CN118769782B - 一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置 - Google Patents
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Abstract
本申请属于车辆减震技术领域，具体涉及一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，本专利提出一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，设计有阻尼口开度连续可调的电控比例节流阀，实现悬架装置阻尼特性连续、实时、无级可调，设计有压力可变的氮气腔以平衡重型车辆不同载荷状态下的刚度特性，保障了重型车辆在不同载荷条件与路面状况下的舒适性与稳定性。
Description
技术领域
本申请属于不确定路面条件下的车体减震技术领域，具体设计一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置。
背景技术
油气弹簧是一种集成气体与油液的弹性缓冲装置，具有良好的减震效果和支撑能力，广泛应用于各类重型特种车辆。传统的固定阻尼和固定刚度油气弹簧装置多面向固定的载荷工况设计，在面临变化的路面条件与车体载荷时，其减振与稳定性难易发生漂移，制约着车辆的舒适性和安全性。例如，面向市区工况设计的油气弹簧具有较小的刚度与阻尼以保证舒适性，但在面对重载载荷与山地路面时，易发生活塞杆与刚体的刚性冲击，车辆的舒适性与安全性大幅下降。
发明内容
针对上述问题，本专利提出一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，设计有阻尼口开度连续可调的电控比例节流阀，实现悬架装置阻尼特性连续、实时、无级可调。设计有压力可变的氮气腔以平衡重型车辆不同载荷状态下的刚度特性。技术方案如下：
一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，包括上连接筒、集成端盖、外缸筒、储气囊、隔离活塞、气泵模块、下连接环、液压蓄能器和和比例节流阀；所述上连接筒与外缸筒通过集成端盖连接，所述下连接环与活塞杆连接或为一体结构；所述储气囊、气泵模块、液压蓄能器和比例节流阀均设在集成端盖上部，所述气泵模块与储气囊连接，通过集成端盖与氮气腔连接；液压蓄能器通过集成端盖分别与上油腔、下油腔连接，比例节流阀通过集成端盖分别与上油腔、下油腔连接。
优选的，所述集成端盖包括气泵安装口、气腔流道、油腔流道和节流阀安装口；所述气泵安装口与气泵模块连接，通过气腔流道与氮气腔连接；节流阀安装口与比例节流阀连接，通过油腔流道分别与上油腔、下油腔连接。集成端盖底部设有活塞螺纹，用于集成端盖与隔离活塞的连接和密封。
优选的，所述储气囊中设有储气腔，采用体积可变的橡胶皮囊；用于向A4氮气腔中充气或排气的储气装置。
优选的，所述气泵模块串联在气泵安装口与储气囊之间，用于从储气腔向氮气腔中充气或排气，改变氮气腔的压力，从而改变装置的刚度特性。
优选的，所述液压蓄能器并联到油腔流道中间，用补充或吸收上油腔、下油腔之间由于面积不相等引起的流量差。
优选的，所述活塞杆与连接环为相对运动部件；相互运动处、螺纹连接处均设有动密封、静密封装置。
优选的，比例节流阀在外部电流驱动下改变阀芯位置，改变阀口面积，从而改变悬架系统阻尼系数。
优选的，压缩过程阻尼调节：
悬架压缩时，活塞杆相对于外缸筒向上运动，上油腔体积减小，下油腔体积增大，因此上油腔内油液流经比例节流阀，经油腔流道进入下油腔，由于上油腔与下油腔腔截面积不同而轴向位移量相同，上油腔体积变化量ΔV大于下油腔体积变化量ΔV，因此另一部分油液进入液压蓄能器；
悬架拉伸时，活塞杆相对于外缸筒向下运动，下油腔体积减小，上油腔体积增大，下油腔内油液经油腔流道与液压蓄能器释放的油液一起经比例节流阀进入上油腔。
优选的，悬架刚度增大模式：
气泵模块从储气囊中吸气，经气腔流道泵入氮气腔，使其内部压力升高；
悬架刚度不变时，气泵模块不工作。由于内置的单向阀将氮气腔和储气囊中的氮气完全截止不进行流通，氮气腔内气体质量不变，为固定刚度模式；
悬架刚度减小模式：气泵模块反向运行，将氮气腔经气腔流道泵入储气囊，氮气腔内部压力降低。
