CN1533336A - 拖臂悬架及其带有机动式阀门的高度控制系统 - Google Patents

Abstract

一种汽车的拖臂悬架。拖臂悬架具有高度控制系统用于控制相对于汽车的悬架装载高度。高度控制系统最好是包括马达驱动式高度控制阀。

Description

拖臂悬架及其带有机动式 阀门的高度控制系统

技术领域

一方面，本发明涉及一种汽车拖臂悬架。另一方面，本发明涉及一种用于控制相对于汽车的悬架装载高度的高度控制系统。再一方面，本发明涉及一种马达驱动式高度控制系统。

背景技术

带有以机械方式联动和驱动的高度控制阀的拖臂悬架是为人熟知的。图1图示这样一种结合高度控制阀12的拖臂悬架10。拖臂悬架10包括对置的两个拖臂组件11，装在汽车的对置两侧上，最好是装于汽车车架两部围栏16。每一拖臂悬架组件包括拖臂14，一端由枢转连接件20可枢转地连接于吊架18。吊架由汽车车架围栏16垂下。拖臂14的另一端装于空气弹簧22，后者固定于车架围栏16。空气弹簧12可阻尼拖臂14相对于车架围栏16围绕吊架18的枢转。

心轴组件28一般跨接或安装于两个拖臂14，或由后者托持。心轴组件28可转动地装有各触地车轮(未画出)。各车轮回应于其与地面的接触的任何运动将导致两拖臂14的转动，而转动受各空气弹簧22的阻抗。

各空气弹簧22一般包括气囊24和活塞26。活塞26装于拖臂14，而气囊24把活塞连接于车架。可以送入或排出加压流体以调节空气弹簧的阻尼功能。此外，空气弹簧中的空气容积可以调节以变更各车架围栏相对于各拖臂的的高度。往往，存在一个拖车的最佳或参照装载高度，而且取决于拖车承受的载荷或操作环境，实际或当前的装载高度可随时间改变。压缩空气被送入或排出各气囊以调节拖车车架围栏关于各拖臂的相对高度以针对特定载荷或环境条件把装载高度保持在参照高度上。

装载高度的调节是由高度控制阀13实现的，此阀具有进气口、空气弹簧口和排气口。进气口流体连接于汽车的压缩空气源。空气弹簧口流体连接于各空气弹簧的气囊24，而排气口流体连接于大气。高度控制阀可控制空气弹簧口与进气口和排气口的流体连接而从空气弹簧送入或排出空气以从而调节汽车高度。

高度控制阀一般装于汽车车架16并具有可转动的杠杆臂32，经由可调节的直杆34可操作地连接于拖臂14，从而拖臂14的任何运动可导致杠杆臂的相应运动以移动阀门而把空气弹簧口连接于进气口或排气口这二者中的一个。

典型的高度控制阀具有三个位置：充气位置、中性位置和排气位置。在充气位置上，杠杆壁32向上转动而空气弹簧口连接于进气口。在中性位置上，杠杆臂32大致上是水平的而空气弹簧口不连接于或者进气或是排气口。在排气位置上，杠杆臂向下转动而空气弹簧口连接于排气位置。

当前可供使用的多种高度控制阀的操作可以在时间上滞后于高度变化，或者可以及时回应于高度变化。这种阀门的阀门结构一般包括多个由弹簧推压的活塞或类似器件，它们可回应于拖臂的相对运动来密封多个孔口。这类高度控制阀的实例披露在1992年11月10日发布的美国专利第5161579号、1996年10月1日发布的美国专利第5560591号，以及1994年12月27日发布的美国专利第5375819号之中。

这种阀门趋向于使用状为○形圈等的密封件，围绕动力或运动的活塞以相对于阀门外壳密封活塞。这种“动力”密封件随着活塞往复运动而经受磨损，导致其最终失败。

其他适当的阀门包括没有任何密封件的阀门。一组这种阀门被称作剪切阀门而包括一些贴靠着的板片，其一相对于另一是可动的。各板片由来自汽车空气系统的压缩空气压持在一起，不需要任何动力密封件。这样一种阀门披露在PCT/US00/23278之中，纳入作为参考。

当前最为普遍使用的高度控制阀，无论其阀门结构如何，都因拖臂与高度控制阀之间的机械联接而经受损伤。机械联接直接暴露于拖臂悬架的环境，后者可能是非常严苛的。此外，大多数机械操作式的阀门，如果不正规地使用，都是容易“卡滞”的。

针对机械驱动和控制的高度控制阀的各种缺点，已经研制出电子控制和驱动的高度控制系统。基于电气的系统构成了高度控制阀市场的一小部分。这种电子控制的系统一般采用多种传感器来监测汽车高度位置并采用一些电气驱动的阀门，诸如电磁阀，以控制空气从空气弹簧的送入和排出。电子控制的系统的一项缺点是，它们要比机械系统在部件成本、维护成本和操作成本方面昂贵很多。不过，它们的好处在于，它们趋向于对汽车高度变化有更大的反应。

因而，在汽车高度控制系统方面仍然需要具有一种高度控制系统，把传统机械系统的低成本与电子系统的性能结合在一起。

发明内容

本发明提供用于悬架的一种装载高度控制系统，悬架相对于汽车支承着装有各触地车轮的心轴。此装载高度控制系统可把汽车保持在相对于地面的某一参照装载高度处。悬架包括高度传感器，可检测当前的汽车装载高度并生成和输出代表当前装载高度的信号。可充气的气囊可操作地联接在心轴与汽车之间，从而空气进入气囊和从气囊排出分别可增可减心轴与汽车之间的相对距离以调节汽车装载高度。压缩空气源设置得用于为气囊充气。阀门选择性地把气囊流体联接于压缩空气源或大气以从而分别为气囊送入或排出空气。

