专利名称：气垫及电子控制气垫系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气垫，尤其涉及一种气垫悬架系统及电子控制气垫悬架(ECS)系统，其中，当配有气垫的车辆发生侧滑时，车辆的侧滑可得到迅速有效地稳定。
背景技术：
一般而言，车辆的气垫悬架系统用于吸收来自于路面的冲击，从而改善驾驶舒适性、行驶稳定性以及相关的特性。这种气垫悬架系统包括一个安装于大型车辆比如客车的气垫。
由于气垫采用压缩空气式气体弹簧，因而具有良好的驾驶舒适性，因为它具有柔性弹力，可吸收极小的振动，而且通过控制压缩空气的压力，不论负载如何，均可保持驾驶高度。随着车辆趋于高级化，气垫的使用量在迅速增加，比如在休闲车方面。
图1是传统的车用气垫的供气管的配置图，图中，气体弹簧安装于车体(车架)与轴之间，用于吸收车辆运行所产生的振动。
安装于车辆上的气体弹簧3共有六个，包括位于前轮1的一对气体弹簧以及位于各后轮2的前后的一对气体弹簧。这些气体弹簧3通过连接管从气箱5接收压缩空气。平衡阀4在前轮上有一个，在后轮上有二个，它们安装在连接管上，用于调节气体弹簧3内的空气量，从而可控制车辆的运行状态(从倾斜状态恢复到正常状态、以及从俯冲状态恢复到上仰状态)。
当车辆因拐弯而发生侧滑时，车体7便会因离心力而相对拐弯路线迅速向外倾翻，从而发生倾覆现象，如图2所示。该倾覆现象会影响驾驶舒适性及行驶稳定性。为避免发生倾覆现象，从气箱通过平衡阀向倾斜侧的气体弹簧提供压缩空气，气体从气体弹簧的相反侧排出，从而防止车辆过度倾斜。
然而，考虑到气动装置的性能，传统的气垫不能在短时间内迅速响应惰性运动，从而使控制作用不明显。即使在侧滑停止，车辆应恢复到正常运行状态的情况下，也存在着需要大量时间在左右气体弹簧内迅速平衡压力从而在侧向进行平衡的问题，因此，车辆的运动性能便受到影响。
为解决上述问题，考虑在气体弹簧上安装二种气动管路，即，可同时供排空气的气动管路、以及可在恢复控制后平衡左右气体弹簧的压力的气动管路。然而，这种答案会产生气动管路过于复杂并加大气垫成本的问题。
发明内容
本发明旨在解决上述传统技术中的问题。因此，本发明的一个目的在于提供一种气垫，其可以通过调节气体弹簧的压力作用体积，来控制气垫的气体弹簧的弹性率。
本发明的另一目的在于，提供一种电子控制气垫悬架系统，其中，当配有气垫的车辆发生侧滑时，对气体弹簧的弹性率进行控制，从而迅速有效地稳定车辆的运动。
为达到上述目的，本发明的一个方面提供一种气垫，其包括一个气体活塞，其安装于车体与车轴之间，用于吸收在车辆运行中，车轴从路面上接受到的振动或冲击；一个橡胶管，其与气体活塞的上端气密连接，用作气体弹簧；一个端帽，其与橡胶管的上部气密连接；一个体积扩张器，其与橡胶管的内侧相连接，用于扩张气体弹簧的压力作用体积；一个体积控制阀，其用于使橡胶管的内部与体积扩张器之间的连接通、断，从而确定气体弹簧的压力作用体积。
本发明的另一个方面提供一种电子控制气垫悬架系统，包括一个气垫，其配有一个与气体弹簧的压力作用体积相连接的体积扩张器，用于扩张压力作用体积，还配有一个体积控制阀，用于使压力作用体积与体积扩张器之间的连接通、断；一个电子控制装置，用于生成阀门控制信号，其利用基于转向角速度及车辆速度的防倾覆控制逻辑程序；一个气体弹簧体积调节器，其根据阀门控制信号来使体积控制阀通、断，从而通过调节气体弹簧的压力作用体积来控制气体弹簧的弹性率。
