CN114347743A - 一种刚度实时可调的空气弹簧系统及电控空气悬架系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种刚度实时可调的空气弹簧系统及电控空气悬架系统，其空气弹簧系统包括密封连接的主气囊，气囊盖板和活塞，其还包括复合气囊，复合气囊压装在活塞上，复合气囊气压通过单独的气路控制。其刚度实时可调的电控空气悬架系统包括复合空气弹簧总成，加速度传感器，高度控制阀，复合气囊控制阀和空气悬架控制器。空气悬架控制器根据加速度传感器振动信号及CAN信号通过算法判断高度控制阀及复合气囊控制阀的充气与放气，从而改变悬架系统刚度。其中复合刚度实时可调空气弹簧系统，本发明能使空气悬架系统实时、大范围改变刚度，同时满足车辆操纵稳定性和平顺性的要求，大大提升车辆性能。

Description

一种刚度实时可调的空气弹簧系统及电控空气悬架系统

技术领域

本发明涉及车辆使用的电控空气悬架技术领域，特别涉及一种在传统空气悬架系统基础上增加车辆振动信号输入、空气弹簧总成作动机构及控制系统的刚度实时可调的电控空气悬架系统，其使得电控空气悬架系统刚度可根据路面状况、车辆工况的控制要求大范围实时调节变化，从而达到同时提高车辆操纵稳定性和平顺性的目的。

背景技术

作为电控空气悬架系统中重要的部件之一空气弹簧是关系到车辆系统操纵稳定性和平顺性的关键部件，但传统空气弹簧系统无法兼顾车辆的操纵稳定性和平顺性。

为了提高车辆操纵稳定性通常需要刚度较高的空气弹簧设计，但较高的弹簧刚度会导致车辆感觉很“硬”，在通过冲击路面或高频小幅不平度路面输入时，无法消减大部分振动，使得车辆平顺性变差。为了提高车辆平顺性，空气弹簧的刚度需要设计小，但较小弹簧刚度在恶劣路况，会导致车辆限位撞击，车身摆动加剧；在转弯工况，车辆响应滞后，车辆操纵稳定性变差。

目前，为了兼顾车辆操纵稳定性和平顺性，基本上都是通过增加附加气室来改变弹簧系统刚度，例如CN1644954A、CN1975194A、CN2898434Y、CN101818777B、CN101949424B、CN102278403A、CN102705420B、CN103644235A、CN105082916A、CN105090315B、CN105090317B、CN106275893B、CN107188002A等。但是通过增加附加气室来改变弹簧系统刚度，其只能小幅改变弹簧系统刚度，对整车性能影响不大。而且由于整车布置空间问题，使得大容积附加气室很难布置，因而应用有局限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于针对传统空气悬架无法同时满足车辆操纵稳定性和平顺性问题而提供一种刚度实时可调的空气弹簧系统。

本发明所要解决的技术问题之二在于针对传统空气悬架无法同时满足车辆操纵稳定性和平顺性问题而提供一种刚度实时可调的电控空气悬架系统，其在传统空气悬架系统中增加了刚度大范围实时可调复合空气弹簧系统，并在控制策略中较传统空气悬架增加了车辆振动信号输入。从而能根据路面状况，车辆工况控制要求快速、大范围改变悬架刚度，解决传统空气悬架系统设计无法兼顾车辆平顺性与操纵稳定性的问题。

本发明所解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一发面的一种刚度实时可调的空气弹簧系统，包括一主气囊和一活塞，所述主气囊安装在所述活塞上，其特征在于，还包括一复合气囊，所述复合气囊位于所述主气囊与活塞之间，所述复合气囊通过进气管路和排气管路与一复合气囊控制阀连接，通过所述复合气囊控制阀来所述复合气囊打开直径，进而改变空气弹簧的有效直径，实现空气弹簧的刚度实时调节。

在本发明的一个优选实施例中，所述复合气囊的囊皮上下端通过环箍固定在所述活塞的外周面上，其中所述活塞的外周面构成所述复合气囊的另一侧囊皮。

在本发明的一个优选实施例中，所述活塞的外周面呈凹腰型结构，所述复合气囊的囊皮上下端通过环箍固定在所述凹腰型结构的上下凸出位置上。

在本发明的一个优选实施例中，所述复合气囊的囊皮外表面至少有一部分与所述主气囊的囊皮外表面接触。

在本发明的一个优选实施例中，所述复合空气弹簧总成的空气弹簧刚度依据下述公式(1)进行调节：

其中：A_e＝πD²/4

上式中，n为多变指数，静态即等温过程n＝1；动态即绝热过程n＝1.4；一般状态，可取n＝1.33；V为主气囊容积；A_e为主气囊有效截面积；P₀为静平衡位置主气囊绝对气压；Pg为主气囊压力；D为主气囊有效直径；Z为主气囊行程。

