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1、(10)申请公布号 CN 102384203 A (43)申请公布日 2012.03.21 CN 102384203 A *CN102384203A* (21)申请号 201110200201.2 (22)申请日 2011.07.17 F16F 9/04(2006.01) F16F 9/44(2006.01) F16F 9/50(2006.01) (71)申请人 贺劼 地址 410000 湖南省长沙市雨花区万家丽南 路 960 号 (72)发明人 贺劼 (54) 发明名称 一种充液和压力调节静动刚度加限压减冲的 空气弹簧 (57) 摘要 一种充液和压力调节静动刚度加限压减冲的 空气弹簧， 由气。
2、囊1、 上安装板2、 副气室3、 节流阀 芯 4、 弹簧 5、 下安装板 6， 闸阀 7， 单向阀 8、 螺堵 9 和缓冲单向阀 10 组合而成。其结构特征是 ： 副气 室3安装固定在下安装板6上底平面上， 节流阀芯 4装在副气室3的中间内孔里， 其上端顶着副气室 3 的中间内孔顶板， 下端由弹簧 5 支撑定位， 弹簧 5 的下部由螺堵 9 定位， 螺堵 9 中间开有一个小孔 与大气连通 ； 闸阀 7、 单向阀 8 和螺堵 9 安装在下 安装板 6 上 ； 两个缓冲单向阀 10 装在副气室 3 的 两个独立分气室的外侧壁上。本发明通过闸阀 7 和单向阀 8 向气囊 1 内充放液体改变气囊 1 。
3、内压 缩空气的容积来调节空气弹簧的静刚度 ； 通过气 囊 1 内压力推动节流阀芯 4 关小和关闭独立副气 室来调节主副气室间的压差和容积来调节空气弹 簧的动刚度。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 CN 102384221 A1/1 页 2 1. 一种充液和压力调节静动刚度加限压减冲的空气弹簧， 由气囊 (1)、 上安装板 (2)、 副 气室 (3)、 节流阀芯 (4)、 弹簧 (5)、 下安装板 (6)， 闸阀 (7)， 单向阀 (8)、 螺堵 (9) 和缓冲单向 阀 (10) 组合而成 ； 。
4、其特征在于 ： 副气室 (3) 安装和固定在下安装板 (6) 上底平面上， 节流阀 芯 (4) 装在副气室 (3) 的中间内孔里， 其上端顶着副气室 (3) 的中间内孔顶板， 下端由弹簧 (5)支撑定位， 弹簧(5)的下部由螺堵(9)定位， 螺堵(9)中间开有一个小孔与大气连通 ； 闸阀 (7)、 单向阀(8)和螺堵(9)安装在下安装板(6)上 ； 两个缓冲单向阀(10)装在副气室(3)的 两个独立分气室的外侧壁上， 并由其侧壁上的径向小孔与缓冲单向阀(10)的弹簧腔连通 ； 空 气弹簧的静刚度调节 ： 经由单向阀 (8) 向气囊 (1) 内充入化合液体， 充入的化合液体占据了 气囊 (1) 。
5、内的容积， 减小了气囊 (1) 内的气体有效容积， 提高了空气弹簧的静刚度 ； 反之， 由 闸阀(7)排出部分已充入的化合液体， 就减小了空气弹簧的静刚度 ； 空气弹簧的动刚度调节 ： 车辆处于空载设定高度时， 气囊 (1) 内空气压力乘以节流阀芯 (4) 的截面积所产生的推力与 弹簧 (5) 的弹簧力平衡， 节流阀芯 (4) 的节流孔与副气室 (3) 的两个独立气室的流通孔连通 并处于最大开口， 空气弹簧的动刚度为最小 ； 当车辆的载荷和动载荷增加， 气囊(1)内空气压 力上升， 作用在节流阀芯(4)的上端面上所产生的推力增大， 推动节流阀芯(4)克服弹簧(5) 的弹簧力下移， 达到新的平衡。
6、， 节流阀芯(4)下移关小了气囊(1)与副气室(3)间的连接通道 上的节流口， 在该节流口的开闭行程区间内， 通过提高气囊(1)与副气室(3)间的气体流动压 差， 实现了连续调节空气弹簧的动刚度 ； 当气囊 (1) 内的压力继续提高， 推动节流阀芯 (4) 继 续下移， 就会关闭副气室 (3) 最上面的第一个分气室， 只留下了第二个分气室与气囊 (1) 相 连， 使空气弹簧的动刚度增大， 适应相应的动载荷 ； 当车辆的动载荷进一步增加， 则自动对副 气室(3)的第二分气室重复上述第一分气室的调节过程 ； 当车辆拐弯， 由于惯性的作用， 靠弯 道外侧的空气弹簧的气囊(1)内空气压力上升， 同样，。