根据下列优先实施方式及附图的说明，可以进一步理解本发明的上述及其它目的、特性及长处，其中图1是传统的车用气垫的供气管的配置图；图2表示当车辆转弯时发生倾复的状态；图3是本发明的气垫中的气体弹簧的剖面图；图4是本发明的电子控制气垫悬架系统的配置方框图；图5是本发明的电子控制气垫悬架系统中电子控制单元所输出的阀门控制信号的波形定时图。
具体实施例方式
以下参照附图，来详细说明本发明的优先实施方式。根据优先实施方式说明，可以更好地理解本发明的目的、特性及长处。但是本发明不限于这些实施方式。
图3是本发明的气垫中的气体弹簧的结构剖面图。参见该结构，气体弹簧包括一个缓冲器10，其用作防振及吸振，安装于车体与车轴之间，用于吸收在车辆运行中，车轴从路面上接受到的振动或冲击；一个圆柱形气体活塞11，其在缓冲器10的外侧同心安装；一个橡胶管12，其与气体活塞11的上端气密连接，用作气体弹簧；一个端帽14，其与橡胶管12的上部以及缓冲器10的活塞杆13的上端通过一个接头来气密连接；一个气孔(未图示)，用于从供气装置(未图示)向气体活塞11提供压缩空气；一个体积扩张器16，其与端帽14的外侧相连接，并与橡胶管12的内侧相连接，用于扩张气体弹簧的压力作用体积；一个体积控制阀17，其用于使橡胶管12的内部与体积扩张器16之间的连接通、断，从而确定气体弹簧的压力作用体积。
体积扩张器16扩张气体弹簧的内部压力作用体积，从而可使气体弹簧的自然频率转变为低于螺旋弹簧的自然频率。体积扩张器16附加于端帽14上，从而当安装到狭窄的空间内时，比如安装到车辆发动机室内时，不受其它部件的影响。
在上述结构的气体弹簧中，通过气孔(未图示)在橡胶管12内充注压缩空气，从而在用作气体弹簧的同时，起着振动衰减作用，其中，当活塞杆13根据车辆的运行反复伸缩时，橡胶管12上下运动。
参见图1，气体弹簧的气孔(未图示)通过平衡阀4与作为气源的空气箱5相连接。当车辆的高负荷使橡胶管12压缩时，压缩空气从空气箱5被引入到橡胶管内，从而可使橡胶管12得到恢复。
当车辆因拐弯而发生侧滑时，车体7便会因离心力而相对拐弯路线迅速向外倾翻，从而发生倾覆现象，为防止发生这种现象，在传统方法中，从气箱通过平衡阀4向气体弹簧提供压缩空气，或从气体弹簧排出压缩空气，而在本发明中，打开或关闭体积控制阀17，从而调节气体弹簧的压力作用体积，以此来控制气体弹簧的弹性率。即，在同时关闭体积控制阀17后，可以减小气体弹簧的压力作用体积，从而使倾斜侧的气体弹簧具有较高的弹性率，而在同时打开体积控制阀17后，则可以增大气体弹簧的压力作用体积，从而使相反侧的气体弹簧具有较低的弹性率，这样，便可防止车辆过度倾斜。
采用上述气体气垫悬架的电子控制气垫悬架系统可以具有图4方框图所示的结构。参见该结构，电子控制气垫悬架系统具有垂直加速度传感器21，其连接在车体的车轮上方，用于测量车轮的状态；车速传感器22；转向角速度传感器23；制动传感器24；节气门位置传感器25；电子控制装置(ECS ECU)30；缓冲驱动器41，其用于根据来自电子控制装置30的缓冲力控制信号，来控制安装于车体与车轴之间的缓冲器的缓冲力；供气调节器42，其根据来自电子控制装置30的供气控制信号，从气箱向气体弹簧的橡胶管供应压缩空气，或者使其排出；气体弹簧体积调节器43，其根据来自电子控制装置30的阀门控制信号来使气体弹簧的体积控制阀通、断，从而通过调节气体弹簧的压力作用体积来控制气体弹簧的弹性率。
上述电子控制气垫悬架系统可改善驾驶舒适性及控制稳定性，其方法是，使缓冲驱动器41根据电子控制装置30按照来自传感器21至25的信息所生成的缓冲力控制信号，来实时改变缓冲器10的运动特性。即，缓冲器10是一种连续可调缓冲器，在缓冲器10一侧安装有可调阀，二个缓冲控制阀安装在可调阀体上，用来在扩张/压缩动程中，分别控制缓冲力。
