一种快速自平衡空气弹簧的制作方法

本发明属于车辆减振技术领域，涉及汽车悬挂，特别涉及一种快速自平衡空气弹簧。

背景技术

空气悬挂是广泛运用于车辆的优秀减振装置，其主要结构就是空气弹簧。空气弹簧是一种内部充有压缩空气。利用空气的可压缩性实现弹性缓冲功能的橡胶减震元件，是轨道车辆主要的二系悬挂部件，其通过自身的变形承担车体和转向架之间的相对位移，同时提供承载力及各项刚度。

常用的空气弹簧的主要结构形式包括上盖、橡胶气囊和应急橡胶弹簧等，将空气弹簧组装到车体与转向架之间时，空气弹簧上进气柱与下进气柱通过线圈保证气体密封，空气弹簧自身形成一个封闭的气腔，从而可以利用气体的可压缩性与橡胶弹簧起到缓冲减振的作用。

现有汽车悬挂技术的空气弹簧形式较为单一，是通过控制空气压缩机和排气阀门，使弹簧自动压缩或伸长，从而降低或升高底盘离地间隙，以增加高速车身稳定性或复杂路况的通过性，但是此种结构的调节范围较小，适用范围不够全面，不能完美保证车辆的舒适性和操控性。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出一种快速自平衡空气弹簧，能够通过控制该空气弹簧，改变使用该空气弹簧的汽车悬挂的高低和软硬度，增加使用车辆的舒适性和操控性。

为了实现上述目的，本发明的具体技术方案为：一种快速自平衡空气弹簧，包括气缸和设置在气缸内的活塞组件，所述活塞组件包括主活塞、位于所述主活塞下方的活塞杆、设置于所述主活塞上方的上活塞和套接在所述活塞杆上的下活塞，所述气缸内部分为上气室、中气室和下气室，所述上活塞位于所述上气室中，所述下活塞位于所述下气室中，所述中气室内侧壁直径小于所述上气室和下气室内侧壁直径，中气室顶部作为上限位，底部作为下限位，用于限制所述上活塞或下活塞移动，所述中气室长度等于所述主活塞长度，所述上气室侧面顶部设有进出气口一，所述上气室与中气室之间设有进出气口二，所述中气室与下气室之间设有进出气口三，所述下气室侧面底部设有进出气口四，所述进出气口一、二、三、四均连接于受控制器控制的电气系统，所述气缸还设置有与所述电气系统相连的位置传感器。

在本发明的技术方案中，所述上气室被所述上活塞分隔为上方的第一空间和下方的第二空间，所述下气室被所述下活塞分割为上方的第三空间和下方的第四空间，所述第一空间与所述进出气口一相连，所述第二空间与所述进出气口二相连，所述第三空间与所述进出气口三相连，所述第四空间与所述进出气口四相连。

本发明的一种快速自平衡空气弹簧有四种运用方案，具体方案如下：

方案一：适用于车辆低速行驶状态，所述进出气口一和三进气，同时所述进出气口二和四出气，直至使得上活塞位于上气室底部即处于上限位处，下活塞位于下气室底部，主活塞处于平衡状态即位于中气室。当主活塞达到平衡后，所述进出气口一和三继续进气，小幅度增大第一空间和第三空间内的压力，此种状态下的空气弹簧弹性较为柔软，悬挂较为舒适。

空气弹簧受到压力时，上活塞和主活塞向上移动，第一空间气压增大，第二空间和第三空间气压减小，气压变化产生的作用力使主活塞能够自动恢复到平衡状态。当空气弹簧受到压力过大，使得位置传感器检测到主活塞收缩位置过大或收缩时间过长，或者直接由ecu给出动态调整指令时，进出气口一进气，增大第一空间内压力，使上活塞下降至上限位处，气压产生的力和上活塞产生的推力使主活塞恢复平衡，待平衡后逐渐恢复之前压力，回到初始状态，即上活塞位于上气室底部处于上限位处，下活塞位于下气室底部。

