一种刚度和车身高度可调的空气弹簧的制作方法

本发明涉及一种车用空气弹簧，具体涉及到一种刚度和车身高度可调的空气弹簧。

背景技术：

空气弹簧是一种弹性吸振元件，它的弹性主要由橡胶气囊内部高压气体的反力提供，主要由上盖板、气囊、下盖板等部件构成。空气弹簧凭借其减震效果好、刚度易调节、非线性特性、使用寿命长、可有效减轻车身重量等优势，在大型客车、高档轿车以及重型卡车上得到了广泛应用。

可以通过对气囊的充放气，来调节弹簧刚度和车身的高度，当通过恶劣的路面时，提升车身高度，以提高车辆的通过性；而当在较为平顺的路面行驶时，可以降低车身高度，以获得良好的操纵稳定性。当车辆的左右两侧的载荷不均衡时，也可通过对气囊的充放气，来保证整车姿态的水平。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种刚度和车身高度可调的空气弹簧，一方面在不改变空气弹簧刚度的前提下来调节车身高度，另一方面在调节车身高度的同时，调节空气弹簧刚度。

本发明是通过如下技术方案得以实现的：

一种刚度和车身高度可调的空气弹簧，包括空气弹簧总成、刚度与高度调节系统；

所述空气弹簧总成包括上盖板、外扣环、内扣环、中心环、气囊和下盖板；所述上盖板下端面的中心固定设置有内扣环；所述内扣环为圆环结构；沿内扣环的外环侧且在上盖板下端面上固定设置有数个外扣环；所述下盖板下端面的中心固定设置有内扣环；沿内扣环的外环侧且在下盖板下端面上固定设置有数个外扣环；所述气囊上端置于上盖板、内扣环和外扣环之间，并通过中心环卡紧；所述气囊下端置于下盖板、内扣环和外扣环之间，并通过中心环卡紧；所述中心环内置于内扣环和外扣环之间；所述中心环为中空的圆台结构；

所述刚度与高度调节系统包括刚度调节缸、高度调节缸、活塞、活塞杆和密封件；所述刚度调节缸为倒U形结构；所述刚度调节缸的密闭端置于气囊内；所述刚度调节缸侧壁与下盖板中心开设的孔配合，并通过密封件密封；所述刚度调节缸内置有高度调节缸，且高度调节缸外侧壁和刚度调节缸内侧壁填料密封；

所述高度调节缸一端为开口端，另一端为密封端，且高度调节缸密封端直径大于刚度调节缸的直径；所述高度调节缸开口端置于刚度调节缸内；所述高度调节缸密封端中心处开设有孔A；所述高度调节缸内置有活塞；所述活塞与活塞杆相连接；所述活塞杆带动活塞沿高度调节缸侧壁上下移动；

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调节缸的密封端；所述活塞杆为中空结构；所述活塞杆伸出高度调节缸端与软油管相连接；所述第一软油管上连接有电磁阀M1；所述第一软油管与第二软油管并联；所述第一软油管与第二软油管的输入端与软油管输出端相连接；所述第一软油管上连接有电磁阀M1；所述第二软油管上连接有电磁阀M2；所述软油管上连接有电磁阀M；所述第二软油管输出端与所述高度调节缸密封端上开设的孔配合；所述软油管输入端与油泵连接；所述电磁阀M、电磁阀M1、电磁阀M2和输油泵均与ECU相连接；

所述活塞杆与第一软油管连接处设置有反射板式光电传感器；所述反射板式光电传感器一端与ECU连接；所述上盖板设置有压力传感器。

进一步的，所述压力传感器置于上盖板上开设的孔内，并通过导线a与连接ECU的导线b相连接。

进一步的，所述活塞与高度调节缸之间填料密封。

进一步的，所述电磁阀M、电磁阀M1、电磁阀M2均为一位一通电磁阀。

进一步的，所述外扣环结构为L形。

进一步的，所述外扣环外设置有环形卡箍。

进一步的，所述中心环楔形坡度为α，环形卡箍楔形坡度为β；所述环形卡箍楔形坡度β大于中心环楔形坡度为α。

进一步的，所述中心环内外表面均呈凹凸结构或者螺纹结构。

进一步的，所述中心环高度为H，内扣环的高度h₁应不小于0.5H，h₁取(0.5～0.6)H；外扣环的高度h₂应不大于H，h₂取(0.8～0.9)H。

本技术方案的优点在于：

(1)该空气弹簧及其刚度与高度调节系统，为用户提供了多种工作模式，且刚度和车身高度的调节间相互独立，互不影响；

(2)利用中心环外表面和气囊接口处内表面两个楔形面的配合，连接气囊与上下盖板，而且冲击越强，压紧力越大，很好地保证了空气弹簧的气密性和连接的可靠性；

(3)通过中心环、盖板、内外扣环的配合，使得气囊与盖板的连接更紧密，与传统的空气弹簧连接方式相比，气密性更可靠；

(4)制作过程不需对气囊两端断面进行卷边处理，而且不需使用钢丝圈加固，可简化生产工艺，降低成本。

附图说明

图1是该空气弹簧装配图；

图2是上盖板总成三维图；

图3是中心环结构示意图；

图4是气囊与盖板连接部分受力分析图；

图5是空气弹簧调节系统工作流程图。

附图标记如下：

1-气囊；2-环形卡箍；3-上盖板；4-外扣环；5-内扣环；6-压力传感器；7-导线；8-气嘴；9-橡胶密封圈；10-连接螺栓；11-垫圈；12-中心环；13-下盖板；14-密封件；15-活塞杆；16-第一软油管；17-软油管；18-反射板式光电传感器；19-第二软油管；20-高度调节缸；21-活塞；22-刚度调节缸；23-输油泵。

