CN112682451B - 一种阻尼连续可调的油气弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种阻尼连续可调的油气弹簧，包括活塞杆、两端密封的缸筒、控制器总成、位移传感器、蓄能器和溢流阀；缸筒内设有底阀和活塞阀，并将缸筒从上至下依次分为底阀腔、无杆腔和有杆腔；底阀腔和有杆腔通过旁通管连通；旁通管上设有溢流阀；蓄能器位于溢流阀出口与底阀腔进口之间；位移传感器实时获得油气弹簧长度信号，并将信号传递给控制器总成；底阀和活塞阀上均设有单向阀；油液依次在底阀腔、无杆腔、有杆腔、蓄能器之间循环流动；控制器总成根据位移传感器传递的信号调节溢流阀的溢流压力，实现阻尼连续可调。本发明结构集成度高，布置紧凑，控制较简单。装载阻尼连续可调的油气弹簧的半主动悬架车辆具有更好的平顺性。

Description

一种阻尼连续可调的油气弹簧

技术领域

本发明属于机车辆部件技术领域，尤其涉及运输工具的油气弹簧，具体是一种阻尼连续可调的油气弹簧。

背景技术

在重型越野车辆以及特种装备车辆领域，油气弹簧是一种能量密度大、性能优良的车辆悬架的弹性阻尼元件。在车辆行驶过程中，油气弹簧通过蓄能器气体的压缩产生弹性力，通过比例电磁溢流阀等产生阻尼力，能大大缓和地面的冲击，衰减振动，改善车辆的行驶平顺性。具有很好的应用前景。

普通的油气弹簧的阻尼特性是不可变的，装载普通油气弹簧也称为被动悬架车辆。阻尼连续可调的油气弹簧，能在不同的工况下根据控制策略呈现不同的阻尼特性，并且这种阻尼特性是连续可调的、无级的。装载阻尼连续可调油气弹簧的车辆悬架***具有普通被动悬架***不可比拟的性能。

一些特种车辆在装备使用时，对整车姿态这一指标有调整需求。故需要加装车高传感器，以便实现整车姿态调整这一功能。通常此类位移传感器为外置式，精度不高，而且增加了悬架***的布置难度。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种平顺性好、操控性稳定、可调整车高的阻尼连续可调的油气弹簧。

为达到上述目的，本发明设计的阻尼连续可调的油气弹簧，包括活塞杆、两端密封的缸筒，其特征在于：还包括控制器总成、位移传感器、蓄能器和溢流阀；

所述缸筒内设有底阀和活塞阀，并将缸筒从上至下依次分为底阀腔、无杆腔和有杆腔；

所述活塞杆一端连接活塞阀，一端伸出缸筒；

所述底阀腔和有杆腔通过旁通管连通；所述旁通管上设有所述溢流阀；

所述蓄能器位于溢流阀出口与底阀腔进口之间；

所述位移传感器实时获得油气弹簧长度信号，并将信号传递给控制器总成；

所述底阀和活塞阀上均设有单向阀；

油液依次在底阀腔、无杆腔、有杆腔、蓄能器之间循环流动；

所述控制器总成根据位移传感器传递的信号调节溢流阀的溢流压力，实现阻尼连续可调。

当油气弹簧速度过大，为了防止冲击，作为优选方案，所述底阀和活塞阀上均设有卸荷阀；油液能通过卸荷阀从有杆腔向无杆腔流通、从无杆腔向底阀腔流通。

优选的，所述卸荷阀的开启压力大于单向阀的开启压力。

作为优选方案，所述位移传感器包括固定在底阀腔内的传感器本体和磁导环；所述传感器本体一端***磁导环中；所述磁导环安装在活塞杆的轴向孔中。位移传感器内置时，工作环境较好，可以延长使用寿命，且输出信号为油气弹簧长度的绝对值，不需要通过其他手段进行二次计算，精度较高。

优选的，所述溢流阀为比例电磁溢流阀。

优选的，所述蓄能器为隔膜式蓄能器，包括液体部分和气体部分，气体部分通过隔膜密封，液体部分与缸筒内油液相通。

优选的，还包括设在溢流阀出口与底阀腔进口之间、采集油气弹簧内油液的温度信号的温度传感器；所述温度传感器与控制器总成电连接。

优选的，还包括设在溢流阀出口与底阀腔进口之间、采集油气弹簧内油液的压力信号的压力传感器；所述压力传感器与控制器总成电连接。

优选的，还包括控制蓄能器通断的刚性闭锁阀；所述刚性闭锁阀与控制器总成电连接。

本发明的有益效果是：

(1)结构集成度高，布置紧凑。本发明油气弹簧集成了蓄能器、插装式比例电磁溢流阀、温度传感器、压力传感器、内置磁致伸缩位移传感器。上述部件集成化安装后，结构紧凑，安装方便，可靠性高。且均为标准件，便于大批量生产。

