空气悬架系统、空气悬架系统的工作方法和汽车与流程

本发明涉及汽车悬架技术领域，具体地说，是涉及一种空气悬架系统、空气悬架系统的工作方法和汽车。

背景技术：

空气悬架系统是保证车辆行驶平顺性、操纵稳定性等性能的重要装置。空气悬架系统的核心部件是空气弹簧。在ecu(电子控制器)的控制下，空气弹簧内部压缩气体的气压能够随载荷和道路条件变化而进行调节，在无论满载、空载还是其他簧载质量下，整车高度都不会有太大的变化，从而显著提高乘坐舒适性。

空气弹簧是一种利用密封在橡胶气囊内部的压缩空气的反力作为弹性恢复力的一种弹性元件。其工作原理为：气囊内充入压缩空气，形成一个压缩空气柱，当振动载荷增加时，空气弹簧的高度降低，有效容积减小，气囊内空气柱的有效面积变大，刚度变大，因此空气弹簧的承载能力上升；当振动载荷减小时，空气弹簧的高度升高，有效容积增大，气囊内空气柱的有效面积减小，刚度减小，因此空气弹簧的承载能力下降。因此，在有效的行程内，空气弹簧的高度、有效容积和承载能力随着振动载荷的增减发生了平稳的柔性传递。

然而，舒适性和驾驶稳定性是一对矛盾体。从提高汽车舒适性的角度出发，一般希望悬架的空气弹簧能比较软，可充分发挥其缓冲作用，但这样势必导致车身在行驶过程中的位移变大，于是需要相应地提高车身高度，这又会随之增加车身的重心高度，不利于改善行驶稳定性。另一方面，为提高汽车的操纵稳定性，一般要求悬架具有较大的弹簧刚度和减震器阻尼，这显然与改善舒适性的要求相矛盾。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种实现高度和刚度解耦调节的空气悬架系统。

本发明的第二目的是提供一种上述空气悬架系统的工作方法。

本发明的第三目的是提供一种具有上述空气悬架系统的汽车。

本发明的第四目的是提供另一种具有上述空气悬架系统的汽车。

为实现上述第一目的，本发明提供一种空气悬架系统，汽车的车桥通过空气悬架系统与车架连接，空气悬架系统包括相互平行设置的第一空气弹簧和第二空气弹簧，第一空气弹簧和第二空气弹簧均连接在车架和车桥之间，空气悬架系统还包括高度固定装置，高度固定装置的两端分别与车架和车桥连接，高度固定装置的延伸方向平行于第一空气弹簧的伸缩方向，高度固定装置可沿第一空气弹簧的伸缩方向伸缩.

一个优选的方案是，第一空气弹簧和第二空气弹簧承载相同载荷时，第一空气弹簧的刚度大于第二空气弹簧的刚度。

进一步的方案是，第一空气弹簧与第二空气弹簧的结构相同，第一空气弹簧的工作容积大于第二空气弹簧的工作容积。

一个优选的方案是，高度固定装置与第一空气弹簧之间的最小距离大于高度固定装置与第二空气弹簧之间的最小距离。

一个优选的方案是，空气悬架系统具有连通气口，第一空气弹簧通过第一高度调节电磁阀与连通气口连接，第二空气弹簧通过第二高度调节电磁阀与连通气口连接。

一个优选的方案是，高度固定装置包括固定杆和锁紧机构，固定杆的延伸方向平行于第一空气弹簧的伸缩方向，固定杆的第一端与车架固定连接，固定杆的第二端通过锁紧机构与车桥连接，锁紧机构调节固定杆在车架和车桥之间的长度。

