專利名稱：汽車抗側(cè)傾主動空氣懸架系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于車輛底盤技術領域，主要涉及空氣懸架系統(tǒng)，通過安裝一個主動控制的執(zhí)行機構，實現(xiàn)車輛抗側(cè)傾的主動控制。
背景技術：
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，在車輛轉(zhuǎn)向的時候也會產(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)明的結構后將大大降低車身的側(cè)傾，提高車輛轉(zhuǎn)向時的行駛性能。
通常采用的被動式空氣懸架系統(tǒng)如圖1所示。本發(fā)明對高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)沒有影響，因此圖中未表示高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的相關部件。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的路面不平度激勵左側(cè)車輪2和右側(cè)車輪3發(fā)生垂直振動，車輪的振動通過下橫臂的傳動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，車身的振動大大降低，因此乘坐舒適性提高。車輛轉(zhuǎn)向行駛時，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)生伸長和壓縮變形，產(chǎn)生相應的反作用力矩，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一個執(zhí)行機構，連通對應兩側(cè)的空氣彈簧，當車輛轉(zhuǎn)向時，根據(jù)離心加速度的大小，主動地改變兩側(cè)的空氣彈簧體積，達到抗側(cè)傾的效果。
為達到此目的，本發(fā)明的主動空氣懸架系統(tǒng)包括兩個空氣彈簧，分別安裝在左右懸架下橫臂和車身之間；執(zhí)行機構，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)行機構的位移，控制三位四通電磁閥的開關和左右切換，進而實現(xiàn)對油缸活塞的控制?？諝鈴椈善鹁彌_和支撐作用，車輛正常行駛時，為乘客提供良好的平順性；執(zhí)行機構連通左右兩側(cè)的空氣彈簧，通過其線性運動同時改變兩側(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?。豢刂葡到y(tǒng)的作用是讓執(zhí)行機構根據(jù)離心加速度的大小適當調(diào)節(jié)執(zhí)行機構的運動行程，從而達到主動控制的目的。
為實現(xiàn)執(zhí)行機構的動作，最直接的方案是采用基本結構的執(zhí)行機構。將一定大小的汽缸和油缸并行安裝，用連接件將兩個活塞桿在兩端剛性連接。油缸作為驅(qū)動元件，汽缸為被動元件。汽缸的兩個氣室分別與兩側(cè)的空氣彈簧連通。油缸的兩個油室通過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；另一端接油泵后進入油箱。為安全起見，油泵的輸出管路通過一個T型管接口，其一端接到三位四通閥，另一端接限壓閥，通過限壓閥后回油箱?？刂葡到y(tǒng)由一個位移傳感器、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，用于測量活塞桿的位移。所測信號送到控制器，經(jīng)控制器處理后的控制信號進入三位四通電磁閥，控制電磁閥的開關和方向切換，這樣即可以完成油缸的停止和左右運動。
執(zhí)行機構在采用基本結構方案的基礎上，可以進行三種改進改變油缸和汽缸的布置方式；或者改變驅(qū)動方式；或者采用整體結構。采用同軸布置方式時，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構長度。因此，若結構空間的長度允許，最好采用同軸布置方式。此時，需改變汽缸的結構或者采用兩個獨立的汽缸；或者采用兩個獨立的氣囊。兩個汽缸或氣囊通過管路分別與兩側(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，執(zhí)行機構的運動具有較高的抗側(cè)傾效果，因為汽缸中不存在滯留體積，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)行機構運動的抗側(cè)傾效果降低。
執(zhí)行機構的驅(qū)動方式也可以改變，如采用機械式傳動結構，即機構中的液壓油缸被機械傳動結構代替，如渦輪蝸桿結構，齒輪齒條結構或螺紋傳動結構。動力驅(qū)動用電機完成。因此，控制系統(tǒng)由位移傳感器、控制器和電機組成，控制器根據(jù)車速、方向盤轉(zhuǎn)角和執(zhí)行結構位移控制電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停止。