(2)油气弹簧的阻尼可以连续调节，性能优越。本发明油气弹簧的阻尼力可以连续调节，通过控制比例电磁溢流阀电流大小便可实现，控制较简单。装载阻尼连续可调的油气弹簧的半主动悬架车辆具有更好的平顺性。

(3)两个单向阀的同向装配，使油液在油缸内单向流动，减少了比例电磁溢流阀的用量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明压缩行程油液流向图

图3是本发明伸张行程油液流向图

图4是本发明油气弹簧弹性力-位移特性

图5是本发明油气弹簧阻尼力-位移特性

图6是本发明一个实施例的局部剖视示意图

图7是图6所示实施例中底阀旋转剖视示意图

图8是图6所示实施例中活塞阀旋转剖视示意图

图9是图6所示实施例中控制器总成局部剖视示意图

图中：1、活塞杆；2、缸筒；2.1、底阀腔；2.2、无杆腔；2.3、有杆腔；3、控制器总成；4、蓄能器；5、比例电磁溢流阀；6、旁通管；7、活塞阀；7.1、卡箍；7.2、圆环箍；7.3、半圆环；7.4、活塞阀体；7.5、活塞卸荷阀盘；7.6、活塞阀板；7.7、活塞单向阀盘；7.8、活塞单向阀座；8、底阀；8.1、位移传感器压板；8.2、底阀卸荷阀座；8.3、底阀卸荷阀盘；8.4、底阀单向阀盘；8.5、底阀单向阀座；9、刚性闭锁阀；10、位移传感器；10.1、传感器本体；10.2、磁导环；11、底阀单向阀；12、活塞单向阀；13、底阀卸荷阀；14、活塞卸荷阀；15、温度传感器；16、压力传感器、17、底阀卸荷通孔；18、底阀单向通孔；19、活塞卸荷通孔；20、活塞单向通孔。

具体实施方式

下面通过图1～图9以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明设计的阻尼连续可调的油气弹簧，包括活塞杆1、两端密封的缸筒2、控制器总成3、位移传感器10、蓄能器4和溢流阀；

所述缸筒2内设有底阀8和活塞阀7，并将缸筒2从上至下依次分为底阀腔2.1、无杆腔2.2和有杆腔2.3；所述活塞杆1一端连接活塞阀7，一端伸出缸筒2；所述底阀8腔2.1和有杆腔2.3通过旁通管6连通；所述旁通管6上设有所述溢流阀；所述蓄能器4位于溢流阀出口与底阀8进口之间；所述位移传感器10实时获得油气弹簧长度信号，并将信号传递给控制器总成3；所述底阀8和活塞阀7上均设有单向阀；油液依次在底阀腔2.1、无杆腔2.2、有杆腔2.3、蓄能器4之间循环流动；所述控制器总成3根据位移传感器10传递的信号调节溢流阀的溢流压力，实现阻尼连续可调。

当油气弹簧速度过大，为了防止冲击，作为优选方案，所述底阀8和活塞阀7上均设有卸荷阀；油液能通过卸荷阀从有杆腔2.3向无杆腔2.2流通、从无杆腔2.2向底阀腔2.1流通。

优选的，所述卸荷阀的开启压力大于单向阀的开启压力。

优选的，所述溢流阀为比例电磁溢流阀5。比例电磁溢流阀5为插装式。

优选的，所述蓄能器4为隔膜式蓄能器4，基于气体的可压缩性来产生弹性力。包括液体部分和气体部分，气体部分通过隔膜密封，液体部分与缸筒2内油液相通。液体部分与油缸内油液相通，因此油液压力升高时，气体被压缩，油液被吸入蓄能器4；压力下降时，气体膨胀，把油液压出蓄能器4。

由活塞杆1和活塞阀7组成的活塞的往复运动，使油液在油气弹簧三个腔体和蓄能器4之间往复流动，蓄能器4气体体积发生变化，产生弹簧力。比例电磁溢流阀5位于缸筒2与蓄能器4之间，通过控制器总成3调节比例电磁溢流阀5的电压从而控制比例电磁阀的溢流压力，能实现阻尼连续可调，是油气弹簧阻尼力的主要来源。

底阀8上的底阀单向阀11和活塞阀7上的活塞单向阀12使得油液在压缩和伸张过程中单向流动，从而实现仅使用一个比例电磁溢流阀5即可以连续改变压缩和伸张行程的双向溢流压力。底阀8上的底阀卸荷阀13和活塞阀7上的活塞卸荷阀14能在油气弹簧在冲击过大时及时卸荷从而起到保护油气弹簧的作用。