装载高度控制系统的特征在于，一种阀门驱动器，联接于高度传感器和阀门，其中阀门驱动器作为输入而接收高度传感器输出信号并有选择在中性位置、充气位置和排气位置之间-在中性位置处，气囊不连接于或是压缩空气源或是大气，在充气位置处，气囊连接于压缩空气源以把空气送入气囊，而在排气位置处，气囊连接于大气以从气囊排出空气。通过使气囊流体联接于压缩空气源或大气这二者之任一，阀门驱动器使得装载高度控制系统能够相对于参照装载高度来调节汽车装载高度。

阀门驱动器最好是包括控制器，后者以逻辑线路予以编程。控制器利用高度传感器输出信号结合控制逻辑线路以驱动阀门而调节装载高度。马达可以配有阀门驱动器并可操作地联接于控制器和连接于阀门，从而控制器可驱动马达以选择性地驱动阀门。

马达最好是包括输出齿轮，后者啮合于装于阀门齿圈的传动齿轮，以致驱动马达可转动输出齿轮以转动齿轮并从而推动阀门在充气与排气两位置之间。马达最好是可倒转的，而控制器在第一方向上操纵马达以移动阀门进入充气位置并在第二方向上移动阀门进入排气位置。最好是，输出齿轮是蜗轮。

传感器输出信号最好是电压信号，本身带有正或负号，而控制器利用电压信号的符号来确定马达的操作方向。控制逻辑线路致使控制器最好是把汽车装载高度保持在参照装载高度处。控制器利用电压信号符号来指明汽车是高于还是低于参照装载高度。

阀门最好是包括进气口，用于连接于压缩空气源；气囊口，用于流体连接于气囊；排气口，用于流体连接于大气，以及可转动的阀件，具有控制通道，一当转动阀件就把气囊口流体连接于进气口或排气口。阀门也可以包括阀门外壳，形成内腔，进气口、气囊口和排气口都流体连接于它。

阀件可以在流体上隔开进气口和排气口。在这样一种结构中，从进气口进入外壳的压缩空气将推压阀件密封贴靠阀门外壳。

阀件最好是可转动的盘片并座放在装于外壳的固定盘片上面。可转动的和固定的这两个盘片最好是由陶瓷或其他类似的材料制成。

高度传感器最好是变换器，诸如光传感器、可变容抗电容器，或者可变电阻器。

另一方面，本发明涉及汽车的一种可调节高度的悬架。悬架包括装有各触地车轮的心轴，各车轮适配得可活动地装于汽车。高度传感器设置得可检测当前的汽车装载高度并生成代表当前装载高度的输出信号。可充气的气囊可操作地联接在心轴与汽车之间，从而空气向气囊的送入和从气囊的排出分别可增可减心轴与汽车之间的相对距离以调节汽车装载高度。压缩空气源用于为气囊充气。阀门设置得用于选择性地把气囊流体联接于压缩空气源或大气以从而分别为气囊送入或排出空气。

可调节高度的悬架的特征在于阀门驱动器，联接于高度传感器和阀门，其中阀门驱动器作为输入接收高度传感器输出信号并选择性地驱动阀门在中性位置、充气位置和排气位置之间＿在中性位置处，气囊不连接于或是压缩空气源或是大气，在充气位置上，气囊流体连通于压缩空气源以把空气送入气囊，而在排气位置处，气囊流体连接于大气以从气囊排出空气，以及从而基于由高度传感器检测到的当前装载高度来调节装载高度。

附图说明

图1是先前技术中拖臂悬架的立面侧视图，装有已知的机械控制和驱动式高度控制阀；

图2是一种拖臂悬架的立面侧视图，悬架带有符合本发明的高度控制系统，包括一高度传感器，由一控制器联接于一机动式高度控制阀；

图3是沿着图2中3-3所取的局部切除端视图，图示高度传感器与拖臂悬架之间的机械连接；

图4是图2和3中传感器的剖视图，图示在相对于一光传感装置光桥的一参照位置上用于传感器的一发光器；

图5等同于图4，只不过发光器画在相对光桥的另一位置上；

图6是符合本发明的一种机动式高度控制阀的分解透视图，为清晰起见，拿掉了一部分外壳；

图7是图6高度控制阀外壳的顶视图，为清晰起见，拿掉了壳盖和阀门总成；

图8是沿着图7中直线8-8所取的剖视图，图示经由外壳的各流径；

图9是图7中阀门总成一固定剪切盘片的放大透视图；

图10是一透视图，表明图7阀门总成的一动力剪切盘片；

图11是示意图，图示在一中性位置上的、图7的高度控制阀；

图12是示意图，图示在一注入位置上的、图7的高度控制阀；

图13是示意图，图示在一排气位置上的、图7的高度控制阀；

图14是符合本发明的控制系统的方框图；

图15图示符合本发明的第二实施例高度传感器；

图16图示一种装有符合本发明的第三实施例高度传感器的拖臂悬架；

图17是第三实施例高度传感器的剖视图；

图18是符合本发明的第四实施例高度传感器的剖视图；

图19是沿着第四实施例传感器的图18直线19-19所取的剖视图；

图20图示符合本发明的第五实施例高度传感器；

图21图示在一种吸震器方面符合本发明的第六实施例高度传感器；

图22图示符合本发明的第七实施例高度传感器；以及

图23是沿着图22直线23-23所取的剖视图。

具体实施方式

图2图示一种符合本发明的拖臂悬架110。拖臂悬架包括一对(只画出一个)拖臂装置112，安装于汽车车架114并装有符合本发明的机动式高度控制阀116。拖臂装置112包括拖臂118，一端经由带衬套的连接件可枢转地安装于从汽车车架114垂下的车架托架122。空气弹簧124，包括活塞126，安装于拖臂118的一部分，而气囊128，经由平板130安装于车架114，把拖臂118连接于汽车车架114。心轴支架132由一对带衬套的连接件134在车架托架122与空气弹簧124之间安装于拖臂118。心轴支架装上心轴136，汽车的各触地车轮(未画出)可活动地安装于它。吸震器138伸展在心轴支架132与车架122之间。

