CN110195759A - 一种空气弹簧自动充放气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气弹簧自动充放气装置，涉及车用空气悬架的空气弹簧技术领域。包括充放气装置、信息采集系统、电磁阀和若干气动连接管路。充放气装置主要包括活塞杆、限位板、隔板、导杆，活塞杆上端固定连接车辆簧上质量，充放气装置下端固定连接车辆簧下质量；信息采集系统主要包括ECU、三个气压传感器和若干信号连接线路，气压传感器实时监测空气弹簧与充放气装置内部的气压信息并反馈给ECU，ECU通过控制电磁阀的开闭并利用悬架振动能量推动隔板产生气压差对空气弹簧进行充放气，调节空气弹簧的刚度与高度，改善空气悬架的综合性能，以适应车辆不同的行驶工况，提高车辆操纵稳定性和行驶平顺性。

Description

一种空气弹簧自动充放气装置
技术领域
本发明涉及空气悬架技术领域，具体为一种空气弹簧自动充放气装置。
背景技术
随着人们的生活水平日益提高，人们对汽车各方面性能的要求也在不断提高。由于空气弹簧具有理想的非线性弹性特性、良好的吸收高低频振动和降噪的性能被广泛的应用于汽车悬架上，使空气悬架具有变刚度、抗路面冲击、低振动频率的特性，有效改善了车辆的行驶平顺性、操纵稳定性和乘坐舒适性。空气悬架使用过程中需对空气弹簧进行反复充放气来调节其内部气体的气压以实现弹性控制，根据道路状况和行驶工况的变化调整空气弹簧的工作高度，提升乘坐舒适性与操纵稳定性。现今空气悬架中的空气弹簧大多通过气泵或空气压缩机将空气压缩至储气罐再对其进行充气，该过程需耗费大量时间且操作繁琐，因此现有空气弹簧的气压控制装置智能化水平较低，无法满足空气悬架技术的发展需求。现有专利文献“一种空气弹簧自动补气装置”（申请号：201610510628.5），该专利将活塞、液压油、回位弹簧置于压缩缸中，利用悬架的振动与压缩缸、顶杆的位置设置使顶杆在空气弹簧需要补气时推动大活塞将空气压进空气弹簧，使补气过程无需控制，节约能量，但其只能对空气弹簧进行补气，且该装置中压缩缸与顶杆之间的距离一旦设置就无法更改，不能随车辆的行驶工况与驾驶员的需求主动控制空气弹簧的刚度与工作高度。本发明提出一种空气弹簧自动充放气装置，可根据行驶工况通过ECU主动控制空气弹簧内部气体含量从而调节其刚度与高度，提高空气悬架系统车身高度的智能化控制水平，促进空气悬架系统的普及发展。
发明内容
本发明的目的在于：解决上述已知技术缺陷，针对现有空气弹簧充放气技术的不足，提供一种空气弹簧自动充放气装置，通过ECU控制电磁阀的开闭，利用回收的悬架振动能量完成充放气过程，根据行驶工况主动控制空气弹簧内部的气压，从而改变空气弹簧刚度，调节车身高度，提高车辆操纵稳定性和行驶平顺性。
实现本发明目的的主要技术方案如下：
本发明提供一种空气弹簧自动充放气装置，包括充放气装置、信息采集系统和若干气动连接管路，所述充放气装置呈圆柱状，主要包括导杆、活塞杆、隔板、上限位板、下限位板，所述隔板将充放气装置内腔分割成上进气室和下出气室两部分，所述上进气室右端装有单向电磁进气阀，外部空气通过所述单向电磁进气阀进入所述上进气室，所述下出气室右端装有单向电磁出气阀，所述下出气室中的空气通过所述单向电磁出气阀排出，所述上进气室与下出气室分别通过上进气室电磁阀、下出气室电磁阀与输气管道连接至空气弹簧；所述充放气装置内腔中心设置有导杆，所述导杆外侧套装有活塞杆，所述导杆下端固定在充放装置内腔的下腔壁上，所述活塞杆上套装有隔板，所述隔板与充放气装置内腔壁紧密贴合，所述活塞杆一端固定在隔板上，另一端从充放气装置中穿出，且固定连接车辆簧上质量，所述充放气装置下端固定连接车辆簧下质量；在充放气装置内腔中的上下端分别设有上限位板和下限位板,所述上限位板表面设有活塞杆槽；所述上限位板和下限位板中心设有导杆槽，所述导杆分别穿过上限位板和下限位板，在上限位板和下限位板上开有透气孔，透气孔沿上限位板和下限位板表面均匀布置；上限位板设置在单向电磁进气阀下侧，下限位板设置在单向电磁出气阀上侧，防止活塞杆与隔板向上运动、向下运动幅度过大时撞击充放气装置造成损耗并阻塞所述单向电磁进气阀、单向电磁出气阀和输气管路。信息采集系统主要包括ECU、气囊气压传感器、上进气室气压传感器、下出气室气压传感器和若干信号连接线路，所述三个气压传感器分别设置在空气弹簧、上进气室、下出气室内部，分别监测空气弹簧、上进气室、下出气室内的气压信息，并将采集到的气压数据实时提供给ECU；所述所有电磁阀与气压传感器均通过信号线路连接至ECU，ECU根据当前各气室内的气压信息与预先设定的参数判断当前空气弹簧的工况，继而控制电磁阀开闭，将空气弹簧气压调整为最优状态。