油气弹簧在工作时，活塞在缸筒2内做往复运动。由于两个单向阀的设置，缸筒2内的油液只有底阀腔2.1流入无杆腔2.2、无杆腔2.2流入有杆腔2.3两条油路。活塞往上运动即油气弹簧的压缩行程，无杆腔2.2压力增大，无杆腔2.2的油液通过单向阀流入有杆腔2.3，再通过比例电磁阀流入蓄能器4。活塞往下运动即油气弹簧的伸张行程，无杆腔2.2压力减小，底阀腔2.1的油液通过单向阀流入无杆腔2.2，有杆腔2.3的油液通过比例电磁阀流入底阀腔2.1，同时蓄能器4也会补偿部分油液于底阀腔2.1。从油路走向可以看出不管是压缩行程还是伸张行程，油液都会通过比例电磁阀，从而产生连续可调的阻尼力。

如图6至图9所示，示出了本发明的一个实施例。

所述位移传感器10包括固定在底阀腔2.1内的传感器本体10.1和磁导环10.2；所述传感器本体10.1一端***磁导环10.2中；所述磁导环10.2安装在活塞杆1的轴向孔中。位移传感器10内置时，工作环境较好，可以延长使用寿命，且输出信号为油气弹簧长度的绝对值，不需要通过其他手段进行二次计算，精度较高。

本发明设计的阻尼连续可调的油气弹簧还包括温度传感器15、压力传感器16、和刚性闭锁阀9。

所述温度传感器15为插装式，设在溢流阀出口与底阀腔2.1进口之间、采集油气弹簧内油液的温度信号；所述温度传感器15与控制器总成3电连接。

所述压力传感器16为插装式，设在溢流阀出口与底阀腔2.1进口之间、采集油气弹簧内油液的压力信号；所述压力传感器16与控制器总成3电连接。

所述刚性闭锁阀9控制蓄能器4通断，所述刚性闭锁阀9与控制器总成3电连接。

底阀8包括位移传感器压板8.1、底阀卸荷阀盘8.3、底阀卸荷阀座8.2、底阀单向阀盘8.4、底阀单向阀座8.5。位移传感器压板8.1压住传感器本体10.1后用螺栓固定在缸筒2上部；底阀卸荷阀座8.2通过螺栓与位移传感器压板8.1连接；底阀单向阀座8.5通过螺栓与底阀卸荷阀座8.2连接；底阀卸荷阀盘8.3夹在位移传感器压板8.1与底阀卸荷阀座8.2之间，底阀卸荷阀盘8.3上有导向用圆柱销，与位移传感器10上的圆孔配合产生导向作用，并通过弹簧预紧。油气弹簧在压缩行程时，如果速度过大，油液通过底阀卸荷阀座8.2上端的底阀卸荷通孔17顶开底阀卸荷阀盘8.3，使其向上移动，油液可以在此处从无杆腔2.2通往底阀腔2.1，即成为圧缩行程卸荷阀；底阀单向阀盘8.4夹在底阀卸荷阀座8.2与底阀单向阀座8.5之间，通过弹簧预紧。油气弹簧在伸张行程时，油液通过底阀卸荷阀座8.2下端的底阀单向通孔18顶开底阀单向阀盘8.4，使其向下移动，油液可以在此处从底阀腔2.1通往无杆腔2.2，即成为拉伸行程单向阀。在底阀中，卸荷阀弹簧预紧力大刚度大，卸荷阀开启压力大，单向阀弹簧预紧力小刚度小，单向阀开启压力小。

活塞阀7包括卡箍7.1、圆环箍7.2、半圆环7.3、活塞阀体7.4、活塞卸荷阀盘7.5、活塞阀板7.6、活塞单向阀盘7.7、活塞单向阀座7.8。活塞阀体7.4套在活塞杆1上，一端通过半圆环7.3、圆环箍7.2及卡箍7.1轴向固定，另一端通过活塞杆1上的台阶轴向固定；活塞阀板7.6套在活塞阀体7.4上，一端通过活塞阀7上的台阶轴向固定，另一端通过活塞单向阀座7.8压紧轴向固定；活塞单向阀座7.8通过螺纹与活塞阀7连接；活塞卸荷阀盘7.5夹在活塞阀板7.6与活塞阀体7.4之间，活塞卸荷阀14上有导向用圆柱销，与活塞阀体7.4上的圆孔配合产生导向作用，通过弹簧预紧。油气弹簧在拉伸行程时，如果速度过大，油液通过活塞阀板7.6上端的活塞卸荷通孔19顶开活塞卸荷阀盘7.5，使其向上移动，油液可以在此处从有杆腔2.3通往无杆腔2.2，即成为拉伸行程卸荷阀；活塞单向阀盘7.7夹在活塞阀板7.6与活塞单向阀座7.8之间，通过弹簧预紧。油气弹簧在压缩行程时，油液通过活塞阀板7.6下端的活塞单向通孔20顶开活塞单向阀盘7.7，使其向下移动，油液可以在此处从无杆腔2.2通往有杆腔2.3，即成为压缩行程单向阀。在活塞阀7中，卸荷阀弹簧预紧力大刚度大，卸荷阀开启压力大，单向阀弹簧预紧力小刚度小，单向阀开启压力小。

