CN111284286A - 自平衡多腔空气弹簧 - Google Patents

Abstract

一种示例性的自平衡空气弹簧包括：第一腔室，所述第一腔室限定主容积，并包括可移动活塞；第二腔室，所述第二腔室通过第一孔口和第二孔口流体地耦合到所述第一腔室，所述第二腔室限定附加容积；以及驱动器，所述驱动器耦合到所述可移动活塞。在某些方面，所述第一孔口为机电阀，所述第二孔口是平衡所述第一腔室与第二腔室之间压力的排气阀。

Description

自平衡多腔空气弹簧

引言

本发明总体涉及车辆领域，更具体地，涉及一种用于车辆悬架系统的自平衡多腔空气弹簧。

空气弹簧可用作车辆空气悬架系统的一部分。空气弹簧可通过在车辆负荷较大时增加空气支承量并在车辆负荷较小时减少空气支承量来提供可调节的悬架和负荷支承。

然而，当可变腔室的大小发生变化时，多个空气腔室中的一个或多个的隔离可能会导致主容积和附加容积之间的压力不均匀，从而导致车辆拐角重量不均匀。

发明内容

根据本公开的实施例提供了许多优点。例如，根据本公开的实施例，一个或多个固定容积腔室与一个或多个可变容积腔室通过调节孔口实现连接，以平衡所述主容积和所述一个或多个附加容积之间不均匀的压力，流体在主容积和附加容积之间以足够低的频率转移，保持具有一个或多个封闭的附加容积腔室的可比弹簧的动态弹簧刚度。

在一方面，一种自平衡空气弹簧包括：第一腔室，所述第一腔室限定主容积，其包括可移动活塞；第二腔室，所述第二腔室通过第一孔口和第二孔口流体地联接到所述第一腔室，所述第二腔室限定附加容积；以及驱动器，所述驱动器联接到所述可移动活塞。在某些方面，所述第一孔口为机电阀，所述第二孔口是平衡所述第一腔室与第二腔室之间压力的排气阀。

在某些方面，驱动器为一个弹簧。

在某些方面，所述第二孔口允许流体流动，使得所述第二腔室与所述第一腔室之间的容积转移频率在预定的频率范围内。

在某些方面，所述自平衡空气弹簧还包括第三腔室，所述第三腔室限定第三容积，并通过第三孔口流体地联接到所述第一腔室，其中所述第三孔口为一个排气阀。

在某些方面，所述自平衡空气弹簧还包括第四腔室，所述第四腔室限定第四容积，并通过第四孔口流体地联接到所述第一腔室，其中所述第四孔口为一个排气阀。

在某些方面，所述第二、第三和第四孔口均允许流体流动，使得所述第二腔室与所述第一腔室、所述第三腔室与所述第一腔室、以及所述第四腔室与所述第一腔室之间的容积转移频率在预定的频率范围内。

在某些方面，所述驱动器为机电驱动器，且基于所需的车辆悬架装载高度、所需的由于车重条件引起的弹簧刚度变化和所需的空气弹簧刚度中的一个或多个，通过控制驱动器平移所述可移动活塞并改变所述第一腔室的主容积。

在另一方面，一种车辆悬架系统包括：自平衡空气弹簧，所述空气弹簧包括第一腔室，所述第一腔室限定主容积并包括可移动活塞；第二腔室，所述第二腔室通过机电阀和第一排气阀流体地联接到所述第一腔室，所述第二腔室限定附加容积；驱动器，所述驱动器联接到所述可移动活塞；以及控制器，所述控制器联接到所述机电阀和所述驱动器。所述第一排气阀允许流体在所述主容积和附加容积之间流动，使所述第一和第二腔室保持在相同的压力下。