7、 会关小气囊(1)与副气室(3)间的连接 通道上的节流口， 使空气弹簧的动刚度增大， 从而阻止了车身的进一步侧倾 ； 当车辆急速起 步或急刹车时， 若空气弹簧的动刚度不随之增大， 同样由于惯性的作用， 会使车身产生后仰和 前倾现象， 本发明同样具有当车身产生后仰和前倾发生时， 提高后、 前空气弹簧的动刚度的功 能， 有效地抑制这种现象的加剧 ； 当车轮碰到路面凸块， 给车轮一个阶跃冲击， 必然会引发气 囊 (1) 内的气压产生阶跃， 该阶跃压力与副气室 (3) 的分气室内气压形成的压差会打开缓冲 单向阀(10)， 迅速连通气囊(1)和副气室(3)的两个分气室， 增大了气囊(1)内的有效气体容 。
8、积， 降低空气弹簧的刚度， 减少路面凸块对车身的冲击， 提高乘员的舒适性和车辆的平顺性。 2. 根据权利要求 1 所述的一种充液和压力调节静动刚度加限压减冲的空气弹簧， 其特 征在于 ： 副气室 (3) 的独立分气室的容积和数目可根据不同车型对其空气弹簧刚度变化曲 线的不同需求设计。 3. 根据权利要求 1 所述的一种充液和压力调节静动刚度加限压减冲的空气弹簧， 其特 征在于 ： 将节流阀阀芯 (4) 的节流口的一级节流形式设计成一级固定节流和一级可变节流 的二级串联组合节流形式。 4. 根据权利要求 1 所述的一种充液和压力调节静动刚度加限压减冲的空气弹簧， 其特 征在于 ： 将单向阀 (8。
9、) 设置在气囊 (1) 的侧壁上或上安装板 (2) 上。 5. 根据权利要求 1 所述的一种充液和压力调节静动刚度加限压减冲的空气弹簧， 其特 征在于 ： 将副气室 (3)、 节流阀芯 (4)、 弹簧 (5)、 螺堵 (9) 和缓冲单向阀 (10) 设置在气上安 装板 (2) 上。 权 利 要 求 书 CN 102384203 A CN 102384221 A1/3 页 3 一种充液和压力调节静动刚度加限压减冲的空气弹簧 一 . 技术领域 ： 0001 本发明涉及一种车辆空气悬架用空气弹簧， 这种静刚度充液调节， 动刚度自适应 压差和容积组合调节， 在行车时碰到路面凸块时还能自动减小其刚度， 。
10、以减少凸块对车身 冲击的空气弹簧尤其适应于载客大巴， 城市公交大巴， 也适应于货运大卡车和轨道交通车 辆， 及特种车辆和高级轿车。 二、 背景技术 ： 0002 为了改善汽车的行驶平顺性， 提高乘坐的舒适性， 减轻车辆对道路和货物的损坏， 发达国家在其运载车辆的悬架系统中广泛地采用了空气弹簧。 我国近年来也在大力推广和 强制性采用空气弹簧。在不断发展的空气弹簧技术中， 为了进一步改善空气弹簧的刚度调 节特性， 以利其更适用于车辆载荷的变化， 人们开展了深入的探索。 在空气弹簧的刚度调节 中， 人们忽视了由于可选标准系列气囊刚度与具体车型要求刚度的差异而需要的静态刚度 调节。而往往是因为气囊的静。
11、态刚度不匹配造成了其动态刚度调节的困难。在被动式空气 悬架系统中则气囊的静态刚度不匹配是造成车辆运行中侧摆严重的重要原因。 在主动式空 气悬架系统中， 目前比较成熟的技术是将空气弹簧的气室分为主、 副气室， 通过控制主、 副 气室间的连接通道上的节流阀的开度， 来实现主副气室间气体流动时的压差改变， 达到改 变空气弹簧的刚度。这种刚度调节系统的控制信号由多路传感器采集， 送交微处理机处理 后发出控制指令， 由执行机构调节节流阀的开度， 调节主副气室间气体流动时的压差来调 节空气弹簧的刚度。 它的主要不足首先在于 ： 系统的信号从采集处理到执行较为繁杂， 其成 本太高， 只能应用在极少数豪华车辆。