供气调节器42其根据电子控制装置30按照来自传感器21至25的信息所生成的供气控制信号，通过气孔(未图示)向气体弹簧的橡胶管12供应压缩空气，从而在用作气体弹簧的同时，起着振动衰减作用，其中，当活塞杆13根据车辆的运行反复伸缩时，橡胶管12上下运动。此外，当车辆的高负荷使橡胶管12压缩时，压缩空气从空气箱5被引入到橡胶管内，从而可使橡胶管12得到恢复。
电子控制装置30配用控制算法，其用于实施驾驶舒适性控制逻辑及防侧覆控制逻辑。驾驶舒适性控制逻辑采用缆车控制法，利用缓冲器10的扩张调节阀，在车体上升的扩张动程中，将缓冲模式变为硬/软模式，而且在车体下降的压缩动程中，利用压缩调节阀变为软/硬模式，由此通过车体运动的控制来改善驾驶舒适性。防侧覆控制逻辑通过在车辆转向时增加缓冲器10的缓冲力，来抑制车辆的侧覆运动。为了传感来自驾驶者的转向输入，从而控制车辆的瞬间区域，防侧覆逻辑接收来自转向角传感器23的信号，来检测转向角速度，并检测有关转向角速度的侧向加速度变量和侧覆值，并从车辆速度传感器22检测车辆速度，由此控制缓冲器10的缓冲力。
此外，当检测出图2所示的因车辆转向而发生侧向运动时，电子控制装置30采用防侧覆控制逻辑，来输出阀控制信号，用来控制体积控制阀17，从而防止车辆7在离心力的作用下相对转向路线向外径向倾斜，从而发生侧覆。
根据来自电子控制装置30的阀控制信号，弹簧体积调节器43在同时关闭体积控制阀17后，减小气体弹簧的压力作用体积，从而增加倾斜侧的气体弹簧的弹性率，而在同时打开体积控制阀17后，则利用体积扩张器16来增大气体弹簧的压力作用体积，从而降低相反侧的气体弹簧的弹性率，这样，便可防止车辆过度倾斜。
在设定电子控制单元30的阀控制信号的输出阈值时，可以根据车辆速度或其它车辆条件，使阈值中包含变量。在开闭体积控制阀17时，气体弹簧弹性率的控制中止定时的确定方法是将该阈值与稍微低于前一个所用阈值的其它阈值进行比较，由此防止因滞后而引起控制过频。
以下参照图3，来更好地理解电子控制装置30对体积控制阀17的开闭动作。
以下坡试验为例，其中，车辆从按预定的距离设置的障碍物旁通过，采用图5(a)所示的正弦波转向方式。分别对右转向R及左转向L设定上阈值LT2和RT2以及下阈值LT1和RT1。
如图5(b)所示，当从转向角传感器23获得的转向输入值超过左转向上阈值LT2时，前后右轮上的体积控制阀17便关闭。当各体积控制阀17关闭后，气体弹簧的内体积便减小，气体弹簧便被压缩，其压缩量相当于与体积减小相对应的动程量，从而得到大于体积控制阀17上一次开启时的反作用力。即，当体积控制阀17关闭后，气体弹簧的硬度便增加。
如果从转向角传感器23获得的转向输入值低于左转向的上阈值LT2，从而使体积控制阀17再次关闭，则当保持转向输入值或者在上阈值附近波动时，阀门便会过于频繁地被控制。为防止这一现象，便采用左转向下阈值LT1。即，即使转向输入值低于左转向的上阈值LT2，也仍然保持体积控制阀17的关闭状态。在转向输入值低于左转向下阈值LT1之前，不打开已关闭的体积控制阀17。
同样，如果从转向角传感器23获得的转向输入值超过右转向的上阈值RT2，则前后左轮的体积控制阀17便关闭。当各体积控制阀17关闭后，气体弹簧的内体积便减小，气体弹簧便被压缩，其压缩量相当于与体积减小相对应的动程量，从而得到大于体积控制阀17上一次开启时的反作用力。即，当体积控制阀17关闭后，气体弹簧的硬度便增加。
如果从转向角传感器23获得的转向输入值低于右转向的上阈值RT2，从而使体积控制阀17再次关闭，则当保持转向输入值或者在上阈值附近波动时，阀门便会过于频繁地被控制。为防止这一现象，便采用右转向下阈值RT1。即，即使转向输入值低于右转向的上阈值RT2，也仍然保持体积控制阀17的关闭状态。在转向输入值低于右转向下阈值RT1之前，不打开已关闭的体积控制阀17。
