联弹簧，弹簧的总体刚度将是主、副两个弹簧的刚度之和。在实际使用时，通过改变主气室或副气室的压强而不改变主气室或副气室的气室容积即可改变车辆的载荷能力，通过改变主气室或副气室的容积即可改变车辆的底盘高度并使其有合适的离地高度，在控制主气室和副气室不相通时，通过通断控制件控制第一油室和第二油室的通断，即可快速实现弹簧刚度的大范围切换。

由上可知，本发明能在车辆静载荷发生变化时，维持车身离地高度和悬架偏频保持不变，能在静载荷不变时主动的升降车身，使车身有合适的离地高度，更为特别的性能是通过改变第四油室的油液流动渠道，并配合控制各气室、油室的不同工作状态的切换，可以获得弹簧的不同刚度特性，满足不同车型对悬架刚度的不同要求，从而实现汽车因应不同环境需要不同的刚度和偏频来达到最佳的平顺性和操控性。

2、本发明中的第四油室与外部油管连通时，通断控制件为固定在一号通孔内的一号阻尼阀组件，通过一号阻尼阀组件能够对流动的油液提供双向阻尼，有利于衰减车身的震动。

3、本发明中的第四油室与第二油室连通时，通断控制件为固定在一号通孔内的一号截止阀，在主气室和副气室处于断开的状态下，通过开启一号截止阀能使弹簧处于小刚度状态，通过关闭一号截止阀就能使弹簧瞬间被切换到大刚度状态，有利于弹簧刚度的快速切换。同时因为是将一个弹簧切换成两个并联的弹簧，所以刚度变化范围非常大，可达20倍以上。

4、本发明通过固定设置在活塞杆上的拉伸限位环和设置在拉伸限位环上的二号阻尼阀组件，有利于进一步衰减车身震动。

5、本发明中的主气室和副气室由固定设置在外缸筒与内缸筒之间的隔离密封环分隔而成，该结构能够有效防止主气室和副气室相通。

6、本发明将上胶囊、下胶囊、活塞杆和内缸筒同心布置，可以在汽车悬架有限的高度空间内将弹簧的行程设计的更大，使车辆底盘具有更好的通过性。并且，在实际使用过程中，胶囊随活塞杆进出内缸筒产生的变形是径向变形，当胶囊长度设计的足够长，胶囊径向膨胀和收缩率就会很小，能够确保胶囊有足够的寿命。

7、本发明将胶囊设为筒状结构，既有利于制造和安装固定，又有利于胶囊两端环形袖口的过盈密封，可靠地隔离油室的油液和气室气体。

8、本发明中上胶囊上端的环形袖口通过外缸筒固定在缸盖的环形凹槽内，上胶囊下端的环形袖口和下胶囊上端的环形袖口均通过卡环固定在内缸筒腰部的环形腰槽内，确保胶囊膨胀和收缩时，能稳稳的封住气室的气体、第三油室的油液和第四油室的油液。

9、本发明通过上支撑环和下支撑环能够对活塞杆起支撑限位作用，保证活塞上下运动的稳定性。

10、本发明通过带充放气口的二号截止阀，有利于快速控制主气室与副气室的通断，从而达到快速大范围改变弹簧刚度的目的。

11、本发明通过拉伸限位橡胶块和压缩限位橡胶块能够防止活塞与内缸筒和第二连接件与外缸筒之间的刚性碰撞。

12、本发明结构紧凑，气室工作压强高达10MPa，单只载荷为1吨的弹簧外径也不超过85mm，又具备优异的超控性和平顺性能，所以特别适合高级乘用车和适用于商务客车配装。

13、本发明结构简单，易于制造，维护费用低，寿命长。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为实施例2的结构示意图。