在某些方面，所述第一排气阀允许流体流动，使所述第二腔室和所述第一腔室之间的容积转移频率在预定的频率范围内。

在某些方面，所述自平衡空气弹簧还包括第三腔室，所述第三腔室限定第三容积，并通过第二排气阀流体联接到所述第一腔室。

在某些方面，所述自平衡空气弹簧还包括第四腔室，所述第四腔室限定第四容积，并通过第三排气阀流体联接到所述第一腔室。

在某些方面，所述第一、第二和第三排气阀均允许流体流动，使所述第二腔室与所述第一腔室、所述第三腔室与所述第一腔室、以及所述第四腔室与所述第一腔室之间的容积转移频率在预定的频率范围内。

附图说明

将结合以下附图描述本公开，其中相同的数字表示相同的元件。

图1是根据一个实施例的第一配置下的空气弹簧的示意图。

图2是根据一个实施例的第二配置下的图1所示空气弹簧的示意图。

图3是根据一个实施例的第三配置下的图1所示空气弹簧的示意图。

图4是根据一个实施例的第四配置下的图1所示空气弹簧的示意图。

图5是根据一个实施例的空气弹簧的示意图，所述空气弹簧具有多个与主容积流体联接的附加容积。

结合附图，通过下列的说明和所附权利要求，本发明公开的前述和其它特征将更加清楚明白。应理解，这些附图仅描绘了根据本发明的若干实施例，不应被视为对其范围的限制，将通过使用附图以额外的特征和细节来描述本发明。在附图或本文其他地方公开的任何尺寸仅用于说明。

具体实施方式

本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅仅是示例，并且其它实施例可以采取各种和可替换的形式。附图不一定成比例；一些特征可以被放大或最小化以显示特殊组件的细节。因此，本文公开的特定的结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，示出和描述在任何一个附图中的技术特征能够结合成一个或多个其它附图所示的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供了典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改对于特殊的应用或实施方式是期望的。

下列描述中的某些术语可能仅供参考之用，因此不应加以限制。例如，诸如“上方”和“下方”的术语指的是参考的附图中的方向。诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“后”和“侧”的术语描述了在一致但任意的参照系内的部件或元件的部分的取向和/或位置，其通过参考描述所讨论组件或元件的文本和相关联的附图来清楚说明。而且，诸如“第一”、“第二”、“第三”等术语可以用于描述单独的部件。这样的术语可以包括上面具体提到的词、其派生词以及类似输入的词。

在多腔空气弹簧中，其多个固定容积腔室均与其活动的可变容积腔室隔离，本文所述的实施例通过一个调节孔口将一个或多个固定容积腔室与所述可变容积腔室连接，以平衡主容积与所述一个或多个附加容积之间的不均匀压力，流体在主容积和附加容积之间以足够低的频率转移，保持具有一个或多个封闭的附加容积腔室的可比弹簧的动态弹簧刚度。

通过设置一个较小的孔口，其容积转移频率足够低于与车辆悬架运动相关的频率，弹簧内的所有腔室均可保持在基本相同的压力下。

空气弹簧可包括一个或多个主容积腔室，所述主容积腔室通过调节孔口连接到一个或多个附加容积腔室。如图1-4所示，车辆悬架系统5包括空气弹簧10。空气弹簧10包括限定主容积12的第一腔室11。限定附加容积14的第二腔室13。在某些实施例中，主容积12具有可变容积。在某些实施例中，附加容积14的容积是固定的。可移动活塞15为第一腔室11的分界线。活塞15通过驱动器17驱动，进行垂直平移(如图1-4所示的配置)。主容积12基于活塞15的位置具有从V1到V1’的可变容积，反之亦然，本文将进行详细讨论。在某些实施例中，驱动器17为弹簧。在某些实施例中，驱动器可通过机械或电力进行控制。在某些实施例中，驱动器17为连接到车辆悬架系统的弹簧，并对车辆悬架由于在粗糙路面行驶、车辆重量变化、车辆转弯等(仅示例而非限制)引起的位置变化做出反应。