虽然拖臂悬架的基本操作是广为人知的，但是简短的综述在理解以下阐述方面可能是有用的。当汽车车轮遇到路面变化时，会施加反作用力给拖臂，使拖臂14相对于车架托架122和汽车车架12作枢转。拖臂14的枢转运动由空气弹簧20予以阻尼。

除了阻尼拖臂14的转动之外，空气弹簧20还用以调节车架12相对于地面的高度。比如，假定静态状况时，随着空气被送入气囊24，汽车车架12会相对于拖臂14被升高，由于，因为地面与各触地车轮之间的接触，拖臂14相对于地面是有效固定的。同样，如果压缩空气从气囊24中被排出，汽车车架12将相对于地面降低高度。

防蠕动装置140设置在汽车车架114上并起到限制拖臂118在装载期间转动的作用，这样可降低汽车车架的高度。这一现象在本技术领域中被称作拖车蠕动，而发生的原因是，空气弹簧的气源一般在装载期间是被关断的。随着更多的重量添加于拖车，空气弹簧不能被充气以抗衡增加的重量，导致车架下降。随着车架的下降，拖臂有效地围绕套筒式连接件而枢转，这样导致车轮转动并使拖车从装卸台移开。

防蠕动装置140包括止动臂杆142，此臂杆可转动地安装于汽车车架114。止动臂杆可以从收进位置(一如虚线所示)转动到放出位置，在此位置上，止动臂杆142的端部位于拖臂118上方并限制拖臂118相对于汽车车臂的向上转动。止动臂杆142在收进与放出两位置之间的转动一般是由回应于来自驱动器的压缩空气的送入或排出的一个气驱器予以控制。这种类型的防蠕动装置140是为人熟知的并将不作更为详细的说明。

高度控制传感器144安装于车架托架122并可操作地连接于拖臂118，以致传感器144可监测拖臂的方位并输出对应于该方位的信号。高度控制传感器144电气联接于机动式高度控制阀门116，以便把指出拖臂位置的信号供给高度控制阀116。

现在参照图2和3，传感器144固定地安装于车架托架122内部并经由联动装置146机械联接于套筒式连接件120。车架托架122具有对置的两侧壁148，由端壁150连接起来。套筒式连接件120包括外套管152，压配在拖臂118之内，和内套管154，同心地装放在外套管152之内。内套筒154的两端分别顶靠两侧壁148的各自内表面。装配螺栓156以加压方式装配两侧壁148而顶住内套管154的两端以相对于车架托架122固定内套管。在这种结构下，拖臂的枢转运动可导致外套管152相对于内套筒154的转动是由弹性环圈155实现的，后者能使外套管152相对于内套管154转动。

传感器144包括外部转轴160，联接于联动装置146，后者连接于外套管152。联动装置146可以具有任何适当的形状，只要外套管的转动相应地被传递给外部转轴160的转动即可。比如，联动装置可以包括臂杆162、164，二者通过一个臂杆的销柱装放在另一臂杆端部上的槽孔之中而连接起来，从而外套管的转动被相应地传递给传感器144的外部转轴160，同时容放臂杆162、164之间的任何相对铅直运动。

图4和5图示传感器144的一种优先形式。传感器144包括发光器170，安装于外部转轴160。发光器170最好是由金属或塑料的实心块体172制成，具有光源室174和光通道176，后者以光学方式把光源室174连接于发光器176的外部。光源178，诸如发光二极管或激光器，设置在光源室174之内并发出沿着路径A经由光通道176射出块体172的光线。

高度传感器144还包含光传感装置190，后者包括光密箱体192，箱体具有一敞开端部，其中固定地安放弥散元件194，诸如毛玻璃。状为光桥196的光检测器设置在弥散元件194后面光密箱体之内。光桥196包括两个间隔开来的传感器198、200，可以是光电导管或光电二极管检测器。每一光传感器可以输出代表它们所接受的光线强度的电压信号。这些电压信号以及它们的差别用以评估汽车高度上的变化。光桥196最好是单臂桥路，在或是半桥(两管)或是全桥(4管)配置中采用各光电导管。

光传感器144的操作通过参照图4和5可以作出最好的说明。图4图示汽车处在参照行车高度时发光器170的位置。应当指出，虽然图4图示的发光器170的方向当汽车处在参照行车高度时基本上垂直于光传感装置190，但可以使发光器170相对于光传感装置190指向某一角度以建立参照行车高度。

在示于图4之中的参照位置上，发光器170沿着路径A发出一束光线。随着这束光线接触光传感装置190的弥散元件194，已弥散的光线接触间隔开来的光传感器198。光线从弥散元件194到光传感器198、200分别行进距离D₁和D₂。光线行进的距离会影响由各光传感器所获知的光强度，导致自各传感器的相应电压输出。

参照图5，如果改变了汽车高度，诸如对汽车由于装载或卸载产品，拖臂118会相对于车架托架122转动而导致外套管152的转动，后者又导致高度传感器144外部转轴160的相应转动。随着高度传感器外部转轴160的转动，发光器170转动到新的位置而光束A在不同的部位处射向弥散元件194。从弥散元件194发散并进入各光传感器198的光线现在必须行经距离D₃和D₄。对比于距离D₁、D₂可以看出，光线进入传感器186的距离D₃小于原先的距离D₁。相反，距离D₄小于光线进入光传感器200的距离D₂。从图4到图5发光器170位置上的改变结果导致传感器198接收较大强度光线而传感器100接收较小强度光线。强度上的改变对应于光传感器198、200的电压输出信号上的改变。出自传感器198、200的输出信号上的改变直接相关于拖臂118相对于汽车车架114的转动改变并提供了离开预定位置汽车高度改变的一种度量手段。出自光传感器198、200的输出可以用以控制压缩空气送入或排出各空气弹簧以抬高或降低汽车车架，直至发光器170被转回到参照位置为止。