图中标记为：1、第一连接件，2、一号油孔，3、环形袖口，4、外缸筒，5、活塞，6、上胶囊，7、一号通孔，8、内缸筒，9、第二油室，10、拉伸限位橡胶块，11、上支撑环，12、密封组件，13、第二连接件，14、压缩限位橡胶块，15、活塞杆，16、下支撑环，17、拉伸限位环，18、主气室，19、卡环，20、二号阻尼阀组件，21、第一气口，22、二号油孔，23、第三油室，24、一号阻尼阀组件，25、第一油室，26、缸盖，27、第二气口，28、隔离密封环，29、一号截止阀，30、副气室，31、油管接口，32、三号油孔，33、下胶囊，34、第四油室，35、二号截止阀。

具体实施方式

实施例1

一种汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，包括缸盖26、外缸筒4、内缸筒8、活塞杆15、上胶囊6和下胶囊33，所述内缸筒8通过缸盖26固定在外缸筒4内，所述内缸筒8内活动设置有用于将内缸筒8分隔成第一油室25和第二油室9的活塞5，分隔后的第一油室25位于第二油室9的上方，所述第一油室25与第二油室9之间固定设置有通断控制件，所述活塞杆15伸入内缸筒8与活塞5固定连接；所述外缸筒4与内缸筒8之间设置有主气室18和副气室30，所述主气室18和副气室30由固定设置在外缸筒4与内缸筒8之间的隔离密封环28分隔而成，且分隔后的主气室18位于副气室30上方；进一步的，所述外缸筒4上设置有分别与主气室18和副气室30连通的第一气口21和第二气口27，且第一气口21和第二气口27均与带充放气口的二号截止阀35连接；所述上胶囊6固定设置在主气室18内，且上胶囊6与内缸筒8之间形成第三油室23，所述第三油室23与第一油室25相通，所述下胶囊33固定设置在副气室30内，且下胶囊33与内缸筒8之间形成第四油室34，所述第四油室34与外部油管连通，通过外部油管可对第四油室34进行充油或放油。

本实施例中，所述活塞5轴向开设有与第一油室25相通的一号通孔7，所述活塞5径向开设有分别与一号通孔7和第二油室9相通的二号油孔22，所述通断控制件为固定在一号通孔7内的一号阻尼阀组件24；所述内缸筒8上部开设有一号油孔2，第一油室25通过一号油孔2与第三油室23相通；所述第四油室34底部开设有油管接口31，第四油室34通过油管接口31与外部油管连通。其中，一号油孔2和二号油孔22的数量均为一个或多个，一号油孔2和二号油孔22均可为圆形、方形、三角形等。

本实施例中，所述上胶囊6和下胶囊33均为筒状结构，且优选上胶囊6和下胶囊33均为锥筒状结构或柱筒状结构；上胶囊6上下两端的内壁上和下胶囊33上下两端的内壁上均固定设置有环形袖口3，上胶囊6上端的环形袖口3过盈安装在缸盖26的环形凹槽内，上胶囊6下端的环形袖口3和下胶囊33上端的环形袖口3均过盈安装在内缸筒8腰部的环形腰槽内，下胶囊33下端的环形袖口3固定在外缸筒4的底部。具体的，上胶囊6上端的环形袖口3通过外缸筒4固定在缸盖26的环形凹槽内，上胶囊6下端的环形袖口3和下胶囊33上端的环形袖口3均通过同一卡环19固定在内缸筒8腰部的环形腰槽内，且安装后的上胶囊6、下胶囊33、外缸筒4、内缸筒8和活塞杆15的轴心线均在同一直线上。其中，为了安装方便，优选卡环19固定在隔离密封环28内。进一步的，不论是上胶囊6，还是下胶囊33，其环形袖口3的壁厚均大于胶囊其他部位的壁厚1倍以上，并且环形袖口3的宽度不小于袖口壁厚。

