CN108790661B - 内置胶囊悬架气体弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置胶囊悬架气体弹簧，包括缸盖、外缸筒、内缸筒、活塞杆和胶囊，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，所述胶囊固定设置在主气室内，且胶囊与内缸筒之间形成第三油室；所述第三油室与第一油室相通，所述第一油室与第二油室相通。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，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。

Description

内置胶囊悬架气体弹簧

技术领域

本发明涉及汽车悬架系统领域，尤其涉及一种内置胶囊悬架气体弹簧。

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，提供一种内置胶囊悬架气体弹簧，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：

一种内置胶囊悬架气体弹簧，包括缸盖、外缸筒、内缸筒、活塞杆和胶囊，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，所述胶囊固定设置在主气室内，且胶囊与内缸筒之间形成第三油室；所述第三油室与第一油室相通，所述第一油室与第二油室相通。

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。

所述活塞轴向开设有阻尼油孔，且阻尼油孔内安装有阻尼阀组件；所述活塞径向开设有与阻尼油孔连通的二号油孔，所述第一油室通过阻尼油孔和二号油孔与第二油室相通。

所述内缸筒上设置有多个一号油孔，所述第一油室通过一号油孔与第三油室相通。

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截止阀连接。

所述胶囊为筒状结构，胶囊两端的内壁上均固定设置有环形袖口，胶囊一端的环形袖口过盈安装在缸盖的环形凹槽内，胶囊另一端的环形袖口过盈安装在内缸筒腰部的环形腰槽内。

所述胶囊一端的环形袖口通过外缸筒固定在缸盖的环形凹槽内，另一端的环形袖口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。

所述内缸筒的内底部固定设置有拉伸限位橡胶块，所述第二连接件上固定设置有压缩限位橡胶块。

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、本发明中的内置胶囊悬架气体弹簧包括缸盖、外缸筒、内缸筒、活塞、活塞杆和胶囊，并形成了第一油室、第二油室、第三油室、主气室和副气室，通过上述结构的配合，使得油室中的油液总量是恒定不变的，且在实际使用时，通过改变气室的压强而不改变气室容积即可改变车辆的载荷能力，通过改变气室容积即可改变车辆的底盘高度并使其有合适的离地高度。因此在车辆静载荷发生变化时，悬架偏频能保持稳定，进而能使车辆在具有优异的操控性和安全的驾驶前提下保持很好的稳定的平顺性的目的。并且，最关键的是，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，进一步实现汽车的安全行驶和可靠操控。

2、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。

3、本发明将胶囊与活塞杆、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。

4、本发明在活塞轴向布置有阻尼阀组件，阻尼阀组件与二号油孔连接构成第一油室和第二油室的油液通道，并对流动的油液提供双向阻尼，有利于衰减车身的震动。

5、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。

6、本发明中胶囊一端的环形袖口被过盈地安装在缸盖的环形凹槽与外缸筒之间，另一端的环形袖口被过盈地安装在内缸筒腰部的环形腰槽和卡环之间，确保胶囊膨胀和收缩时，两端的环形袖口能稳稳的封住气室的气体和第三油室的液体。

7、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。

8、本发明结构紧凑，气室工作压强高达10MPa，一般承载1吨以内的外径不超过85mm，即便承载高达 4吨的弹簧，外径也不大于140mm；主要适用于对操控性和舒适性要求较高的乘用车和商用客车使用，也适用于军用运输车辆等车型安装使用。

9、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、胶囊，7、阻尼油孔，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、密封圈，18、主气室，19、卡环，20、缸盖，21、第一气口，22、二号油孔，23、第三油室，24、阻尼阀组件，25、第一油室，26、副气室，27、第二气口，28、隔离密封环，29、截止阀。

具体实施方式

实施例1

一种内置胶囊悬架气体弹簧，包括缸盖20、外缸筒4、内缸筒8、活塞杆15和胶囊6，所述内缸筒8通过缸盖20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，分隔后第一油室25位于第二油室9上方，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26，所述主气室18和副气室26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，且分隔后主气室18位于副气室26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26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均与带充放气口的截止阀29连接；所述胶囊6固定设置在主气室18内，且胶囊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，所述第一油室25与第二油室9相通。

本实施例中，所述活塞5轴向开设有阻尼油孔7，且阻尼油孔7内安装有阻尼阀组件24，所述阻尼阀组件24为第一油室25和第二油室9的油液提供阻尼通道。所述活塞5径向开设有一个或多个与阻尼油孔7连通的二号油孔22，所述第一油室25通过阻尼油孔7和二号油孔22与第二油室9相通。所述内缸筒8上设置有一个或多个一号油孔2，所述第一油室25通过一号油孔2与第三油室23相通。其中，一号油孔2可为圆形、方形等，二号油孔22可为圆形、方形、三角形等。