本发明第二方面的一种刚度实时可调的电控空气悬架系统，包括加速度传感器、高度控制阀、空气悬架控制器和若干复合空气弹簧总成，若干复合空气弹簧总成分为左前复合空气弹簧总成、右前复合空气弹簧总成、左后复合空气弹簧总成、右后复合空气弹簧总成，所述左前复合空气弹簧总成、右前复合空气弹簧总成、左后复合空气弹簧总成、右后复合空气弹簧总成的结构相同，均包括一主气囊和一活塞，所述主气囊安装在所述活塞上；所述高度控制阀与所述空气悬架控制器控制连接，所述空气悬架控制器依据所述加速度传感器输送过来的振动信号和车辆确定工况的CAN信号控制所述高度控制阀动作，所述高度控制阀通过四路气路分别控制所述左前复合空气弹簧总成、右前复合空气弹簧总成、左后复合空气弹簧总成、右后复合空气弹簧总成中的主气囊动作，调整车身高度；其特征在于，还包括若干复合气囊控制阀，若干复合气囊控制阀也分为左前复合气囊控制阀、右前复合气囊控制阀、左后复合气囊控制阀、右后复合气囊控制阀；所述左前复合空气弹簧总成、右前复合空气弹簧总成、左后复合空气弹簧总成、右后复合空气弹簧总成均还包括一复合气囊，所述复合气囊位于所述主气囊与活塞之间，所述左前复合气囊控制阀、右前复合气囊控制阀、左后复合气囊控制阀、右后复合气囊控制分别通过进气管路和排气管路与所述左前复合空气弹簧总成、右前复合空气弹簧总成、左后复合空气弹簧总成、右后复合空气弹簧总成中的复合气囊连接；所述空气悬架控制器还与左前复合气囊控制阀、右前复合气囊控制阀、左后复合气囊控制阀、右后复合气囊控制阀控制连接，控制左前复合气囊控制阀、右前复合气囊控制阀、左后复合气囊控制阀、右后复合气囊控制阀充气或放气，进而通过所述左前复合气囊控制阀、右前复合气囊控制阀、左后复合气囊控制阀、右后复合气囊控制阀来所述左前复合空气弹簧总成、右前复合空气弹簧总成、左后复合空气弹簧总成、右后复合空气弹簧总成中的复合气囊打开直径，进而改变空气弹簧的有效直径，实现空气弹簧的刚度实时调节。

在本发明的一个优选实施例中，所述复合气囊的囊皮上下端通过环箍固定在所述活塞的外周面上，其中所述活塞的外周面构成所述复合气囊的另一侧囊皮。

在本发明的一个优选实施例中，所述活塞的外周面呈凹腰型结构，所述复合气囊的囊皮上下端通过环箍固定在所述凹腰型结构的上下凸出位置上。

在本发明的一个优选实施例中，所述复合气囊的囊皮外表面至少有一部分与所述主气囊的囊皮外表面接触。

在本发明的一个优选实施例中，所述复合空气弹簧总成的空气弹簧刚度依据下述公式(1)进行调节：

其中：A_e＝πD²/4

上式中，n为多变指数，静态即等温过程n＝1；动态即绝热过程n＝1.4；一般状态，可取n＝1.33；V为主气囊容积；Ae为主气囊有效截面积；P0为静平衡位置主气囊绝对气压；Pg为主气囊压力；D为主气囊有效直径；Z为主气囊行程。

在本发明的一个优选实施例中，所述空气悬架刚度Ks与空气弹簧刚度K如公式(2)。

Ks＝b²K (2)

其中：b为杠杆比；

因而当空气弹簧刚度大范围变化时会使控制悬架刚度同比呈杠杆放大变化。

由于采用了如上的技术方案，本发明与传统空气悬架相比具有如下优点：

1.本发明空气悬架控制系统输入增加车辆运行状态以及通过加速度传感器获得的路面状况，可根据车辆工况和路面状况实时、大范围改变悬架刚度，解决车辆操纵稳定性和平顺性互为矛盾的问题。