图6图示符合本发明的机动式高度控制阀116的各部件。机动式高度控制阀116包括一两件式箱体，具有底座202和箱盖204，后者画得是从底座202卸掉的。底座202从功能上划分为两部分：电气连接部分206和流体控制部分208。电气连接部分包括输入/输出界面210，它具有必需的一些电气接头以连接高度控制传感器144和任何别的传感器。流体控制部分208包括阀门总成212和流体总管214，具有进气口216和空气弹簧口218。排气口220设置在不同于进气口216和空气弹簧口218的、底座202的对面一侧上。阀门总成212可控制流体从空气弹簧口218到进气口216和排气口220二者之中的任一的流动以从而控制压缩空气自空气弹簧的送入和排出。

阀门驱动器222可在操作上连接于阀门总成212。阀门驱动器222包括电气马达224，具有输出轴226，上面装有驱动齿轮228。传动齿轮230联接于驱动齿轮228并具有控制轴232，后者联接于阀门总成，从而启动马达224就可转动驱动齿轮228，后者经由传动齿轮230转动控制轴232以从而控制阀门总成并控制空气弹簧与或是进气口214或是排气口218之间的流体连通。

控制器240也设置在机动式高度控制阀116之内。最好是，控制器240由电路板242构成，电路板上装有马达224和传动齿轮230。微处理机244设置在电路板242上，后者电气联接于输入/输出界面210并联接于马达224。阀门位置传感器246也设置在电路板242上并电气联接于处理器244。阀门位置传感器246包括驱动器248，位于阀门总成212上面。

参照图7和8，底部202画得已经卸掉阀门总成212。底座202包括内腔260，在一侧面上敞开用于容放阀门总成。内腔260部分地由内部箱体侧壁262和内部周边壁板264形成，后者从侧壁262外伸出去。供气导管266和空气弹簧导管268从内腔260伸向进气口216和空气弹簧口218。供气导管在周边壁板264上形成槽孔状孔口266A。空气弹簧导管在壁板262形成孔口268A。排出导管270从底座202外部伸向排气口220。

供气导管266适配得使加压气源流体连接于内腔260。空气弹簧导管268使内腔260流体连接于空气弹簧抬升气囊24。排出导管270使内腔260流体连接于大气。

参照图9和10，阀门总成212包括一剪切阀，包含静力剪切盘片272和动力盘片273。静力盘片272具有状为孔口274的轴向通道和状为孔眼276的流体通道，二者都穿过盘片272。静力剪切盘片272包括调准盲孔278和280，容放从底座200伸进内腔260的定位短柱282和284以相对于底座202调准静力剪切盘片272，以致孔眼276调准于空气弹簧导管268的孔口268A。轴向孔口274调准于排出导管270。因而，孔眼276和轴向孔口274在静力盘片272的上部表面与空气弹簧口218和排气口220之间的流体连通。

参照图10，动力剪切盘片273是从其下部表面观看的。动力剪切盘片273定位在底座202的内腔260之内，以致动力剪切盘片的下部表面贴靠于静力剪切盘片270的上部表面。动力剪切盘片273包括扇段部分282，从那里伸出圆形瓣轮284。状为大体上T形凹槽286的通道制成在动力剪切盘片273并包括弧形部分288和槽道290。弧形部分288主要位于扇段部分282上并包括对置的两个出口成型槽孔294。入口成型槽孔296设置在扇段部分282的外侧上并对应于两出口成型槽孔294之一。盲槽孔298制成在动力剪切盘片273上部表面上并把尺寸定得可容放控制轴232的端部。

组装之后，剪切盘片60的孔眼64将处在各对出口成型槽孔294与入口成型槽孔296的一对之间。盲槽孔298容放控制轴232的下端。槽道290经由排出导管270使弧形部分288和各入口成型槽孔流体连接于排气口220。

图11-13图示剪切阀的三个主要操作位置：充气位置、中性位置和排气位置。为说明目的，将假定高度控制阀开始在中性位置上。在示于图11之中的中性位置上，动力剪切盘片273相对于剪切盘片272的取向是致使剪切盘片孔眼276定位在内部槽孔294与外部槽孔296之间并贴靠动力剪切盘片273，有效地密封空气弹簧导管268的孔口268A和阻挡从或是供气孔口266或是排气口270到空气弹簧导管268的流体连通。

如果由于任何范围，诸如拖车的载荷增大，拖臂14朝向车架围栏16存在相对运动，则阀被推向一如图12之中图示的充气位置，以将空气送进气囊24而抬高汽车车架。一如图12之中所见，在这种情况下，马达224转动动力剪切盘片273，以致孔眼276移动到与外部槽孔296流体连通以使空气弹簧导管268开向内腔260。由于内腔260始终面临供气口266，压缩空气将被引进空气弹簧导管268和把压缩空气送进空气弹簧。

如果拖臂14和车架围栏16彼此相对离开，诸如在从拖车上卸载货物的时候，空气必须从气囊中24中排出以将车架移回到其参照高度。一如图13之中所见，在这种情况下，阀门由相对于剪切盘片272推动动力剪切盘片273的马达224推向排气位置，以致内部槽孔294形成与孔眼276的流体连通。在排气位置上，空气弹簧导管268经由槽道290与排出导管270流体连通。

图14是悬架110高度控制系统的示意简图并表明汽车主控制器300、悬架控制器240、高度传感器144和阀门总成212之间的相互连接。示意图还包含传感器302，用于检测防蠕动装置各臂杆142的位置。空气储器304设置得把压缩空气供向悬架空气系统和刹车空气系统。

汽车主控制器300控制许多汽车操纵装置的操作。汽车主控制器300一般连接于控制特定操纵装置的操作的多个分散的控制器，诸如悬架控制器240。汽车主控制器300包括电力导管310，把电力供向悬架控制器240。数据接线312、314分别向悬架控制器240提供(输出)数据和从它那里接收(输入)数据。最好是，输出接线312从汽车主控制器300向悬架控制器240发送用户选定的功能/模式数据信号，悬架控制器240用它来确定其操作模式。输入接线。

