專利名稱：汽車抗側(cè)傾主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于車輛底盤技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及空氣懸架系統(tǒng)，通過(guò)安裝一個(gè)主動(dòng)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)車輛抗側(cè)傾的主動(dòng)控制。
背景技術(shù)：
通常安裝在車輛上的空氣懸架系統(tǒng)具有靜態(tài)剛度調(diào)節(jié)能力，達(dá)到調(diào)節(jié)高度后，空氣彈簧的剛度就不再發(fā)生變化。由于空氣彈簧具有高的舒適性，采用空氣懸架的車輛具有較低的共振頻率，因此車輛在獲得好的平順性的同時(shí)，在車輛轉(zhuǎn)向的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生大的側(cè)傾角，這不但影響車輛的乘坐舒適性，而且也影響車輛行駛的安全性和穩(wěn)定性。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)后將大大降低車身的側(cè)傾，提高車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的行駛性能。
通常采用的被動(dòng)式空氣懸架系統(tǒng)如圖1所示。本發(fā)明對(duì)高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)沒(méi)有影響，因此圖中未表示高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相關(guān)部件。從車輛的橫截面上看到，左側(cè)空氣彈簧5和右側(cè)空氣彈簧6的上端與車身1相固接，下端分別于左側(cè)下橫臂7和右側(cè)下橫臂8相鉸接。車輛行駛中，地面4的路面不平度激勵(lì)左側(cè)車輪2和右側(cè)車輪3發(fā)生垂直振動(dòng)，車輪的振動(dòng)通過(guò)下橫臂的傳動(dòng)比之后作用在空氣彈簧5和6上，由于空氣彈簧良好的隔振性能，車身的振動(dòng)大大降低，因此乘坐舒適性提高。車輛轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，例如向左轉(zhuǎn)向，車輛在重心位置受到離心力Fy的作用，由于重心和側(cè)翻中心有距離h，車身即受到側(cè)翻力矩的作用，左右空氣彈簧發(fā)生伸長(zhǎng)和壓縮變形，產(chǎn)生相應(yīng)的反作用力矩，與側(cè)翻力矩相平衡，如圖2所示。這種左右空氣彈簧相反的變形即導(dǎo)致了車身的側(cè)傾角。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的基本思想是通過(guò)一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，連通對(duì)應(yīng)兩側(cè)的空氣彈簧，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，根據(jù)離心加速度的大小，主動(dòng)地改變兩側(cè)的空氣彈簧體積，達(dá)到抗側(cè)傾的效果。
為達(dá)到此目的，本發(fā)明的主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)包括兩個(gè)空氣彈簧，分別安裝在左右懸架下橫臂和車身之間；執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由汽缸和油缸組成；控制系統(tǒng)，根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角、車速和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移，控制三位四通電磁閥的開關(guān)和左右切換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)油缸活塞的控制?？諝鈴椈善鹁彌_和支撐作用，車輛正常行駛時(shí)，為乘客提供良好的平順性；執(zhí)行機(jī)構(gòu)連通左右兩側(cè)的空氣彈簧，通過(guò)其線性運(yùn)動(dòng)同時(shí)改變兩側(cè)空氣彈簧的體積，其中一側(cè)空氣彈簧體積變大，另一側(cè)空氣彈簧體積變??；控制系統(tǒng)的作用是讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)離心加速度的大小適當(dāng)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)行程，從而達(dá)到主動(dòng)控制的目的。
為實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，最直接的方案是采用基本結(jié)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。將一定大小的汽缸和油缸并行安裝，用連接件將兩個(gè)活塞桿在兩端剛性連接。油缸作為驅(qū)動(dòng)元件，汽缸為被動(dòng)元件。汽缸的兩個(gè)氣室分別與兩側(cè)的空氣彈簧連通。油缸的兩個(gè)油室通過(guò)液壓管路接在三位四通閥上，此后的液壓管路其一端與油箱相通；另一端接油泵后進(jìn)入油箱。為安全起見(jiàn)，油泵的輸出管路通過(guò)一個(gè)T型管接口，其一端接到三位四通閥，另一端接限壓閥，通過(guò)限壓閥后回油箱。控制系統(tǒng)由一個(gè)位移傳感器、控制器和三位四通閥組成。位移傳感器安裝在油缸和汽缸相連的連接件上，用于測(cè)量活塞桿的位移。所測(cè)信號(hào)送到控制器，經(jīng)控制器處理后的控制信號(hào)進(jìn)入三位四通電磁閥，控制電磁閥的開關(guān)和方向切換，這樣即可以完成油缸的停止和左右運(yùn)動(dòng)。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)在采用基本結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行三種改進(jìn)改變油缸和汽缸的布置方式；或者改變驅(qū)動(dòng)方式；或者采用整體結(jié)構(gòu)。