当车辆在转弯工况时，需要较大的悬架刚度避免车身侧倾严重，本系统控制模块在接收到CAN转向信号时，向复合气囊充气，加大主空气弹簧的有效直径，提高空气弹簧刚度，从而加大悬架刚度，提高车辆的操纵性；当车辆在高速或高频小振幅不平路面行驶时，需要较小的悬架刚度，本系统控制模块接收到车速和加速度传感器振动信号，将复合气囊放气，减小主空气弹簧有效直径，降低空气弹簧刚度，从而减小悬架刚度，提高车辆的平顺性；当车辆行驶在大振幅不平路面时，一方面控制系统控制主气囊升高，提高通过性，另一方面向复合气囊充气，提高悬架刚度，保证车辆行驶稳定性。

2.本发明通过改变主空气弹簧有效直径，可大范围改变空气悬架刚度。

空气弹簧刚度计算公式如(1)。由于空气弹簧刚度K与有效直径D的四次方成正比，而复合气囊的形状变化实质是改变空气弹簧的有效直径D，因而本方案的空气弹簧刚度改变范围大；

公式(1)

其中：A_e＝πD²/4

上式中，n为多变指数，V为气囊容积，A_e为气囊有效截面积，P₀为静平衡位置气囊绝对气压，P_g为气囊压力，D为气囊有效直径，Z为气囊行程。

而空气悬架刚度Ks与空气弹簧刚度K如公式(2)。

公式(2)

Ks＝b²K其中：b为杠杆比；

因而当空气弹簧刚度大范围变化时会使悬架刚度同比变化。

3.本发明可快速改变空气悬架系统刚度。

由于复合气囊体积小，可通过很少的充气或放气来快速改变主空气弹簧外径D，因而该系统可实现根据系统需求快速调节空气弹簧刚度，从而达到系统控制要求的悬架刚度。

附图说明

图1为本发明中的刚度实时可调电控空气悬架系统的结构示意图

图2为本发明中的复合空气弹簧总成的结构示意图。

图3为本发明中的复合空气弹簧总成的一种安装使用方式示意图。

图4为本发明中的复合空气弹簧总成刚度调节原理说明图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式来进一步描述本发明。

参见图1，图中所示的一种刚度实时可调的电控空气悬架系统，包括加速度传感器(图中未示出)、高度控制阀10、空气悬架控制器20、若干复合气囊控制阀和若干复合空气弹簧总成，若干复合空气弹簧总成分为左前复合空气弹簧总成30a、右前复合空气弹簧总成30b、左后复合空气弹簧总成30c、右后复合空气弹簧总成30d。

若干复合气囊控制阀也分为左前复合气囊控制阀40a、右前复合气囊控制阀40b、左后复合气囊控制阀40c、右后复合气囊控制阀40d。

结合参见图2和图3，左前复合空气弹簧总成30a、右前复合空气弹簧总成30b、左后复合空气弹簧总成30c、右后复合空气弹簧总成30d的结构相同，均包括一主气囊100、一活塞300、气囊盖板200和复合气囊400，主气囊100密封安装在活塞300上，气囊盖板200密封连接在主气囊100上；活塞300位于主气囊100的下端，气囊盖板200位于主气囊100的上端。

使用时，左前复合空气弹簧总成30a、右前复合空气弹簧总成30b、左后复合空气弹簧总成30c、右后复合空气弹簧总成30d中的气囊盖板200与车架700通过螺栓800连接，下端活塞300与气囊座900通过螺栓810连接。

活塞300的外周面310呈凹腰型结构，复合气囊400的囊皮上下端通过环箍500、510密封固定在凹腰型结构的上下凸出位置上，活塞300的外周面310构成复合气囊400的另一侧囊皮。

复合气囊400的囊皮外表面至少有一部分与主气囊100的囊皮外表面接触。

高度控制阀10与空气悬架控制器20控制连接，空气悬架控制器20依据加速度传感器输送过来的振动信号和车辆确定工况的CAN信号通过算法判断并控制高度控制阀10以及左前复合气囊控制阀40a、右前复合气囊控制阀40b、左后复合气囊控制阀40c、右后复合气囊控制阀40d进行充气与放气动作。