本实施例中，所述缸盖26包括盖板和一体成型在盖板上的环形凹槽，所述环形凹槽位于外缸筒4与内缸筒8之间。所述外缸筒4为上端开口，下端开设有台阶孔和通孔的结构，且该台阶孔与内缸筒8外径相适配；所述内缸筒8为上端开口，下端开设有通孔的结构，且内缸筒8下端的通孔和外缸筒4下端的通孔孔径均相同。安装时，内缸筒8开设有通孔的一端安装在外缸筒4的台阶孔内，另一端通过缸盖26固定，活塞杆15依次穿过外缸筒4的通孔和内缸筒8的通孔后与活塞5连接。进一步的，所述缸盖26上固定设置有第一连接件1，所述活塞杆15上固定设置有第二连接件13，气体弹簧通过第一连接件1和第二连接件13分别与汽车悬架和车身固定连接。更进一步的，所述内缸筒8的内底部固定设置有拉伸限位橡胶块10，且该拉伸限位橡胶块10套设在活塞杆15四周；所述第二连接件13上固定设置有压缩限位橡胶块14，且该压缩限位橡胶块14设置在第二连接件13与活塞杆15的连接处。

本实施例中，所述活塞5与内缸筒8之间设置有上支撑环11，所述活塞杆15与内缸筒8之间设置有密封组件12和下支撑环16，所述内缸筒8与外缸筒4之间设置有密封圈。

本实施例的工作原理为：

一、汽车行驶中的车轮跳动

1、车轮上跳时，活塞杆15带动活塞5往缸内（向上）移动，第二油室9的体积增大，第一油室25的体积减小，第一油室25内的部分油液经安装在一号通孔7中的一号阻尼阀组件24和二号油孔22被吸入第二油室9，同时这部分油液通过一号阻尼阀组件24时产生弹簧压缩阻尼力，另一部分油液经一号油孔2压入第三油室23致使第三油室23油液容积增加，迫使上胶囊6膨胀，主气室18体积减小，气体压强增加，气体弹簧弹力增加。

2、车轮下跳时，活塞杆15带动活塞5往缸外（向下）移动，第二油室9的体积减小，第一油室25的体积增大，第二油室9内的油液经二号油孔22和安装在一号通孔7中的一号阻尼阀组件24被压入第一油室25，这部分油液在通过一号阻尼阀组件24时产生弹簧拉伸阻尼力，同时第三油室23中的油液经一号油口被吸入到第一油室25，致使第三油室23油液容积减少，迫使上胶囊6收缩，主气室18体积增大，气体弹簧弹力减小。

二、气体弹簧的主动变刚度

1、缓慢的无级变刚度

该模式是在二号截止阀35开启使主气室18和副气室30连通的状态，当通过油管接口31向第四油室34注入油液时，副气室30容积减小，参与工作的气室总容积减小，弹簧刚度增大。当通过油管接口31将第四油室34的油液排出时，副气室30容积增大，参与工作的气体总容积增加，弹簧刚度减小。其中，当第四油室34完全充满时，即下胶囊33被挤压膨胀至无副气室30时，弹簧的刚度增加至最大。当第四油室34完全排空时，即下胶囊33膨胀至无第四油室34时，弹簧的刚度减小至最小，第四油室34的油液容积的多少决定着刚度的大小。

2、大幅度快速切换刚度

该模式是在二号截止阀35关闭时主气室18和副气室30处于断开的状态，主气室18与副气室30断开，独立参与工作的主气室18容积小，所以弹簧刚度大幅上升，而且二号截止阀35动作非常快，所以刚度可以被快速切换

三、载荷不变时的车身升降

1、升高车身：通过带充放气口的二号截止阀35、第一气口21和第二气口27对主气室18和副气室30充入气体，主气室18体积增大，上胶囊6收缩并挤压第三油室23的油液进入第一油室25，从而将活塞杆15推出内缸筒8，车身随之升高，当车身升高到设定值时，停止加气。

2、降低车身：通过带充放气口的二号截止阀35、第一气口21和第二气口27对主气室18和副气室30放气，主气室18体积减小，上胶囊6膨胀使第一油室25的油液进入第三油室23，从而活塞杆15向内缸筒8收缩，车身随之降低，当车身降低到设定值时，停止放气。