采用同軸布置方式時(shí)，汽缸安裝在油缸的兩端，油缸和汽缸的活塞桿合而為一，汽缸與兩側(cè)的空氣彈簧相通。從受力的角度出發(fā)，同軸布置方式優(yōu)于并行布置方式。但后者具有較小的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度。因此，若結(jié)構(gòu)空間的長(zhǎng)度允許，最好采用同軸布置方式。此時(shí)，需改變汽缸的結(jié)構(gòu)或者采用兩個(gè)獨(dú)立的汽缸；或者采用兩個(gè)獨(dú)立的氣囊。兩個(gè)汽缸或氣囊通過(guò)管路分別與兩側(cè)的承載空氣彈簧相通。油缸的活塞桿兩端分別與汽缸或氣囊的活塞剛性連接。采用汽缸時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)具有較高的抗側(cè)傾效果，因?yàn)槠字胁淮嬖跍趔w積，但汽缸具有較大的摩擦力；采用氣囊可以明顯降低摩擦力，但由于存在滯留體積，執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的抗側(cè)傾效果降低。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式也可以改變，如采用機(jī)械式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，即機(jī)構(gòu)中的液壓油缸被機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)代替，如渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)，齒輪齒條結(jié)構(gòu)或螺紋傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)用電機(jī)完成。因此，控制系統(tǒng)由位移傳感器、控制器和電機(jī)組成，控制器根據(jù)車速、方向盤轉(zhuǎn)角和執(zhí)行結(jié)構(gòu)位移控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停止。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以采用整體結(jié)構(gòu)。采用汽缸的結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)汽缸連成一體，油缸安裝在氣缸的活塞內(nèi)部。油缸的活塞桿也是汽缸的活塞桿，活塞桿是空心桿，在接近油缸活塞的兩側(cè)分別有孔，使油缸的兩個(gè)油室通過(guò)活塞桿上的孔及空心活塞桿與外部液壓管路連同。控制系統(tǒng)由位移傳感器、控制器和三位四通電磁閥組成?？刂破鞲鶕?jù)車速、方向盤轉(zhuǎn)角和執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移控制電磁閥的開關(guān)和切換，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的左右運(yùn)動(dòng)或停止。在采用氣囊的結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)氣囊的活塞連通成為一體，液壓油缸安裝在氣囊活塞的內(nèi)部。油缸的活塞桿通過(guò)氣囊的內(nèi)部及頂部端蓋與外部液壓管路連通。


通過(guò)以下結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的特點(diǎn)會(huì)更加顯而易見(jiàn)。
圖1所示為一般空氣彈簧安裝在車輛上時(shí)的截面示意圖；圖2所示為被動(dòng)空氣懸架車輛受測(cè)向力時(shí)空氣彈簧的變形；圖3所示為裝有主動(dòng)空氣懸架車輛的截面示意圖；圖4所示為基本結(jié)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖；圖5所示為油缸和汽缸同軸布置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖；圖6所示為采用機(jī)械式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖；圖7所示為油缸和汽缸整體化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖；圖8所示為油缸和氣囊同軸布置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖；圖9所示為采用氣囊和機(jī)械式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖；圖10所示為油缸和氣囊整體化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的實(shí)施例。如圖3所示為安裝有本發(fā)明的主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)，其中1是車身，2和3是左右車輪，4是路面，5和6是左右空氣彈簧。空氣彈簧的上端蓋剛性連接在車身1上，其活塞的下端分別鉸接在左右懸架下橫臂7和8上。如圖1所示，車輛在水平直線行駛時(shí)，左右空氣彈簧的壓力相等，車身沒(méi)有側(cè)傾運(yùn)動(dòng)。當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，車身受到離心力的作用，產(chǎn)生相對(duì)于側(cè)傾中心的側(cè)翻力矩，如圖2所示。左右空氣彈簧的受力改變，產(chǎn)生與側(cè)翻力矩相平衡的抗側(cè)傾力矩。在圖2所示的被動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)條件下，空氣彈簧受力增大則體積減小，受力減小則體積變大。因此，車身發(fā)生側(cè)傾運(yùn)動(dòng)。在圖3所示的主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)條件下，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中液壓油源或油箱9中的油被液壓油泵10抽出，經(jīng)液壓油管11流向限壓閥12或者是三位四通電磁閥13。