独立调节高度与刚度的空气弹簧及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于汽车悬架技术领域，涉及一种空气弹簧及其控制方法，更确切地说，本发明涉及一种独立调节悬架高度与刚度的空气弹簧及其控制方法。
【背景技术】
[0002]在现代汽车结构中，悬架是车辆必不可少的系统，它是连接车身和车轮的必要结构。减振器和弹簧是悬架中极为重要的传递和产生力的部件。其中弹簧负责缓和路面的冲击振动，提高车辆的平顺性，减振器负责将车辆的振动能量转化为热能进行衰减，二者对于提高车辆的乘坐舒适性有着至关重要的作用。
[0003]相比于传统车辆装备的固定刚度钢制弹簧，空气弹簧可以通过调节气压改变悬架的平衡高度，改善车辆的通过性，并且可以改变悬架刚度，影响车辆行驶平顺性。因此近些年空气弹簧被广泛应用于高档乘用车和商用车的电控悬架中。
[0004]对于常规的空气弹簧，由于只具有一个可变体积的气室，在调节充入气体体积的同时，空气弹簧的刚度也不可避免的发生变化。同样，在调节气压，改变悬架刚度的同时，悬架的平衡位置也要发生改变，无法与车身高度进行独立调节，因此现有技术仅考虑车身高度变化带来的操纵稳定性及车辆通过性的影响，具有较大的局限性。
[0005]针对单气室空气弹簧的问题，国内外科研人员开发出一些具有两个腔室的空气弹簧，但由于双腔室将弹簧高度与刚度进行解耦，对弹簧工作过程中的控制问题变得非常复杂O
[0006]经专利文献检索，例如，美国专利US8672335，公告日2014.03.18，申请人AmirKhajepour，名称为 “SUSPENS1N SYSTEM AND METHODS WITH INDEPENDENT STIFFNESS ANDHEIGHT TUNING”，其中公开了一种针对卡车使用的双腔室空气弹簧，该装置可以进行高度和刚度的单独调节，但该装置包含多个外置蓄能器，体积庞大，不适合于乘用车使用，且专利中虽给出相关的测试系统结构，却并没有给出弹簧装置在工作过程中的控制方法。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术难以实现乘用车辆车身高度独立、动态调节，且无法进行有效控制的问题，提供了一种独立调节悬架高度与刚度的空气弹簧及其控制方法。
[0008]为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的:
[0009]—种独立调节高度与刚度的空气弹簧，包括双腔室空气弹簧2、供气及调压装置3和空气弹簧控制器46 ；
[0010]所述双腔室空气弹簧2套装在原车减振器I上，通过气压软管44与供气及调压装置3相连;所述空气弹簧控制器46固定安装在车辆后备箱中，通过总线与供气及调压装置3中各传感器及执行器的信号端相连。
[0011]技术方案中所述双腔室空气弹簧2包括空气弹簧活塞杆6、空气弹簧上端盖11、空气弹簧外筒16、空气弹簧紧固螺栓17、空气弹簧主活塞18、空气弹簧内筒19、空气弹簧下端盖21、活塞杆下端盖24和活塞杆固定环26;
[0012]所述空气弹簧活塞杆6、空气弹簧主活塞18、活塞杆下端盖24和活塞杆固定环26组成空气弹貪活塞总成；
[0013]空气弹簧活塞杆6固定连接在空气弹簧主活塞18下方，活塞杆下端盖24固定连接在空气弹簧活塞杆6下方，活塞杆固定环26固定连接在活塞杆下端盖24下方，活塞杆固定环26固定在原车减振器I外表面。
[0014]所述空气弹簧上端盖11、空气弹簧外筒16、空气弹簧紧固螺栓17、空气弹簧内筒19和空气弹簧下端盖21组成空气弹簧腔室总成；
