具有高流量排气机械化的车辆悬架控制系统的制作方法

一种用于控制机动车辆的空气悬架组件的空气管理系统。更具体地，一种包括高流量排气机械化(mechanization)的空气悬架控制系统。

背景技术：

空气悬架组件在现有技术中已知用于包括机动车的各种车辆上。空气悬架组件通常包括多个空气弹簧，每个空气弹簧用于将车身和机动车辆的车轮中的一个互连，用来阻尼车身和车轮之间的相对力并且用来调节机动车辆的高度。在sammut等人的美国专利no.5,465,209中公开了这种空气悬架组件的一个示例。该空气悬架组件包括用于填充空气弹簧的压缩机以及设置在压缩机和空气弹簧之间的由控制器控制以调节从压缩机到空气弹簧的空气流量的多个阀。

当前的空气悬架组件存在几个已知的问题。尤其是，它们通常只能以单一速度降低车辆，并且车辆可能花费相当长的时间来成功降低。另外，当前的空气管理系统可以相对昂贵、笨重并且设计复杂。因此，仍需要对这种空气管理系统的低成本改进。

技术实现要素：

根据本公开的一个方面，提供了一种用于具有车身和多个车轮的车辆的空气管理系统。所述空气管理系统包括用于将该车身和该车轮中的一个互连的至少一个空气弹簧。提供用于填充所述空气弹簧的压缩机。中央空气管线设置在所述空气弹簧和所述压缩机之间并且流体连接至所述空气弹簧和所述压缩机。至少一个弹簧空气管在所述中央空气管线和所述空气弹簧之间延伸。至少一个悬置阀沿所述弹簧空气管线设置，用于选择性地允许和防止空气在所述空气弹簧和所述中央空气管线之间流动。至少一个辅助空气管线在所述弹簧空气管线和所述中央空气管线之间延伸。至少一个高流量排气阀沿所述辅助空气管线设置，用于选择性地允许和防止空气在所述弹簧空气管线和所述中央空气管线之间通过。至少一个隔离止回阀沿所述弹簧空气管线与所述高流量排气阀串联设置。所述隔离止回阀允许空气从所述空气弹簧通过所述隔离止回阀到达所述中央空气管线，同时防止空气从所述中央空气管线通过所述隔离止回阀到达所述空气弹簧。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于操作用于具有车身和多个车轮的车辆的空气管理系统的方法。所述方法包括以下步骤：提供用于将该车身和该车轮中的一个互连的至少一个空气弹簧、用于填充所述空气弹簧的压缩机、设置在所述空气弹簧和所述压缩机之间并且流体连接至所述空气弹簧和所述压缩机的中央空气管线、在所述中央空气管线和所述空气弹簧之间延伸的至少一个弹簧空气管线以及沿所述弹簧空气管线设置并且能够在打开位置和关闭位置之间移动的至少一个悬置阀。当所述悬置阀处于所述打开位置时，所述悬置阀允许空气在所述空气弹簧和所述中央空气管线之间通过，并且当所述悬置阀处于所述关闭位置时，所述悬置阀阻止空气在所述空气弹簧和所述中央空气管线之间流动。所述方法还包括：提供至少一个辅助空气管线，所述辅助空气管线在所述弹簧空气管线和所述中央空气管线之间延伸；并且提供至少一个高流量排气阀，所述高流量排气阀沿所述辅助空气管线设置，能够在打开位置和关闭位置之间移动。当所述高流量排气阀处于所述打开位置时，所述高流量排气阀允许空气在所述弹簧空气管线和所述中央空气管线之间通过，并且当所述高流量排气阀处于所述关闭位置时，所述高流量排气阀阻止空气在所述弹簧空气管线和所述中央空气管线之间通过。所述方法还包括提供至少一个隔离止回阀，所述至少一个隔离止回阀沿所述弹簧空气管线与所述高流量排气阀串联设置。所述隔离止回阀允许空气从所述空气弹簧通过所述隔离止回阀到达所述中央空气管线并且防止空气从所述中央空气管线通过所述隔离止回阀到达所述空气弹簧。所述方法还包括将所述悬置阀定位和所述高流量排气阀定位在它们的打开位置，以允许空气以比空气仅通过所述悬置阀更快的速率从所述空气弹簧通过所述悬置阀和所述高流量排气阀到达所述中央空气管线。

