一種剛度和車身高度可調的空氣彈簧的製作方法

2023-11-04 07:33:17 3

本發明涉及一種車用空氣彈簧，具體涉及到一種剛度和車身高度可調的空氣彈簧。

背景技術：

空氣彈簧是一種彈性吸振元件，它的彈性主要由橡膠氣囊內部高壓氣體的反力提供，主要由上蓋板、氣囊、下蓋板等部件構成。空氣彈簧憑藉其減震效果好、剛度易調節、非線性特性、使用壽命長、可有效減輕車身重量等優勢，在大型客車、高檔轎車以及重型卡車上得到了廣泛應用。

可以通過對氣囊的充放氣，來調節彈簧剛度和車身的高度，當通過惡劣的路面時，提升車身高度，以提高車輛的通過性；而當在較為平順的路面行駛時，可以降低車身高度，以獲得良好的操縱穩定性。當車輛的左右兩側的載荷不均衡時，也可通過對氣囊的充放氣，來保證整車姿態的水平。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提出一種剛度和車身高度可調的空氣彈簧，一方面在不改變空氣彈簧剛度的前提下來調節車身高度，另一方面在調節車身高度的同時，調節空氣彈簧剛度。

本發明是通過如下技術方案得以實現的：

一種剛度和車身高度可調的空氣彈簧，包括空氣彈簧總成、剛度與高度調節系統；

所述空氣彈簧總成包括上蓋板、外扣環、內扣環、中心環、氣囊和下蓋板；所述上蓋板下端面的中心固定設置有內扣環；所述內扣環為圓環結構；沿內扣環的外環側且在上蓋板下端面上固定設置有數個外扣環；所述下蓋板下端面的中心固定設置有內扣環；沿內扣環的外環側且在下蓋板下端面上固定設置有數個外扣環；所述氣囊上端置於上蓋板、內扣環和外扣環之間，並通過中心環卡緊；所述氣囊下端置於下蓋板、內扣環和外扣環之間，並通過中心環卡緊；所述中心環內置於內扣環和外扣環之間；所述中心環為中空的圓臺結構；

所述剛度與高度調節系統包括剛度調節缸、高度調節缸、活塞、活塞杆和密封件；所述剛度調節缸為倒U形結構；所述剛度調節缸的密閉端置於氣囊內；所述剛度調節缸側壁與下蓋板中心開設的孔配合，並通過密封件密封；所述剛度調節缸內置有高度調節缸，且高度調節缸外側壁和剛度調節缸內側壁填料密封；

所述高度調節缸一端為開口端，另一端為密封端，且高度調節缸密封端直徑大於剛度調節缸的直徑；所述高度調節缸開口端置於剛度調節缸內；所述高度調節缸密封端中心處開設有孔A；所述高度調節缸內置有活塞；所述活塞與活塞杆相連接；所述活塞杆帶動活塞沿高度調節缸側壁上下移動；

所述活塞杆一端延伸出活塞；所述活塞杆另一端延伸出高度調節缸的密封端；所述活塞杆為中空結構；所述活塞杆伸出高度調節缸端與軟油管相連接；所述第一軟油管上連接有電磁閥M1；所述第一軟油管與第二軟油管並聯；所述第一軟油管與第二軟油管的輸入端與軟油管輸出端相連接；所述第一軟油管上連接有電磁閥M1；所述第二軟油管上連接有電磁閥M2；所述軟油管上連接有電磁閥M；所述第二軟油管輸出端與所述高度調節缸密封端上開設的孔配合；所述軟油管輸入端與油泵連接；所述電磁閥M、電磁閥M1、電磁閥M2和輸油泵均與ECU相連接；