當(dāng)液壓壓力低于限壓閥壓力時(shí)，液壓油流向三位四通閥；當(dāng)壓力高于限壓閥壓力時(shí)，限壓閥打開，液壓油經(jīng)限壓閥流回油箱。一般情況下，三位四通電磁閥將根據(jù)控制信號(hào)打開，液壓油經(jīng)過(guò)三位四通閥進(jìn)入液壓油缸14，因此，液壓壓力將作用在油缸活塞上，推動(dòng)油缸活塞向壓力低的一側(cè)運(yùn)動(dòng)。由于液壓油缸的活塞與汽缸15的活塞是剛性平行連接的，因此汽缸活塞隨油缸活塞運(yùn)動(dòng)。汽缸的兩個(gè)氣室分別通過(guò)空氣管路16與空氣彈簧5和6連通，因此，汽缸壓力高的一側(cè)氣室的空氣被壓入空氣彈簧，則與該氣室連通的空氣彈簧體積變大；壓力低的一側(cè)的空氣彈簧的空氣進(jìn)入汽缸的另一個(gè)氣室，則該空氣彈簧的體積變小。這種空氣彈簧體積的變化將減小車輛側(cè)傾角，起到抗側(cè)傾的作用。為實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照需要的方向和大小進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，對(duì)三位四通閥進(jìn)行控制?？刂破?1根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)17、車速信號(hào)18和執(zhí)行結(jié)構(gòu)位移信號(hào)19輸出控制信號(hào)，經(jīng)控制線路20控制三位四通電磁閥的開關(guān)和切換，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的左右運(yùn)動(dòng)或停止。
本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，最直接的方案是采用基本結(jié)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖4所示。油缸體14和汽缸體15固定在車身上，油缸通過(guò)油管11與三位四通閥連接，汽缸通過(guò)氣管16與左右空氣彈簧連通。汽缸活塞桿52和油缸活塞桿42平行布置，并通過(guò)連接件45在兩端剛性連接。這樣，作用在油缸活塞41上的液壓力通過(guò)連接件45傳遞給汽缸活塞51，推動(dòng)氣缸左右氣室內(nèi)空氣的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)需要克服較大的摩擦力，如液壓油缸和氣缸的摩擦力，以及由于活塞桿變形引起的摩擦力。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用油缸和汽缸同軸布置的方式，結(jié)構(gòu)受力更加合理，活塞桿變形的影響可以忽略。如圖5所示，兩個(gè)汽缸15安裝在油缸14的兩端，通過(guò)氣管16與兩側(cè)的空氣彈簧連通。汽缸和油缸的活塞桿合而為一，油缸活塞41上的力直接通過(guò)活塞桿42傳遞到汽缸活塞51上，沒(méi)有力矩產(chǎn)生，受力合理。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用機(jī)械式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)可以用電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，如圖6所示。此機(jī)械結(jié)構(gòu)是渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)，或者是齒輪齒條結(jié)構(gòu)，或者是螺紋螺桿結(jié)構(gòu)。圖6所示為一個(gè)螺紋螺桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，螺母22的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)螺紋傳動(dòng)成為螺桿23的直線運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)汽缸15的活塞51左右運(yùn)動(dòng)。
執(zhí)行結(jié)構(gòu)采用整體化的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)汽缸合而為一，油缸14安裝在汽缸活塞51內(nèi)部，如圖7所示?；钊?1與油缸14剛性連接，活塞桿42是空心桿，在接近油缸活塞41的兩側(cè)分別開小孔，油室通過(guò)小孔和活塞桿與外部液壓管路連同。汽缸通過(guò)氣管16與兩側(cè)空氣彈簧連通。動(dòng)作時(shí)，三位四通閥根據(jù)控制信號(hào)打開，液壓油通過(guò)活塞桿內(nèi)部和小孔進(jìn)入油缸油室，油缸活塞41與活塞桿42固定不動(dòng)，所以推動(dòng)油缸體14運(yùn)動(dòng)，即汽缸活塞51運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)推動(dòng)汽缸空氣運(yùn)動(dòng)。
采用氣囊代替汽缸可以降低執(zhí)行機(jī)構(gòu)的摩擦力，如圖8～10所示。氣囊通過(guò)氣管16與兩側(cè)的空氣彈簧連通。在圖8所示的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，氣囊活塞51與油缸活塞桿42剛性連接。在圖9所示的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，氣囊活塞51與螺紋螺桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的螺桿23剛性連接。在圖10所示的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，氣囊活塞51與油缸體14剛性連接，中空的活塞桿42穿過(guò)氣囊活塞51和氣囊頂部端蓋與外部液壓管路連通。