因为存在悬置阀、高流量排气阀以及隔离止回阀，所以题述管理系统的优点在于可以提供两种排气速率：1)较慢选项，允许空气仅从悬置阀流出；以及2)较快选项，允许空气从悬置阀、高流量排气阀以及隔离止回阀流出。此外，悬置阀、高流量排气阀以及隔离止回阀的孔尺寸可以变化以影响空气流量，从而有利地允许调节进气与排气速率。

有利地，题述空气管理系统还设计简单、紧凑并且制造廉价。

附图说明

将容易理解本发明的优点，这是因为通过参考以下结合附图考虑的详细说明，本发明的优点将变得更好理解，其中：

图1是空气管理系统的第一示例性实施方式的示意图，该空气管理系统具有用于每个空气弹簧的一对并联的(parallel)悬置阀；

图2是空气管理系统的第二示例性实施方式的示意图，该空气管理系统具有连接至每个空气弹簧的高流量快速排气阀以及一对止回阀；

图3是高流量快速排气阀以及对应的止回阀的侧视图，该图示出了在压合(pressure-in)情形期间操作的阀；

图4是高流量快速排气阀以及对应的止回阀的侧视图，该图示出了在排气情形期间操作的阀；

图5是其内结合有高流量快速排气阀以及止回阀的歧管块的部分立体图；

图5a是图5的高流量快速排气阀和止回阀的放大视图；

图6是根据本公开的一个方面的集成的电子控制器和气动块的立体图；

图7是其内结合有并联的悬置阀的控制器和气动块的侧视图；

图8是图7的控制器和气动块的俯视图；

图9是其内结合有高流量快速排气阀以及止回阀的控制器和气动块的侧视图；

图10是图9的控制器和气动块的俯视图；以及

图11是空气管理系统的第三示例性实施方式的示意图，该空气管理系统具有用于将空气从第一存储器阀传递至压缩机的一对增压止回阀。

具体实施方式

参照附图，大致示出了用于控制具有车身和车轮的车辆的空气悬架组件的空气管理系统20、120、220。在示例性实施方式中，题述空气管理系统20、120、220被描述为用在具有四个车轮的机动车上，但是应理解，所述空气管理系统可以用在具有任意数量的车轮的其他车辆(包括但不限于摩托车以及全地形(all-terrain)车辆)上。

如在图1、图2和图11中最佳示出的，空气管理系统20、120、220连接至四个空气弹簧22。空气弹簧22中的每一个将车辆的车身和车轮中的一个互连，用于阻尼车辆的车身和车轮之间的相对力并且用于升高和降低车辆至期望高度。

通常，空气管理系统20包括：压缩机24，用于提供用于填充空气弹簧22的加压空气；具有多个阀28、30、31、32、33、34、39、73、75的歧管块26，用于控制空气弹簧22如何被填充和排空；存储器罐38，用于容纳加压空气体积；干燥器40，用于减小空气管理系统20中的空气的水分含量；压力传感器42，用于确定空气弹簧22中的压力；以及电子控制单元44，用于控制空气管理系统20以填充或排空空气弹簧22。空气管理系统20的高度改变能力可以用来执行诸如如下的功能：因负载变化而维持车辆行驶高度；降低车辆速度以提供改进的燃料经济性；降低车辆以允许容易地进入和离开车辆；以及调整车辆的相应侧的高度以补偿车辆的左右(side-to-side)负载变化。

压缩机24限定用于接收进入压缩机24的空气的空气入口46以及用于通过空气入口46抽吸空气的马达48。压缩机24还限定用于将压缩机24与存储器罐38和歧管块26流体连接并且给存储器罐38和歧管块26提供空气的主出口50。此外，压缩机24限定用于释放来自空气管理系统20的空气的第一排气出口52。空气进入/排气阀28设置在第一排气出口52中并且电连接至电子控制单元44，用于选择性地打开和关闭第一排气阀28，以阻止和允许空气通过空气入口46和排气出口52。第二排气阀29也设置在压缩机24中。应理解，附加的排气阀可以设置在题述系统20的其他位置。