以上参照图5并结合示例，对基于从转向角传感器23获得的转向输入值的控制过程进行了说明，从而说明电子控制装置30的控制原理，但显然，也可以采用倾向加速度传感器或其它类型传感器的任何信号。在需要侧覆控制时，本发明基于来自某个装置的输入，来增加气垫的硬度。
尽管结合实施方式对本发明进行了说明，但显然业内人士也可以对其进行各种变更及改动。
上述说明利用了图5(b)，在该实施方式中，在需要侧覆控制时，通过开启或关闭左右轮的任意一个体积控制阀，来增加气垫的硬度。然而，如果只在一侧进行体积控制阀的开闭控制，则会引起车辆的不稳定。因此如图5(c)所示，在需要侧覆控制时，也可以由左右轮的全部体积控制阀来进行开闭控制，从而可增加全部车轮的气垫的硬度，由此来稳定车辆的运动。
权利要求所述的本发明的技术主旨也包括经过改动的实施方式。
如上所述，本发明利用快速响应阀，通过调节气体弹簧的压力作用体积来控制气体弹簧的弹性率。本发明的长处在于，当配有气垫的车辆发生侧滑时，气体弹簧的弹性率便得到控制，从而迅速有效地稳定车辆的运动。
权利要求
1.一种气垫，其特征在于，包括一个气体活塞，其安装于车体与车轴之间，用于吸收在车辆运行中车轴从路面上接受到的振动或冲击；一个橡胶管，其与气体活塞的上端气密连接，用作气体弹簧；一个端帽，其与橡胶管的上部气密连接；一个体积扩张器，其与橡胶管的内侧相连接，用于扩张气体弹簧的压力作用体积；一个体积控制阀，其用于使橡胶管的内部与体积扩张器之间的连接通、断，从而确定气体弹簧的压力作用体积。
2.根据权利要求1所述的气垫，其特征在于，该体积扩张器安装于端帽的外侧。
3.一种电子控制气垫悬架系统，其特征在于，包括一个气垫，其配有一个与气体弹簧的压力作用体积相连接的体积扩张器，用于扩张压力作用体积，还配有一个体积控制阀，用于使压力作用体积与体积扩张器之间的连接通、断；一个电子控制装置，用于生成阀门控制信号，其利用基于转向角速度及车辆速度的防倾覆控制逻辑程序；一个气体弹簧体积调节器，其根据阀门控制信号来使体积控制阀通、断，从而通过调节气体弹簧的压力作用体积来控制气体弹簧的弹性率。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，用于由电子控制装置来输出阀控制信号的阈值中包括基于车辆速度或其它车辆条件的变量值。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，该电子控制装置对气体弹簧弹性率的控制中止定时的确定方法是将该阈值与稍微低于前一个所用阈值的其它阈值进行比较。
全文摘要
本发明涉及一种气垫及一种电子控制气垫悬架系统。气垫包括一个气体活塞，其安装于车体与车轴之间，用于吸收在车辆运行中车轴从路面上接受到的振动或冲击；一个橡胶管，其与气体活塞的上端气密连接，用作气体弹簧；一个端帽，其与橡胶管的上部气密连接；一个体积扩张器，其与橡胶管的内侧相连接，用于扩张气体弹簧的压力作用体积；一个体积控制阀，其用于使橡胶管的内部与体积扩张器之间的连接通、断，从而确定气体弹簧的压力作用体积。本发明的长处在于，当配有气垫的车辆发生侧滑时，气体弹簧的弹性率便得到控制，从而迅速有效地稳定车辆的运动。
文档编号B60G17/04GK1778584SQ20051012482
公开日2006年5月31日 申请日期2005年11月21日 优先权日2004年11月22日
发明者金钟宪 申请人:万都株式会社