进一步的方案是，锁紧机构安装在车桥上并位于车架与车桥之间。

一个优选的方案是，锁紧机构与继电器开关电连接。

一个优选的方案是，高度固定装置设置在第二空气弹簧远离第一空气弹簧的一侧。

一个优选的方案是，高度固定装置设置在第二空气弹簧靠近第一空气弹簧的一侧。

一个优选的方案是，高度固定装置的数量为两个以上，多个高度固定装置布置在第二空气弹簧的周侧。

进一步的方案是，第二空气弹簧靠近第一空气弹簧的一侧和第二空气弹簧远离第一空气弹簧的一侧分别设置至少一个高度固定装置。

为实现上述第二目的，本发明提供一种上述空气悬架系统的工作方法，包括高度调节步骤和刚度调节步骤，刚度调节步骤位于高度调节步骤之后；其中高度调节步骤包括高度固定装置处于高度可调节状态，同时对第一空气弹簧和第二空气弹簧进行充气，或者同时对第一空气弹簧和第二空气弹簧进行放气，高度固定装置位于车架和车桥之间的长度与第一空气弹簧的长度、第二空气弹簧的长度保持一致；第一空气弹簧充气或放气结束，高度固定装置处于高度固定状态。刚度调节步骤包括对第二空气弹簧进行充气或放气。

为实现上述第三目的，本发明提供一种汽车，该汽车包括车桥、车桥和上述的空气悬架系统。

一个优选的方案是，车架与车桥平行设置，第一空气弹簧、第二空气弹簧和高度固定装置均垂直于车架，第一空气弹簧的两端分别与车架和车桥固定连接，第二空气弹簧的两端分别与车架和车桥固定连接。

为实现上述第四目的，本发明提供另一种汽车，该汽车包括车架、车桥和上述的空气悬架系统。

进一步的方案是，车桥上开设有导向孔，导向孔的延伸方向平行于固定杆的延伸方向，固定杆的第二端穿设在导向孔中，固定杆的第二端可沿着导向孔的延伸方向移动。

本发明的有益效果是，空气悬架系统包括工作容积较大的第一空气弹簧和工作容积较小的第二空气弹簧，通过两个高度调节电磁阀分别控制第一空气弹簧和第二空气弹簧的充放气过程。当汽车要调节车身高度时，同时对第一空气弹簧和第二空气弹簧充气或者同时对第一空气弹簧和第二空气弹簧放气，同时高度固定装置处于高度可调节状态，高度固定装置位于车架和车桥之间的长度与第一空气弹簧的长度、第二空气弹簧的长度始终保持一致。当车架与车桥之间的距离达到预设值后，停止对第一空气弹簧充气或者放气，同时高度固定装置处于高度固定状态。接着，对第二空气弹簧进行充气或放气，进一步改变空气悬架系统的刚度。在刚度调节的步骤中，高度固定装置的设置可防止第二空气弹簧对车架与车桥之间距离的影响。从而实现高度和刚度解耦调节，使空气悬架系统在高度不变的前提下改变刚度，实现了同时提升驾驶稳定性和舒适性的目的。

附图说明

图1是本发明空气悬架系统实施例的结构示意图。

图2是本发明空气悬架系统实施例的气路图。

图3是本发明空气悬架系统实施例的控制原理图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，汽车包括车架11、车桥12、车轮13、空气悬架系统和空气悬架控制系统，车桥12包括前桥和后桥，车轮13的数量为四个，两个车轮13分别安装在前桥的两端，另外两个车轮13分别安装在后桥的两端，车桥12通过空气悬架系统与车架11连接。在其他实施例中，车轮13的数量也可以为六个或者八个等，车轮13均安装在车桥12的两端。

