CN112681925B

CN112681925B - 车辆用气弹簧、尾门及汽车

Info

Publication number: CN112681925B
Application number: CN202011493086.8A
Authority: CN
Inventors: 李云豪; 张旭晨
Original assignee: BAIC Motor Co Ltd
Current assignee: BAIC Motor Co Ltd
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2040-12-16
Also published as: CN112681925A

Abstract

本发明公开了一种车辆用气弹簧、尾门及汽车，包括：筒体、活塞和活塞杆；筒体的一端封闭，在筒体封闭端的内部设有限位结构；活塞杆的一端由筒体的开口端伸入筒体内；活塞安装于活塞杆上且位于筒体中，活塞杆能够带动活塞沿筒体的轴向移动；活塞杆的一端上设有限位杆，限位杆的直径≥活塞杆的直径；将活塞杆向筒体内压缩，限位杆的端部能够与限位结构贴合。本发明能够在尾门关闭后消除气弹簧对尾门施加的向下的推力，以降低尾门下沉的风险，同时无需额外增加尾门铰链安装点和气弹簧安装点刚度，以降低整车重量和成本。

Description

车辆用气弹簧、尾门及汽车

技术领域

本发明属于汽车技术领域，更具体地，涉及一种车辆用气弹簧、尾门及汽车。

背景技术

尾门系统是汽车上重要的开闭系统，其品质和可靠性会直接影响整车质量和品质。现有的大部分车辆通过设置气弹簧辅助尾门开启，尾门开启时，气弹簧通过内部高压气体推动使尾门开启；尾门关闭时，通过施加外力使气弹簧压缩使尾门关闭。由于尾门关闭时气弹簧呈压缩状态，因此会持续对尾门施加向下的推力，该作用力可达1200N。如图1所示，尾门2通过气弹簧1和铰链3与车体4连接，尾门关闭时，除尾门自身重力G外，气弹簧1由于受压缩会给尾门2向下的推力。重力和气弹簧推力是造成尾门使用过程中下沉的主要原因。尾门下沉会造成尾门间隙不均，开闭与周边干涉，严重时还会造成尾门无法锁止。

若通过减小气弹簧的辅助力以减小尾门关闭时承担的向下的作用力，则尾门开启时的辅助力会同时减小，造成尾门开启困难。所以现有车型为避免尾门下沉，通常需要增加车身和尾门铰链安装点及气弹簧安装点的刚度，以承受尾门重量和气弹簧推力，如图2所示的现有车型的尾门钣金结构，为了避免气弹簧推力造成尾门下沉和间隙面差问题，需增加尾门铰链加强板2.1，尾门铰链螺母板2.2，尾门气弹簧加强板2.3、尾门气弹簧螺母板2.4的尺寸和料厚，这样不仅造成了整车重量、成本增加，还可能影响整车可靠性和尾门开闭耐久性能。

因此期待研发一种车辆用气弹簧、尾门及汽车，能够在尾门关闭后消除气弹簧对尾门施加的向下的推力，以降低尾门下沉的风险，同时无需额外增加尾门铰链安装点和气弹簧安装点刚度，以降低整车重量和成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆用气弹簧、尾门及汽车，通过改变气弹簧内部结构，消除尾门关闭时，气弹簧对尾门产生的向下的推力，以降低尾门下沉的风险，并且能够正常提供开启尾门的辅助作用力，避免尾门开启困难，同时可降低车身和尾门安装点刚度的要求，进而降低整车重量和成本，提高整车可靠性和尾门开闭耐久性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种车辆用气弹簧，包括：筒体、活塞和活塞杆；

