CN113547884A - 一种复合式空气悬架***及汽车 - Google Patents

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冯哲
杨盛生
周志斌
陈运广
周文
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Abstract

本发明属于车辆悬架结构技术领域，具体公开了一种复合式空气悬架***及汽车。其中该复合式空气悬架***包括车架、弹簧悬架、车桥，弹簧悬架包括钢板弹簧、空气弹簧、减振器、前支座、吊耳，以及后支座，钢板弹簧的两端分别通过前支座、吊耳以及后支座与车架连接，车桥设置于钢板弹簧的下侧，空气弹簧设置在钢板弹簧与车架之间，且空气弹簧位于车桥中心线的后方，以减小钢板弹簧的制动纵扭效应；并且空气弹簧承担全部簧上质量，钢板弹簧处于反弓状态，可减小钢板弹簧的变形量，明显降低钢板弹簧的工作应力，减缓钢板弹簧的疲劳损坏，以延长钢板弹簧的工作寿命。

Description

一种复合式空气悬架***及汽车
技术领域
本发明涉及车辆悬架结构技术领域，特别是涉及一种复合式空气悬架及汽车。
背景技术
汽车前悬架结构可以采用钢板弹簧前悬架、多连杆空气悬架、复合式前空气悬架，其中复合式前空气悬架为空气弹簧总成和钢板弹簧组合在一起形成的空气悬架，兼顾钢板弹簧前悬架和多连杆前空气悬架的优点，其侧倾刚度大，转弯侧倾性能好，悬架运动轨迹好，平顺性优。但现有的复合式空气悬架的空气弹簧总成承担部分簧上载荷，钢板弹簧在工作过程中承担剩余的簧上载荷，则钢板弹簧在负载时，钢板弹簧变形大，导致钢板弹簧受到的工作应力过大，钢板弹簧容易疲劳损坏，大大降低钢板弹簧的工作寿命；同时，现有的前空气悬架将空气弹簧布置在车桥的正上方，导致钢板弹簧的制动纵扭效应大。
发明内容
本发明的目的是：提供一种复合式空气悬架***，以解决现有技术中钢板弹簧的制动纵扭效应大，钢板弹簧受到的工作应力大，钢板弹簧容易疲劳损坏，钢板弹簧的工作寿命短的技术问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种复合式空气悬架***，其包括车架、弹簧悬架、车桥，所述弹簧悬架包括钢板弹簧、空气弹簧、减振器、前支座、后支座，以及吊耳，所述钢板弹簧的前端与所述前支座铰接，所述钢板弹簧的后端与所述吊耳铰接，所述吊耳与所述后支座铰接，所述前支座和所述后支座均与所述车架连接；所述空气弹簧位于所述钢板弹簧与所述车架之间，所述空气弹簧的下端设置有用于连接所述钢板弹簧的下支架，所述减振器的下端连接所述下支架，所述减振器和所述空气弹簧的上端均连接所述车架；所述车桥位于所述钢板弹簧的下方，所述车桥通过多个紧固件与所述下支架连接；其中，所述空气弹簧位于所述车桥中心线后方，所述减振器位于所述车桥中心线前方；所述钢板弹簧处于反弓状态。
优选地，所述紧固件为U型螺栓，所述车桥通过所述U型螺栓连接所述下支架的中部，所述减振器的下端铰接所述下支架的前端，所述空气弹簧的下端连接所述下支架的后端。
优选地，所述下支架与所述钢板弹簧的上侧面相抵，所述钢板弹簧的下侧面与所述车桥相抵。
优选地，所述钢板弹簧包括第一片簧、第二片簧，所述第二片簧设置于所述第一片簧的下侧，所述第一片簧的前端与所述前支座铰接，所述第一片簧的后端与所述吊耳铰接，所述车桥与所述第二片簧的下侧面相抵，所述下支架与所述第一片簧的上侧面相抵。
优选地，所述第二片簧的长度小于所述第一片簧的长度，所述第二片簧的前端与所述第一片簧的前端连接。
优选地，所述下支架的中部上侧面设置有用于定位所述U型螺栓的安装凹槽。
优选地，所述下支架的后端设置有托台，所述托台与所述空气弹簧的下端连接。