執(zhí)行機構可以采用整體結構。采用汽缸的結構中，兩個汽缸連成一體，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，使油缸的兩個油室通過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)行機構位移控制電磁閥的開關和切換，實現(xiàn)執(zhí)行機構的左右運動或停止。在采用氣囊的結構中，兩個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。油缸的活塞桿通過氣囊的內(nèi)部及頂部端蓋與外部液壓管路連通。


通過以下結合附圖的描述，本發(fā)明的特點會更加顯而易見。
圖1所示為一般空氣彈簧安裝在車輛上時的截面示意圖；圖2所示為被動空氣懸架車輛受測向力時空氣彈簧的變形；圖3所示為裝有主動空氣懸架車輛的截面示意圖；圖4所示為基本結構的執(zhí)行機構示意圖；圖5所示為油缸和汽缸同軸布置的執(zhí)行機構示意圖；圖6所示為采用機械式傳動結構的執(zhí)行機構示意圖；圖7所示為油缸和汽缸整體化的執(zhí)行機構示意圖；圖8所示為油缸和氣囊同軸布置的執(zhí)行機構示意圖；圖9所示為采用氣囊和機械式傳動結構的執(zhí)行機構示意圖；圖10所示為油缸和氣囊整體化的執(zhí)行機構示意圖。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細闡述本發(fā)明的實施例。如圖3所示為安裝有本發(fā)明的主動空氣懸架系統(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?？諝鈴椈傻纳隙松w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，左右空氣彈簧的壓力相等，車身沒有側(cè)傾運動。當車輛轉(zhuǎn)向時，車身受到離心力的作用，產(chǎn)生相對于側(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)傾運動。在圖3所示的主動空氣懸架系統(tǒng)條件下，液壓驅(qū)動系統(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。當液壓壓力低于限壓閥壓力時，液壓油流向三位四通閥；當壓力高于限壓閥壓力時，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)控制信號打開，液壓油經(jīng)過三位四通閥進入液壓油缸14，因此，液壓壓力將作用在油缸活塞上，推動油缸活塞向壓力低的一側(cè)運動。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動。汽缸的兩個氣室分別通過空氣管路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入汽缸的另一個氣室，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。為實現(xiàn)執(zhí)行機構按照需要的方向和大小進行運動，對三位四通閥進行控制。控制器21根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角信號17、車速信號18和執(zhí)行結構位移信號19輸出控制信號，經(jīng)控制線路20控制三位四通電磁閥的開關和切換，實現(xiàn)執(zhí)行機構的左右運動或停止。
本發(fā)明在實現(xiàn)執(zhí)行機構的運動時，最直接的方案是采用基本結構的執(zhí)行機構，如圖4所示。油缸體14和汽缸體15固定在車身上，油缸通過油管11與三位四通閥連接，汽缸通過氣管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上的液壓力通過連接件45傳遞給汽缸活塞51，推動氣缸左右氣室內(nèi)空氣的運動。本發(fā)明方案具有結構簡單，制造成本低等優(yōu)點，但結構的運動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)行機構采用油缸和汽缸同軸布置的方式，結構受力更加合理，活塞桿變形的影響可以忽略。如圖5所示，兩個汽缸15安裝在油缸14的兩端，通過氣管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上的力直接通過活塞桿42傳遞到汽缸活塞51上，沒有力矩產(chǎn)生，受力合理。
執(zhí)行機構采用機械式傳動結構，其運動可以用電機來驅(qū)動，如圖6所示。此機械結構是渦輪蝸桿結構，或者是齒輪齒條結構，或者是螺紋螺桿結構。圖6所示為一個螺紋螺桿傳動結構，螺母22的旋轉(zhuǎn)運動，通過螺紋傳動成為螺桿23的直線運動，推動汽缸15的活塞51左右運動。