所述活塞杆與第一軟油管連接處設置有反射板式光電傳感器；所述反射板式光電傳感器一端與ECU連接；所述上蓋板設置有壓力傳感器。

進一步的，所述壓力傳感器置於上蓋板上開設的孔內，並通過導線a與連接ECU的導線b相連接。

進一步的，所述活塞與高度調節缸之間填料密封。

進一步的，所述電磁閥M、電磁閥M1、電磁閥M2均為一位一通電磁閥。

進一步的，所述外扣環結構為L形。

進一步的，所述外扣環外設置有環形卡箍。

進一步的，所述中心環楔形坡度為α，環形卡箍楔形坡度為β；所述環形卡箍楔形坡度β大於中心環楔形坡度為α。

進一步的，所述中心環內外表面均呈凹凸結構或者螺紋結構。

進一步的，所述中心環高度為H，內扣環的高度h1應不小於0.5H，h1取(0.5～0.6)H；外扣環的高度h2應不大於H，h2取(0.8～0.9)H。

本技術方案的優點在於：

(1)該空氣彈簧及其剛度與高度調節系統，為用戶提供了多種工作模式，且剛度和車身高度的調節間相互獨立，互不影響；

(2)利用中心環外表面和氣囊接口處內表面兩個楔形面的配合，連接氣囊與上下蓋板，而且衝擊越強，壓緊力越大，很好地保證了空氣彈簧的氣密性和連接的可靠性；

(3)通過中心環、蓋板、內外扣環的配合，使得氣囊與蓋板的連接更緊密，與傳統的空氣彈簧連接方式相比，氣密性更可靠；

(4)製作過程不需對氣囊兩端斷面進行卷邊處理，而且不需使用鋼絲圈加固，可簡化生產工藝，降低成本。

附圖說明

圖1是該空氣彈簧裝配圖；

圖2是上蓋板總成三維圖；

圖3是中心環結構示意圖；

圖4是氣囊與蓋板連接部分受力分析圖；

圖5是空氣彈簧調節系統工作流程圖。

附圖標記如下：

1-氣囊；2-環形卡箍；3-上蓋板；4-外扣環；5-內扣環；6-壓力傳感器；7-導線；8-氣嘴；9-橡膠密封圈；10-連接螺栓；11-墊圈；12-中心環；13-下蓋板；14-密封件；15-活塞杆；16-第一軟油管；17-軟油管；18-反射板式光電傳感器；19-第二軟油管；20-高度調節缸；21-活塞；22-剛度調節缸；23-輸油泵。

具體實施方式

為對本發明做進一步的理解，現結合附圖說明：

一種剛度和車身高度可調的空氣彈簧，包括空氣彈簧總成、剛度與高度調節系統；

所述空氣彈簧總成包括上蓋板3、外扣環4、內扣環5、中心環12、氣囊1和下蓋板13；所述上蓋板3下端面的中心固定設置有內扣環5；所述內扣環5為圓環結構；沿內扣環5的外環側且在上蓋板3下端面上固定設置有數個外扣環4；所述下蓋板13下端面的中心固定設置有內扣環5；沿內扣環5的外環側且在下蓋板13下端面上固定設置有數個外扣環4；所述氣囊1上端置於上蓋板3、內扣環5和外扣環4之間，並通過中心環12卡緊；所述氣囊1下端置於下蓋板12、內扣環5和外扣環4之間，並通過中心環12卡緊；所述中心環12內置於內扣環5和外扣環4之間；所述中心環12為中空的圓臺結構；

所述剛度與高度調節系統包括剛度調節缸22、高度調節缸20、活塞21、活塞杆15和密封件14；所述剛度調節缸22為倒U形結構；所述剛度調節缸22的密閉端置於氣囊1內；所述剛度調節缸22側壁與下蓋板13中心開設的孔配合，並通過密封件14密封；所述剛度調節缸22內置有高度調節缸20，且高度調節缸20外側壁和剛度調節缸22內側壁填料密封；

所述高度調節缸20一端為開口端，另一端為密封端，且高度調節缸20密封端直徑大於剛度調節缸22的直徑；所述高度調節缸20開口端置於剛度調節缸22內；所述高度調節缸20密封端中心處開設有孔A；所述高度調節缸20內置有活塞21；所述活塞21與活塞杆15相連接；所述活塞杆15帶動活塞21沿高度調節缸20側壁上下移動；