与现有技术相同，本申请有益效果如下：
1.阻尼连续实时可调。在两油腔之间设置了比例节流阀，根据上级控制器发出的指令值的大小，比例节流阀在硬件层面控制阀口开度，实现了悬架装置拉伸、压缩双向阻尼调节功能，使悬架系统适应不同路况，提高车辆舒适性。
2.刚度连续实时可调。设置的气泵模块根据上级控制器的指令，向氮气腔充气或排气，增大或减小氮气腔压力，实现了系统刚度调节功能。
3.重型车辆在装载/卸载前后的悬架系统载荷变化较大，而固定刚度的悬架系统无法在车辆过弯过程中提供足够的支承刚度，本发明的变刚度功能可以克服上述缺陷，在装载(或侧倾侧)等刚度需求高的场景下，气泵模块向氮气腔充气，增大氮气腔压力以提高悬架系统刚度。在卸载(或侧倾对侧)等刚度要求低的场景下，气泵模块向储气囊排气，减小氮气腔压力以降低悬架系统刚度，使车身在保持稳定姿态，进一步提高了车辆抗侧倾能力和安全性。
附图说明
图1为装置结构示意图。
图2为集成端盖结构图。
图3为隔离活塞结构。
图4为活塞杆结构。
图中，1-上连接筒2-储气囊3-气泵模块4-液压蓄能器5-集成端盖6-比例节流阀7-活塞杆8-隔离活塞9-外缸筒10-下连接环；
5-1气泵安装口5-2节流阀安装口5-3油腔流道5-4气腔流道5-5活塞螺纹；
A1-储气腔、A2-上油腔、A3-下油腔和A4-氮气腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，包括上连接筒1、集成端盖5、外缸筒9、储气囊2、隔离活塞8、气泵模块3、下连接环10、液压蓄能器4和和比例节流阀6；所述上连接筒1与外缸筒9通过集成端盖5连接，所述下连接环10与活塞杆7连接或为一体结构；所述储气囊2、气泵模块3、液压蓄能器4和比例节流阀6均设在集成端盖5上部，所述气泵模块3与储气囊2连接，通过集成端盖5与氮气腔A4连接；液压蓄能器4通过集成端盖5分别与上油腔A2、下油腔A3连接，比例节流阀6通过集成端盖5分别与上油腔A2、下油腔A3连接。
上连接筒1、集成端盖5、外缸筒9在装配时通过螺纹或焊接形式连接为一体，上连接筒1上方设有与车身连接的耳环；
储气囊2、气泵模块3、液压蓄能器4和比例节流阀6均设在集成端盖5上部，并通过机械结构进行固定。
储气囊2内部设有储气腔A1，用于向氮气腔A4中充气或排气的储气装置。
集成端盖5包括气泵安装口5-1、气腔流道5-4、油腔流道5-3和节流阀安装口5-2；所述气泵安装口5-1与气泵模块3连接，通过气腔流道5-4与氮气腔A4连接；节流阀安装口5-2与比例节流阀6连接，通过油腔流道5-3分别与上油腔A2、下油腔A3连接。集成端盖5底部设有活塞螺纹5-5，用于集成端盖5与隔离活塞8的连接和密封。
气泵模块3串联在气泵安装口5-1与储气囊2之间，用于从储气腔A1向氮气腔A4中充气/排气，改变氮气腔A4的压力，从而改变装置的刚度特性。气泵模块3集成了双向气泵和两端气口具有自锁功能的单向阀。
液压蓄能器4并联到油腔流道5-3中间，用补充或吸收上油腔A2、下油腔A3之间由于面积不相等引起的流量差。
5-集成端盖为端盖、活塞杆一体式结构，上表面设有5-1气泵安装口，5-2节流阀安装口内部设有5-3油腔流道和5-4气腔流道，设有5-5活塞螺纹，用于5-集成端盖与隔离活塞8的连接和密封。
比例节流阀6在集成端盖5上端面上，并联到油腔流道5-3中间，将控制信号转换为阀口开度变化。
活塞杆7与下连接环10连接为一体，为相对运动部件。相互运动处、螺纹连接处均设有动密封、静密封装置。
比例节流阀6在外部电流驱动下改变阀芯位置，改变阀口面积，从而改变悬架系统阻尼系数。
压缩过程阻尼调节：
悬架压缩时，活塞杆7相对于外缸筒9向上运动，上油腔A2体积减小，下油腔A3体积增大，因此上油腔A2内油液流经比例节流阀6，经油腔流道5-2进入下油腔A3，由于A2与A3腔截面积不同而轴向位移量相同，上油腔A2体积变化量ΔV(A2)大于下油腔A3体积变化量ΔV(A3)，因此另一部分油液进入液压蓄能器4。比例节流阀6在外部电流驱动下改变阀芯位置，改变阀口面积，从而改变悬架系统压缩阻尼系数。
悬架拉伸时，活塞杆7相对于外缸筒9向下运动，下油腔A3体积减小，上油腔A2体积增大，下油腔A3内油液经油腔流道5-3与液压蓄能器4释放的油液一起经比例节流阀6进入上油腔A2。比例节流阀6在外部电流驱动下改变阀芯位置，改变阀口面积，从而改变悬架系统拉伸阻尼系数。