12、上。其次， 响应时滞大。在半主动悬架的空气悬架系统 中空气弹簧的刚度的控制一般采用刚度分段式控制， 将空气弹簧的刚度分为软、 硬两挡或 软、 中、 硬三挡。 这种刚度调节系统的空气弹簧刚度控制是通过驾驶员操作电磁阀进行选择 控制， 分别对应连通主副气室间节流口开度的大、 中、 小。这种刚度的调节不是连续的。空 气弹簧的刚度是人为选择的。 三、 发明内容 ： 0003 本发明的目的就是要研发出一种低成本， 简单可靠、 响应快捷的静刚度充液调节 和动刚度自适应压差和容积组合调节， 以及当车轮碰到路面凸块时， 会自动减小动刚度的 空气弹簧。 0004 本发明的解决方法是 ： 本空气弹簧由气囊 1、 。
13、上安装板 2、 副气室 3、 节流阀芯 4、 弹 簧 5、 下安装板 6， 闸阀 7， 单向阀 8， 螺堵 9 和两个缓冲单向阀 10 组合而成。副气室 3 装在 下安装板 6 内平面的中心位置并固定其上， 节流阀芯 4 装在副气室 3 的中间内孔里， 其上端 顶着副气室 3 的中间内孔顶板， 下端由弹簧 5 支撑定位， 弹簧 5 的下部由螺堵 9 定位， 螺堵 9 中间开有一个小孔与大气连通 ； 闸阀 7， 单向阀 8， 螺堵 9 安装在下安装板 6 上 ； 还可将单 向阀 8 设置在气囊 1 的侧壁上或上安装板 2 上。两个缓冲单向阀 10 装在副气室 3 的两个 独立分气室的外侧壁上， 。
14、并由其侧壁上的径向小孔与缓冲单向阀 10 的弹簧腔连通 ； 空气弹 簧的静刚度调节 ： 经由单向阀8向气囊1内充入化合液体， 充入的化合液体占据了气囊1内 说 明 书 CN 102384203 A CN 102384221 A2/3 页 4 的容积， 减小了气囊 1 内的气体有效容积， 提高了空气弹簧的静刚度 ； 反之， 由闸阀 7 排出 已充入的部分化合液体， 就减小了空气弹簧的静刚度 ； 空气弹簧的动刚度调节 ： 气囊 1 内的 空气压力直接作用于节流阀芯4的上端面， 其下端由弹簧5轴向支撑， 车辆处于空载和设定 高度时， 气囊 1 内空气压力乘以节流阀芯 4 的截面积所产生的推力与弹簧 。
15、5 的弹簧力平衡， 节流阀芯 4 的节流孔与副气室 3 的两个独立气室的节流孔连通并处于最大开口， 空气弹簧 的动刚度为最小 ； 当车辆的载荷增加和动载荷增加， 气囊 1 内空气压力上升， 作用在节流阀 芯 4 的上端面上所产生的推力增大， 推动节流阀芯 4 克服弹簧 5 的弹簧力下移， 达到新的平 衡， 节流阀芯 4 下移关小了气囊 1 与副气室 3 间的连接通道上的节流口， 在该节流口的开闭 行程区间内， 通过提高气囊1与副气室3间的气体流动压差， 实现了连续调节空气弹簧的动 刚度 ； 当气囊 1 内的压力继续提高， 推动节流阀芯 4 继续下移， 就会关闭副气室 3 最上面的 第一个分气室。
16、， 只留下了第二个分气室与气囊 1 相连， 在空气弹簧的连续刚度调整中从物 理意义上的减小了空气弹簧的容积， 实现了压差和容积组合型的空气弹簧刚度组合调节， 使空气弹簧的动刚度增大， 适应相应的载荷。当车辆的载荷进一步增加， 则自动对副气室 3 的第二分气室重复上述第一分气室的调节过程。 当车辆拐弯， 由于惯性的作用， 靠弯道外侧 的空气弹簧的气囊 1 内空气压力上升， 同样， 会关小气囊 1 与副气室 3 间的连接通道上的节 流口， 使空气弹簧的动刚度增大， 从而阻止了车身的进一步侧倾 ； 当车辆急速起步或急刹车 时， 若空气弹簧的刚度不随之增大， 同样由于惯性的作用， 会使车身产生后仰和前。
17、倾现象， 本发明同样具有当车身产生后仰和前倾发生时， 提高后、 前空气弹簧的动刚度的功能， 有效 地抑制这种现象的加剧。当车轮碰到路面凸块， 给车轮一个阶跃冲击， 必然会引发气囊 1 内 的气压产生阶跃。该阶跃压力与副气室 3 的两个分气室内气压形成的压差会打开两个缓冲 单向阀 10， 迅速连通气囊 1 和副气室 3 的两个分气室， 增大了气囊 1 内的有效气体容积， 降 低空气弹簧的动刚度， 减少路面凸块对车身的冲击， 提高乘员的舒适性和车辆的平顺性。 0005 本发明的控制信号直接取自气囊 1 内的气体压力， 将控制信号和调节指令合为一 体， 作用迅速、 可靠， 无响应时滞， 空气弹簧的动。