歧管块26流体连接空气弹簧22、压缩机24、干燥器40以及存储器罐38。歧管块26限定压缩机入口54。如图6至图10所例示，入口54可以包括盖55，盖55用于在不使用时保护入口54。返回参照图1、图2和图11，基础空气管线56在压缩机主出口50和歧管块26的压缩机入口54之间延伸，用于在歧管块26和压缩机24之间输送空气。此外，中央空气管线63设置在歧管块26内部并且连接至压缩机入口54，使得中央空气管线63流体连接至基础空气管线56。

歧管块26还限定四个悬置端口58，每个悬置端口都流体连接至中央空气管线63。多个弹簧空气管线60中的每一个均在中央空气管线63和空气弹簧22中的一个之间延伸。弹簧空气管线60中的每一个包括：第一部分，其设置在歧管块26内部并且从中央空气管线63延伸到悬置端口58；以及第二部分，其布置在歧管块26外部并且从悬置端口58延伸到空气弹簧22中的一个。歧管块26还包括多个悬置阀30，每个悬置阀30沿弹簧空气管线60中的一个，用于阻止和允许在歧管块26和各个空气弹簧22之间输送空气。悬置阀30中的每一个均与电子控制单元44电连接，用于在打开位置和关闭位置之间选择性地移动。更具体地，每个悬置阀30在处于打开位置时允许在空气弹簧22和中央空气管线63之间的空气的通过(passage)，并且每个悬置阀30在处于关闭位置时阻止在空气弹簧22和中央空气管线63之间的空气的通过。

存储器罐38存储来自压缩机24的用于分配到空气弹簧22的压缩空气。因为存储器罐38中的压缩空气的储能，空气管理系统20能够独立地调节每个车轮的高度并且与在没有存储器罐38的情况下能够升高车辆相比可以更快速地升高车辆。歧管块26限定流体连接至中央空气管线63的存储器端口64。存储器空气管线66从存储器罐38延伸到中央空气管线63，用于在歧管块26和存储器罐38之间输送空气。存储器空气管线66包括位于中央空气管线63和存储器端口64之间在歧管块26内部的内段和设置在歧管块26外部位于存储器端口64和存储器罐38之间的外段。

歧管块26还包括第一存储器阀32和第二存储器阀34，第一存储器阀32和第二存储器阀34中的每一个均沿存储器空气管线66与存储器端口64串联地(in-line)布置在歧管块26内部，用于选择性地阻止和允许在歧管块26和存储器之间输送空气。第一存储器阀32和第二存储器阀34中的每一个均与电子控制单元44电连接，用于选择性地打开和关闭第一存储器阀32和第二存储器阀34。

第一存储器阀32和第二存储器阀34以相互并联的关系定位，从而允许第一存储器阀32和第二存储器阀34中的一个或两个在任何给定时刻关闭。更具体地，存储器空气管线66分成第一分支69和第二分支74并且沿着存储器空气管线66的一部分再接合在一起。第一存储器阀32沿第一分支69设置并且第二存储器阀34沿第二分支74设置。

存储器阀32、34中的每一个都在其中包括供空气通过的孔。第一存储器阀32的孔的尺寸小于第二存储器阀34的孔的尺寸。存储器阀32、34的孔的尺寸可以变化以在存储器罐38和歧管块26之间提供不同流速。因为存在该一对存储器阀32、34，所以通过存储器阀3234输送的空气的三个不同流速是可能的：1)最大流量—当第一存储器阀32和第二存储器阀34打开时；2)第一存储器阀半流量—当第一存储器阀32打开并且另一个关闭时；以及3)第二存储器阀半流量—当第二存储器阀34打开并且另一个关闭时。应当理解，在某些操作条件下，可能需要利用不同的空气流速进入空气弹簧22，从而以更快或更慢的速率填充空气弹簧22。

与题述发明相反，传统的现有技术空气管理系统通常仅包括仅单个存储器阀。该现有技术空气管理系统的阀通常为提升型，并且具有在密封区域存在的弹性元件以防止泄漏。这种现有技术提升阀不是线性型空气阀，并且因此仅完全打开用于最大流量)或完全关闭用于零流量。