油气弹簧装置变刚度调节过程：
根据气体状态方程可知，充气时氮气腔压力升高，悬架系统刚度越大。
悬架刚度增大模式：气泵模块3从储气囊2中吸气，经气腔流道5-4泵入氮气腔A4，使其内部压力升高。
悬架刚度不变时，气泵模块3不工作。由于内置的单向阀将氮气腔A4和储气囊2中的氮气完全截止不进行流通，氮气腔A4内气体质量不变，为固定刚度模式。
悬架刚度减小模式：气泵3反向运行，将氮气腔A4经气腔流道5-4泵入储气囊2，氮气腔A4内部压力降低。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，其特征在于，包括上连接筒、集成端盖、外缸筒、储气囊、隔离活塞、气泵模块、下连接环、液压蓄能器和比例节流阀；所述上连接筒与外缸筒通过集成端盖连接，所述下连接环与活塞杆连接或为一体结构；所述储气囊、气泵模块、液压蓄能器和比例节流阀均设在集成端盖上部，所述气泵模块与储气囊连接，通过集成端盖与氮气腔连接；液压蓄能器通过集成端盖分别与上油腔、下油腔连接，比例节流阀通过集成端盖分别与上油腔、下油腔连接；
所述集成端盖包括气泵安装口、气腔流道、油腔流道和节流阀安装口；所述气泵安装口与气泵模块连接，通过气腔流道与氮气腔连接；节流阀安装口与比例节流阀连接，通过油腔流道分别与上油腔、下油腔连接，集成端盖底部设有活塞螺纹，用于集成端盖与隔离活塞的连接和密封。
2.根据权利要求1所述的一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，其特征在于，所述储气囊中设有储气腔，采用体积可变的橡胶皮囊；用于向A4氮气腔中充气或排气的储气装置。
3.根据权利要求1所述的一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，其特征在于，所述气泵模块串联在气泵安装口与储气囊之间，用于从储气腔向氮气腔中充气或排气，改变氮气腔的压力，从而改变装置的刚度特性。
4.根据权利要求1所述的一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，其特征在于，所述液压蓄能器并联到油腔流道中间，用补充或吸收上油腔、下油腔之间由于面积不相等引起的流量差。
5.根据权利要求1所述的一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，其特征在于，所述活塞杆与连接环为相对运动部件；相互运动处、螺纹连接处均设有动密封、静密封装置。
6.根据权利要求1所述的一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，其特征在于，所述比例节流阀在外部电流驱动下改变阀芯位置，改变阀口面积，从而改变悬架系统阻尼系数。
7.根据权利要求2-6任一所述的一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，其特征在于，压缩过程阻尼调节：
悬架压缩时，活塞杆相对于外缸筒向上运动，上油腔体积减小，下油腔体积增大，因此上油腔内油液流经比例节流阀，经油腔流道进入下油腔，由于上油腔与下油腔腔截面积不同而轴向位移量相同，上油腔体积变化量ΔV大于下油腔体积变化量ΔV，因此另一部分油液进入液压蓄能器；
悬架拉伸时，活塞杆相对于外缸筒向下运动，下油腔体积减小，上油腔体积增大，下油腔内油液经油腔流道与液压蓄能器释放的油液一起经比例节流阀进入上油腔。
8.根据权利要求2-6任一所述的一种重型车辆变阻尼变刚度油气弹簧装置，其特征在于，悬架刚度增大模式：
气泵模块从储气囊中吸气，经气腔流道泵入氮气腔，使其内部压力升高；
悬架刚度不变时，气泵模块不工作，由于内置的单向阀将氮气腔和储气囊中的氮气完全截止不进行流通，氮气腔内气体质量不变，为固定刚度模式；
悬架刚度减小模式：气泵模块反向运行，将氮气腔经气腔流道泵入储气囊，氮气腔内部压力降低。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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