高度传感器144包括电力接线316，从悬架控制器242向高度传感器144提供电力。数据接线318把表明当前汽车高度的输入信号供给悬架控制器240。

阀门总成212包括动力接线320，从悬架控制器240向阀门总成212提供电力。数据接线322把表明动力盘片相对于静止盘片的位置的输入信号供给悬架控制器。驱动接线333从悬架控制器240向阀门总成212供给数据信号用于控制电气马达的操作。一如以前所述，高度控制阀的进气口214流体连接于汽车的压缩空气储器304。同样，空气弹簧口216流体连接于空气弹簧24。排气口218流体连接于大气。

电力接线324从悬架控制器240向传感器302供给电力。一如其他各传感器那样，数据接线326向悬架控制器240提供表明臂杆142位置的输入信号。许多适当的传感器可供用于并当前用于检测臂杆142的位置。假定臂杆142是由于从气动驻车刹车释放压缩空气而被驱动的，则通常的传感器是压力开关，当空气从驻车刹车中被排出时输出电信号。

悬架控制器240包括一存储器，最好是长存式存储器，具有用于操纵汽车悬架，尤其是控制汽车高度的必需逻辑线路。控制器240还装有一过滤演段，用以处理自高度传感器144接收的数据。过滤演段可过滤自高度传感器144接收的数据以消除高频变化_它们一般表明暂时的高度变化并从而避免不必要地调节汽车高度。道路表面上的伸缩节点和其他重复或非重复的畸变都是汽车高度方面高频变化的实例，为此并不希望使汽车变更为正确高度。

避免不必要地调节汽车高度这种要求对于操纵汽车是很重要的。政府规定要求刹车空气管线与所有其他空气管线，包括悬架空气管线在内，都分离开来。在多数汽车上，只有两条空气管线或空气系统：刹车空气管线和悬架空气管线，后者也向任何气动辅助装置供应空气。多数空气系统通过采用一种一旦空气储器中的压力降至预定大小以下就只向刹车空气管线提供空气的阀门(压力保护阀)从同一空气储器304为两个系统吸进压缩空气。如果汽车高度不必要地予以调节，诸如回应于暂时的高度变化，则有可能以大于车载压缩机能够重新充气空气储气304的速率从空气储器304中吸取压缩空气，导致高度控制系统过早而不必要的关断，直至空气压力升高到门槛值以上为止。

在操作中，汽车用户起动选定悬架的操作模式，此模式随后传达给悬架控制器240。模式选定可以包括预定的汽车正确高度。另外，最佳的装载高度和用户作出的输入可以设定得等于当前的装载高度。一当初始操作模式和汽车装载高度被设定，则悬架114的控制被过渡到悬架控制器240。

虽然悬架控制器240可以控制许多相关于悬架的操作，但为了用于符合当前发明的高度控制系统，大多数由悬架控制器240控制的相关操作是回应于由高度传感器144提供的装载高度数据来控制汽车装载高度和通过控制空气弹簧气囊24中区域的容积来相应地调节汽车装载高度。悬架控制器240最好是经由数据接线318从高度传感器144接收一系列装载高度数据。这一系列装载高度数据由悬架控制器240予以分析以监测装载高度方面的高频和低频变化二者。最好是，悬架控制器240施用一过滤器于此系列装载高度数据以除去相关于汽车装载高度中高频变化的各数据点，它们一般是由于不经过过滤的装载高度数据然后被监测并对比于参照汽车装载高度。一当当前装载高度中的变化超过参照装载高度某一预定数值“Delta”，悬架控制器240相应地通过从空气弹簧24送入或排出压缩空气而调节当前汽车装载高度。通常，当前装载高度被监测达到某一预定时段“样本时间”，以确保当前装载高度中相对于参照装载高度的变化不是暂态的。如果当前装载高度超过样本时间的Delta，通常这就是显示：在汽车装载高度方面已有永久变化而当前装载高度应当被调节到参照装载高度。值得指出的是，Delta的绝对值，无论当前装载高度是高于还是低于参照装载高度，都是一样的。不过，在本发明的范畴之内，Delta，取决于当前装载高度是否高于或低于参照装载高度，具有不同的数值。还应当指出，Delta的数值一般是由用户确定的并可以取决于汽车、悬架、操作环境或其他各种因素而改变。

如果当前装载高度高于参照装载高度一个大于样本时间的Delta的数值，则当前装载高度太大而必须被降低到参照装载高度。为了挪动悬架到参照装载高度，悬架控制器240沿着接线233发送控制信号给阀门总成212以供能给马达224并从而实现动力盘片273的转动而把阀门推向排气位置，在此，气囊孔口216流体连通于排气口212以便从气囊24排出空气而把当前装载高度降低到参照装载高度。悬架控制器240继续从高度传感器144接收高度数据，同时空气经由阀门总成212被从气囊24中排出。当悬架控制器240从高度数据中确定当前装载高度基本上等于参照装载高度时，悬架控制器240发送控制信号给马达224以将动力剪切盘片273挪回到中性位置而终止空气被从气囊24中排出。

如果当前装载高度低于参照装载高度一个大于样本时间的Delta的数值，则当前装载高度太小而必须被提高到参照装载高度。为了挪动悬架到参照装载高度，悬架控制器240沿着接线233发送控制信号给阀门总成212以供能给马达224并从而实现动力盘片273的转动而把阀门安放在充气位置上，在此，空气弹簧口216流体连通于进气口214以便从气囊24送入空气而把当前装载高度提高到参照装载高度。悬架控制器继续从高度传感器144接收高度数据，同时空气经由阀门总成212被从气囊24中排出。当悬架控制器240从高度数据中确定当前汽车高度基本上等于参照装载高度时，悬架控制器240发送控制信号给马达224以将动力剪切盘片273挪回到中性位置而终止空气被从气囊24中排出。

最好是，悬架控制器240，经由其程序逻辑线路，随着装载高度趋近参照装载高度而监测装载高度的变化速率以避免过冲参照装载高度，如果过冲量足够大，则可能需要在相反方向上进一步调节汽车装载高度。在最坏的情况下，这可能导致一种起伏效应，此时装载高度不断地在参照高度的上下移动，这最可能导致空气储器304中的空气压力下降到门槛值以下。