所述筒体的一端封闭，在所述筒体封闭端的内部设有限位结构；

所述活塞杆的一端由所述筒体的开口端伸入所述筒体内；

所述活塞安装于所述活塞杆的所述一端上且位于所述筒体中，所述活塞杆能够带动所述活塞沿所述筒体的轴向移动；

所述活塞杆的所述一端上设有限位杆，所述限位杆的直径不小于所述活塞杆的直径；

当所述活塞杆向所述筒体内移动时，所述限位杆的端部能够与所述限位结构贴合。

可选地，所述限位结构包括弹簧底座、限位弹簧及限位块，所述弹簧底座的朝向所述筒体开口端的一侧设有限位槽，所述限位块可移动的设置于所述限位槽中，所述限位弹簧连接于所述限位块与所述限位槽的底面之间；所述限位槽的内径与所述限位杆的直径相适应，所述限位块的端面形状与所述限位杆的端面形状相适应。

可选地，所述限位块的端面上设有锥形凹槽，所述限位杆的自由端为锥形且与所述锥形凹槽相适应。

可选地，所述限位弹簧为螺旋弹簧。

可选地，在所述活塞杆的侧壁上，沿所述活塞杆的周向设有定位槽，所述活塞套设于所述活塞的外周杆且位于所述定位槽中。

可选地，所述筒体的封闭端设有固定接头，所述固定接头用于连接车体。

可选地，所述活塞杆的另一端设有活动接头，所述活动接头用于连接车辆的尾门或发动机盖。

可选地，所述筒体为钢筒。

本发明还提供一种车辆用尾门，包括：

尾门本体，所述尾门本体的上部设有铰链结构，所述铰链结构用于连接车体；

上述车辆用气弹簧，所述活塞杆的自由端连接于所述尾门本体上，所述筒体的封闭端用于连接所述车体。

本发明还提供一种汽车，所述汽车包括上述的车辆用尾门。

本发明的有益效果在于：

1、当尾门关闭，活塞杆向筒体内压缩至限位杆的端部与限位结构贴合时，由于限位杆的直径≥活塞杆的直径，所以活塞的限位杆侧受力面积≤活塞的活塞杆侧受力面积，并且由于活塞两侧的压强P相等，因此由压强公式F＝P·S可知：活塞的限位杆侧所受压力≤活塞的活塞杆侧所受压力；当活塞的限位杆侧所受压力＝活塞的活塞杆侧所受压力时，由于活塞两侧压力相等且方向相反，因此相互抵消，则气弹簧不向尾门施加向下的推力，有效避免尾门下沉；当活塞的限位杆侧所受压力＜活塞的活塞杆侧所受压力时，活塞两侧压力相互作用后，对活塞形成一个向限位杆侧的推力，则气弹簧向尾门施加向上的拉力，能够进一步抵消尾门的重力，降低下沉风险；当开启尾门时，通过施加外力使限位杆的端部与限位结构分离，则所以活塞的限位杆侧受力面积≥活塞的活塞杆侧受力面积，即活塞的限位杆侧受力增大，推动活塞向活塞杆侧移动，进而推动活塞杆伸出，使活塞杆推动尾门开启，开启方便。

2、在筒体中设置带有限位弹簧及限位块的限位结构进行缓冲，容差效果好，可抵消因制造误差、尾门关闭状态误差等造成的限位杆的端部不能与限位结构贴合的问题，也可以防止由于活塞行程过大，限位杆冲击弹簧底座，造成气弹簧损坏的问题。

3、安装有本方案的车辆用气弹簧的尾门，无需额外增加尾门铰链安装点和气弹簧安装点刚度，可实现尾门钣金总成减重约5％-10％，进而降低整车重量和成本，提高整车可靠性和尾门开闭耐久性能。

4、本方案的汽车，整车重量轻，可靠性高，尾门开闭耐久性能好，开闭方便，且不易出现尾门下沉的问题。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了现有技术的尾门关闭状态示意图。

图2示出了现有技术的尾门钣金结构示意图。

图3示出了现有技术的气弹簧的示意性结构图。

图4示出了现有技术的气弹簧的受力示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的车辆用气弹簧的压缩状态示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的车辆用气弹簧的限位结构的爆炸示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的车辆用气弹簧的内部结构示意图。