优选地，所述空气弹簧的上端设置有上支架，所述空气弹簧通过所述上支架连接所述车架。
优选地，所述车架设置有用于检测所述弹簧悬架高度的高度传感器，所述高度传感器电连接有控制器，所述空气弹簧通过气管连接有气源，所述气管设置有电磁阀，所述控制器与所述电磁阀电连接。
本发明第二方面提供一种汽车，其包括上述的复合式空气悬架***。
本发明提供的复合式空气悬架***与具有该复合式空气悬架的汽车，其有益效果为：复合式空气悬架***的弹簧悬架包括钢板弹簧、空气弹簧、减振器、前支座、吊耳，以及后支座，钢板弹簧的两端分别通过前支座、吊耳以及后支座与车架连接，车桥设置于钢板弹簧的下侧，空气弹簧设置在钢板弹簧与车架之间，且空气弹簧位于车桥中心线的后方，可减小钢板弹簧的制动纵扭效应；而且空气弹簧承担全部簧上质量，钢板弹簧处于反弓状态，可减小钢板弹簧的变形量，明显降低钢板弹簧的工作应力，减缓钢板弹簧的疲劳损坏，以延长钢板弹簧的工作寿命。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明第一方面实施例的复合式空悬架***的结构示意图；
图2是图1所示的复合式空悬架***的俯视图；
图3是图1所示的复合式空悬架***的截面结构示意图；
图4是图1所示的钢板弹簧的反弓状态与自由状态的结构示意图。
图中，100、车架；111、高度传感器；200、弹簧悬架；210、钢板弹簧；211、第一片簧；212；第二片簧；220、空气弹簧；221、下支架；222、安装凹槽；223、托台；224、上支架；230、减振器；240、前支座；250、吊耳；260、后支座；300、车桥；400、紧固件。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
请一并参阅图1至图4，现对本发明实施例提供的复合式空气悬架***进行说明。
如图1至图4所示，本发明实施例的复合式空气悬架***包括车架100、弹簧悬架200、车桥300，其中，车架100中部朝向车头的方向为前，反之则后。弹簧悬架200包括钢板弹簧210、空气弹簧220、减振器230、前支座240、吊耳250，以及后支座260，钢板弹簧210的前端与前支座240铰接，钢板弹簧210的后端与吊耳250铰接，吊耳250与后支座260铰接，前支座240和后支座260均与车架100连接；空气弹簧220位于钢板弹簧210与车架100之间，用于支撑钢板弹簧210与车架100，通过调节空气弹簧220的总高度便可以调节整个弹簧悬架200的整体高度。其中，需要说明的是，钢板弹簧210、空气弹簧220、减振器230、前支座240、吊耳250、后支座260形成悬架弹簧组，弹簧悬架200具有两个悬架弹簧组，两个悬架弹簧组分别设置在车架100的左右两侧，车桥300通过两个悬架弹簧组与车架100连接。
如图3所示，空气弹簧220的下端设置有下支架221，下支架221连接在钢板弹簧210上，减振器230的下端连接在下支架221上，减振器230和空气弹簧220的上端均连接在车架100上；车桥300位于钢板弹簧210的下方，车桥300通过多个紧固件400分别与两个下支架221连接，即减振器230、空气弹簧220、钢板弹簧210、车桥300均通过下支架221和紧固件400便可连接，零件集成程度高，结构更加简单，方便安装。
减振器230、空气弹簧220通过下支架221与钢板弹簧210、车桥300安装完毕后，空气弹簧220位于车桥300中心线的后方，减振器230位于车桥300中心线前方，其中空气弹簧220位于钢板弹簧210与车架100之间，则空气弹簧220位于车桥300中心线的后方，空气弹簧220即可承担全部的簧上质量。车桥300中心线为图2中的C线。当汽车制动时，由于空气弹簧220支撑着车桥300中心线后方的钢板弹簧210，则可改善钢板弹簧210的制动纵扭效应。