本发明空气弹簧自动充放气装置气压控制方法，主要技术方案如下：
首先，确定正常行驶工况下空气弹簧气压理想值和高速行驶工况或越野行驶工况下空气弹簧气压阈值和,驾驶员可根据汽车行驶的路况手动选择正常行驶工况、高速行驶工况或越野行驶工况。初始状态下空气弹簧与充放气装置内部气压相等，所有电磁阀均关闭。车辆行驶过程中气囊气压传感器、上进气室气压传感器和下出气室气压传感器实时监测空气弹簧、上进气室和下出气室内部的气压信息、和并传输给ECU，ECU分析比较输入的气压信息、、、气压理想值和气压阈值、，进而判断当前车辆处于的行驶工况和空气弹簧的状态；通过控制不同电磁阀的开闭调节空气弹簧内部气压，气囊气压传感器实时将气压信息反馈给ECU从而确认调整效果。
本发明所达到的有益效果是：
本发明利用车辆悬架振动能量作为动力源，仅通过ECU控制电磁阀开闭就可实现空气弹簧的充放气，无需额外的驱动电机，节能环保。
本发明能在车辆行驶过程中实时检测并根据路况在需要时自动调节空气弹簧中的气压，使车身保持最合适的高度，从而提高车辆的乘坐舒适性与悬架寿命，提高车辆操纵稳定性和行驶平顺性，提升悬架系统的电子化、自动化、智能化水平。
本发明可通过ECU开启气体循环模式实现闭环封闭气室内循环，减少与外界气体的交换，有效防止外界气体中的杂质进入气室，提高了系统的可靠性。
附图说明
为了更全面的理解本发明的结构和具体实施方式，下面结合附图详细说明。
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明上限位板结构示意图。
图3是本发明下限位板结构示意图。
图4是本发明隔板结构示意图。
图中：1-空气弹簧；2-充放气装置；3-输气管道；4-导杆；5-活塞杆；6-隔板；7-上限位板；8-下限位板；9-单向电磁进气阀；10-单向电磁出气阀；11-上进气室；12-下出气室；13-上进气室电磁阀；14-下出气室电磁阀；15-ECU；16-气囊气压传感器；17-上进气室气压传感器；18-下出气室气压传感器；19-透气孔；20-单向通气阀；M1-簧上质量；M2-簧下质量。
具体实施方式
为了更全面的理解本发明的结构和具体实施方式，以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示是一种空气弹簧自动充放气装置示意图，主要包括空气弹簧1、充放气装置2、信息采集系统和若干气动连接管路。
所述充放气装置2呈圆柱状，主要包括导杆4、活塞杆5、隔板6、上限位板7、下限位板8，所述隔板6将充放气装置内腔分割成上进气室11和下出气室12两部分，所述上进气室11右端装有单向电磁进气阀9，外部空气通过所述单向电磁进气阀9进入所述上进气室11，所述下出气室12右端装有单向电磁出气阀10，所述下出气室12中的空气通过所述单向电磁出气阀10排出，所述上进气室11与下出气室12分别通过上进气室电磁阀13、下出气室电磁阀14与输气管道3连接至空气弹簧1；所述充放气装置2内腔中心设置有导杆4，所述导杆4外侧套装有活塞杆5，所述导杆4下端固定在充放装置2内腔的下腔壁上，所述活塞杆5上套装有隔板6，所述隔板6与充放气装置2内腔壁紧密贴合，所述活塞杆5一端固定在隔板6上，另一端从充放气装置2中穿出，且固定连接车辆簧上质量M1，所述充放气装置2下端固定连接车辆簧下质量M2；在充放气装置2内腔中的上下端分别设有上限位板7和下限位板8,所述上限位板7表面设有活塞杆槽；所述上限位板7和下限位板8中心设有导杆槽，所述导杆4分别穿过上限位板7和下限位板8，在上限位板7和下限位板8上开有透气孔19，使上进气室11与下出气室12中的气体可穿过上限位板7和下限位板8与空气弹簧1进行交换，透气孔19沿上限位板7和下限位板8表面均匀布置；上限位板7设置在单向电磁进气阀9下侧，下限位板8设置在单向电磁出气阀10上侧，防止活塞杆5与隔板6向上运动、向下运动幅度过大时撞击充放气装置2造成损耗并阻塞所述单向电磁进气阀9、单向电磁出气阀10和输气管路3。