图8示出了根据本发明的一个实施例的车辆用气弹簧的压缩状态示意图。

图9示出了根据本发明的一个实施例的车辆用气弹簧的受力示意图。

附图标记说明

1、气弹簧；1.1、筒体；1.2、活塞杆；1.3、活动接头；1.4、固定接头；1.5、限位杆；1.6、限位块；1.7、限位弹簧；1.8、弹簧底座；1.9、活塞；1.10、气体通路；2、尾门；2.1、尾门铰链加强板；2.2、尾门铰链螺母板；2.3、尾门气弹簧加强板；2.4、尾门气弹簧螺母板；3、铰链；4、车体固定点。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明公开了一种车辆用气弹簧，包括：筒体、活塞和活塞杆；

筒体的一端封闭，在筒体封闭端的内部设有限位结构；

活塞杆的一端由筒体的开口端伸入筒体内；

活塞安装于活塞杆的一端上且位于筒体中，活塞杆能够带动活塞沿筒体的轴向移动；

活塞杆的一端上设有限位杆，限位杆的直径不小于活塞杆的直径；

当活塞杆向筒体内移动时，限位杆的端部能够与限位结构贴合。

具体地，当尾门关闭，活塞杆向筒体内压缩至限位杆的端部与限位结构贴合时，由于限位杆的直径≥活塞杆的直径，所以活塞的限位杆侧受力面积≤活塞的活塞杆侧受力面积，并且由于活塞两侧的压强P相等，因此由压强公式F＝P·S可知：活塞的限位杆侧所受压力≤活塞的活塞杆侧所受压力；当活塞的限位杆侧所受压力＝活塞的活塞杆侧所受压力时，由于活塞两侧压力相等且方向相反，因此相互抵消，则气弹簧不向尾门施加向下的推力，有效避免尾门下沉；当活塞的限位杆侧所受压力＜活塞的活塞杆侧所受压力时，活塞两侧压力相互作用后，对活塞形成一个向限位杆侧的推力，则气弹簧向尾门施加向上的拉力，能够进一步抵消尾门的重力，降低下沉风险；当开启尾门时，通过施加外力使限位杆的端部与限位结构分离，则所以活塞的限位杆侧受力面积≥活塞的活塞杆侧受力面积，即活塞的限位杆侧受力增大，推动活塞向活塞杆侧移动，进而推动活塞杆伸出，使活塞杆推动尾门开启，开启方便。

作为可选方案，限位结构包括弹簧底座、限位弹簧及限位块，弹簧底座的朝向筒体开口端的一侧设有限位槽，限位块可移动的设置于限位槽中，限位弹簧连接于限位块与限位槽的底面之间；限位槽的内径与限位杆的直径相适应，限位块的端面形状与限位杆的端面形状相适应。

具体地，在筒体中设置带有限位弹簧及限位块的限位结构进行缓冲，容差效果好，可抵消因制造误差、尾门关闭状态误差等造成的限位杆的端部不能与限位结构贴合的问题，也可以防止由于活塞行程过大，限位杆冲击弹簧底座，造成气弹簧损坏的问题。

作为可选方案，限位块的端面上设有锥形凹槽，限位杆的自由端为锥形且与锥形凹槽相适应。

具体地，当气弹簧被压缩，限位杆的自由端与限位块的端面上设有锥形凹槽贴合，以排出两者之间的气体，并推动限位块，使限位弹簧被压缩以防止由于活塞行程过大，限位杆冲击弹簧底座，造成气弹簧损坏，同时，可抵消因制造误差、尾门关闭状态误差等造成的限位杆的端部不能与限位结构贴合的问题。