空气悬架系统包括四组调节组件，四组调节组件分别靠近四个车轮13设置。每组调节组件包括相互平行设置的一个高度固定装置3、一个第一空气弹簧4和一个第二空气弹簧5，第一空气弹簧4、第二空气弹簧5和高度固定装置3均连接在车架和车桥之间，且当第一空气弹簧4和第二空气弹簧5承载相同的载荷时，第一空气弹簧4的刚度大于第二空气弹簧5的刚度。本发明主要通过第一空气弹簧4来调节空气悬架系统的高度，通过调节第二空气弹簧5来进一步调节空气悬架系统的刚度。本实施例中第一空气弹簧4和第二空气弹簧5的结构相同，且第一空气弹簧4的工作容积大于第二空气弹簧5的工作容积。第一空气弹簧4的工作容积较大，其主要功能是调节车架11的高度，用于改善汽车的操纵稳定性，第二空气弹簧5的工作容积较小，其主要功能是调节空气悬架系统的刚度，以改善汽车行驶时的舒适性。

车架11与车桥12平行设置，第一空气弹簧4、第二空气弹簧5和高度固定装置3均垂直于车架11设置，第一空气弹簧4的两端分别与车架11和车桥12固定连接，第二空气弹簧5的两端分别与车架11和车桥12固定连接。

高度固定装置3设置在第二空气弹簧5远离第一空气弹簧4的一侧，且高度固定装置3与第一空气弹簧4之间的最小距离大于高度固定装置3与第二空气弹簧5之间的最小距离。高度固定装置3的延伸方向平行于第一空气弹簧4的伸缩方向，高度固定装置3可沿第一空气弹簧4的伸缩方向伸缩。

高度固定装置3包括固定杆31和锁紧机构32，固定杆31的延伸方向平行于第一空气弹簧4的伸缩方向，固定杆31的第一端与车架11固定连接，固定杆31的第二端通过锁紧机构32与车桥12连接，锁紧机构32安装在车桥12上并位于车架11与车桥12之间，用于调节固定杆31在车架11和车桥12之间的长度，例如，当需要调节车架11的高度时，锁紧机构32开启，固定杆31处于长度可调节状态，固定杆31在车架11和车桥12之间的长度随着第一空气弹簧4和第二空气弹簧5的伸长而伸长，随着第一空气弹簧4和第二空气弹簧5的缩短而缩短；当需要固定车架11的高度时，锁紧机构32关闭，固定杆31在车架11和车桥12之间的长度不变，从而便于对第二空气弹簧5的刚度进行调节。车桥12上开设有导向孔121，导向孔121的延伸方向平行于固定杆31的延伸方向，固定杆31的第二端穿设在导向孔121中，并且固定杆31的第二端可沿着导向孔121的延伸方向移动。

参见图2和图3，空气悬架控制系统包括第一高度调节电磁阀611、第二高度调节电磁阀612、继电器开关613、进气电磁阀621、第一排气电磁阀631和第二排气电磁阀64、单向阀、储气筒623、压力开关624、排气消声器60、空气干燥器67、空气压缩机68和空气滤清器69、过压保护阀66、ecu7、报警器81、继电器80、电动机88、制动传感器82、节气门位置传感器83、转向盘转角传感器84、车身高度传感器85和速度传感器86等。其中，报警器81、继电器80、制动传感器82、节气门位置传感器83、转向盘转角传感器84、车身高度传感器85和速度传感器86、第一高度调节电磁阀611、第二高度调节电磁阀612、继电器开关613等均与ecu7连接。空气压缩机68通过电动机88与继电器80电连接。

空气悬架系统具有连通气口，连通气口用于向第一空气弹簧4和第二空气弹簧5供气，并且用于使第一空气弹簧4和第二空气弹簧5中的气体排出。一个第一空气弹簧4通过一个第一高度调节电磁阀611与连通气口连接，一个第二空气弹簧5通过一个第二高度调节电磁阀612与连通气口连接。第一高度调节电磁阀611用于开启或关闭第一空气弹簧4的气路，第二高度调节电磁阀612用于开启或关闭第二空气弹簧5的气路。