高度控制阀10通过四路气路分别控制左前复合空气弹簧总成30a、右前复合空气弹簧总成30b、左后复合空气弹簧总成30c、右后复合空气弹簧总成30d中的主气囊100动作，调整车身高度；

左前复合气囊控制阀40a、右前复合气囊控制阀40b、左后复合气囊控制阀40c、右后复合气囊控制阀分别通过进气管路410和排气管路420与左前复合空气弹簧总成30a、右前复合空气弹簧总成30b、左后复合空气弹簧总成30c、右后复合空气弹簧总成30d中的复合气囊400连接。

空气悬架控制器20还与左前复合气囊控制阀40a、右前复合气囊控制阀40b、左后复合气囊控制阀40c、右后复合气囊控制阀40d控制连接，控制左前复合气囊控制阀40a、右前复合气囊控制阀40b、左后复合气囊控制阀40c、右后复合气囊控制阀40d充气或放气，进而通过左前复合气囊控制阀40a、右前复合气囊控制阀40b、左后复合气囊控制阀40c、右后复合气囊控制阀40d来左前复合空气弹簧总成30a、右前复合空气弹簧总成30b、左后复合空气弹簧总成30c、右后复合空气弹簧总成30d中的复合气囊400打开直径，进而改变空气弹簧的有效直径，实现空气弹簧的刚度实时调节。

左前复合空气弹簧总成30a、右前复合空气弹簧总成30b、左后复合空气弹簧总成30c、右后复合空气弹簧总成30d中的空气弹簧刚度依据下述公式(1)进行调节：

其中：A_e＝πD²/4

上式中，n为多变指数，静态即等温过程n＝1；动态即绝热过程n＝1.4；一般状态，可取n＝1.33；V为主气囊容积；Ae为主气囊有效截面积；P0为静平衡位置主气囊绝对气压；Pg为主气囊压力；D为主气囊有效直径；Z为主气囊行程。

空气悬架刚度Ks与空气弹簧刚度K如公式(2)。

Ks＝b²K (2)

其中：b为杠杆比；

因而当空气弹簧刚度大范围变化时会使控制悬架刚度同比呈杠杆放大变化。

参见图4，当空气悬架控制器20判断车辆当前工况需要较高悬架刚度时，左前复合气囊控制阀40a、右前复合气囊控制阀40b、左后复合气囊控制阀40c、右后复合气囊控制阀40d打开充气路410，关闭放气管路420，向复合气囊400充气，空气弹簧系统刚度随着复合气囊400直径变大而增加，当复合气囊400达到最大外径，此时空气弹簧有效直径D_max为最大，空气弹簧系统达到最大刚度；当空气悬架控制器20判断车辆当前工况需要较低悬架刚度时，左前复合气囊控制阀40a、右前复合气囊控制阀40b、左后复合气囊控制阀40c、右后复合气囊控制阀40d打开放气管路420，关闭充气管路410，从复合气囊400放气，空气弹簧系统刚度随着复合气囊直径变小而减小，当复合气囊400与活塞300的外周面310贴合时，此时空气弹簧有效直径D_min为最小，空气弹簧系统达到最小刚度。

Claims (11)

1.一种刚度实时可调的空气弹簧系统，包括一主气囊和一活塞，所述主气囊安装在所述活塞上，其特征在于，还包括一复合气囊，所述复合气囊位于所述主气囊与活塞之间，所述复合气囊通过进气管路和排气管路与一复合气囊控制阀连接，通过所述复合气囊控制阀来所述复合气囊打开直径，进而改变空气弹簧的有效直径，实现空气弹簧的刚度实时调节。

2.如权利要求1所述的一种刚度实时可调的空气弹簧系统，其特征在于，所述复合气囊的囊皮上下端通过环箍固定在所述活塞的外周面上，其中所述活塞的外周面构成所述复合气囊的另一侧囊皮。

3.如权利要求2所述的一种刚度实时可调的空气弹簧系统，其特征在于，所述活塞的外周面呈凹腰型结构，所述复合气囊的囊皮上下端通过环箍固定在所述凹腰型结构的上下凸出位置上。