根据底阀8以及活塞阀7的两组单向阀的设计，不管是压缩行程还是伸张行程油液在油缸内保持单向流动。此时，只用使用一个比例电磁溢流阀5即可以实现双向阻尼可调。比例电磁溢流阀5的溢流压力可以根据加载电压进行无级调整，即油气弹簧阻尼力可以无级调整。同时，设置了压缩行程卸荷阀以及伸张行程卸荷阀，能在悬架在受到较大冲击时及时卸荷保护油气弹簧。

经过对本发明实施例的阻尼连续可调油气弹簧进行试验，结果表明：

1、本发明的阻尼连续可调油气弹簧，能产生非线性的弹性力，且压缩量越大，弹性力越大，符合汽车常用的使用环境。弹性力-位移特性曲线如图4所示。

2、本发明的阻尼连续可调油气弹簧，能根据比例电磁阀加载电压，产生无级可调的阻尼。且油气弹簧性能良好，阻尼特性稳定。阻尼力-位移特性曲线如图5所示。

3、本发明的阻尼连续可调油气弹簧，其阻尼连续可调且调整范围达28000N(伸张行程)/18000N(压缩行程)，能匹配半主动悬架控制算法进行半主动油气悬架的开发。

本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种阻尼连续可调的油气弹簧，包括活塞杆、两端密封的缸筒，其特征在于：还包括控制器总成、位移传感器、蓄能器和溢流阀；

所述缸筒内设有底阀和活塞阀，并将缸筒从上至下依次分为底阀腔、无杆腔和有杆腔；

所述活塞杆一端连接活塞阀，一端伸出缸筒；

所述底阀腔和有杆腔通过旁通管连通；所述旁通管上设有所述溢流阀；

所述蓄能器位于溢流阀出口与底阀腔进口之间；

所述位移传感器实时获得油气弹簧长度信号，并将信号传递给控制器总成；

所述底阀和活塞阀上均设有单向阀；

油液依次在底阀腔、无杆腔、有杆腔、蓄能器之间循环流动；

所述控制器总成根据位移传感器传递的信号调节溢流阀的溢流压力，实现阻尼连续可调；

所述底阀上设有卸荷阀，油液能通过上述卸荷阀从无杆腔向底阀腔流通。

2.根据权利要求1所述的阻尼连续可调的油气弹簧，其特征在于：所述活塞阀上也设有卸荷阀；油液能通过上述卸荷阀从有杆腔向无杆腔流通。

3.根据权利要求1或2所述的阻尼连续可调的油气弹簧，其特征在于：所述卸荷阀的开启压力大于单向阀的开启压力。

4.根据权利要求1所述的阻尼连续可调的油气弹簧，其特征在于：所述位移传感器包括固定在底阀腔内的传感器本体和磁导环；所述传感器本体一端***磁导环中；所述磁导环安装在活塞杆的轴向孔中。

5.根据权利要求1所述的阻尼连续可调的油气弹簧，其特征在于：所述溢流阀为比例电磁溢流阀。

6.根据权利要求1所述的阻尼连续可调的油气弹簧，其特征在于：所述蓄能器为隔膜式蓄能器，包括液体部分和气体部分，气体部分通过隔膜密封，液体部分与缸筒内油液相通。

7.根据权利要求1所述的阻尼连续可调的油气弹簧，其特征在于：还包括设在溢流阀出口与底阀腔进口之间、采集油气弹簧内油液的温度信号的温度传感器；所述温度传感器与控制器总成电连接。

8.根据权利要求1所述的阻尼连续可调的油气弹簧，其特征在于：还包括设在溢流阀出口与底阀腔进口之间、采集油气弹簧内油液的压力信号的压力传感器；所述压力传感器与控制器总成电连接。

9.根据权利要求1所述的阻尼连续可调的油气弹簧，其特征在于：还包括控制蓄能器通断的刚性闭锁阀；所述刚性闭锁阀与控制器总成电连接。

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