信息采集系统主要包括ECU15、气囊气压传感器16、上进气室气压传感器17、下出气室气压传感器18和若干信号连接线路，所述三个气压传感器分别设置在空气弹簧1、上进气室11、下出气室12内部，分别监测空气弹簧1、上进气室11、下出气室12内的气压信息，并将采集到的气压数据实时提供给ECU15；所述所有电磁阀与气压传感器均通过信号线路连接至ECU15，ECU15根据当前各气室内的气压信息与预先设定的参数判断当前空气弹簧1的工况，继而控制电磁阀开闭，将空气弹簧气压调整为最优状态。
空气弹簧自动充放气装置其工作原理如下：在车辆行驶过程中，悬架被反复拉伸与压缩。以簧上质量M1作为参照，簧下质量M2相对于簧上质量M1做上下往复运动，将上进气室11中的气体通过隔板6上的单向通气阀20压入下出气室12，使上进气室11中的气压不断降低，下出气室12中的气压不断升高，通过上进气室电磁阀13、下出气室电磁阀14的开闭和输气管道3进行充放气。上进气室11内部气压不足时可通过上进气室电磁阀13进行补气，下出气室12气压过高时可通过下出气室电磁阀14进行放气。具体实施方案如下：
首先，确定正常行驶工况下空气弹簧气压理想值和高速行驶工况或越野行驶工况下空气弹簧气压阈值和,驾驶员可根据汽车行驶的路况手动选择正常行驶工况、高速行驶工况或越野行驶工况，气囊气压传感器16、上进气室气压传感器17和下出气室气压传感器18实时监测空气弹簧1、上进气室11和下出气室12内部的气压信息、和并传输给ECU15。初始状态下空气弹簧1与充放气装置2内部气压相等，所有电磁阀均关闭。
当选择正常行驶工况时，单向电磁进气阀9和单向电磁出气阀10处于关闭状态。
（1）当<时，则空气弹簧处于充气工况，ECU15控制上进气室电磁阀13关闭，下出气室电磁阀14开启，在行驶过程中悬架被反复拉伸与压缩带动导杆4和活塞杆5上下摆动，从而不断将上进气室11中的气体通过单向通气阀20压入下出气室12，使不断减小，不断增大；当>时，气体通过下出气室电磁阀14和输气管道3补入空气弹簧1，使空气弹簧1内部气压增大，弹簧刚度变大；当=时，ECU15控制下出气室电磁阀14关闭，空气弹簧充气过程完成。
（2）当>时，则空气弹簧处于放气工况，ECU15控制下出气室电磁阀14关闭，上进气室电磁阀13开启，同理，在行驶过程中不断减小，不断增大；当<时，气体由空气弹簧1通过输气管道3和上进气室电磁阀13进入上进气室11，使空气弹簧1内部气压减小，弹簧刚度变小；当=时，ECU15控制上进气室电磁阀13关闭，空气弹簧放气过程完成。
至此完成一个完整的气压循环，对空气弹簧进行充放气的同时，减少与外界气体的交换，有效防止外界气体中的杂质进入气室，提高系统的可靠性。同理，先放气再充气的正常行驶工况工作原理与实施方案与上述工况基本一致，不再赘述。
当选择高速行驶工况时，>；ECU15控制单向电磁出气阀10开启，单向电磁进气阀9关闭，同时下出气室电磁阀14关闭，上进气室电磁阀13开启；同理，在行驶过程中上进气室11中的气体通过单向通气阀20被压入下出气室12，使不断减小，不断增大，当外界大气压<,下出气室12中的空气通过单向电磁出气阀10排出，使空气弹簧1和充放气装置2中的气体总量减小；由于>，气体会通过上进气室电磁阀13和输气管道3补入空气弹簧1，使空气弹簧内部气压减小，弹簧刚度减小；当=时，ECU15控制单向电磁出气阀10和上进气室电磁阀13关闭，空气弹簧放气过程完成，提高了车辆乘坐舒适性与操纵稳定性。
当ECU15检测到充放气装置2中的气体总量过大无法完成正常行驶工况时，会通过此方案进行自动放气。
3.当选择越野行驶工况时，<；ECU15控制单向电磁进气阀9开启，单向电磁出气阀10关闭，同时上进气室电磁阀13关闭，下出气室电磁阀14开启；同理，在行驶过程中上进气室11中的气体通过单向通气阀20被压入下出气室12，使不断减小，不断增大，当外界大气压>,外界的空气通过单向电磁进气阀9自动补入上进气室11，使空气弹簧1和充放气装置2中的气体总量增加；由于>，气体会通过下出气室电磁阀14和输气管道3补入空气弹簧1，使空气弹簧1内部气压增大，弹簧刚度变大；当=时，ECU15控制单向电磁进气阀9和下出气室电磁阀14关闭，空气弹簧充气过程完成，提高了车辆的越野性能。