四、车辆静载荷变化

1、静载荷增加时车身高度下降，此时通过带充放气口的二号截止阀35、第一气口21和第二气口27对主气室18和副气室30充入气体，增加主气室18和副气室30压强，并通过胶囊、第三油室23、第一油室25的油液传递到活塞杆15，增加气体弹簧弹力，以达到平衡簧上载荷重力，当车身回到设定高度时，停止加气。

2、静载荷减小时车身高度升高，通过带充放气口的二号截止阀35、第一气口21和第二气口27对主气室18和副气室30放气，减小主气室18和副气室30的压强，并通过胶囊、第三油室23、第一油室25的油液传递到活塞杆15，减小气体弹簧弹力，以达到平衡簧上载荷重力，当车身回到设定高度时，停止放气。

由于载荷变化时，通过对主气室18和副气室30充气或放气以增加或减小气室压强来维持车身高度不变，主气室18和副气室30容积并没有改变，气体弹簧刚度只与载荷质量成正比，而弹簧偏频与簧上质量成反比，因此弹簧偏频不会因为载荷变化而变化。

实施例2

一种汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，包括缸盖26、外缸筒4、内缸筒8、活塞杆15、上胶囊6和下胶囊33，所述内缸筒8通过缸盖26固定在外缸筒4内，所述内缸筒8内活动设置有用于将内缸筒8分隔成第一油室25和第二油室9的活塞5，分隔后的第一油室25位于第二油室9的上方，所述第一油室25与第二油室9之间固定设置有通断控制件，所述活塞杆15伸入内缸筒8与活塞5固定连接；所述外缸筒4与内缸筒8之间设置有主气室18和副气室30，所述主气室18和副气室30由固定设置在外缸筒4与内缸筒8之间的隔离密封环28分隔而成，且分隔后的主气室18位于副气室30上方；进一步的，所述外缸筒4上设置有分别与主气室18和副气室30连通的第一气口21和第二气口27，且第一气口21和第二气口27均与带充放气口的二号截止阀35连接；所述上胶囊6固定设置在主气室18内，且上胶囊6与内缸筒8之间形成第三油室23，所述第三油室23与第一油室25相通，所述下胶囊33固定设置在副气室30内，且下胶囊33与内缸筒8之间形成第四油室34，所述第四油室34与外部油管连通，通过外部油管可对第四油室34进行充油或放油。

本实施例中，所述活塞5轴向开设有与第一油室25相通的一号通孔7，所述活塞5径向开设有分别与一号通孔7和第二油室9相通的二号油孔22，所述通断控制件为固定在一号通孔7内的一号截止阀29；所述内缸筒8上部开设有一号油孔2，下部开设有三号油孔32，第一油室25通过一号油孔2与第三油室23相通，第四油室34通过三号油孔32与第二油室9相通。其中，一号油孔2、二号油孔22和三号油孔32的数量均为一个或多个，一号油孔2、二号油孔22和三号油孔32均可为圆形、方形、三角形等。

进一步的，所述活塞杆15上固定设置有用于将第二油室9分隔成第二上油室和第二下油室的拉伸限位环17，该拉伸限位环17既可一体成型在活塞杆15上，也可焊接在活塞杆15上。所述拉伸限位环17上开设有二号通孔，二号通孔内安装有二号阻尼阀组件20，第四油室34通过三号油孔32与第二下油室相通。

本实施例中，所述上胶囊6和下胶囊33均为筒状结构，且优选上胶囊6和下胶囊33均为锥筒状结构或柱筒状结构；上胶囊6上下两端的内壁上和下胶囊33上下两端的内壁上均固定设置有环形袖口3，上胶囊6上端的环形袖口3过盈安装在缸盖26的环形凹槽内，上胶囊6下端的环形袖口3和下胶囊33上端的环形袖口3均过盈安装在内缸筒8腰部的环形腰槽内，下胶囊33下端的环形袖口3固定在外缸筒4的底部。具体的，上胶囊6上端的环形袖口3通过外缸筒4固定在缸盖26的环形凹槽内，上胶囊6下端的环形袖口3和下胶囊33上端的环形袖口3均通过同一卡环19固定在内缸筒8腰部的环形腰槽内，且安装后的上胶囊6、下胶囊33、外缸筒4、内缸筒8和活塞杆15的轴心线均在同一直线上。其中，为了安装方便，优选卡环19固定在隔离密封环28内。进一步的，不论是上胶囊6，还是下胶囊33，其环形袖口3的壁厚均大于胶囊其他部位的壁厚1倍以上，并且环形袖口3的宽度不小于袖口壁厚。