空气悬架控制系统的气路连接关系为空气压缩机68分别连接空气滤清器69和空气干燥器67，并且空气干燥器67通过膜片阀65与排气消声器60连接，空气滤清器69和膜片阀65均与第二排气电磁阀64连接，同时第二排气电磁阀64与过压保护阀66连接。空气干燥器67通过第一单向阀671与储气筒623连接，储气筒623上连接有压力开关624，压力开关624用于控制储气筒623内的气压。进气电磁阀621通过第二单向阀622与储气筒623连接，第一排气电磁阀631通过第三单向阀632与空气干燥器67连接。进气电磁阀621通过第一高度调节电磁阀611与第一空气弹簧4连接，进气电磁阀621通过第二高度调节电磁阀612与第二空气弹簧5连接，第一排气电磁阀631通过第一高度调节电磁阀611与第一空气弹簧4连接，第一排气电磁阀631通过第二高度调节电磁阀612与第二空气弹簧5连接。连通气口位于进气电磁阀621与第一高度调节电磁阀611之间，并且连通气口位于第一排气电磁阀631与第二高度调节电磁阀612之间。

一个锁紧机构32与一个继电器开关613电连接，继电器开关613与ecu7电连接。继电器开关613用于开启或关闭锁紧机构32，开启锁紧机构32时，高度调节装置处于高度固定状态；关闭锁紧机构32时，高度调节装置处于高度可调节状态。锁紧机构32可以由抱紧组件和两个气缸构成，抱紧组件安装在车桥上，两个气缸均与继电器开关613电连接，抱紧组件包括两个抱紧部件，两个抱紧部件相对设置在固定杆31的两侧，一个气缸与一个抱紧部件连接，气缸驱动抱紧部件向远离和靠近固定杆31的方向移动，使两个抱紧部件能够从固定杆31的两侧夹紧固定杆31，从而实现固定杆31在车架11和车桥12之间的长度的调节。当需要调节车架11的高度时，两个气缸分别驱动两个抱紧部件相互分离，固定杆31处于长度可调节状态，当需要固定车架11的高度时，气缸驱动两个抱紧部件相互靠近并抱紧固定杆31，固定杆31在车架11和车桥12之间的长度不变，从而便于对第二空气弹簧5的刚度进行调节。优选的，固定杆31上设置有多个定位孔，抱紧部件设置有定位销，当固定杆31处于长度不可调节状态时，定位销插入定位孔内，防止固定杆31回缩。当固定杆31处于长度可调节状态时，定位销从定位孔内退出。

当汽车行驶时，车身高度传感器85、速度传感器86等传感器检测汽车运动状态的信号，然后通过can网络将汽车运动状态的信号发送给ecu7，ecu7对汽车运动状态进行分析判断，并向空气悬架控制系统输出控制信号。空气悬架控制系统根据控制信号对各电磁阀和继电器开关613等进行开关控制，从而控制第一空气弹簧4和第二空气弹簧5进行充气或放气，从而实现空气悬架系统的功能。

空气压缩机68通过空气滤清器69将大气中的空气吸入，压缩后的空气经空气干燥器67送入储气筒623中。第二排气电磁阀64用于控制膜片阀65的开启，当第二排气电磁阀64处于排气状态时，膜片阀65与第二排气电磁阀64连接的一端处于常压状态，膜片阀65与空气干燥器67连接的一端依次经过空气干燥器67、第一排气电磁阀631、第一高度调节电磁阀611与第一空气弹簧4的内部连通，膜片阀65与空气干燥器67连接的一端依次经过空气干燥器67、第一排气电磁阀631、第二高度调节电磁阀612与第二空气弹簧5的内部连通，此时膜片阀65处于导通位置，第一空气弹簧4内部的气体经过第一高度调节电磁阀611、第一排气电磁阀631、第三单向阀632、空气干燥器67、膜片阀65后通过排气消声器60排放到大气中，第二空气弹簧5内部的气体经过第二高度调节电磁阀612、第一排气电磁阀631、第三单向阀632、空气干燥器67、膜片阀65后通过排气消声器60排放到大气中。

