[发明专利]一种活塞基座形状可变的空气弹簧及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及车辆悬架系统领域，具体是悬架系统的空气弹簧结构。 

背景技术

空气弹簧作为悬架系统中的弹性元件，是在一个密封的容器中充入压缩气体，利用气体的可压缩性实现其弹簧作用，具有良好的缓冲、隔振效果。这种弹簧的刚度在载荷变化的过程中是可变的，因为作用在弹簧上的载荷增加时，容器内的定量气体受压缩，气压升高，则弹簧的刚度增大；反之当载荷减小时，弹簧内的气压下降，刚度减小。除了通过变化外界载荷大小改变弹簧刚度以外，根据空气弹簧刚度公式还可以通过改变空气弹簧容积和有效面积变化率达到变刚度的目的。 

空气弹簧分为嚢式和膜式两种，传统膜式空气弹簧主要构件有膜式空气弹簧囊体、气囊活塞底座、传动导向机构和空气补给系统等。气囊活塞底座气囊变形时，其底部卷曲的嚢皮在活塞底座表面滚动进行工作。有的空气弹簧通过在空气弹簧外接附加气室来达到变刚度的目的，这种带附加气室的空气弹簧有如下缺陷：1、只能通过增加附加气室容积在原有刚度基础上降低刚度，不能增大刚度；2、附加气囊的体积太大，管路过长，系统时滞现象明显。 

湖南大学胡德安等2012年1月发表在《计算机仿真》第29卷第一期中的《基于活塞形状改变的空气弹簧特性仿真研究》通过有限元建模和仿真分析了空气弹簧在不同活塞形状下的刚度变化特性，但并未提出具体的活塞基座形状可变的空气弹簧结构。 

发明内容

本发明的目的是提出一种活塞基座形状可变的空气弹簧及其控制方法，结构简单，布置空间紧凑，可控环形气囊的压力和体积可迅速变化，空气弹簧的刚度可无级控制。 

  本发明所述一种活塞基座形状可变的空气弹簧采用的技术方案是：包括一个活塞基座，活塞基座的顶面紧贴空气弹簧主气囊，活塞基座外壁处有一圈可控环形气囊，可控环形气囊的最外圈接触若干个均匀布置在同一个圆上的摇板的内侧面，每个摇板上端均通过铰接销与活塞基座铰接，每个摇板的外侧面均接触空气弹簧主气囊，在其中一个铰接销上设有一个角度传感器；活塞基座的底部中心处开有一个轴向的盲孔，盲孔中心设置T型导管，T型导管的水平管的两端分别穿过活塞基座上的相应的径向孔后连接可控环形气囊，T型导管的垂直管向下伸出盲孔之外连接储气室，储气室通过另一导管连接空气弹簧主气囊。 

  每个摇板下端向活塞基座的中心轴方向倾斜的角度不超过10°， 每个摇板下端向远离活塞基座的中心轴方向倾斜的角度不超过20°。 

  本发明所述一种活塞基座形状可变的空气弹簧的控制方法采用的技术方案是：控制器监测车轮速度，控制储气室对可控环形气囊充、放气和对空气弹簧主气囊充气，选择性地控制可控环形气囊内气压，以控制空气弹簧的刚度。 

 当控制器接收到车身位移传感器和车速传感器传来的车辆低速行驶的信号后，控制所述T型导管连通大气，使可控环形气囊内气压下降，带动摇板向活塞基座的中心轴方向摆动，空气弹簧刚度下降；当车辆高速行驶时，控制器输出指令使储气室对可控环形气囊充气，可控环形气囊膨胀迫使摇板向远离活塞基座的中心轴方向摆动，空气弹簧刚度增大。 

本发明的有益效果是： 

1、利用控制器控制储气室对可控环形气囊充、放气，可控环形气囊带动摇板的摆动以改变活塞基座形状从而改变空气弹簧的刚度，使空气弹簧主气囊的有效面积发生变化，并能使可控环形气囊内气压迅速改变，使空气弹簧刚度在一定范围内无级变化，实现对空气弹簧刚度的无级控制。

2、可控环形气囊体积小，反应速度快，可控环形气囊的压力和体积可迅速变化适用于主动式悬架，通过改变可控环形气囊的气压大小达到改变主气囊弹簧刚度的目的。 

3、通过将摇板安装孔开口一定角度以控制摇板摆动范围，通过在一定角度内摆动的摇板机械结构改变空气弹簧底部气囊形状，从而改变空气弹簧工作时的有效面积变化率，并通过选择性控制可控环形气囊内的气压，达到变刚度的目的，可以保证车辆在行驶过程中当可控环形气囊突然失效时，车辆悬架系统仍具有一定的刚度，提高了车辆的行驶性能和安全性。  

4、本发明中的活塞基座可在原基座上改进，不仅可节省成本，还可充分利用活塞基座内部空间布置管道、导线。

5、针对不同路况进行调节，可对车辆四轮进行独立控制，适用于对车辆的主动控制。 

6、可根据车速、侧倾角及俯仰角来配置本发明空气弹簧刚度，控制器利用车速传感器和陀螺仪传来的信号与预设的空气弹簧刚度值进行配对，找到当前工况下所需刚度对应的摇板摆动角度，并通过改变可控环形气囊内部气压达到改变摇板的摆动角度的目的。