作为可选方案，限位弹簧为螺旋弹簧。

具体地，螺旋弹簧的抗压性能好且在发生弹性形变后，易于复原。但限位弹簧的选择不限于本申请的螺旋弹簧，也可根据需要选用其他类型的弹簧，只要满足使用需求即可。

作为可选方案，在活塞杆的侧壁上，沿活塞杆的周向设有定位槽，活塞套设于活塞杆的外周且位于定位槽中。

具体地，活塞的侧面与筒体之间密封连接，并通过设置气体通路连通活塞两侧的空腔，因此在活塞杆移动过程中，活塞会受到反向摩擦力，因此设置定位槽，避免活塞与活塞杆之间发生相对位移。

作为可选方案，筒体的封闭端设有固定接头，固定接头用于连接车体。

作为可选方案，活塞杆的另一端设有活动接头，活动接头用于连接车辆的尾门或发动机盖。

具体地，设置固定接头和活动接头，便于气弹簧的安装。

作为可选方案，筒体为钢筒。

本发明还提供一种车辆用尾门，包括：

尾门本体，尾门本体的上部设有铰链结构，铰链结构用于连接车体；

上述车辆用气弹簧，活塞杆的自由端连接于尾门本体上，筒体的封闭端用于连接车体。

具体地，安装有本方案的车辆用气弹簧的尾门，无需额外增加尾门铰链安装点和气弹簧安装点刚度，可实现尾门钣金总成减重约5％-10％，进而降低整车重量和成本，提高整车可靠性和尾门开闭耐久性能。

本发明还提供一种汽车，汽车包括上述的车辆用尾门。

具体地，本方案的汽车，整车重量轻，可靠性高，尾门开闭耐久性能好，开闭方便，且不易出现尾门下沉的问题。

实施例

图5示出了本实施例的车辆用气弹簧的压缩状态示意图；图6示出了本实施例的车辆用气弹簧的限位结构的爆炸示意图；图7示出了本实施例的车辆用气弹簧的内部结构示意图；图8示出了本实施例的车辆用气弹簧的压缩状态示意图；图9示出了本实施例的车辆用气弹簧的受力示意图。

如图5所示，车辆用气弹簧1包括筒体1.1和活塞杆1.2，筒体1.1为钢筒；

筒体1.1的一端封闭且设有固定接头1.4，以用于连接车体；活塞杆1.2的一端由筒体1.1的开口端伸入筒体1.1内，另一端设有活动接头1.3，以用于连接车辆的尾门或发动机盖；

如图7所示，在活塞杆1.2的位于筒体中的一端的侧壁上，沿活塞杆1.2的周向设有定位槽，活塞1.9套设于活塞杆1.2且位于定位槽中；活塞杆1.2的位于筒体1.1中的一端设有限位杆1.5，限位杆1.5的直径等于活塞杆1.2的直径且限位杆1.5的自由端为锥形；在筒体1.1封闭端的内部设有限位结构；

如图6所示，限位结构包括弹簧底座1.8、限位弹簧1.7及限位块1.6；如图7所示，弹簧底座1.8的朝向筒体1.1开口端的一侧设有限位槽，限位块1.6可移动的设置于限位槽中，限位弹簧1.7连接于限位块1.6与限位槽的底面之间；限位槽的内径与限位1.5杆的直径相适应，限位块1.6的端面上设有锥形凹槽，限位杆1.5的自由端为锥形且与锥形凹槽相适应，其中，限位弹簧1.7选用螺旋弹簧；设置限位结构，一方面可抵消因制造误差、尾门关闭状态误差造成的限位杆1.5不能和限位块1.6完全贴合的问题，另一方面也可以防止活塞1.9行程过大，限位杆1.5冲击弹簧底座1.8，造成气弹簧损坏的问题。