在某些实施例中，所述车辆悬架系统包括控制器22。在某些实施例中，驱动器17通过有线或无线连接电连接到控制器22。虽然为了说明的目的描述为单个单元，但是控制器22可以附加地包括一个或多个另外的控制器，统称为“控制器”。控制器22可以包括与各种类型的计算机可读存储设备或媒体通信的微处理器或中央处理单元(central processingunit，CPU)或图形处理单元(graphical processing unit，GPU)。例如，计算机可读存储设备或媒体可以包括在只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random-access memory，RAM)、以及不失效存储(keep-alive memory，KAM)中的易失性和非易失性存储器。KAM是一种永久性或非易失性存储器，当CPU断电的时候，可以被使用于存储各种操作变量。计算机可读存储设备或媒体可以使用许多已知存储器设备中的任何一种来实施，诸如PROM(programmable read-only memory，可编程只读存储器)、EPROM(electricallyPROM，电PROM)、EEPROM(electrically erasable PROM，电可擦除PROM)、闪存或能够存储由控制器22在控制车辆中使用的数据(其中一些表示可执行指令)的任何其他电、磁、光或组合存储器设备。

在某些实施例中，驱动器17为一个机电驱动器，且基于例如但不限于所需的车辆悬架装载高度、所需的由于车重条件引起的弹簧刚度变化、道路状况等因素，通过控制器22生成一个或多个控制信号来控制驱动器17对活塞15进行平移，并改变第一腔室11的容积。在某些实施例中，驱动器17对车辆悬架的变化做出反应，改变空气弹簧的刚度并调节车辆的行驶质量。

主容积12和附加容积14通过孔口实现流体连接。在某些实施例中，流体通过孔口的通道由阀门16控制。在某些实施例中，阀门16为机电阀。参照图1，阀门16通过有线或无线连接电连接到控制器22。在某些实施例中，通过控制器22生成控制信号，控制阀门16的打开或关闭，并基于例如但不限于由于车重条件、道路状况等引起所需的弹簧刚度变化等因素来改变第一腔室11和第二腔室13的压力。

主容积12和附加容积14也通过辅助孔口18实现流体连接。在某些实施例中，辅助孔口18为被动排气阀。

图1-4示出了由于活塞15的移动和/或阀门16的驱动引起的主容积12的容积变化过程以及第一腔室11和第二腔室13的压力变化过程。如图1所示，阀门16打开时，第一腔室11和第二腔室13的压力P相同，空气弹簧10设定为第一弹簧刚度。

现在参照图2，通过驱动器17的作用，活塞15进行垂直向上移动，减小了第一腔室11的大小，并相应地将主容积12从V1减小到V1’。在某些实施例中，活塞15竖直向上的平移是由弹簧的压缩引起的。在某些实施例中，活塞15垂直向上的平移是由驱动器17通过接收控制器22的控制信号进行驱动。另外，通过活塞15的垂直平移，第一腔室11和第二腔室13中的压力均增加到大于压力P的第二压力P2。最初阀门16为打开状态，所以第一腔室11和第二腔室13之间的压力P2相同。

继续参照图2，当阀门16关闭时，第二腔室13内的压力保持在较高的压力P2下。现在参照图3，当活塞15由于驱动器17的作用(例如弹簧的压缩或驱动器17通过接收控制器22的控制信号引起驱动)而竖直向下平移时，由第一腔室11限定的主容积12从V2’增加到V2。相应地，主容积12内的压力从P2降低到低于P2的某个压力。由于阀门16的关闭，第一腔室11和第二腔室13之间的压力不同，且第一腔室11内的压力低于第二腔室13内的压力。所述压力降低可导致第一腔室11中的压力低于所需压力。

图4示出了通过辅助孔口18来平衡第一腔室11和第二腔室13之间的压力。当第二腔室13中的压力超过第一腔室11中的压力且阀门16关闭时，辅助孔口18允许流体从第二腔室13流向第一腔室11。在不启动阀门16的情况下，这种压力均衡防止了车辆纵倾高度的改变，并消除了与第一腔室在不同压力下释放大量空气相关的噪音。所述压力均衡还实现了当车辆悬架处于预定悬架高度之外的位置时空气弹簧10的弹簧刚度调整，而不影响车辆或车辆悬架高度。另外，辅助孔口18通过阀门16的位置为第二腔室13中的流体压力创建了除主释放路径之外的附加释放路径。