空气弹簧受到拉力时，主活塞向下移动，第二空间气压减小，第三空间气压变大，气压变化产生的作用力使主活塞能够自动恢复到平衡状态。当空气弹簧受到拉力过大，使得位置传感器检测到主活塞拉伸位置过大或者拉伸时间过长，或者直接由ecu给出动态调整指令时，进出气口四进气，同时进出气口三出气，第三空间压力变小，第四空间压力变大，使下活塞快速上升至下限位处，气压产生的力和下活塞产生的向上的推力使主活塞快速恢复平衡，待平衡后逐渐恢复之前压力，回到初始状态，即上活塞位于上气室底部处于上限位处，下活塞位于下气室底部。

方案二：适用于车辆中速行驶状态，所述进出气口二和四进气，同时所述进出气口一和三出气，直至使上活塞位于上气室顶部，下活塞位于下气室顶部即下限位处，主活塞处于平衡状态即位于中气室，当主活塞平衡后，进出气口二和四继续进气，适度增大第二空间和第四空间内气压的压力，此种状态下的空气弹簧弹性柔软度适中，悬挂的动态响应好。

空气弹簧受到压力时，主活塞向上移动，第二空间气压增大，第三空间气压减小，气压变化产生的作用力使主活塞能够自动恢复到平衡状态。当空气弹簧受到压力过大，使得位置传感器检测到主活塞收缩位置过大或收缩时间过长，或者直接由ecu给出动态调整指令时，进出气口一进气，进出气口二和四出气，使上活塞较快地下降至上限位处，下活塞较快地移至下气室底部，主活塞回到中气室，达到过渡平衡状态。待主活塞平衡后，进出气口二和四进气，进出气口一和三出气，直至回到初始状态，即上活塞位于上气室顶部，下活塞位于下气室顶部即下限位，主活塞处于平衡状态即位于中气室，本方案增加过渡阶段，用于在提高空气弹簧动态响应的同时，增加空气弹簧柔软度，避免空气弹簧恢复过程太过直接。

空气弹簧受到拉力时，下活塞和主活塞向下移动，第二空间和第三空间气压减小，第四空间气压增大，气压变化产生的作用力使主活塞能够自动恢复到平衡状态。当空气弹簧受到拉力过大，使得位置传感器检测到主活塞拉伸位置过大或者拉伸时间过长，或者直接由ecu给出动态调整指令时，进出气口四进气，第四空间内气压增大，使下活塞逐渐上升至下限位处，气压产生的力和下活塞产生的向上的推力使主活塞快速恢复平衡，待平衡后逐渐恢复之前压力，回到初始状态，即上活塞位于上气室顶部，下活塞位于下气室顶部即下限位处，主活塞处于平衡状态即位于中气室。

方案三：适用于车辆高速行驶状态，所述进出气口一和四进气，同时所述进出气口二和三出气，直至使上活塞位于上气室底部即上限位处，下活塞位于下气室顶部即下限位处，主活塞处于平衡状态即位于中气室，当主活塞平衡后，进出气口一和四继续进气，将第一空间和第四空间内的气压增大到较高状态，此种状态下的空气弹簧弹性呈现高刚性和高稳定性，悬挂较硬。

空气弹簧受到压力时，上活塞和主活塞向上移动，第一空间气压增大，第二空间和第三空间气压变小，气压变化产生的作用力使主活塞能够自动恢复到平衡状态。当空气弹簧受到压力过大，使得位置传感器检测到主活塞收缩位置过大或收缩时间过长，或者直接由ecu给出动态调整指令时，进出气口一进气，增大第一空间内气压，使上活塞快速移动至上气室底部即上限位处，气压产生的力和上活塞产生的向下的推力主活塞快速恢复到平衡位置，待平衡后逐渐恢复之前的压力，回到初始状态，即上活塞位于上气室底部即上限位处，下活塞位于下气室顶部即下限位处，主活塞处于平衡状态即位于中气室，且第一空间和第四空间内的气压处于较高状态。

空气弹簧受到拉力时，下活塞和主活塞向下移动，第四空间气压增大，第二空间和第三空间气压减小，气压变化产生的作用力使主活塞能够自动恢复到平衡状态。当空气弹簧受到拉力过大，使得位置传感器检测到主活塞拉伸位置过大或者拉伸时间过长，或者直接由ecu给出动态调整指令时，进出气口四进气，增大第四空间内的气压，使下活塞逐渐上升至下限位处，气压产生的力和下活塞产生的向上的推力使主活塞快速恢复平衡，待平衡后逐渐恢复之前压力，回到初始状态，即上活塞位于上气室底部即上限位处，下活塞位于下气室顶部即下限位处，主活塞处于平衡状态即位于中气室，且第一空间和第四空间内的气压处于较高状态。