18、刚度调节能力大为提高 ； 在保证了空气弹簧 的低振动频率特性后， 通过设置不同容积的分气室和数目不等的分气室可以有效地改善空 气弹簧的刚度特性曲线。由于将控制信号和调节指令合为一体， 无需再有信号的采集处理 系统和执行机构， 无需 ECU 和控制软件， 成本大为下降 ； 由于本发明的控制指令为气囊 1 内 的气体压力， 空气弹簧的动刚度随气囊 1 内的压力变化而自动调节， 调节顺畅连续。空气弹 簧的调节刚度特性曲线更为合理和可控。 0006 本发明还可将节流阀的一级节流口型式设计成一级固定节流和一级可变节流的 两级串连节流口型式 ： 即在节流阀芯 4 的外圆上设置一个轴向长度与分气室 3 中间。
19、内孔壁 上的流通孔直径相等的环形槽， 该环形槽由径向小孔与节流阀芯 4 的内孔连通， 通过减小 节流阀芯4上的径向节流孔的直径， 将它设计成一级固定节流口 ； 而节流阀芯4外圆上的环 形槽与分气室 3 中间内孔壁上的流通口就是原有的可变节流口 ； 不同的只是该节流口的节 流面积稍加大了一点。这种串连节流型式由二级节流口分担了一级节流口的压降， 有利于 降低节流口对压力变化的敏感度， 提高乘员得舒适性 ； 有利于降低节流阀的加工和安装精 度， 节省成本。 四、 附图说明 ： 说 明 书 CN 102384203 A CN 102384221 A3/3 页 5 0007 附图 1 是本发明的结构原。
20、理图。 五、 具体实施方式 ： 0008 本发明的具体实施方式是 ： 空气弹簧的静刚度调节 ： 经由单向阀 8 向气囊 1 内充 入化合液体， 充入的化合液体占据了气囊 1 内的容积， 减小了气囊 1 内的气体有效容积， 提 高了空气弹簧的静刚度 ； 反之， 由闸阀 7 排出已充入的部分化合液体， 就减小了空气弹簧的 静刚度。空气弹簧的动刚度调节 ： 气囊 1 内的空气压力直接作用于节流阀芯 4 的上端面， 其下端由弹簧 5 轴向支撑， 车辆处于空载和设定高度时， 气囊 1 内空气压力乘以节流阀芯 4 的截面积所产生的推力与弹簧 5 的弹簧力平衡， 节流阀芯 4 的节流孔与副气室 3 的两个独。
21、 立气室的节流孔连通并处于最大开口， 空气弹簧的动刚度为最小 ； 当车辆的载荷或动载荷 增加， 气囊 1 内空气压力上升， 作用在节流阀芯 4 的上端面上所产生的推力增大， 推动节流 阀芯 4 克服弹簧 5 的弹簧力下移， 达到新的平衡， 节流阀芯 4 下移关小了气囊 1 与副气室 3 间的连接通道上的节流口， 在该节流口的开闭行程区间内， 通过提高气囊1与副气室3间的 气体流动压差， 实现了连续调节空气弹簧的动刚度 ； 当气囊 1 内的压力继续提高， 推动节流 阀芯4继续下移， 就会关闭副气室3最上面的第一个分气室， 只留下了第二个分气室与气囊 1 相连， 在空气弹簧的连续刚度调整中从物理意。
22、义上的减小了空气弹簧的容积， 实现了压 差和容积组合型的空气弹簧刚度组合调节， 使空气弹簧的动刚度增大， 适应相应的动载荷。 当车辆的载荷进一步增加， 则自动对副气室 3 的第二分气室重复上述第一分气室的调节过 程。当车辆拐弯， 由于惯性的作用， 靠弯道外侧的空气弹簧的气囊 1 内空气压力上升， 同样， 会关小气囊1与副气室3间的连接通道上的节流口， 使空气弹簧的动刚度增大， 从而阻止了 车身的进一步侧倾 ； 当车辆急速起步或急刹车时， 若空气弹簧的动刚度不随之增大， 同样由 于惯性的作用， 会使车身产生后仰和前倾现象， 本发明同样具有当车身产生后仰和前倾发 生时， 提高后、 前空气弹簧的动刚度的功能， 有效地抑制这种现象的加剧。当车轮碰到路面 凸块， 给车轮一个阶跃冲击， 必然会引发气囊 1 内的气压产生阶跃。该阶跃压力与副气室 3 的两个分气室内气压形成的压差会打开两个缓冲单向阀 10， 迅速连通气囊 1 和副气室 3 的 两个分气室， 增大了气囊 1 内的有效气体容积， 降低空气弹簧的刚度， 减少路面凸块对车身 的冲击， 提高乘员的舒适性和车辆的平顺性。 说 明 书 CN 102384203 A CN 102384221 A1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102384203 A 。