所述活塞杆15一端延伸出活塞21；所述活塞杆15另一端延伸出高度調節缸20的密封端；所述活塞杆21為中空結構；所述活塞杆21伸出高度調節缸20端與軟油管16相連接；所述第一軟油管16上連接有電磁閥M1；所述第一軟油管16與第二軟油管19並聯；所述第一軟油管16與第二軟油管19的輸入端與軟油管17輸出端相連接；所述第一軟油管16上連接有電磁閥M1；所述第二軟油管19上連接有電磁閥M2；所述軟油管17上連接有電磁閥M；所述第二軟油管19輸出端與所述高度調節缸20密封端上開設的孔配合；所述軟油管17輸入端與油泵連接；所述電磁閥M、電磁閥M1、電磁閥M2和輸油泵23均與ECU相連接；

其中，所述活塞杆21與第一軟油管16連接處設置有反射板式光電傳感器18；所述反射板式光電傳感器18一端與ECU連接；所述上蓋板3設置有壓力傳感器6。所述壓力傳感器6置於上蓋板3上開設的孔內，並通過導線a與連接ECU的導線b相連接。所述活塞21與高度調節缸20之間填料密封。所述電磁閥M、電磁閥M1、電磁閥M2均為一位一通電磁閥。所述外扣環4結構為L形。所述外扣環4外設置有環形卡箍2。所述中心環12楔形坡度為α，環形卡箍2楔形坡度為β；所述環形卡箍2楔形坡度β大於中心環12楔形坡度為α。所述中心環12內外表面均呈凹凸結構或者螺紋結構。所述中心環12高度為H，內扣環5的高度h1應不小於0.5H，h1取(0.5～0.6)H；外扣環4的高度h2應不大於H，h2取(0.8～0.9)H。

如圖1所示，下蓋板13中心處留有直徑為D1的圓孔，在圓孔上加裝密封件14後裝入外徑為D2的剛度調節缸22，孔徑D1的選取由下蓋板13的外徑和空氣彈簧容積決定，剛度調節缸22的長度由空氣彈簧高度決定；必要時可通過增大孔徑D1和剛度調節缸22的長度來增大剛度的調節範圍。高度調節缸20通過密封圈與剛度調節缸22相接，密封圈鑲嵌在高度調節缸20上，高度調節缸20下部與車體固定連接。活塞21與活塞杆15相連，活塞杆15為中空杆，既是活塞21的支撐杆，也是剛度調節缸22的供油管，活塞杆15下端伸出高度調節缸20，與軟油管16相連。

如圖1～3所示，一種剛度和車身高度可調空氣彈簧，包括空氣彈簧總成、剛度與高度調節系統。空氣彈簧總成包括氣囊1、上蓋板3、氣嘴8、連接螺栓10、中心環12、環形卡箍2、下蓋板13等部件。如圖2所示，上蓋板3為盤型結構，可採用壓鑄工藝加工；外扣環4為一組上寬下窄的L型鋼材，可採用衝壓工藝生產，按圓周排列布置，採用焊接工藝連接，在具體實施過程中，安裝個數必須保證在裝配後不出現較大空隙，以保證空氣彈簧氣密性；需要特別說明的是，在進行裝配前需要對焊點進行打磨，以防止尖銳部位刺破氣囊1；如圖2：安裝前外扣環4張開，安裝後在環形卡箍2的約束下變形收緊；在上蓋板3圓心位置鑽孔安裝氣嘴8；在氣嘴附近位置安裝一個PTS403型壓力傳感器6；在靠近上蓋板3外緣適當位置安裝連接螺栓10，相鄰兩螺栓間夾角為120°。中心環12高度為H，為保證氣密性，內扣環5高度h1不小於0.5H，具體實施時取(0.5～0.6)H；外扣環4高度h2不大於H，具體實施時取(0.8～0.9)H，外部夾緊裝置為環形卡箍2。中心環12與氣囊1接觸的部分，表面加工成細微凹凸狀或淺螺紋狀，增大氣囊1與中心環12的接觸面積，以提高空氣彈簧氣密性。