方案四：适用于高度抬升模式，通过所述进出气口一、二和三进气，同时所述进出气口四出气，来增大第一空间、第二空间和第三空间内的气压，减小第四空间的气压，使主活塞和下活塞位于下气室底部，增加空气弹簧的有效高度，实现悬挂的高度抬升，在本方案中，可以通过调节第一空间、第二空间和第三空间内气压的大小来调节空气弹簧弹性的柔软度即悬挂的软硬舒适度。

作为优选，所述电气系统包括分别与所述进出气口一、二、三、四连接的四个进气单元，所述进气单元包括进气管道和独立的电气比例阀，所述电气比例阀连接于所述控制器，能够独立运行，实现进出气口一、二、三、四的进出气工作，用以调教空气弹簧的性能。

作为优选，所述电气系统还包括连接于进气管道的储气罐，提供压缩空气。

作为优选，所述电气系统还包括设置在所述电气比例阀上的消声器，减小噪音。

作为优选，所述电气系统受行车电脑(ecu)控制，实现空气弹簧性能的自动控制。

本发明的有益效果有：本发明的空气弹簧结构简单，安全可靠，软硬度可调，可以根据不同路况和需求自动调节空气弹簧的弹性性能和弹簧高度。

附图说明

图1为本发明实施例的结构图。

图2为本发明实施例的结构爆炸图。

图3为本发明实施例气缸内部空间的划分图。

图4为本发明实施例1初始状态的结构示意图。

图5为本发明实施例1受压力时的结构示意图。

图6为本发明实施例1受拉力时的结构示意图。

图7为本发明实施例2初始状态的结构示意图。

图8为本发明实施例2受压力时的结构示意图。

图9为本发明实施例2受压力恢复时过渡状态的结构示意图。

图10为本发明实施例2受拉力时的结构示意图。

图11为本发明实施例3初始状态的结构示意图。

图12为本发明实施例3受压力时的结构示意图。

图13为本发明实施例3受拉力时的结构示意图。

图14为本发明实施例4的结构示意图。

图15为本发明实施例的电气控制图。

图中各项为：1气缸，11上气室，12中气室，13下气室，14上限位，15下限位，16第一空间，17第二空间，18第三空间，19第四空间，2活塞组件，21主活塞，22活塞杆，23上活塞，24下活塞，25位置传感器，3电气系统，31进出气口一，32进出气口二，33进出气口三，34进出气口四，35控制器，36进气管道，37电气比例阀，38储气罐，39消声器。

具体实施方式

下面将结合实施例和附图对本发明的技术方案作详细的描述。

在本发明的实施例中，上、下位置关系是针对图1所示而言的。

实施例1

如图1、2所示，一种快速自平衡空气弹簧，包括气缸1和设置在气缸1内的活塞组件2，所述活塞组件2包括主活塞21和位于主活塞21下方的活塞杆22，其特征在于：所述活塞组件2还包括设置于主活塞21上方的上活塞23和套接在所述活塞杆22上的下活塞24，所述气缸1内部分为上气室11、中气室12和下气室13，所述上活塞23位于所述上气室11中，所述下活塞24位于所述下气室13中，所述中气室12内侧壁直径小于所述上气室11和下气室13内侧壁直径，中气室12顶部作为上限位14，底部作为下限位15，用于限制所述上活塞23或下活塞24移动，所述中气室12长度等于所述主活塞21长度，所述上气,11侧面顶部设有进出气口一31，所述上气室11与中气室12之间设有进出气口二32，所述中气室12与下气室13之间设有进出气口三33，所述下气室13侧面底部设有进出气口四34，所述进出气口一、二、三、四（31、32、33、34）均连接于受控制器35控制的电气系统3，所述气缸1设置有与所述电气系统3相连的位置传感器25。

在实施例的技术方案中，如图3所示，所述上气室11被所述上活塞23分隔为上方的第一空间16和下方的第二空间17，所述下气室13被所述下活塞24分割为上方的第三空间18和下方的第四空间19，所述第一空间16与所述进出气口一31相连，所述第二空间17与所述进出气口二32相连，所述第三空间18与所述进出气口三33相连，所述第四空间19与所述进出气口四34相连。