執(zhí)行結構采用整體化的結構。兩個汽缸合而為一，油缸14安裝在汽缸活塞51內(nèi)部，如圖7所示。活塞51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，油室通過小孔和活塞桿與外部液壓管路連同。汽缸通過氣管16與兩側(cè)空氣彈簧連通。動作時，三位四通閥根據(jù)控制信號打開，液壓油通過活塞桿內(nèi)部和小孔進入油缸油室，油缸活塞41與活塞桿42固定不動，所以推動油缸體14運動，即汽缸活塞51運動，實現(xiàn)推動汽缸空氣運動。
采用氣囊代替汽缸可以降低執(zhí)行機構的摩擦力，如圖8～10所示。氣囊通過氣管16與兩側(cè)的空氣彈簧連通。在圖8所示的執(zhí)行機構中，氣囊活塞51與油缸活塞桿42剛性連接。在圖9所示的執(zhí)行機構中，氣囊活塞51與螺紋螺桿傳動結構的螺桿23剛性連接。在圖10所示的執(zhí)行機構中，氣囊活塞51與油缸體14剛性連接，中空的活塞桿42穿過氣囊活塞51和氣囊頂部端蓋與外部液壓管路連通。
權利要求
1.一種用于車輛的主動空氣懸架系統(tǒng)，包括兩個空氣彈簧，分別安裝在左右懸架下橫臂和車身之間；執(zhí)行機構，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)行機構的位移，控制三位四通電磁閥的開關和左右切換，進而實現(xiàn)對油缸活塞的控制；所述空氣彈簧起緩沖和支撐作用，所述執(zhí)行機構連通左右兩側(cè)的空氣彈簧，通過其線性運動同時改變兩側(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?。凰隹刂葡到y(tǒng)控制執(zhí)行機構根據(jù)離心加速度的大小適當調(diào)節(jié)執(zhí)行機構的運動行程。
2.如權利要求1所述的主動空氣懸架系統(tǒng)，所述汽缸的兩個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)實現(xiàn)油缸的活塞的左右運動以及停止的動作。
3.如權利要求1所述的主動空氣懸架系統(tǒng)，所述執(zhí)行機構采用油缸和汽缸同軸布置的結構兩個汽缸分別布置在油缸左右，油缸和汽缸的活塞桿相對剛性連接；兩個汽缸分別與車身兩側(cè)的空氣彈簧連通。
4.如權利要求2或3所述的主動空氣懸架系統(tǒng)，所述執(zhí)行機構的油缸可以由渦輪蝸桿或者齒輪齒條或者螺紋螺桿傳動代替，兩個汽缸分別與兩側(cè)的空氣彈簧相通；汽缸的活塞桿與渦輪蝸桿傳動中的蝸桿、或者齒輪齒條傳動中的齒條、或者螺紋螺桿傳動中的螺桿剛性連接；傳動結構采用電機驅(qū)動，控制器根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角、車速以及執(zhí)行機構的運動位移來控制電機進行相應的動作。
5.如權利要求3所述的主動空氣懸架系統(tǒng)，所述執(zhí)行機構采用整體結構，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，保證油缸油室通過小孔和活塞桿與外部液壓油管連通。
6.如權利要求3所述的主動空氣懸架系統(tǒng)，所述執(zhí)行機構采用氣囊代替汽缸，兩個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.如權利要求4所述的主動空氣懸架系統(tǒng)，所述的執(zhí)行機構可以采用氣囊代替汽缸，兩個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.如權利要求5所述的主動空氣懸架系統(tǒng)，所述執(zhí)行機構可以采用氣囊代替汽缸，兩個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，安裝有如權利要求1-8所述的主動空氣懸架系統(tǒng)。
全文摘要
一種車輛抗側(cè)傾主動空氣懸架系統(tǒng)，由空氣彈簧、執(zhí)行機構和控制系統(tǒng)組成，兩個空氣彈簧分別安裝在左右懸架下橫臂和車身之間；執(zhí)行機構由汽缸和油缸組成；控制系統(tǒng)根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角、車速和執(zhí)行機構的位移，控制三位四通電磁閥的開關和左右切換，進而實現(xiàn)對油缸活塞的控制?？諝鈴椈善鹁彌_和支撐作用；執(zhí)行機構連通左右兩側(cè)的空氣彈簧，通過其線性運動同時改變兩側(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?。豢刂葡到y(tǒng)控制執(zhí)行機構根據(jù)離心加速度的大小適當調(diào)節(jié)執(zhí)行機構的運動行程，從而達到主動控制的目的。
文檔編號B60G17/052GK1970325SQ200610168119
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月15日 優(yōu)先權日2006年12月15日
發(fā)明者張軍 申請人:張軍