当ECU15检测到充放气装置2中的气体总量不足以完成正常行驶工况时，会通过此方案进行自动补气。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空气弹簧自动充放气装置，其特征在于：主要包括空气弹簧（1）、充放气装置（2）、信息采集系统和若干气动连接管路。
2.所述充放气装置（2）呈圆柱状，主要包括导杆（4）、活塞杆（5）、隔板（6）、上限位板（7）、下限位板（8），所述隔板（6）将充放气装置（2）内腔分割成上进气室（11）和下出气室（12）两部分；所述充放气装置（2）内腔中心设置有导杆（4），所述导杆（4）外侧套装有活塞杆（5），所述导杆（4）下端固定在充放气装置（2）内腔的下腔壁上，所述活塞杆（5）上套装有隔板（6）；在充放气装置（2）内腔中的上下端分别设有上限位板（7）和下限位板（8）,所述上限位板（7）表面设有活塞杆槽；所述上限位板（7）和下限位板（8）中心设有导杆槽，所述导杆（4）分别穿过上限位板（7）和下限位板（8），在上限位板（7）和下限位板（8）上开有透气孔（19），透气孔（19）沿上限位板（7）和下限位板（8）表面均匀布置。
3.信息采集系统主要包括ECU（15）、气囊气压传感器（16）、上进气室气压传感器（17）、下出气室气压传感器（18）和若干信号连接线路；所述所有电磁阀与气压传感器均通过信号线路连接至ECU（15），ECU（15）根据当前各气室内的气压信息与预先设定的参数判断当前空气弹簧的工况，继而控制电磁阀开闭，将空气弹簧气压调整为最优状态。
4.根据权利要求1所述的一种空气弹簧自动充放气装置，其特征在于所述活塞杆（5）一端固定在隔板（6）上，另一端从充放气装置（2）中穿出，且固定连接车辆簧上质量M1，所述充放气装置（2）下端固定连接车辆簧下质量M2。
5.根据权利要求1所述的一种空气弹簧自动充放气装置，其特征在于上限位板（7）设置在单向电磁进气阀（9）下侧，下限位板（8）设置在单向电磁出气阀（10）上侧，防止活塞杆（5）与隔板（6）向上运动、向下运动幅度过大时撞击充放气装置（2）造成损耗并阻塞所述单向电磁进气阀（9）、单向电磁出气阀（10）和输气管路（3）。
6.根据权利要求1所述的一种空气弹簧自动充放气装置，其特征在于隔板（6）上设置有单向通气阀（20），空气弹簧（1）进行充气和放气时上进气室（11）中的气体通过单向通气阀（20）被不断压入下出气室（12），使上进气室（11）中的气压不断减小，下出气室（12）中的气压不断增大，从而使气体从空气弹簧流入和流出。
7.根据权利要求1所述的一种空气弹簧自动充放气装置，其特征在于包括以下控制步骤：首先，确定正常行驶工况下空气弹簧气压理想值和高速行驶工况或越野行驶工况下空气弹簧气压阈值和,车辆行驶过程中气囊气压传感器（16）、上进气室气压传感器（17）和下出气室气压传感器（18）实时监测空气弹簧（1）、上进气室（11）和下出气室（12）内部的气压信息、和并传输给ECU（15），ECU（15）分析比较输入的气压信息、、、气压理想值和气压阈值、，进而判断当前车辆的行驶工况和空气弹簧的状态；通过控制不同电磁阀的开闭调节空气弹簧（1）内部气压，气囊气压传感器（16）实时将其内部气压信息反馈给ECU（15）从而确认调整效果，提高车辆的驾驶舒适性、操纵稳定性和行驶平顺性。
8.根据权利要求1所述的一种空气弹簧自动充放气装置，其特征在于可利用车辆悬架振动能量作为动力源，仅通过ECU（15）控制电磁阀开闭就可实现空气弹簧的充放气，无需额外的驱动电机，节能环保。
9.根据权利要求1所述的一种空气弹簧自动充放气装置，其特征在于能在车辆行驶过程中实时检测空气弹簧中的气压并根据行驶工况自动调节气压，使车身保持最合适的高度，从而提高车辆的乘坐舒适性与悬架寿命，提高车辆操纵稳定性和行驶平顺性，提升悬架系统的电子化、自动化、智能化水平。
10.根据权利要求1所述的一种空气弹簧自动充放气装置，其特征在于可通过ECU（15）开启气体循环模式实现闭环封闭气室内循环，减少与外界气体的交换，有效防止外界气体中的杂质进入气室，提高了系统的可靠性。
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