本实施例中，所述缸盖26包括盖板和一体成型在盖板上的环形凹槽，所述环形凹槽位于外缸筒4与内缸筒8之间。所述外缸筒4为上端开口，下端开设有台阶孔和通孔的结构，且该台阶孔与内缸筒8外径相适配；所述内缸筒8为上端开口，下端开设有通孔的结构，且内缸筒8下端的通孔和外缸筒4下端的通孔孔径均相同。安装时，内缸筒8开设有通孔的一端安装在外缸筒4的台阶孔内，另一端通过缸盖26固定，活塞杆15依次穿过外缸筒4的通孔和内缸筒8的通孔后与活塞5连接。进一步的，所述缸盖26上固定设置有第一连接件1，所述活塞杆15上固定设置有第二连接件13，气体弹簧通过第一连接件1和第二连接件13分别与汽车悬架和车身固定连接。更进一步的，所述内缸筒8的内底部固定设置有拉伸限位橡胶块10，且该拉伸限位橡胶块10套设在活塞杆15四周；所述第二连接件13上固定设置有压缩限位橡胶块14，且该压缩限位橡胶块14设置在第二连接件13与活塞杆15的连接处。

本实施例中，所述活塞5与内缸筒8之间设置有上支撑环11，所述活塞杆15与内缸筒8之间设置有密封组件12和下支撑环16，所述内缸筒8与外缸筒4之间设置有密封圈。

本实施例的工作原理为：

一、汽车行驶中的车轮跳动(一号截止阀29开启)。

1、车轮上跳时，活塞杆15带动活塞5往缸内（向上）移动，第二油室9的体积增大，第一油室25的体积减小，第一油室25内的部分油液经安装在一号通孔7中的一号截止阀29和二号油孔22被压入第二油室9并经三号油32孔进入第四油室34，致使下胶囊33膨胀而副气室容30积变小，另一部分油液经一号油孔2压入第三油室23致使第三油室23油液容积增加，迫使上胶囊6膨胀，主气室18容积减小，主气室18和副气室30因容积减小而气体压强增加，气体弹簧弹力增加。

2、车轮下跳时，活塞杆15带动活塞5往缸外（向下）移动，第二油室9的体积减小，第一油室25的容积增大，第四油室34的油液经三号油孔32进入第二油室9并和第二油室9内的油液汇合经二号油孔22和安装在一号通孔7中的一号截止阀29被吸入第一油室25，致使下胶囊33收缩，副气室30容积增大，同时第三油室23中的油液经一号油口被吸入到第一油室25，致使第三油室23油液容积减少，迫使上胶囊6收缩，主气室18体积增大，主气室18和副气室30因容积增大而气体压强减小，气体弹簧弹力减小。

二、气体弹簧的主动变刚度

1、小刚度模式

该模式是一号截止阀29和二号截止阀35中任意一个阀处于开启状态，主气室18和副气室30的气体都参与弹簧的压缩和拉伸，此时弹簧工作于小刚度模式。

2、大刚度模式

该模式是在二号截止阀35关闭使主气室18和副气室30处于断开的状态，同时关闭一号截止阀29，第一油室25、第三油室23与主气室18构成独立的主气体弹簧，第二油室9、第四油室34与副气室30构成独立的副气体弹簧，主、副弹簧构成并联弹簧。