虽然存在许多方式，悬架控制器240可以依之发送控制信号给阀门总成212以实现电气马达224的启动而控制动力盘片273的位置并从而控制压缩空气从气囊24的送入和排出，但最好是，悬架控制器240和控制信号都具有或是正的或是负的电压。电压信号的符号将相应地控制电气马达的前行或倒行操作。结合正的或负的电压信号，悬架控制器240沿着接线322接收关于动力剪切盘片273位置的一系列数据。位置信息用以确定动力剪切盘片并向悬架控制器240提供所需信息以确定所需电压信号的符号而把动力剪切盘片273移向所需部位以安放阀门在充气、中性或排气位置上。

图15图示与本发明一起使用的第二实施例高度传感器440。高度传感器440在许多方面类似于第一实施例高度传感器，因此，同样的数字将用以标识同样的零部件并将只是详细说明第一与第二实施例之间的一些主要差异。高度传感器440包括发光器470，装于外部转轴160并发射经过衍射的光图案到光传感器490上面。发光器470包括框体472，具有光室474和衍射槽缝476，在光学上连接光室474于框体472的外部。发光器，诸如LED或二极管极光器，设置在光室474之内。准直透镜设置在光源478与衍射槽缝476之间。

光传感装置490包括光桥496，具有间隔开来的光传感器498、500。光桥490不像第一实施例那样被围封在箱体之内。同样，没有弥散元件位于光桥496与发光器470之间。

发光器470发出一衍射图案，一如虚线B所示。虚线B代表光线相对于光传感器498、500的强度。一如所见，在图示于图7之中的参照位置上，衍射图案的最大强度基本上居中于光传感器498、500之间。光传感器498、500最好是设置得以致它们经受大致上50％最大强度的衍射图案部分。随着外部转轴460回应于汽车高度上的变化而转动，衍射图案相对于光桥496向侧面移动，一如由衍射图案C所示。衍射图案的移动改变了由传感器498、500经受的光强度。光桥496输出一电压信号，对应于当前由光传感器498、500经受的强度。这一输出信号以与如前所述对于第一实施例的输出信号一样的方式予以处理。

对于第二实施例，最好是，发光器是或者一种高输出窄带红外LED(大致上940nm)，或者一种红外二极管激光器。出自发光器的光线最好是匹配或最适于光传感器498、500的灵敏度，这些光传感器比如可以或是光电导管，或是红外光二极管、红光阻挡层光电池。

对本发明同样重要的是，由发光器470发出的光线经过准直而后通过一槽缝发出以生成衍射图案。因此，槽缝的形状必须精确地予以控制以获得衍射图案。比如，如果发光器发出940nm的波长，则槽缝应当是在0.00005m到0.0001m的量级上。离开槽缝476的光线应当在接触光桥之前行经一段对比于槽缝为相对较大的距离，在以上实例中，5cm的距离就足够了。

图16和17图示在示于图1之中的拖臂悬架和汽车的环境下的第三实施例高度传感器540。第三实施例传感器540基本上等同于第一实施例，例外的是，高度传感器540监测拖臂118上的高度变化而不是拖臂118的转动变化来评估汽车车架离开参照位置的高度变化。因此，第三实施例中相比于第一和第二实施例同样的零部件将用同样的数字予以标识。比如，高度传感器570可以采用第一实施例中阐述的同样发光器170和光传感装置190。

高度传感器540与高度传感器440之间的主要差别是，发光器570是固定的而横向移动的弗莱尔透镜442位于发光器570与光传感装置190之间。弗来尔透镜542以机械方式由联动装置544联接于拖臂118。随着拖臂相对于车架托架122作枢转，联动装置544相对于高度传感器540往复运动并相对于发光器170和光传感装置190的固定位置移动弗莱尔透镜542。

一如为人熟知那样，弗莱尔透镜542包括一系列同心圆环548，每一圆环具有以不同角度取向的一端面或反射表面，以致照射弗莱尔透镜平面表面546的光线穿过透镜并由各同心圆环聚焦到预定的焦点。

在高度传感器540中，弗莱尔透镜542的平面表面546面对发光器170而各同心圆环548面对光传感装置190的弥散元件394。因此，自发光器170发出并照射弗莱尔透镜平面表面546的光线由各同心圆环聚焦到弥散元件194上的一点。由各同心槽沟产生的各折射表面的角度取向选定得以致自发光器发出的光线聚焦在弥散元件194的部位处。

随着拖臂相对于汽车而移动，弗莱尔透镜相对于弥散元件沿侧向移动而改变焦点在弥散器上的部位并从而改变由光传感器398、400经受的光强度。在穿过弗莱尔透镜542之后光线接触弥散元件194的点以基本上与针对第一实施例所述的同样方式予以处理。

图18和19图示符合本发明的第四实施例高度传感器640。第四实施例高度传感器640类似于第一和第二实施例之处在于，它可对拖臂118相对于汽车车架114的转动作出回应。高度传感器640的不同之处在于，它依靠容抗方面的变化来生成控制信号，用于确定汽车车架相对于拖臂118的高度变化。

高度传感器640具有一可变电容器，包括一组间隔开来的静止板片644，其间设置一组可动板片646，这样构成电容器桥路642。各静止板片644是由一对对置的半圆648组成的，每一半圆装于支承管筒650。各半圆板片648以如下方式装在支承管筒650上，即致使它们彼此稍许间隔开来以有效地分别把各静止板片644分成第一和第二系列652、654。第一和第二系列在电气上是截然不同的。各可动板片646具有扇段或饼块尖楔形状并装于可转动的控制转轴656-后者装在支承管筒650之内并连接于外部转轴160，以致转轴的转动导致各可动板片646相对于各静止板片644的转动。

在最佳的参照位置上，各活动板片646相对于第一和第二系列652、654的固定板片644予以定位，以致第一与第二系列652、654之间的间隙相对于可动板片大致上是居中的。各固定板片与各可动板片之间的间隔最好是充填以一种适当的介电材料。