当空气弹簧220的高度为设计高度时，即当整个悬架***安装完成后，空气弹簧220的总高度达到设计高度，使得悬架***达到标准状态下的高度，此时钢板弹簧210处于反弓状态(如图4实线B处所示状态)，即如图4所示的处于自由状态A的钢板弹簧210的中部弧凹面往下推或处于自由状态A的钢板弹簧210的两端往上拉，使得钢板弹簧210产生弹性形变，钢板弹簧210储能的状态为反弓状态。悬架***的标准状态的高度在整车设计要求时已确定，悬架***的高度通过调节空气弹簧220的总高度来调节，则此处的空气弹簧220的设计高度可使悬架***达到车架100可使用的标准状态。当空气弹簧220与钢板弹簧210安装完毕后，空气弹簧220调整为设计高度，则空气弹簧220将自由状态的钢板弹簧210的凹面往下推，使钢板弹簧210为反弓状态，钢板弹簧210的弧高大于自由状态的弧高，钢板弹簧210与下支架221接触的部分将会受到空气弹簧220的压应力，即此时钢板弹簧210反向承受负荷，则整个空气弹簧220将会承担全部的簧上质量。在车辆行驶的过程中，当路面颠簸，悬架***的高度降低(车桥300靠近车架100)时，则空气弹簧220回缩，空气弹簧220总高度降低，钢板弹簧210的弧高减小，钢板弹簧210将由反弓状态逐渐转为正向承载状态(车桥300对钢板弹簧210施加压力)，使得钢板弹簧210的弧高小于钢板弹簧210自由状态的弧高，从而减小钢板弹簧210的工作应力。
在车辆行驶的过程中，悬架***的主要工作状态为上跳状态(车桥300靠近车架100)，即悬架***的主要工作状态时的高度小于设计高度，此时钢板弹簧210的弧高小于钢板弹簧210自由状态的弧高，减小了钢板弹簧210的形变量，从而减小钢板弹簧210在主要工作状态时的工作应力，减缓钢板弹簧210的疲劳损坏，以延长钢板弹簧210的工作寿命。
本实施例的复合式空气悬架***的弹簧悬架200包括钢板弹簧210、空气弹簧220、减振器230、前支座240、吊耳250，以及后支座260，钢板弹簧210的两端分别通过前支座240、吊耳250以及后支座260与车架100连接，车桥300设置于钢板弹簧210的下侧，空气弹簧220设置在钢板弹簧210与车架100之间，且空气弹簧220位于车桥300中心线的后方，可减小钢板弹簧210的制动纵扭效应；而且空气弹簧220承担全部簧上质量，钢板弹簧210处于反弓状态，可减小钢板弹簧210在车辆行驶过程中的变形量，明显降低钢板弹簧210的工作应力，减缓钢板弹簧210的疲劳损坏，以提高钢板弹簧210的工作寿命。
需要说明的是，空气弹簧220内部具有限位块，以对弹簧悬架200进行上跳限位。
在本发明的优选实施例中，参阅图3，紧固件400为U型螺栓，车桥300通过U型螺栓连接下支架221的中部，减振器230的下端铰接下支架221的前端，空气弹簧220的下端连接下支架221的后端。U型螺栓的两端通过螺母与车桥300连接，U型螺栓的U型槽套入钢板弹簧210、下支架221，以将车桥300压向下支架221，使车桥300、下支架221、钢板弹簧210固定。
在本发明的优选实施例中，参阅图3，下支架221与钢板弹簧210的上侧面相抵，钢板弹簧210的下侧面与车桥300相抵。即下支架221与车桥300将钢板弹簧210夹在中间，利用U型螺栓将下支架221、钢板弹簧210、车桥300固定在一起。下支架221可以避免空气弹簧220直接接触钢板弹簧210，防止钢板弹簧210与空气弹簧220之间产生干涉。