继续参照图4，当流体通过辅助孔口18时，第一腔室11与第二腔室13之间的不均匀压力可实现平衡，在这种流体速率下，与车辆悬架运动相关的主模态频率将保持在或低于仅基于第一腔室11的可变体积的预定频率限制。辅助孔口18设有流体面积，旨在设定流速在预定频率范围内产生模态频率。所设定流速产生的模态频率没有辅助孔口的空气弹簧的模态频率，但所设定的流速大于会产生引起持续效应的频率从而限制车辆操作性能的流速。在某些实施例中，所计算的流速可基于车辆配置、空气弹簧配置和所需的悬架特性等因素进行调整。在驱动器17高速平移g过程中，辅助孔口18用于使阀门16关闭所需的精确定时最小化。在某些实施例中，由于辅助孔口18的存在，不需要重新打开阀门16以补偿第一腔室11与第二腔室13之间的不均匀压力，同时保持所需的较小可变容积弹簧11。

图1-4示出了与单个附加容积流体联接的单个主容积，但是在其它实施例中，多个设有固定容积的附加容积与单个主容积流体联接。所述的每个附加容积通过一个独立的辅助孔口18连接到所述主容积。在某些实施例中，分别调节每个辅助孔口18以控制通过孔口的流量，从而调节车辆悬架的弹簧刚度和模态频率。在某些实施例中，通过打开辅助孔口18的所有或任何子设备，实现空气在所述附加容积与所述主容积之间流通。在某些实施例中，两个(2)、三个(3)、四个(4)或多个附加容积通过第二、第三和第四孔口流体联接到所述主容积，且每个孔口均可为排气阀。

图5示出了流体联接到主容积12的多个附加容积14。类似于图1-4所示的实施例，每个附加容积14通过阀门16流体联接到单个主容积12，在某些实施例中，阀门16为机电阀。虽然图5中未示出，但是类似于图1，阀门16由控制器22通过有线或无线连接进行电子连接。每个附加容积14也通过辅助孔口18流体联接到单个主容积12。如在图1-4所示的实施例中，通过调节每个辅助孔口，控制从所述附加容积到所述主容积的流量，从而每个所述附加容积到所述主容积之间的容积转移频率低于预定频率限制。

应强调，可对本文所述实施例进行多种变更和修改，所述实施例的元素应理解为在其它可接受实例中。所有这些修改和变化旨在包括在本发明的范围内并且由所附权利要求保护。此外，本文描述的任何步骤可以同时或以与本文步骤不同的顺序进行。此外，应该显而易见的是，本文公开的特定实施例的特征和属性可以以不同方式组合以形成另外的实施例，所有这些都在本发明的范围内。

本文使用的条件语言，例如尤其是“可以”、“能够”、“可能”、“也许”、“例如”等，除非另有特别说明，或在所使用的上下文中另有理解，通常旨在传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元素和/或状态。因此，这种条件语言总体上不旨在暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元素和/或状态，或者一个或多个实施例必须包括用于决定的逻辑(无论是否有作者输入或提示)，即决定是否这些特征、元素和/或状态包括在任何特定实施例中或将在任何特定实施例中执行。

此外，本文可能使用了以下术语。除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数指示物。因此，例如，对项的引用包括对一个或多个项的引用。术语“一”是指一个，两个或多个，并且总体上适用于选择一些或全部量。术语“多个”是指项中的两个或多个。术语“约”或“近似”意味着数量、尺寸、尺码、配方、参数、形状和其他特征不需要精确，但可以根据需要近似和/或更大或更小，反映可接受的公差、转换因子、四舍五入、测量误差等以及本领域技术人员已知的其他因素。术语“基本上”意味着所引述的特征、参数或值不需要精确地实现，而是可以出现偏差或变化，包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素。可以在不妨碍该特征旨在提供的效果的量中出现。