具体实施方式

为对本发明做进一步的理解，现结合附图说明：

一种刚度和车身高度可调的空气弹簧，包括空气弹簧总成、刚度与高度调节系统；

所述空气弹簧总成包括上盖板3、外扣环4、内扣环5、中心环12、气囊1和下盖板13；所述上盖板3下端面的中心固定设置有内扣环5；所述内扣环5为圆环结构；沿内扣环5的外环侧且在上盖板3下端面上固定设置有数个外扣环4；所述下盖板13下端面的中心固定设置有内扣环5；沿内扣环5的外环侧且在下盖板13下端面上固定设置有数个外扣环4；所述气囊1上端置于上盖板3、内扣环5和外扣环4之间，并通过中心环12卡紧；所述气囊1下端置于下盖板12、内扣环5和外扣环4之间，并通过中心环12卡紧；所述中心环12内置于内扣环5和外扣环4之间；所述中心环12为中空的圆台结构；

所述刚度与高度调节系统包括刚度调节缸22、高度调节缸20、活塞21、活塞杆15和密封件14；所述刚度调节缸22为倒U形结构；所述刚度调节缸22的密闭端置于气囊1内；所述刚度调节缸22侧壁与下盖板13中心开设的孔配合，并通过密封件14密封；所述刚度调节缸22内置有高度调节缸20，且高度调节缸20外侧壁和刚度调节缸22内侧壁填料密封；

所述高度调节缸20一端为开口端，另一端为密封端，且高度调节缸20密封端直径大于刚度调节缸22的直径；所述高度调节缸20开口端置于刚度调节缸22内；所述高度调节缸20密封端中心处开设有孔A；所述高度调节缸20内置有活塞21；所述活塞21与活塞杆15相连接；所述活塞杆15带动活塞21沿高度调节缸20侧壁上下移动；

所述活塞杆15一端延伸出活塞21；所述活塞杆15另一端延伸出高度调节缸20的密封端；所述活塞杆21为中空结构；所述活塞杆21伸出高度调节缸20端与软油管16相连接；所述第一软油管16上连接有电磁阀M1；所述第一软油管16与第二软油管19并联；所述第一软油管16与第二软油管19的输入端与软油管17输出端相连接；所述第一软油管16上连接有电磁阀M1；所述第二软油管19上连接有电磁阀M2；所述软油管17上连接有电磁阀M；所述第二软油管19输出端与所述高度调节缸20密封端上开设的孔配合；所述软油管17输入端与油泵连接；所述电磁阀M、电磁阀M1、电磁阀M2和输油泵23均与ECU相连接；

其中，所述活塞杆21与第一软油管16连接处设置有反射板式光电传感器18；所述反射板式光电传感器18一端与ECU连接；所述上盖板3设置有压力传感器6。所述压力传感器6置于上盖板3上开设的孔内，并通过导线a与连接ECU的导线b相连接。所述活塞21与高度调节缸20之间填料密封。所述电磁阀M、电磁阀M1、电磁阀M2均为一位一通电磁阀。所述外扣环4结构为L形。所述外扣环4外设置有环形卡箍2。所述中心环12楔形坡度为α，环形卡箍2楔形坡度为β；所述环形卡箍2楔形坡度β大于中心环12楔形坡度为α。所述中心环12内外表面均呈凹凸结构或者螺纹结构。所述中心环12高度为H，内扣环5的高度h₁应不小于0.5H，h₁取(0.5～0.6)H；外扣环4的高度h₂应不大于H，h₂取(0.8～0.9)H。

如图1所示，下盖板13中心处留有直径为D₁的圆孔，在圆孔上加装密封件14后装入外径为D₂的刚度调节缸22，孔径D₁的选取由下盖板13的外径和空气弹簧容积决定，刚度调节缸22的长度由空气弹簧高度决定；必要时可通过增大孔径D₁和刚度调节缸22的长度来增大刚度的调节范围。高度调节缸20通过密封圈与刚度调节缸22相接，密封圈镶嵌在高度调节缸20上，高度调节缸20下部与车体固定连接。活塞21与活塞杆15相连，活塞杆15为中空杆，既是活塞21的支撑杆，也是刚度调节缸22的供油管，活塞杆15下端伸出高度调节缸20，与软油管16相连。