如圖4所示，中心環12外表面呈楔形，楔形的坡度為α，氣囊1連接部分內表面呈楔形，楔形的坡度為β；由公式：tanθ＝F/N＝fN/N＝f，楔形面摩擦角θ的正切等於靜摩擦係數，橡膠與45鋼在無潤滑條件下靜摩擦係數為0.15，θ為8.5°，根據連接效果與加工難易程度，中心環12楔形面坡度α取8°；為保證連接效果，β應大於α，由計算結果，取β＝α+k，k＝1°。本發明中心環12和氣囊1在水平方向上受到的約束力F1＝F2，相互抵消；在豎直方向上F3＝F4，但兩個力不在同一直線上，合成後形成一個逆時針方向的旋轉力矩M，旋轉力矩的表現形式為將環形卡箍2向中心環12徑向壓緊；在行駛過程中，當車輛因路況差而產生劇烈震動時，會導致空氣彈簧被急劇壓縮，氣囊1會受到一個瞬時衝擊載荷，力F4值增大，M值增大，環形卡箍2與中心環12會被壓縮的更為緊密，因此能夠很好地保障空氣彈簧在複雜路況下連接的可靠性。

工作過程：

壓力傳感器6用來檢測空氣彈簧的剛度，反射板式光電傳感器18用來檢測空氣彈簧高度，反射板式光電傳感器18內部有發射器和接收器。

當駕駛員設定空氣彈簧剛度為P0時，壓力傳感器6開始工作，將檢測到的物理信號轉換為電信號，傳送到電子控制單元(ECU)，運算得到空氣彈簧剛度為P1。如果P1小於P0，說明空氣彈簧剛度較低，ECU控制一位一通電磁閥M和一位一通電磁閥M1開啟，一位一通電磁閥M2關閉，液壓泵開機供油，油液經過一位一通電磁閥M、一位一通電磁閥M1和活塞杆15進入剛度調節缸22，直到P1等於P0，一位一通電磁閥M和一位一通電磁閥M1關閉，液壓泵停機；如果P1大於P0，說明空氣彈簧剛度過高，ECU控制一位一通電磁閥M和一位一通電磁閥M1開啟，一位一通電磁閥M2關閉，在車身自重作用下，剛度調節缸22向下運動，剛度調節缸22內的油液經過M1和一位一通電磁閥M流回儲油缸，直到P1等於P0，一位一通電磁閥M和一位一通電磁閥M1關閉。

當駕駛員設定空氣彈簧高度為H0時，反射板式光電傳感器18開始工作，發射器發出紅外線，被接收器接收轉換為電信號，傳送到電子控制單元(ECU)，運算得到空氣彈簧高度為H1。如果H1小於H0，說明車身過低，ECU控制一位一通電磁閥M和一位一通電磁閥M2開啟，一位一通電磁閥M1關閉，輸油泵23開機供油，油液經過一位一通電磁閥M和一位一通電磁閥M2進入高度調節缸20，直到H1等於H0，一位一通電磁閥M和一位一通電磁閥M2關閉，輸油泵23停機；如果H1大於H0，說明車身過高，ECU控制一位一通電磁閥M和一位一通電磁閥M2開啟，一位一通電磁閥M1關閉，在車身自重作用下，活塞15相對高度調節缸20向下運動，高度調節缸20內的油液經過M2和一位一通電磁閥M流回儲油缸，直到H1等於H0，一位一通電磁閥M和一位一通電磁閥M2關閉。

綜上所述，該技術方案提供的空氣彈簧及其控制系統，兼有調節剛度和高度兩種功能，可實現無極調節，且剛度和高度的調節間相互獨立，互不影響；使用上述新型連接結構，可保證空氣彈簧的氣密性和連接的可靠性；可達到簡化現有生產工藝，提高生產效率的目的。

所述實施例為本發明的優選的實施方式，但本發明並不限於上述實施方式，在不背離本發明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬於本發明的保護範圍。