在操作中，随着拖臂118回应于汽车高度上的变化而相对于汽车车架114转动，外部转轴160相应地转动控制轴656，使各可动板片646相对于第一和第二系列652、654的各半圆板片转动。随着各活动板片在一个系列的半圆板片上覆盖更多的面积，此系列半圆板片上的容抗增大了，导致第一与第二系列板片之间的电容差值。容抗差值关系于高度变化的大小并由高度传感器输出供调节汽车高度之用。

图20图示符合本发明的第五实施例高度传感器740。不同于第一至第四实施例，高度传感器740不直接连接于拖臂118。相反，高度传感器740位于空气弹簧20内部之中。高度传感器740包括簧板742，一端连接于空气弹簧20的顶板25而另一部分连接于空气弹簧20的活塞22。挠性可变电阻器744固定于簧板742。挠性可变电阻器是为人熟知的并详细说明在美国专利第5086785号之中，后者纳入作为参考。挠性电阻器744随着其被弯曲而改变电阻。

挠性可变电阻器744回应于其弯曲而改变其电阻的特性用以表明汽车相对于参照位置的高度变化的大小。比如，随着汽车高度回应于汽车的装载或卸载而变化，气囊24将相应地收缩或膨胀，导致簧板742和挠性可变电阻器744的弯曲。挠性可变电阻器744的电阻变化于是成为高度变化程度的标示。

为协调起见，重要的是挠性可变电阻器744以同一方式反复弯曲。簧板742为挠性可变电阻器744提供了底基并有助于挠性可变电阻器744的反复的协调的弯曲。

图21图示符合本发明的第六实施例高度传感器840。高度传感器840类似于高度传感器740之处在于，它采用一种挠性可变电阻器744，绕成螺旋或螺圈弹簧842的各圈。螺圈弹簧842设置在吸震罩138的内部之中。

吸震罩包括外部盖罩844，可活动地安装于并蒙在圆柱846上方，从圆柱那里伸出活塞转轴848，也穿过盖罩844。螺圈弹簧842围绕活塞转轴848并有一端装接于盖罩844和另一端装接于圆柱846的上部。

高度传感器840基本上起到等同于高度传感器740的作用，原因在于，随拖架14相对于汽车车架12转动，吸震盖罩844相对于箱体846往复运动以压缩和伸张螺圈弹簧842，使挠性可变电阻器744弯曲。一如高度传感器740那样，挠性可变电阻器744和高度传感器840的弯曲可导致高度传感器840输出对应于汽车车架12与拖臂14的相对运动的信号。

图22和23图示符合本发明并在吸震器138方面的第七实施例高度传感器940。第七实施例高度传感器940与第六实施例高度传感器840之间的不同之处是，代替螺圈弹簧842采用簧板942。簧板942卡持在制成在吸震器盖罩844之中的单独腔室645之内。

一如高度传感器740那样，高度传感器的簧板可以具有多种初始弯曲形状。比如，如高度传感器740中所述的簧板具有主要是C形的轮廓，而簧板942则具有半周正弦波的轮廓，或者换句话说，慢移蠕虫状的轮廓。这种轮廓可以很容易地正好是或是沿垂直方向或是沿水平方向取向的S形状，或者是多个正弦波。

虽然本发明已经结合其某些具体实施例作了具体说明，但应当理解，这是作为例证而非限制的，而所附各项权利要求的范畴应当认为是像先前技术所能允许的那样宽广。

Claims (37)

1.一种装载高度控制系统，用于相对于汽车支承安装有各触地车轮的心轴(136)的悬架并用于相对于地面保持汽车的参照装载高度，悬架包括：

一高度传感器(144)，检测当前的汽车装载高度并生成和输出代表当前装载高度的信号；

一可充气气囊(124)，操作地联接心轴和汽车，从而向气囊送入空气和从气囊排出空气分别地增加和减小心轴与汽车之间的相对距离以调节汽车装载高度；

一加压气体源(304)，用于使气囊充气；以及

一阀门(116)，用于选择性地把气囊流体联接于压缩空气源或大气以便从而分别为气囊送入或排出空气；其特征在于：

一阀门驱动器(222)，联接于高度传感器和阀门，其中阀门驱动器接收高度传感器输出信号作为输入并选择性地在气囊不流体连接于或是压缩空气源或是大气的中性位置、气囊流体连接于压缩空气源以送入空气给气囊的充气位置和气囊流体连接于大气以从气囊排出空气的排气位置之间驱动阀门，并借此把高度从高度传感器检测到的当前装载高度调节到参照装载高度。

2.按照权利要求1所述的装载高度控制系统，其中阀门驱动器包括控制器(240)，用控制逻辑予以编程，其中控制器利用高度传感器输出信号结合控制逻辑来驱动阀门以调节装载高度。

3.按照权利要求2所述的装载高度控制系统，其中阀门驱动器还包括马达(224)，操作地联接于控制器并连接于阀门，从而控制器驱动马达以选择性地驱动阀门。

4.按照权利要求3所述的装载高度控制系统，其中阀门还包括用于连接于压缩空气源的进气口(214)；流体连接于气囊的气囊口(218)；接于大气的排气口(220)，以及可转动的阀件(273)，具有控制通道(286)，当转动可转动的阀件时选择性地把气囊口流体连接于进气口或排气口。

5.按照权利要求4所述的装载高度控制系统，其中阀门还包括阀门外壳(202，304)，形成内腔(260)，进气口、气囊口和排气口流体连接于内腔。

6.按照权利要求4所述的装载高度控制系统，其中阀件流体地隔开进气口和排气口。

7.按照权利要求6所述的装载高度控制系统，其中阀件被压缩空气偏压而密封贴靠阀门外壳。

8.按照权利要求7所述的装载高度控制系统，其中外壳包括第一壁部(262)，从第一壁部延伸出第二壁部(264)以部分地形成内腔，气囊口和排气口位于第一壁部上，而进气口位于第二壁部上，以及其中可转动的阀件包括盘片(273)，具有由周边边缘连接起来的第一和第二对置两侧，盘片的第一侧贴靠第一壁部并覆盖气囊口和排气口，而第二侧面对进气口，其中进入进气口的压缩空气偏压盘片第一侧靠住第一壁部以相对于进气口密封气囊口和排气口。