a、主弹簧的弹力和刚度变化：活塞5随活塞杆15上下移动，第一油室25的容积因活塞5截面积较活塞杆15截面积大而变化较大，而第一油室25的油液因一号截止阀关闭只能与第三油室23的油液进行交换，主气室18的气体容积和压强变化量也将很大，并且主气室18压强的变化量将直接作用于活塞5端面而非活塞杆15端面，这样主弹簧的弹力变化量随行程变化将大幅增加或减小，刚度变化相对小刚度模式的同样行程，将大幅提高。

b、副弹簧的弹力和刚度变化：随着弹簧的压缩和拉伸，副弹簧的弹力变化和主弹簧的弹力变化是相反的，弹簧压缩时，第二油室9容积是增加，副气室30容积是增大，作用于活塞5背面面积（活塞5截面积减去活塞杆15面积）的压强减小，相当于增加了活塞杆15对外作用力，相反的，当弹簧伸长时，第二油室9容积时减小，副气室30容积减小，作用于活塞5背面面积的压强增大，相当于减小了活塞杆15对外的作用力。

该模式下主气室18和副气室30的并联工作，并且因为弹簧的压缩和拉伸改变的不仅仅是主气室18和副气室30的容积，也改变了主气室18和副气室30的气压对活塞5上的作用面积，因此相较在小刚度模式下，同样的压缩和拉伸行程下，弹簧刚度可到20倍的增加。

三、载荷不变时的车身升降

1、升高车身：通过带充放气口的二号截止阀35、第一气口21和第二气口27对主气室18和副气室30充入气体，主气室18和副气室30体积增大，上胶囊收缩并挤压第三油室的油液进入第一油室25，下胶囊33收缩挤压第四油室34的油液经三号油孔32、第二油室9、二号油孔22以及一号截止阀29进入第一油室25，从而将活塞杆15推出内缸筒8，车身随之升高，当车身升高到设定值时，停止加气。

2、降低车身：通过带充放气口的二号截止阀35、第一气口21和第二气口27对主气室18和副气室30放气，主气室18体积和副气室30体积都减小，上胶囊6膨胀使第一油室25的一部分油液进入第三油室23，下胶囊33膨胀致第一油室25的另一部分油液经一号截止阀29、二号油孔22、第二油室9、三号油孔32进入第四油室，因第一油室25的油液减少，活塞杆15向内缸筒8收缩，车身随之降低，当车身降低到设定值时，停止放气。

四、车辆静载荷变化

1、静载荷增加时车身高度下降，此时通过带充放气口的二号截止阀35、第一气口21和第二气口27对主气室18和副气室30充入气体，增加主气室18和副气室30压强，并通过上胶囊6、下胶囊33、第三油室23、第四油室33、第二油室9以及第一油室25的油液传递到活塞杆15，增加气体弹簧弹力，以达到平衡簧上载荷重力，当车身回到设定高度时，停止加气。

2、静载荷减小时车身高度升高，通过带充放气口的二号截止阀35、第一气口21和第二气口27对主气室18和副气室30放气，减小主气室18和副气室30的压强，并通过上胶囊6、下胶囊33、第三油室23、第四油室33、第二油室9以及第一油室25的油液传递到活塞杆15，减小气体弹簧弹力，以达到平衡簧上载荷重力，当车身回到设定高度时，停止放气。

由于载荷变化时，通过对主气室18和副气室30充气或放气以增加或减小气室压强来维持车身高度不变，主气室18和副气室30容积并没有改变，气体弹簧刚度只与载荷质量成正比，而弹簧偏频与簧上质量成反比，因此弹簧偏频不会因为载荷变化而变化。