本实施例中，所述胶囊6为筒状结构，且优选胶囊6为锥筒状结构或柱筒状结构；胶囊6两端的内壁上均固定设置有环形袖口3，胶囊6一端的环形袖口3过盈安装在缸盖20的环形凹槽内，胶囊6另一端的环形袖口3过盈安装在内缸筒8腰部的环形腰槽内。具体的，胶囊6一端的环形袖口3通过外缸筒4固定在缸盖20的环形凹槽内，另一端的环形袖口3通过卡环19固定在内缸筒8腰部的环形腰槽内，且安装后的胶囊6、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，位于胶囊6上端的环形袖口3与位于胶囊6下端的环形袖口3的壁厚均大于胶囊6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20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20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20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，所述内缸筒8与外缸筒4之间设置有密封圈17，且该密封圈17设置在外缸筒4的台阶孔与内缸筒8之间；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，且根据需要，下支撑环16的数量可为两个。

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阻尼油孔7中的阻尼阀组件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和安装在阻尼油孔7中的阻尼阀组件24被压入第一油室25，这部分油液在通过阻尼阀组件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、截止阀29打开，主气室18与副气室26连通，主气室18与副气室26联合构成气体弹簧的气室，参与工作的气体总容积较大，弹簧刚度较小。

2、截止阀29主动关闭，主气室18与副气室26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。

三、载荷不变时的车身升降

1、升高车身：通过带充放气口的截止阀29、第一气口21和第二气口27对主气室18和副气室26充入气体，主气室18体积增大，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：通过带充放气口的截止阀29、第一气口21和第二气口27对主气室18和副气室26放气，主气室18体积减小，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截止阀29、第一气口21和第二气口27对主气室18和副气室26充入气体，增加主气室18和副气室26压强，并通过胶囊6、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，通过带充放气口的截止阀29、第一气口21和第二气口27对主气室18和副气室26放气，减小主气室18和副气室26的压强，并通过胶囊6、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26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26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

本实施例与实施例1基本相同，主要区别在于：所述活塞5与内缸筒8之间设置有上支撑环11。

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.内置胶囊悬架气体弹簧，其特征在于：包括缸盖（20）、外缸筒（4）、内缸筒（8）、活塞杆（15）和胶囊（6），所述内缸筒（8）通过缸盖（20）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（26），主气室（18）位于副气室（26）上方，所述胶囊（6）固定设置在主气室（18）内，且胶囊（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，所述第一油室（25）与第二油室（9）相通。

2.如权利要求1所述的内置胶囊悬架气体弹簧，其特征在于：所述主气室（18）和副气室（26）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。

3.如权利要求1所述的内置胶囊悬架气体弹簧，其特征在于：所述胶囊（6）、外缸筒（4）、内缸筒（8）和活塞杆（15）的轴心线均在同一直线上。

4.如权利要求1—3中任一项所述的内置胶囊悬架气体弹簧，其特征在于：所述活塞（5）轴向开设有阻尼油孔（7），且阻尼油孔（7）内安装有阻尼阀组件（24）；所述活塞（5）径向开设有与阻尼油孔（7）连通的二号油孔（22），所述第一油室（25）通过阻尼油孔（7）和二号油孔（22）与第二油室（9）相通。

5.如权利要求1所述的内置胶囊悬架气体弹簧，其特征在于：所述内缸筒（8）上设置有多个一号油孔（2），所述第一油室（25）通过一号油孔（2）与第三油室（23）相通。

6.如权利要求1、2、3或5中任一项所述的内置胶囊悬架气体弹簧，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（26）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）均与带充放气口的截止阀（29）连接。

7.如权利要求1所述的内置胶囊悬架气体弹簧，其特征在于：所述胶囊（6）为筒状结构，胶囊（6）两端的内壁上均固定设置有环形袖口（3），胶囊（6）一端的环形袖口（3）过盈安装在缸盖（20）的环形凹槽内，胶囊（6）另一端的环形袖口（3）过盈安装在内缸筒（8）腰部的环形腰槽内。

8.如权利要求1所述的内置胶囊悬架气体弹簧，其特征在于：所述活塞（5）与内缸筒（8）之间设置有上支撑环（11）。

9.如权利要求1、2、3、5、7或8中任一项所述的内置胶囊悬架气体弹簧，其特征在于：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（17）。

10.如权利要求1所述的内置胶囊悬架气体弹簧，其特征在于：所述缸盖（20）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。