增压空气管线83在存储器空气管线66和压缩机24的次级入口81之间延伸。如图1所例示，增压阀39可以沿增压空气管线83设置在歧管块26中，用于选择性地直接连接存储器罐38和压缩机24。增压端口65可以设置成由歧管块26限定，用于将增压空气管线83连接至歧管块26。增压阀39可以电连接至电子控制单元44，用于选择性地打开和关闭增压阀39。应理解，增压阀39可以用来提供压缩机24的启动转矩的减小，而不排空歧管块26。

如图11中示出的实施方式所例示的，第一增压止回阀73可以沿增压空气管线83设置，以允许空气从存储器罐38到达压缩机24，同时防止空气从压缩机24到达存储器罐38。此外，第二增压止回阀75可以沿存储器空气管线66布置在第一存储器阀32和中央空气管线63之间，以允许空气从存储器罐38通过第二增压止回阀75到达中央空气管线63，同时防止空气从中央空气管线63通过第二增压止回阀75到达第一存储器阀32。应理解，第一增压止回阀73和第二增压止回阀75的集成(integration)允许具有更小孔的第一存储器阀32用作增压阀。这允许省去压缩机24中的单独的增压阀，从而节省了与增压阀和相应布线相关联的费用的成本。另外，由于第一增压止回阀73和第二增压止回阀75的简单和紧凑的构造，它们可以容易地装配到歧管块26中。

如图1、图2和图11所例示，干燥器40与压缩机24入口54串联地设置在歧管块26外部。在空气进入存储器罐38和空气弹簧22之前，干燥器40减少通过基础空气管线56输送到歧管块26的空气中的水分。水分对于这种加压系统来说是个常见的问题，因为大气中的水蒸气可能在单元内冷凝并且产生腐蚀以及在寒冷天气条件下冷结部件的问题。干燥器40包括设置在其中的干燥剂，以吸收通过基础空气管线56输送的系统中的多余水分。随着空气通过基础干燥器40远离压缩机24，干燥剂的水分含量增加，并且随着空气通过干燥器40朝向压缩机24，干燥剂的水分含量减小。

压力传感器42设置在歧管块26中，用于测量压缩机24、存储器罐38和/或空气弹簧22中的压力。为了获得空气弹簧22中的每一个或存储器罐的单独读数，排空歧管块26并且然后立即打开用于有关(inquestion)装置的悬置阀30、32、34，使得可以测量与有关装置对应的压力。因此，应当理解，压力传感器42可以用来验证压缩机24、存储器罐38以及悬置阀30、32、34是否正常操作。

干燥器控制阀36与压缩机入口54串联地设置。干燥器控制阀36电连接至中央电子控制单元44，以选择性地打开和关闭干燥器控制阀36。在大部分情况下，干燥器控制阀36保持打开，以允许空气来回流动，流到歧管块26或从歧管块26流出。然而，当需要存储器罐38或空气弹簧22的任意组合的单独压力读数时，干燥器控制阀36与其他空气弹簧22和存储器罐38一起关闭，从而将干燥器容积与歧管块26隔离。由于歧管块26主要由将部件连接起来的小钻孔组成，在干燥器控制阀36关闭的情况下，与歧管块26、干燥器40以及基础空气管线56的容积相比，有非常小的空气体积暴露于压力传感器42。这允许特定装置的压力读数几乎瞬时稳定并具有非常小的空气体积损失，因此使得读数更快更有效。因而，实现干燥器控制阀36改善了获取压力读数的速度和效率。

由于空气干燥器40所需的蒸发效应，典型的空气管理系统需要相对高的排气流量。另外，为了从前到后同等地降低车辆，必须在任何一个给定时刻排空单个车轴。为了提供高排气流量，已认识到，高容量、低成本的提升电磁阀可以用于悬置阀30。然而，这些悬置阀30具有限制空气流量的物理尺寸限制。此外，随着系统压力增加，这变得更有约束性，这是因为阀提升经受的压差需要实现较小的孔座，以减小由较高压力施加的随后的力不平衡。开发更大的阀和线圈是一种选择，然而，与使用已经在大批量连续生产中生产的一些额外的低成本阀相比，对于相对低体积的应用，对工程资源以及装备和加工成本的投入可能可是非常高的。