如图15所示，所述电气系统3包括分别与所述进出气口一、二、三、四（31、32、33、34）连接的四个进气单元，所述进气单元包括进气管道36和独立设置的电气比例阀37，所述电气比例阀37连接于所述控制器35，能够独立运行，实现进出气口一、二、三、四（31、32、33、34）的进出气工作，用以调教空气弹簧的性能。

所述电气系统3还包括连接于进气管道36的储气罐38，提供压缩空气。

所述电气系统3还包括设置在所述电气比例阀47上的消声器49，减小噪音。

所述电气系统3受行车电脑(ecu)控制，实现空气弹簧性能的自动控制。

本发明实施例的一种快速自平衡空气弹簧的具体方案如下：

本发明实施例的技术方案适用于车辆低速行驶状态，如图4所示，所述进出气口一31和三33进气，同时所述进出气口二32和四34出气，直至使得上活塞23位于上气室11底部即处于上限位处14，下活塞24位于下气室13底部，主活塞21处于平衡状态即位于中气室12。当主活塞21达到平衡后，所述进出气口一31和三33继续进气，小幅度增大第一空间16和第三空间18内的压力，此种状态下的空气弹簧弹性较为柔软，悬挂较为舒适。

空气弹簧受到压力时，如图5所示，上活塞23和主活塞21向上移动，第一空间16气压增大，第二空间17和第三空间18气压减小，气压变化产生的作用力使主活塞21能够自动恢复到平衡状态。当空气弹簧受到压力过大，使得位置传感器25检测到主活塞21收缩位置过大或收缩时间过长，或者直接由ecu给出动态调整指令时，进出气口一31进气，增大第一空间16内压力，使上活塞23下降至上限位14处，气压产生的力和上活塞23产生的推力使主活塞21恢复平衡，待平衡后逐渐恢复之前压力，回到初始状态，即上活塞23位于上气室11底部处于上限位14处，下活塞24位于下气室13底部，如图4所示。

空气弹簧受到拉力时，如图6所示，主活塞21向下移动，第二空间17气压减小，第三空间18气压变大，气压变化产生的作用力使主活塞21能够自动恢复到平衡状态。当空气弹簧受到拉力过大，使得位置传感器25检测到主活塞21拉伸位置过大或者拉伸时间过长，或者直接由ecu给出动态调整指令时，进出气口四34进气，同时进出气口三33出气，第三空间18压力变小，第四空间19压力变大，使下活塞24快速上升至下限位15处，气压产生的力和下活塞24产生的向上的推力使主活塞21快速恢复平衡，待平衡后逐渐恢复之前压力，回到初始状态，即上活塞23位于上气室11底部处于上限位14处，下活塞24位于下气室13底部，如图4所示。

实施例2

本实施例与实施例1的结构完全相同，区别在于：

本发明实施例的技术方案适用于车辆中速行驶状态，如图7所示，所述进出气口二32和四34进气，同时所述进出气口一31和三33出气，直至使上活塞23位于上气室11顶部，下活塞24位于下气室13顶部即下限位15处，主活塞21处于平衡状态即位于中气室12，当主活塞21平衡后，进出气口二32和四34继续进气，适度增大第二空间17和第四空间19内气压的压力，此种状态下的空气弹簧弹性柔软度适中，悬挂的动态响应好。

空气弹簧受到压力时，主活塞21向上移动，第二空间17气压增大，第三空间18气压减小，气压变化产生的作用力使主活塞21能够自动恢复到平衡状态。当空气弹簧受到压力过大，使得位置传感器25检测到主活塞21收缩位置过大或收缩时间过长，或者直接由ecu给出动态调整指令时，如图8所示，进出气口一31进气，进出气口二32和四34出气，使上活塞23较快地下降至上限位14处，下活塞24较快地移至下气室13底部，主活塞21回到中气室12，如图9所示，达到过渡平衡状态，本方案增加过渡阶段，用于在提高空气弹簧动态响应的同时，增加空气弹簧柔软度，避免空气弹簧恢复过程太过直接。待主活塞21平衡后，进出气口二32和四34进气，进出气口一31和三33出气，直至回到初始状态，即上活塞23位于上气室11顶部，下活塞24位于下气室13顶部即下限位15处，主活塞21处于平衡状态即位于中气室12，如图7所示。