在本发明的优选实施例中，参阅图3，钢板弹簧210包括第一片簧211、第二片簧212，第二片簧212设置于第一片簧211的下侧，第一片簧211的前端与前支座240铰接，第一片簧211的后端与吊耳250铰接，车桥300与第二片簧212的下侧面相抵。即钢板弹簧210由两片钢板弹簧片组合而成，结构简单，重量较小。
在本发明的优选实施例中，参阅图3和图4，第二片簧212的长度小于第一片簧211的长度，第二片簧212的前端与第一片簧211的前端连接。在车辆行驶过程中，若第一片簧211断裂后，第二片簧212连接车桥300和前支座240，可保证车桥300与车架100连接，防止车桥300挣脱车架100，减少事故的发生。第二片簧212的后端位于第一片簧211的中部，车桥300通过U型螺栓和下支架221固定在第二片簧212的后端。由于空气弹簧220设置在下支架221的后端，空气弹簧220可以有效地改善钢板弹簧210在制动时的纵扭效应，因此只第一片簧211的后半段即可满足悬架***的承载需求，则可以明显减小钢板弹簧210的第二片簧212的尺寸，以降低钢板弹簧210的重量。
在本发明的优选实施例中，参阅图3，下支架221的中部上侧面设置有用于定位U型螺栓的安装凹槽222。安装凹槽222为形状与U型螺栓形状相匹配的凹槽，使U型螺栓在安装时快速定位，而且在车辆行驶时，可防止U型螺栓移位，使钢板弹簧210、车桥300、空气弹簧220更好地固定，减少钢板弹簧210、车桥300、空气弹簧220的摩擦。
在本发明的优选实施例中，参阅图3，下支架221的后端设置有托台223，托台223与空气弹簧220的下端连接。托台223的高度高于钢板弹簧210，以使空气弹簧220与钢板弹簧210之间具有安装间隙，以方便工人伸入安装间隙中将下支架221与空气弹簧220连接。
在本发明的优选实施例中，参阅图1，空气弹簧220的上端设置有上支架224，空气弹簧220通过上支架224连接车架100。上支架224用于固定空气弹簧220的上端，方便空气弹簧220固定安装在车架100上，确保空气弹簧220的上端支撑车架100。
在本发明的优选实施例中，参阅图2，车架100设置有用于检测弹簧悬架200高度的高度传感器110，高度传感器110电连接有控制器，空气弹簧220通过尼龙气管连接有压缩气源，尼龙气管设置有电磁阀，控制器与电磁阀电连接。高度传感器110用于检测钢板弹簧210与车架100之间的竖直高度，并将该信号发送给控制器，控制器内储存有弹簧悬架200的设计高度的数值。需要说明的是，电磁阀为三通阀，三通阀的三个阀口分别连通压缩气源、空气弹簧220，以及外部大气。当高度传感器110检测到钢板弹簧210与车架100之间的竖直高度大于弹簧悬架200的设计高度时，控制器便控制电磁阀，打开连通空气弹簧220的阀口、连通外部大气的阀口，关闭连通压缩气源的阀口，使空气弹簧220内的气腔连通外部大气，让空气弹簧220内的气体排出外部大气，缩小空气弹簧220的整体高度，以使钢板弹簧210与车架100之间的竖直高度等于弹簧悬架200的设计高度。同理，当高度传感器110检测到钢板弹簧210与车架100之间的竖直高度小于弹簧悬架200的设计高度时，控制器便控制电磁阀，打开连通空气弹簧220的阀口、连通压缩气源的阀口，关闭连通外部大气的阀口，使空气弹簧220内的气腔连通压缩气源，压缩气源往空气弹簧220内输入压缩空气，使空气弹簧220整体高度增大，以使钢板弹簧210与车架100之间的竖直高度等于弹簧悬架200的设计高度。其中，当钢板弹簧210与车架100之间的竖直高度等于弹簧悬架200的设计高度时，控制器关闭连通压缩气源、连通外部大气的阀口，以防止空气弹簧220泄露或补充压缩空气。