如图1最佳例示出的，实现高排气流的一种方法是为每个空气弹簧22在并联回路中实现一对提升型悬置阀30。并联的悬置阀30的使用具有如下优点：它们不必具有相等孔尺寸。具体地，具有较小孔尺寸的悬置阀30能够如上所述在较高压力下打开，但是当然具有较小的流量。当悬置阀30并联并且一个悬置阀30比另一个悬置阀具有较小的孔时，具有较小孔的阀可以首先被致动，以实现跨越两个悬挂阀30的压力平衡，这随后允许较大的阀30仅在弹簧载荷下也被打开。

如图1中进一步例示的，对于四轮空气管理系统20，植入并联的悬置阀30包括增加四个悬置阀30，车辆的每个悬架角各增加一个。对于升高和降低车辆都需要高流速的系统来说，这是低成本有效的解决方案。但是，在许多情况下，车辆规格仅仅指定用于降低车辆的较高流速。因此，为所有四个角都实现并联的悬置阀30(其允许在两个方向上都更快地流动)超过了性能规范(specifications)所要求的，并且也增加了气动块26的尺寸和质量。

图2至图6以及图9至图11中给出了替代的解决方案。在该实施方式中，单个、大孔高流量排气阀31可以通过增加两个隔离止回阀33在针对每个空气弹簧22的控制回路中实现。如图3和图4最佳例示出的，这些隔离止回阀33被以这样一种方式配置以在车辆降低时允许通过高流量排气阀31的流动，但在空气弹簧22充气时阻止朝向前方向的流动。换言之，高流量排气阀31和隔离止回阀33提供额外的流动路径以提高驱动桥(trans-axle)排气流。更具体地，设置了辅助空气管线67、75，辅助空气管线67、75在弹簧空气管线60和中央空气管线63之间延伸并且在与悬置阀30朝向空气弹簧22间隔开的点处连接至弹簧空气管线60。高流量排气阀31沿辅助空气管线67、75设置。此外，隔离止回阀33沿弹簧空气管线60与高流量排气阀31串联设置。在示例性实施方式中，辅助空气管线67、75包括：基部67，其连接至中央空气管线63；和一对翼部75，每个翼部从基部67延伸到弹簧空气管线60中的一个。此外，高流量排气阀31沿基部67设置，并且该对隔离止回阀33中的每一个均沿翼部75中的一个设置。

高流量排气阀31能在打开位置和关闭位置之间移动。更具体地，当高流量排气阀31位于打开位置时，高流量排气阀31中的每一个允许空气在弹簧空气管线60和中央空气管线63之间通过，并且在高流量排气阀31位于关闭位置时，高流量排气阀31阻止空气在弹簧空气管线60和中央空气管线63之间通过。

因为存在悬置阀30和高流量排气阀31/隔离止回阀33二者，该构造提供了两种排气速率：1)允许空气仅从悬置阀30流出；2)允许空气从悬置阀30以及高流量排气阀31/止回阀33二者流出。此外，悬置阀30、高流量快速排气阀31和/或隔离止回阀33的孔尺寸可以变化以影响空气流量。因而，可以调节进气与排气的速率。

还应当理解，该构造提供了快速排气，同时保持了干燥器40的完整性。如此，这允许在不损害干燥器40的情况下增加车辆降低速率。此外，该构造使得开放式存储器系统的进气和排气速率以类似于密闭式系统的进气和排气速率(在密闭式系统中，车辆的升高和降低速率大致相等)来运行。此外，该构造提供了改进的排气流量，同时保持车轮到车轮的隔离。

有利的是，给每个车轴分配一个高流量排气阀31(如图2至图6以及图9至图11所示)，这是因为在大多数情况下，跨车轴的左右压力趋于相同或几乎相同。跨每个车轴实现高流动排气阀31的另一个原因是：在降低过程中，经常需要独立地平衡前后降低速率。因而，该构造完全适合于独立的车轴控制。此外，该构造有利地允许由于车轴止回阀设计以及由此产生的泄漏速率而导致的左右角压力平衡。高泄漏速率将使压力快速(大约几秒到几分钟)相等，而低泄漏速率可能需要几天。另外，该构造通过调节更高压力车轴上的快速排气阀31允许同时在两车轴上降低车辆。