本说明书实施例所述内容仅仅是能实现本发明功能和性能的优选实施例，在不背离本发明的实质功能的情况下，本领域的技术人员对结构做出的显而易见的改变均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，其特征在于：包括缸盖（26）、外缸筒（4）、内缸筒（8）、活塞杆（15）、上胶囊（6）和下胶囊（33），所述内缸筒（8）通过缸盖（26）固定在外缸筒（4）内，所述内缸筒（8）内活动设置有用于将内缸筒（8）分隔成第一油室（25）和第二油室（9）的活塞（5），所述第一油室（25）与第二油室（9）之间固定设置有通断控制件，所述活塞杆（15）伸入内缸筒（8）与活塞（5）固定连接；所述外缸筒（4）与内缸筒（8）之间设置有主气室（18）和副气室（30），主气室（18）位于副气室（30）上方；所述上胶囊（6）固定设置在主气室（18）内，且上胶囊（6）与内缸筒（8）之间形成第三油室（23），所述下胶囊（33）固定设置在副气室（30）内，且下胶囊（33）与内缸筒（8）之间形成第四油室（34）；所述第三油室（23）与第一油室（25）相通，所述第四油室（34）与第二油室（9）相通或第四油室（34）与外部油管连通。

2.如权利要求1所述的汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，其特征在于：所述活塞（5）轴向开设有与第一油室（25）相通的一号通孔（7），所述活塞（5）径向开设有分别与一号通孔（7）和第二油室（9）相通的二号油孔（22），所述通断控制件为固定在一号通孔（7）内的一号阻尼阀组件（24）；所述内缸筒（8）上部开设有一号油孔（2），第一油室（25）通过一号油孔（2）与第三油室（23）相通；所述第四油室（34）底部开设有油管接口（31），第四油室（34）通过油管接口（31）与外部油管连通。

3.如权利要求1所述的汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，其特征在于：所述活塞（5）轴向开设有与第一油室（25）相通的一号通孔（7），所述活塞（5）径向开设有分别与一号通孔（7）和第二油室（9）相通的二号油孔（22），所述通断控制件为固定在一号通孔（7）内的一号截止阀（29）；所述内缸筒（8）上部开设有一号油孔（2），下部开设有三号油孔（32），第一油室（25）通过一号油孔（2）与第三油室（23）相通，第四油室（34）通过三号油孔（32）与第二油室（9）相通。

4.如权利要求3所述的汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，其特征在于：所述活塞杆（15）上固定设置有用于将第二油室（9）分隔成第二上油室和第二下油室的拉伸限位环（17），拉伸限位环（17）上开设有二号通孔，二号通孔内安装有二号阻尼阀组件（20）。

5.如权利要求1所述的汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，其特征在于：所述主气室（18）和副气室（30）由固定设置在外缸筒（4）与内缸筒（8）之间的隔离密封环（28）分隔而成。

6.如权利要求1所述的汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，其特征在于：所述上胶囊（6）、下胶囊（33）、外缸筒（4）、内缸筒（8）和活塞杆（15）的轴心线均在同一直线上。

7.如权利要求1—6中任一项所述的汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，其特征在于：所述上胶囊（6）和下胶囊（33）均为筒状结构，上胶囊（6）上下两端的内壁上和下胶囊（33）上下两端的内壁上均固定设置有环形袖口（3），上胶囊（6）上端的环形袖口（3）过盈安装在缸盖（26）的环形凹槽内，上胶囊（6）下端的环形袖口（3）和下胶囊（33）上端的环形袖口（3）均过盈安装在内缸筒（8）腰部的环形腰槽内，下胶囊（33）下端的环形袖口（3）固定在外缸筒（4）的底部。

8.如权利要求1—6中任一项所述的汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，其特征在于：所述外缸筒（4）上设置有分别与主气室（18）和副气室（30）连通的第一气口（21）和第二气口（27），且第一气口（21）和第二气口（27）均与带充放气口的二号截止阀（35）连接。

9.如权利要求1所述的汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，其特征在于：所述缸盖（26）上固定设置有第一连接件（1），所述活塞杆（15）上固定设置有第二连接件（13），所述第二连接件（13）上固定设置有压缩限位橡胶块（14）。

10.如权利要求1所述的汽车悬架双胶囊变刚度气体弹簧，其特征在于：所述内缸筒（8）的内底部固定设置有拉伸限位橡胶块（10）。