4.如权利要求3所述的一种刚度实时可调的空气弹簧系统，其特征在于，所述复合气囊的囊皮外表面至少有一部分与所述主气囊的囊皮外表面接触。

5.如权利要求1至4任一项权利要求所述的一种刚度实时可调的空气弹簧系统，其特征在于，所述复合空气弹簧总成的空气弹簧刚度依据下述公式(1)进行调节：

其中：A_e＝πD²/4

上式中，n为多变指数，静态即等温过程n＝1；动态即绝热过程n＝1.4；一般状态，可取n＝1.33；V为主气囊容积；A_e为主气囊有效截面积；P₀为静平衡位置主气囊绝对气压；Pg为主气囊压力；D为主气囊有效直径；Z为主气囊行程。

6.一种刚度实时可调的电控空气悬架系统，包括加速度传感器、高度控制阀、空气悬架控制器和若干复合空气弹簧总成，若干复合空气弹簧总成分为左前复合空气弹簧总成、右前复合空气弹簧总成、左后复合空气弹簧总成、右后复合空气弹簧总成，所述左前复合空气弹簧总成、右前复合空气弹簧总成、左后复合空气弹簧总成、右后复合空气弹簧总成的结构相同，均包括一主气囊和一活塞，所述主气囊安装在所述活塞上；所述高度控制阀与所述空气悬架控制器控制连接，所述空气悬架控制器依据所述加速度传感器输送过来的振动信号和车辆确定工况的CAN信号控制所述高度控制阀动作，所述高度控制阀通过四路气路分别控制所述左前复合空气弹簧总成、右前复合空气弹簧总成、左后复合空气弹簧总成、右后复合空气弹簧总成中的主气囊动作，调整车身高度；其特征在于，还包括若干复合气囊控制阀，若干复合气囊控制阀也分为左前复合气囊控制阀、右前复合气囊控制阀、左后复合气囊控制阀、右后复合气囊控制阀；所述左前复合空气弹簧总成、右前复合空气弹簧总成、左后复合空气弹簧总成、右后复合空气弹簧总成均还包括一复合气囊，所述复合气囊位于所述主气囊与活塞之间，所述左前复合气囊控制阀、右前复合气囊控制阀、左后复合气囊控制阀、右后复合气囊控制分别通过进气管路和排气管路与所述左前复合空气弹簧总成、右前复合空气弹簧总成、左后复合空气弹簧总成、右后复合空气弹簧总成中的复合气囊连接；所述空气悬架控制器还与左前复合气囊控制阀、右前复合气囊控制阀、左后复合气囊控制阀、右后复合气囊控制阀控制连接，控制左前复合气囊控制阀、右前复合气囊控制阀、左后复合气囊控制阀、右后复合气囊控制阀充气或放气，进而通过所述左前复合气囊控制阀、右前复合气囊控制阀、左后复合气囊控制阀、右后复合气囊控制阀来所述左前复合空气弹簧总成、右前复合空气弹簧总成、左后复合空气弹簧总成、右后复合空气弹簧总成中的复合气囊打开直径，进而改变空气弹簧的有效直径，实现空气弹簧的刚度实时调节。

7.如权利要求6所述的一种刚度实时可调的电控空气悬架系统，其特征在于，所述复合气囊的囊皮上下端通过环箍固定在所述活塞的外周面上，其中所述活塞的外周面构成所述复合气囊的另一侧囊皮。

8.如权利要求7所述的一种刚度实时可调的电控空气悬架系统，其特征在于，所述活塞的外周面呈凹腰型结构，所述复合气囊的囊皮上下端通过环箍固定在所述凹腰型结构的上下凸出位置上。

9.如权利要求8所述的一种刚度实时可调的电控空气悬架系统，其特征在于，所述复合气囊的囊皮外表面至少有一部分与所述主气囊的囊皮外表面接触。

10.如权利要求6至9任一项权利要求所述的一种刚度实时可调的电控空气悬架系统，其特征在于，所述复合空气弹簧总成的空气弹簧刚度依据下述公式(1)进行调节：

其中：A_e＝πD²/4

上式中，n为多变指数，静态即等温过程n＝1；动态即绝热过程n＝1.4；一般状态，可取n＝1.33；V为主气囊容积；Ae为主气囊有效截面积；P0为静平衡位置主气囊绝对气压；Pg为主气囊压力；D为主气囊有效直径；Z为主气囊行程。

11.如权利要求10所述的一种刚度实时可调的电控空气悬架系统，其特征在于，所述空气悬架刚度Ks与空气弹簧刚度K如公式(2)。

Ks＝b²K (2)

其中：b为杠杆比；

因而当空气弹簧刚度大范围变化时会使控制悬架刚度同比呈杠杆放大变化。

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