[0015]空气弹簧上端盖11及空气弹簧下端盖21通过空气弹簧紧固螺栓17连接并压紧在空气弹簧内筒19及空气弹簧外筒16上下两端面上。
[0016]空气弹簧内筒19和空气弹簧外筒16之间形成的空间，与空气弹簧内筒19内部及空气弹簧主活塞18上部形成的空间通过空气弹簧内筒19上方的6个通孔相连，两部分空间共同构成了弹簧上腔室；
[0017]空气弹簧内筒19内部及空气弹簧主活塞18下部形成的空间，与空气弹簧活塞杆6内部及原车减振器I之间形成的空间通过弹簧活塞杆6上方的6个通孔相连通，两部分空间共同构成了弹簧下腔室。
[0018]技术方案中所述空气弹簧主活塞18通过主活塞内导向环9以及主活塞内密封圈5与原车减振器I的活塞杆接触，并能够相对滑动；
[0019]所述空气弹簧主活18塞外侧下端小圆柱面下端设有外螺纹，与空气弹簧活塞杆6螺纹连接;在空气弹簧活塞杆6拉力下，空气弹簧主活塞18下端面与原车减振器I下端外筒的上表面接触。
[0020]技术方案中所述空气弹簧活塞杆6为中空圆筒状回转零件，空气弹簧活塞杆6内圆柱面顶端位置加工有内径小于内圆柱面直径的内螺纹用于与空气弹簧主活塞18螺纹连接，内螺纹下方圆周方向加工有6个轴线垂直于空气弹簧活塞杆6中心轴线的通孔，用于将空气弹簧活塞杆6内部的空间与外部空间连通；
[0021]所述空气弹簧活塞杆6内圆柱面底端设有一段光滑圆柱面，光滑圆柱面上端设有一段内螺纹用于与活塞杆下端盖24进行螺纹连接；内螺纹上端设有一个轴线与空气弹簧活塞杆6中心轴线垂直的通孔，该通孔上固定有下蓄能器气嘴23，空气弹簧活塞杆6内圆柱面上下两段螺纹连接之后，空气弹簧活塞杆6上表面与空气弹簧主活塞18两外圆柱面间水平面接触，空气弹簧活塞杆6下表面与活塞杆下端盖24两外圆柱面间水平面接触。
[0022]技术方案中所述活塞杆下端盖24为中空圆盘状回转零件，其内圆柱面分为上下两段，上端较小的圆柱面上设有一个矩形环槽，其中安装活塞杆下端盖密封圈10;下端较大的内圆柱面上设有内螺纹，用于与活塞杆固定环26的外螺纹连接；
[0023]活塞杆下端盖24外圆柱面分为上下两段，上端较小的圆柱面上端加工外螺纹，用于与空气弹簧活塞杆6的内螺纹连接，外螺纹下端加工有一个矩形环槽，其中安装活塞杆固定环密封圈25。
[0024]技术方案中所述活塞杆固定环26为中空圆环状回转零件，其内圆柱面与原车减振器I下方外筒外圆柱面固定连接，活塞杆固定环26外表面设有外螺纹，用于与活塞杆下端盖24内螺纹连接，活塞杆固定环26上表面与活塞杆下端盖24内螺纹连接。
[0025]所述空气弹簧外筒16中，在空气弹簧上端盖外密封圈14下方位置设有一个轴线与空气弹簧外筒16中心轴线垂直的通孔，该通孔上固定安装有上蓄能器气嘴15;
[0026]所述空气弹簧内筒19为中空的圆筒状回转零件，空气弹簧内筒19靠近上端位置圆周方向设有6个轴线垂直于空气弹簧内筒19中心轴线的通孔，用于将空气弹簧内筒19内部空间与外部空间相连通；
[0027]所述空气弹簧上端盖11为圆盘状回转元件，其外圆柱面分为上下两段，下端较小的圆柱面上设有矩形环槽，其中安装有空气弹簧上端盖外密封圈14;空气弹簧上端盖11中心开有阶梯孔，上端较小的阶梯孔内圆柱面上设有矩形环槽，其中安装有空气弹簧上端盖内密封圈12;
[0028]在空气弹簧上端盖11中心阶梯孔与外圆圆柱面之间绕空气弹簧上端盖11中心旋转轴线设有圆周均布的8个阶梯通孔，其中安装空气弹簧紧固螺栓17，阶梯孔中较小的下端圆柱面内加工有矩形环槽，其中安装紧固螺栓密封圈45;