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)，包括兩個(gè)空氣彈簧，分別安裝在左右懸架下橫臂和車身之間；執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由汽缸和油缸組成；控制系統(tǒng)，根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角、車速和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移，控制三位四通電磁閥的開關(guān)和左右切換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)油缸活塞的控制；所述空氣彈簧起緩沖和支撐作用，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)連通左右兩側(cè)的空氣彈簧，通過(guò)其線性運(yùn)動(dòng)同時(shí)改變兩側(cè)空氣彈簧的體積，其中一側(cè)空氣彈簧體積變大，另一側(cè)空氣彈簧體積變小；所述控制系統(tǒng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)離心加速度的大小適當(dāng)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)行程。
2.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)，所述汽缸的兩個(gè)氣室與左右空氣彈簧連通，油缸和汽缸平行布置，油缸的活塞桿兩端剛性連接，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)油缸的活塞的左右運(yùn)動(dòng)以及停止的動(dòng)作。
3.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用油缸和汽缸同軸布置的結(jié)構(gòu)兩個(gè)汽缸分別布置在油缸左右，油缸和汽缸的活塞桿相對(duì)剛性連接；兩個(gè)汽缸分別與車身兩側(cè)的空氣彈簧連通。
4.如權(quán)利要求2或3所述的主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的油缸可以由渦輪蝸桿或者齒輪齒條或者螺紋螺桿傳動(dòng)代替，兩個(gè)汽缸分別與兩側(cè)的空氣彈簧相通；汽缸的活塞桿與渦輪蝸桿傳動(dòng)中的蝸桿、或者齒輪齒條傳動(dòng)中的齒條、或者螺紋螺桿傳動(dòng)中的螺桿剛性連接；傳動(dòng)結(jié)構(gòu)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制器根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角、車速以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位移來(lái)控制電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。
5.如權(quán)利要求3所述的主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用整體結(jié)構(gòu)，左右汽缸合而為一整體，油缸安裝在氣缸活塞內(nèi)部，油缸和汽缸共有一個(gè)中空的活塞桿，活塞桿在靠近油缸活塞的位置兩側(cè)開有小孔，保證油缸油室通過(guò)小孔和活塞桿與外部液壓油管連通。
6.如權(quán)利要求3所述的主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣囊代替汽缸，兩個(gè)氣囊分別與左右空氣彈簧連通，氣囊的活塞與油缸的活塞桿剛性連接。
7.如權(quán)利要求4所述的主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)，所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以采用氣囊代替汽缸，兩個(gè)氣囊分別與左右空氣彈簧連通，氣囊的活塞與蝸桿兩端剛性連接，或者氣囊的活塞與齒條兩端剛性連接，或者氣囊的活塞與螺桿兩端剛性連接。
8.如權(quán)利要求5所述的主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以采用氣囊代替汽缸，兩個(gè)氣囊的活塞合而為一整體，油缸安裝在活塞內(nèi)部，活塞桿穿過(guò)氣囊活塞、氣囊內(nèi)部和氣囊上端蓋與外部液壓管路連通。
9.一種車輛，安裝有如權(quán)利要求1-8所述的主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)。
全文摘要
一種車輛抗側(cè)傾主動(dòng)空氣懸架系統(tǒng)，由空氣彈簧、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，兩個(gè)空氣彈簧分別安裝在左右懸架下橫臂和車身之間；執(zhí)行機(jī)構(gòu)由汽缸和油缸組成；控制系統(tǒng)根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角、車速和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移，控制三位四通電磁閥的開關(guān)和左右切換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)油缸活塞的控制?？諝鈴椈善鹁彌_和支撐作用；執(zhí)行機(jī)構(gòu)連通左右兩側(cè)的空氣彈簧，通過(guò)其線性運(yùn)動(dòng)同時(shí)改變兩側(cè)空氣彈簧的體積，其中一側(cè)空氣彈簧體積變大，另一側(cè)空氣彈簧體積變??；控制系統(tǒng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)離心加速度的大小適當(dāng)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)行程，從而達(dá)到主動(dòng)控制的目的。
文檔編號(hào)B60G17/052GK1970325SQ200610168119
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者張軍 申請(qǐng)人:張軍