在现有技术中，如图3所示，筒体1.1内有高压气体，高压气体推动活塞1.9在筒体1.1内沿轴向移动，其受力可简化为图4所示的受力状态，如图4所示，因为有气体通道1.10，所以活塞1.9左右两侧气体可相通，两侧气体压强P相同。压力等于压强乘以受力面积(F＝PS)，所以活塞1.9右侧等效受力面积为S₂，压力为F₂＝PS₂，左侧等效受力面积为S₁＝S₂-S₃，其中S₃为活塞杆的横截面积，所以压力F₁＝P(S₂-S₃)，左右压力差F₂-F₁＝PS₃，进而可推动活塞1.9向左侧移动。当尾门2关闭状态下，气弹簧活塞1.9压缩到底端，活塞1.9受到向下压力，压力大小为PS₃，并作用于尾门，由于气弹簧在压缩时，活塞杆1.2占用气缸空间，所以造成气缸内气体压强P增大，且在尾门关闭时，气弹簧内部压强P_Max最大，对应气弹簧压力也最大，该压力完全作用于尾门上，是造成尾门下沉的主要原因之一。

而本方案的车辆用气弹簧的压缩状态如图8所示，当尾门2关闭时，活塞杆1.2被压缩进筒体1.1，限位杆1.5和限位块1.6贴合，并推动限位弹簧1.7压缩，进而将限位杆1.5和限位块1.6之间的气体排出，其受力状态如图9所示，由于活塞1.9左右两侧气体压强相同，受力面积也相同，所以该状态下弹簧活塞杆1.2只受限位弹簧1.7的作用力，限位弹簧1.7的作用力仅将限位块1.6顶起，作用力远小于高压气体压力，所以气弹簧压缩状态下对尾门作用力大大减小，有效避免尾门下沉。当尾门2解锁开启时，活塞杆1.2向筒体1.1外移动，限位杆1.5和限位块1.6分离，限位杆1.5和限位块1.6之间重新进入高压气体，活塞1.9受力带动活塞杆1.2伸出，进而尾门正常开启。

如果增加限位杆1.5和限位块1.6的直径，活塞右侧受力面积减小，则右侧活塞所受的压力减小，F₂最大为P_MaxS₂，最小可为0，可根据需要调整，这样尾门关闭状态下，气弹簧可对尾门产生向上作用力进一步抵消尾门重力，降低下沉风险。

另外，本发明的车辆用气弹簧也适用于发动机盖，其原理与本实施例相同。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims

1.一种车辆用气弹簧，其特征在于，包括：筒体、活塞和活塞杆；

所述活塞杆的一端由所述筒体的开口端伸入所述筒体内；

当所述活塞杆向所述筒体内移动时，所述限位杆的端部能够与所述限位结构贴合；

所述限位结构包括弹簧底座、限位弹簧及限位块，所述弹簧底座的朝向所述筒体开口端的一侧设有限位槽，所述限位块可移动的设置于所述限位槽中，所述限位弹簧连接于所述限位块与所述限位槽的底面之间；所述限位槽的内径与所述限位杆的直径相适应，所述限位块的端面形状与所述限位杆的端面形状相适应。

2.根据权利要求1所述的车辆用气弹簧，其特征在于，所述限位块的端面上设有锥形凹槽，所述限位杆的自由端为锥形且与所述锥形凹槽相适应。

3.根据权利要求1所述的车辆用气弹簧，其特征在于，所述限位弹簧为螺旋弹簧。

4.根据权利要求1所述的车辆用气弹簧，其特征在于，在所述活塞杆的侧壁上，沿所述活塞杆的周向设有定位槽，所述活塞套设于所述活塞杆的外周且位于所述定位槽中。

5.根据权利要求1所述的车辆用气弹簧，其特征在于，所述筒体的封闭端设有固定接头，所述固定接头用于连接车体。

6.根据权利要求1所述的车辆用气弹簧，其特征在于，所述活塞杆的另一端设有活动接头，所述活动接头用于连接车辆的尾门或发动机盖。

7.根据权利要求1所述的车辆用气弹簧，其特征在于，所述筒体为钢筒。

8.一种车辆用尾门，其特征在于，包括：

根据权利要求1～7中任意一项所述车辆用气弹簧，所述活塞杆的自由端连接于所述尾门本体上，所述筒体的封闭端用于连接所述车体。

9.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括根据权利要求8所述的车辆用尾门。