需要说明的是，控制器可以为具有逻辑运算功能的mcu控制芯片，也可以为单片机。高度传感器110为市面上常见的位移传感器。压缩气源可为压缩机等可以产生压缩气体的装置。
本发明还提供一种汽车，其包括如上述的复合式空气悬架***和车身，车身设置在复合式空气悬架***的车架100上。复合式空气悬架***具有弹簧悬架200，弹簧悬架200包括钢板弹簧210、空气弹簧220、减振器230、前支座240、吊耳250，以及后支座260，钢板弹簧210的两端分别通过前支座240、后支座260与车架100连接，车桥300设置于钢板弹簧210的下侧，空气弹簧220通过上支架224、下支架221设置在钢板弹簧210与车架100之间，且空气弹簧220位于车桥300中心线的后方，改善钢板弹簧210的制动纵扭效应；并且空气弹簧220承担全部簧上质量，钢板弹簧210处于反弓状态，可减小钢板弹簧210在车辆行驶过程中的变形量，明显降低钢板弹簧210的工作应力，减缓钢板弹簧210的疲劳损坏，以延长钢板弹簧210的工作寿命，使汽车更耐用。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合式空气悬架***，其特征在于，包括：
车架；
弹簧悬架；所述弹簧悬架包括钢板弹簧、空气弹簧、减振器、前支座、后支座，以及吊耳；所述钢板弹簧的前端与所述前支座铰接，所述钢板弹簧的后端通过所述吊耳与所述后支座铰接，所述前支座和所述后支座均与所述车架连接；所述空气弹簧位于所述钢板弹簧与所述车架之间，所述空气弹簧的下端设置有连接所述钢板弹簧的下支架，所述减振器的下端连接在所述下支架上，所述减振器和所述空气弹簧的上端均连接在所述车架上；
车桥，位于所述钢板弹簧的下方，所述车桥通过多个紧固件与所述下支架连接；
其中，所述空气弹簧位于所述车桥中心线的后方，所述减振器位于所述车桥中心线的前方；所述钢板弹簧处于反弓状态。
2.根据权利要求1所述的复合式空气悬架***，其特征在于：所述紧固件为U型螺栓，所述车桥通过所述U型螺栓连接所述下支架的中部，所述减振器的下端铰接所述下支架的前端，所述空气弹簧的下端连接所述下支架的后端。
3.根据权利要求2所述的复合式空气悬架***，其特征在于：所述下支架与所述钢板弹簧的上侧面相抵，所述钢板弹簧的下侧面与所述车桥相抵。
4.根据权利要求3所述的复合式空气悬架***，其特征在于：所述钢板弹簧包括第一片簧、第二片簧，所述第二片簧设置于所述第一片簧的下侧，所述第一片簧的前端与所述前支座铰接，所述第一片簧的后端与所述吊耳铰接，所述车桥与所述第二片簧的下侧面相抵，所述下支架与所述第一片簧中部的上侧面相抵。
5.根据权利要求4所述的复合式空气悬架***，其特征在于：所述第二片簧的长度小于所述第一片簧的长度，所述第二片簧的前端与所述第一片簧的前端连接。
6.根据权利要求2所述的复合式空气悬架***，其特征在于：所述下支架的中部上侧面设置有用于定位所述U型螺栓的安装凹槽。
7.根据权利要求2所述的复合式空气悬架***，其特征在于：所述下支架的后端设置有托台，所述托台与所述空气弹簧的下端连接。
8.根据权利要求1所述的复合式空气悬架***，其特征在于：所述空气弹簧的上端设置有上支架，所述空气弹簧通过所述上支架连接所述车架。
9.根据权利要求1至8任一项所述的复合式空气悬架***，其特征在于：所述车架设置有用于检测所述弹簧悬架高度的高度传感器，所述高度传感器电连接有控制器，所述空气弹簧通过气管连接有气源，所述气管设置有电磁阀，所述控制器与所述电磁阀电连接。
10.一种汽车，其特征在于：包括权利要求1至9任一项所述的复合式空气悬架***。
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