9.按照权利要求8所述的装载高度控制系统，其中还包括静力盘片(272)，位于第一壁部与可转动盘片之间并联接于第一壁部，静力盘片具有排气通道(274)，延伸穿过盘片并流体连通于排气口，以及气囊通道(276)，延伸穿过静力盘片并流体连通于气囊口。

10.按照权利要求4所述的装载高度控制系统，其中马达包括输出齿轮(228)而阀件包括传动齿轮(230)，后者联接于输出齿轮，其中驱动马达可使输出齿轮转动，后者转动传动齿轮以在充气与排气位置之间移动阀门。

11.按照权利要求10所述的装载高度控制系统，其中马达是可倒转的，而控制器可在第一方向上操纵马达以将阀门移动进入充气位置并在第二方向上操纵马达以将阀门移动进入排气位置。

12.按照权利要求11所述的装载高度控制系统，其中传感器输出信号是电压信号。

13.按照权利要求12所述的装载高度控制系统，其中电压信号带有或是正符号或是负符号，而控制器利用电压信号的符号来确定马达的操作方向。

14.按照权利要求13所述的装载高度控制系统，其中控制器加以编程以保持汽车装载高度处在参照装载高度上。

15.按照权利要求14所述的装载高度控制系统，其中电压信号的符号表示汽车高出或低于参照装载高度。

16.按照权利要求10所述的装载高度控制系统，其中输出齿轮是蜗轮。

17.按照权利要求1所述的装载高度控制系统，其中传感器是变换器(144，440，540，640，740，840，940)。

18.按照权利要求17所述的装载高度控制系统，其中变换器是光传感器、可变电容电容器，或者可变电阻器。

19.按照权利要求1所述的装载高度控制系统，其中控制器加以编程以保持汽车装载高度在参照装载高度上。

20.按照权利要求1所述的装载高度控制系统，其中阀门还包括进气口(214)，用于连接于压缩空气源；气囊口(218)，流体连接于气囊；排气口(220)，连接于大气，以及可转动的阀件(273)，具有控制通道(286)，当转动可转动的阀件时选择性地把气囊口流体连接于进气口或排气口。

21.按照权利要求20所述的装载高度控制系统，其中阀门还包括阀门外壳(202，304)，形成一内腔(260)，进气口、气囊口和排气口都流体连接于内腔。

22.一种可调节高度的汽车悬架，包括

心轴(136)，用于安装各触地车轮并适于可动地装于汽车；

高度传感器(144)，检测当前汽车装载高度并生成和输出代表当前装载高度的信号；

可充气的气囊(124)，操作地连接于心轴和汽车，从而向气囊送入空气和从气囊排出空气分别增加和减小心轴与汽车之间的相对距离以调节汽车装载高度；

压缩空气源(304)，用于使气囊充气；以及

阀门(116)，用于选择性地把气囊流体联接于压缩空气源或大气以便从而分别为气囊送入或排出空气；其特征在于：

阀门驱动器(222)联接于高度传感器和阀门，其中阀门驱动器接收高度传感器输出信号作为输入并选择性地在气囊不连接于或是压缩空气源或是大气的中性位置、气囊连接于压缩空气源以把空气送入气囊的充气位置和气囊连接于大气以从气囊排出空气的排气位置之间驱动阀门，并借此基于由高度传感器检测到的当前装载高度来调节装载高度。

23.按照权利要求22所述的悬架，其中阀门还包括进气口(214)，用于连接于空气源；气囊口(218)，流体连接于气囊；排气口(220)，连接于大气，以及可转动的阀件(273)，具有控制通道(286)，当转动可转动的阀件时选择性地把气囊口流体连接于进气口或排气口。

24.按照权利要求23所述的悬架，其中阀门还包括阀门外壳(202，304)，形成一内腔(260)，进气口、气囊口和排气口都流体连接于内腔。

25.按照权利要求22所述的悬架，其中阀门驱动器包括控制器(240)，用控制逻辑予以编程，其中控制器利用高度传感器输出信号结合控制逻辑来驱动阀门以调节装载高度。

26.按照权利要求25所述的悬架，其中阀门驱动器还包括马达(224)，操作地联接于控制器并连接于阀门，从而控制器驱动马达以选择性地驱动阀门。

27.按照权利要求26所述的装载调节系统，其中马达包括输出齿轮(228)，而阀件包括传动齿轮(230)，后者联接于输出齿轮，其中驱动马达可转动输出齿轮，后者可转动传动齿轮以在充气与排气位置之间移动阀门。

28.按照权利要求27所述的悬架，其中马达是可倒转的，而控制器可在第一方向上操纵马达以将阀门移动进入充气位置并在第二方向上操纵马达以将阀门移动进入排气位置。

29.按照权利要求28所述的悬架，其中传感器输出信号是电压信号。

30.按照权利要求29所述的悬架，其中电压信号带有或是正符号或是负符号，而控制器利用电压信号的符号来确定马达的操作方向。

31.按照权利要求30所述的悬架，其中控制器予以编程以保持汽车装载高度在某一预定高度上。

32.按照权利要求31所述的悬架，其中电压信号的符号表明汽车高出或低于所述预定高度。

33.按照权利要求32所述的悬架，其中输出齿轮是蜗轮。

34.按照权利要求33所述的悬架，其中传感器是变换器(144，440，540，640，740，840，940)。

35.按照权利要求34所述的悬架，其中变换器是光传感器、可变电容电容容或可变电阻器。

36.按照权利要求22所述的悬架，其中控制器予以编程以保持汽车装载高度在某一预定高度上。

37.按照权利要求22所述的悬架，其中悬架是拖臂悬架，包括拖臂(118)，可枢转地装于汽车并装有心轴，而气囊是空气弹簧(124)，位于拖臂与汽车之间，用于通过空气弹簧的充气和放气相对地把拖臂移向汽车。

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