空气弹簧受到拉力时，如图10所示，下活塞24和主活塞21向下移动，第二空间17和第三空间18气压减小，第四空间19气压增大，气压变化产生的作用力使主活塞21能够自动恢复到平衡状态。当空气弹簧受到拉力过大，使得位置传感器25检测到主活塞21拉伸位置过大或者拉伸时间过长，或者直接由ecu给出动态调整指令时，进出气口四34进气，第四空间19内气压增大，使下活塞24逐渐上升至下限位15处，气压产生的力和下活塞24产生的向上的推力使主活塞21快速恢复平衡，待平衡后逐渐恢复之前压力，回到初始状态，即上活塞23位于上气室11顶部，下活塞24位于下气室13顶部即下限位15处，主活塞21处于平衡状态即位于中气室13，如图7所示。

实施例3

本实施例与实施例1的结构完全相同，区别在于：

本发明实施例的技术方案适用于车辆高速行驶状态，如图11所示，所述进出气口一31和四34进气，同时所述进出气口二32和三33出气，直至使上活塞23位于上气室11底部即上限位14处，下活塞24位于下气室13顶部即下限位15处，主活塞21处于平衡状态即位于中气室12，当主活塞21平衡后，进出气口一31和四34继续进气，将第一空间16和第四空间19内的气压增大到较高状态，此种状态下的空气弹簧弹性呈现高刚性和高稳定性，悬挂较硬。

空气弹簧受到压力时，如图12所示，上活塞23和主活塞21向上移动，第一空间16气压增大，第二空间17和第三空间18气压变小，气压变化产生的作用力使主活塞21能够自动恢复到平衡状态。当空气弹簧受到压力过大，使得位置传感器25检测到主活塞21收缩位置过大或收缩时间过长，或者直接由ecu给出动态调整指令时，进出气口一31进气，增大第一空间16内气压，使上活塞23快速移动至上气室11底部即上限位14处，气压产生的力和上活塞23产生的向下的推力主活塞21快速恢复到平衡位置，待平衡后逐渐恢复之前的压力，回到初始状态，即上活塞23位于上气室11底部即上限位14处，下活塞24位于下气室13顶部即下限位15处，主活塞21处于平衡状态即位于中气室12，如图11所示，且第一空间16和第四空间19内的气压处于较高状态。

空气弹簧受到拉力时，如图13所示，下活塞24和主活塞21向下移动，第四空间19气压增大，第二空间17和第三空间18气压减小，气压变化产生的作用力使主活塞21能够自动恢复到平衡状态。当空气弹簧受到拉力过大，使得位置传感器25检测到主活塞21拉伸位置过大或者拉伸时间过长，或者直接由ecu给出动态调整指令时，进出气口四34进气，增大第四空间19内的气压，使下活塞24逐渐上升至下限位15处，气压产生的力和下活塞24产生的向上的推力使主活塞21快速恢复平衡，待平衡后逐渐恢复之前压力，回到初始状态，即上活塞23位于上气室11底部即上限位14处，下活塞24位于下气室13顶部即下限位15处，主活塞21处于平衡状态即位于中气室12，如图11所示，且第一空间16和第四空间19内的气压处于较高状态。

实施例4

本实施例与实施例1的结构完全相同，区别在于：

本发明实施例的技术方案适用于高度抬升模式，如图14所示，通过所述进出气口一31、二32和三33进气，同时所述进出气口四34出气，来增大第一空间16、第二空间17和第三空间18内的气压，减小第四空间19的气压，使主活塞21和下活塞24位于下气室13底部，增加空气弹簧的有效高度，实现悬挂的高度抬升，在本方案中，可以通过调节第一空间16、第二空间17和第三空间18内气压的大小来调节空气弹簧弹性的柔软度即悬挂的软硬舒适度。

本发明的实施例和附图，仅仅是对本发明技术思想的一种或几种表达方式，相关技术人员通过简单的思考或联想得到的新的方案，均在本发明技术方案的保护范围之内。本发明中的具体描述和运用不能作为对本发明技术方案的限制。