数值数据在本文中可以范围格式表达或提供。应该理解的是，这种范围格式仅仅是为了方便和简洁而使用的，因此应该灵活地解释为不仅包括明确列举为范围的限制的数值，而且应该解释为包括包含在该范围内的所有单个数值或子范围，如同明确列举了每个数值和子范围一样。作为说明，“约1至5”的数值范围应当被解释为不仅包括明确列举的约1至约5的值，而且应当被解释为还包括所指示范围内的单个值和子范围。因此，包括在该数值范围内的是单个值(诸如2、3和4)以及子范围，诸如“约1至约3”，“约2至约4”和“约3至约5”，“1至3”，“2至4”，“3至5”等。该相同的原理适用于仅列举一个数值(例如，“大于约1”)的范围，并且应该适用而不管所描述的该范围的宽度或特征如何。为方便起见，可以在公共列表中呈现多个项目。但是，这些列表应该被构造为好像列表中的每个成员都被单独标识为一个独立且独特的成员。因此，此类列表中的任何个别成员不应仅仅根据其在一个共同组中的描述而被解释为同一名单中任何其他成员的事实上的等同物而没有相反的指示。此外，当术语“和”和“或”与项目列表结合使用时，它们应被广义地解释，因为所列项目中的任何一个或多个可以单独使用或与其他列出的项目组合使用。术语“可选地”是指选择两个或更多个替代方案中的一个，并且不旨在将选择仅限于那些列出的替代方案或者仅限于所列出的替代方案中的一个，除非上下文另有明确说明。

虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例并不旨在描述权利要求所涵括的所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述的词语而不是限制的词语，并且应当理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种改变。如先前所述，可组合各种实施例的特征以形成本公开的可能未明确地描述或示出的其它示例性方面。虽然关于一个或多个期望的特性，已将各种实施例描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术实施方案，但是本领域的普通技术人员认识到，一个或多个特征或特性可能会被折中以实现期望的整体系统属性，这取决于特定的应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、适用性、重量、可制造性、组装容易性等。因此，相对于一个或多个特征而言，被描述为比其他实施例或现有技术实现方式更不是期望的实施例并不在本公开的范围之外，并且对于特殊的应用而言可能是期望的。

Claims (7)

1.一种自平衡空气弹簧，包括：

第一腔室，所述第一腔室限定主容积，所述第一腔室包括可移动活塞；

第二腔室，所述第二腔室通过第一孔口和第二孔口流体联接到所述第一腔室，所述第二腔室限定附加容积；以及

驱动器，所述驱动器与所述可移动活塞联接；

其中所述第一孔口为机电阀，且所述第二孔口是平衡所述第一腔室与所述第二腔室之间压力的排气阀。

2.如权利要求1所述的自平衡空气弹簧，其中所述驱动器为弹簧。

3.如权利要求1所述的自平衡空气弹簧，其中所述第二孔口允许流体流动，从而使得所述第二腔室与所述第一腔室之间的容积转移频率在预定的频率范围内。

4.如权利要求1所述的自平衡空气弹簧，还包括第三腔室，所述第三腔室限定第三容积，并通过第三孔口与所述第一腔室实现流体联接，其中所述第三孔口为排气阀。

5.如权利要求4所述的自平衡空气弹簧，还包括第四腔室，所述第四腔室限定第四容积，并通过第四孔口与所述第一腔室实现流体联接，其中所述第四孔口为排气阀。

6.如权利要求5所述的自平衡空气弹簧，其中所述第二、第三和第四孔口分别允许流体流动，从而使得所述第二腔室与所述第一腔室、所述第三腔室与所述第一腔室、以及所述第四腔室与所述第一腔室之间的容积转移频率在预定的频率范围内。

7.如权利要求1所述的自平衡空气弹簧，其中所述驱动器为机电驱动器，且基于所需的车辆悬架装载高度、所需的由于车重条件引起的弹簧刚度变化和所需的空气弹簧刚度中的一个或多个，通过控制驱动器平移所述可移动活塞并改变所述第一腔室的主容积。

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