[0029]所述空气弹簧下端盖21为圆盘状回转元件，其外圆柱面分为上下两段，上端较小的圆柱面上设有矩形环槽，其中安装有空气弹簧下端盖外密封圈20;空气弹簧下端盖21中心设有圆形通孔，通孔的内圆柱面上自上而下设有两个环槽，其中上方的环槽内部安装有空气弹簧下端盖内密封圈22，下方的环槽安装有空气弹簧下端盖防尘环4;
[0030]空气弹簧下端盖21上表面在中心通孔外侧设有矩形截面环形槽，环形槽的大直径内圆柱面与空气弹簧内筒19外圆柱面下端过度配合;在空气弹簧下端盖21上表面环形槽外侧绕零件回转轴线设有圆周均布的8个内螺纹盲孔，内螺纹盲孔的分布位置与空气弹簧上端盖11上8个阶梯通孔相对应;空气弹簧紧固螺栓17穿过空气弹簧上端盖11上的阶梯通孔与空气弹簧下端盖21固定连接，产生的拉力将空气弹簧内筒19以及空气弹簧外筒16压紧在空气弹簧下端盖21与空气弹簧上端盖11之间。
[0031]技术方案中所述供气及调压装置3由上腔调压装置、下腔调压装置以及供排气装置组成；
[0032]上腔调压装置包含上腔压力传感器27、上腔室开关阀28、附加上蓄能器压力传感器29、附加上蓄能器30以及上腔支路开关阀31;
[0033]下腔调压装置包含下腔支路开关阀39、附加下蓄能器压力传感器40、附加下蓄能器41、下腔室开关阀42以及下腔压力传感器43;
[0034]供排气装置包含气栗33、空气滤清器34、上下支路隔离阀35、泄压阀36、消声器37、上腔支路三通32以及下腔支路三通38;
[0035]所述上腔压力传感器27左侧接口通过气压软管44与双腔室空气弹簧2中的上蓄能器气嘴15相连，右侧接口通过气压软管与上腔室开关阀28左侧气体通道接口相连，上腔室开关阀28的右侧接口通过气压软管与附加上蓄能器30的左侧接口相连；
[0036]附加上蓄能器30的上方安装有附加上蓄能器压力传感器29;
[0037]附加上蓄能器30右侧接口通过气压软管与上腔支路开关阀31的左侧气体通道接口相连，上腔支路开关阀31的右侧气体通道接口通过气压软管与上腔支路三通32三个接口中的一个相连，上腔支路三通32的另一个接口通过气压软管与气栗33的出气口相连，气栗33的进气口与空气滤清器34出口相连，上腔支路三通32的最后一个接口通过气压软管与上下支路隔离阀35的一个接口相连;上下支路隔离阀35的另一接口通过气压软管与下腔支路三通38的一个接口相连，下腔支路三通38的另一个接口通过气压软管与泄压阀36的一个接口相连，泄压阀36的另一个接口与消声器37入口相连，消声器37出口直接连通大气；
[0038]下腔支路三通38的最后一个接口通过气压软管与下腔支路开关阀39右侧接口相连，下腔支路开关阀39左侧接口通过气压软管与附加下蓄能器41右侧接口相连，附加下蓄能器41上方安装有附加下蓄能器压力传感器40;
[0039]附加下蓄能器41左侧接口通过气压软管与下腔室开关阀42右侧接口相连，下腔室开关阀42左侧接口通过气压软管与下腔压力传感器43右侧接口相连，下腔压力传感器43左侧接口通过气压软管与下蓄能器气嘴23相连；
[0040]—种独立调节高度与刚度的空气弹簧的静态控制方法，所述的独立调节高度刚度的空气弹簧包括四个工作模式:车辆启动工作模式、静态变高度控制工作模式、静态变刚度控制工作模式、车辆装卸载工作模式；
[0041 ]所述的车辆启动工作模式包含6个步骤:
[0042](I)车辆接通电源后，向弹簧上腔室冲入高压气体；
[0043](2)检测到悬架产生位移之后，对弹簧上腔室进行保压；
[0044](3)估算车辆簧载质量，计算悬架初始刚度；
[0045](4)计算弹簧上腔室初始压力及弹簧上腔室充气的目标高度；
[0046](5)依据弹簧上腔室充气高度与弹簧的拉伸极限行程对比，获得充气终止条件，继续