当第二排气阀处于非排气状态时，膜片阀65的两端在高压下截止，空气压缩机68排出的压缩空气经过空气干燥器67和第一单向阀671后进入储气筒623中。另外，过压保护阀66用来限制空气悬架控制系统的压力，一旦系统压力超过预设值，过压保护阀66即与大气导通，通过放气来降低系统压力。

空气悬架系统的工作方法包括高度调节步骤和刚度调节步骤。

高度调节步骤包括：首先，继电器开关613关闭，锁紧机构32处于打开状态，此时，高度固定装置3处于高度可调节状态，同时对第一空气弹簧4和第二空气弹簧5进行充气，或者同时对第一空气弹簧4和第二空气弹簧5进行放气，第一空气弹簧4和第二空气弹簧5同步进行伸缩，固定杆31的第二端穿设在导向孔121中，并且固定杆31的第二端沿着导向孔121的延伸方向移动，固定杆31位于车架11和车桥12之间的长度与第一空气弹簧4的长度、第二空气弹簧5的长度始终保持一致。接着，在车架11与车桥12之间的高度达到要求的高度后，第一空气弹簧4充气或放气结束，继电器开关613打开，锁紧机构32处于关闭状态，即锁紧机构32将固定杆31锁紧，固定杆31无法沿着导向孔121的延伸方向移动，此时高度固定装置3处于高度固定状态，通过对车架11的高度调节以满足驾驶稳定性要求。此时空气悬架系统的刚度k为第一空气弹簧4的刚度k1与第二空气弹簧5的刚度k2之和。

刚度调节步骤包括：高度调节步骤完成后，为改善驾驶舒适性的需要，接着对空气悬架系统的刚度进行调节，通过对第二空气弹簧5进行充气或放气，实现第二空气弹簧5的刚度k2的变化，进而使空气悬架系统的总刚度k＝k1+k2发生变化，从而使该空气悬架系统能在高度不变的情况下改变刚度，实现了同时提升驾驶稳定性和舒适性的目的。

此外，高度固定装置也可以设置在第二空气弹簧靠近第一空气弹簧的一侧。一组调节组件也可以包括两个以上的高度固定装置，多个高度固定装置布置在第二空气弹簧的周侧，第二空气弹簧靠近第一空气弹簧的一侧和第二空气弹簧远离第一空气弹簧的一侧分别设置至少一个高度固定装置。锁紧机构也可以安装在车桥上并位于车桥远离车架的一侧。第一空气弹簧和第二空气弹簧的结构也可以不相同，例如第一空气弹簧可以为囊式空气弹簧，第二空气弹簧可以为膜式空气弹簧，当第一空气弹簧和第二空气弹簧承载相同的载荷时，第一空气弹簧的刚度大于第二空气弹簧的刚度。上述改变均能实现本发明的目的。

由上可见，空气悬架系统包括工作容积较大的第一空气弹簧和工作容积较小的第二空气弹簧，通过两个高度调节电磁阀分别控制第一空气弹簧和第二空气弹簧的充放气过程。当汽车要调节车身高度时，同时对第一空气弹簧和第二空气弹簧充气或者同时对第一空气弹簧和第二空气弹簧放气，同时高度固定装置处于高度可调节状态，高度固定装置位于车架和车桥之间的长度与第一空气弹簧的长度、第二空气弹簧的长度保持一致。当车架与车桥之间的距离达到预设值后，停止对第一空气弹簧充气或者放气，同时高度固定装置处于高度固定状态。接着，对第二空气弹簧进行充气或放气，进一步改变空气悬架系统的刚度。在刚度调节的步骤中，高度固定装置的设置可防止第二空气弹簧对车架与车桥之间距离的影响。从而实现高度和刚度解耦调节，使空气悬架系统在高度不变的前提下改变刚度，实现了同时提升驾驶稳定性和舒适性的目的。

最后需要强调的是，以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。