因为存在高流量排气阀31和隔离止回阀33，提供了用于提供多种充气和放气模式来提供空气进入和离开空气弹簧22的方法。根据仅具有充气模式的压缩机，增压阀39和存储器阀32、34处于它们的关闭位置并且干燥器控制阀36处于其打开位置。在这种模式下，仅通过压缩机24将空气提供给歧管块26。根据具有增压充气模式的压缩机，增压阀39与干燥器控制阀36一起处于打开位置，而存储器阀32、34处于它们的关闭位置。在这种模式下，空气能够从存储器罐38进入压缩机24的次级入口81，以提供压缩机24的启动转矩的减小，而空气也能够从压缩机24到达歧管块26。根据具有存储器充气模式的压缩机，存储器阀32、34中的一个或两个与干燥器控制阀36一起定位在打开位置，从而允许压缩机24和存储器罐38两者都向歧管块26提供空气。根据具有仅充气模式的存储器，通过关闭干燥器控制阀36，歧管块26与压缩机24隔离，并且存储器阀32、34中的一个或两个处于它们的打开位置，以允许空气仅从存储器罐38进入歧管块26。

根据具有仅放气模式的隔离止回阀，快速排气阀31定位在其关闭位置，从而仅允许空气从空气弹簧22通过悬置阀30放出。根据快速排气放气模式，快速排气阀31与期望的悬置阀30一起被定位它们的打开位置，从而允许空气从空气弹簧22相比仅悬置阀30定位在它们的打开位置更快地排出。

如图5、图5a、图6、图9和图10最佳例示出的，上述部件可以最佳地配置在单个气动歧管块中。因为仅需要使用单个气动歧管块26，所以可以实现额外的成本节省以及鲁棒的制造过程。如图所示，在气动歧管块26的示例性实施方式中，所有端口58、64、65、67都限定在单个前面69上，所有阀30、31、32、33和传感器42都限定在相反的单个后面上。此外，所有孔正交定向，这通过减少固定装置的数量和复杂性而最小化加工和组装成本。此外，在单个面69上具有所有端口58、64、65、67允许用户在装配设施处容易地实现气动连接。另外，在单面上具有所有阀30、31、32、33和传感器42允许实现集成的电子控制器。这是有利的，因为传统单元使用通过复杂的线束(wiringharness)连接起来的单独的阀块和独立的电子控制器。因此，这是另一个领域，其中，通过将题述设计实现成集成的电子控制器和气动块来获得显著的成本节约和质量改进。

另外，题述集成的电子控制器和气动块非常小并且紧凑。图7至图10例示出了与具有并联的悬置阀30的系统(图7和图8)相比，利用包括高流量快速排气阀31和止回阀33的系统(图9和图10)的尺寸节省。更小的尺寸被提供，这是因为省去了两个额外的悬置阀30、额外的ecu硬件以及用于保持额外的悬置阀30的额外的封装空间。除了尺寸节省之外，还提供了成本节省，因为不必使用这些部件。

根据图1和图2例示出的实施方式，填充阀59可以设置在歧管块26上并且流体连接至中央空气管线63，用于根据需要将环境空气吸入歧管块26中。另选地，如图11所例示，填充阀61可以位于存储器罐38上，用于根据需要将环境空气抽吸入存储器罐38中。

显然，根据上述教导，对本发明的许多修改和变型是可能的，并且这些修改和变型可以以与具体描述不同的方式来实施，同时在所附权利要求的范围内。这些在先陈述应该被理解为涵盖本发明新颖性实践其实用性的任何组合。

本专利申请要求2016年3月18日提交的序列号为62/310,544且名称为“vehiclesuspensioncontrolsystemwithtrans-axlehighflowexhaustmechanization”的美国临时专利申请以及2017年2月6日提交的序列号为15/425,022且名称为“vehiclesuspensioncontrolsystemwithhighflowexhaustmechanization”的美国正式专利申请的权益，这两个专利申请的全部公开通过引用合并于此。