如图1～3所示，一种刚度和车身高度可调空气弹簧，包括空气弹簧总成、刚度与高度调节系统。空气弹簧总成包括气囊1、上盖板3、气嘴8、连接螺栓10、中心环12、环形卡箍2、下盖板13等部件。如图2所示，上盖板3为盘型结构，可采用压铸工艺加工；外扣环4为一组上宽下窄的L型钢材，可采用冲压工艺生产，按圆周排列布置，采用焊接工艺连接，在具体实施过程中，安装个数必须保证在装配后不出现较大空隙，以保证空气弹簧气密性；需要特别说明的是，在进行装配前需要对焊点进行打磨，以防止尖锐部位刺破气囊1；如图2：安装前外扣环4张开，安装后在环形卡箍2的约束下变形收紧；在上盖板3圆心位置钻孔安装气嘴8；在气嘴附近位置安装一个PTS403型压力传感器6；在靠近上盖板3外缘适当位置安装连接螺栓10，相邻两螺栓间夹角为120°。中心环12高度为H，为保证气密性，内扣环5高度h₁不小于0.5H，具体实施时取(0.5～0.6)H；外扣环4高度h₂不大于H，具体实施时取(0.8～0.9)H，外部夹紧装置为环形卡箍2。中心环12与气囊1接触的部分，表面加工成细微凹凸状或浅螺纹状，增大气囊1与中心环12的接触面积，以提高空气弹簧气密性。

如图4所示，中心环12外表面呈楔形，楔形的坡度为α，气囊1连接部分内表面呈楔形，楔形的坡度为β；由公式：tanθ＝F/N＝fN/N＝f，楔形面摩擦角θ的正切等于静摩擦系数，橡胶与45钢在无润滑条件下静摩擦系数为0.15，θ为8.5°，根据连接效果与加工难易程度，中心环12楔形面坡度α取8°；为保证连接效果，β应大于α，由计算结果，取β＝α+k，k＝1°。本发明中心环12和气囊1在水平方向上受到的约束力F₁＝F₂，相互抵消；在竖直方向上F₃＝F₄，但两个力不在同一直线上，合成后形成一个逆时针方向的旋转力矩M，旋转力矩的表现形式为将环形卡箍2向中心环12径向压紧；在行驶过程中，当车辆因路况差而产生剧烈震动时，会导致空气弹簧被急剧压缩，气囊1会受到一个瞬时冲击载荷，力F₄值增大，M值增大，环形卡箍2与中心环12会被压缩的更为紧密，因此能够很好地保障空气弹簧在复杂路况下连接的可靠性。

工作过程：

压力传感器6用来检测空气弹簧的刚度，反射板式光电传感器18用来检测空气弹簧高度，反射板式光电传感器18内部有发射器和接收器。

当驾驶员设定空气弹簧刚度为P₀时，压力传感器6开始工作，将检测到的物理信号转换为电信号，传送到电子控制单元(ECU)，运算得到空气弹簧刚度为P₁。如果P₁小于P₀，说明空气弹簧刚度较低，ECU控制一位一通电磁阀M和一位一通电磁阀M1开启，一位一通电磁阀M2关闭，液压泵开机供油，油液经过一位一通电磁阀M、一位一通电磁阀M1和活塞杆15进入刚度调节缸22，直到P₁等于P₀，一位一通电磁阀M和一位一通电磁阀M1关闭，液压泵停机；如果P₁大于P₀，说明空气弹簧刚度过高，ECU控制一位一通电磁阀M和一位一通电磁阀M1开启，一位一通电磁阀M2关闭，在车身自重作用下，刚度调节缸22向下运动，刚度调节缸22内的油液经过M1和一位一通电磁阀M流回储油缸，直到P₁等于P₀，一位一通电磁阀M和一位一通电磁阀M1关闭。

当驾驶员设定空气弹簧高度为H₀时，反射板式光电传感器18开始工作，发射器发出红外线，被接收器接收转换为电信号，传送到电子控制单元(ECU)，运算得到空气弹簧高度为H₁。如果H₁小于H₀，说明车身过低，ECU控制一位一通电磁阀M和一位一通电磁阀M2开启，一位一通电磁阀M1关闭，输油泵23开机供油，油液经过一位一通电磁阀M和一位一通电磁阀M2进入高度调节缸20，直到H₁等于H₀，一位一通电磁阀M和一位一通电磁阀M2关闭，输油泵23停机；如果H₁大于H₀，说明车身过高，ECU控制一位一通电磁阀M和一位一通电磁阀M2开启，一位一通电磁阀M1关闭，在车身自重作用下，活塞15相对高度调节缸20向下运动，高度调节缸20内的油液经过M2和一位一通电磁阀M流回储油缸，直到H₁等于H₀，一位一通电磁阀M和一位一通电磁阀M2关闭。

综上所述，该技术方案提供的空气弹簧及其控制系统，兼有调节刚度和高度两种功能，可实现无极调节，且刚度和高度的调节间相互独立，互不影响；使用上述新型连接结构，可保证空气弹簧的气密性和连接的可靠性；可达到简化现有生产工艺，提高生产效率的目的。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。