专利名称：一种可变容积的空气弹簧附加气室试验装置及方法
技术领域：
本发明涉及车辆空气悬架系统中空气弹簧附加气室，具体涉及其试验装置和试验 方法。
背景技术：
目前，车辆空气弹簧附加气室的试验装置一般有两种结构形式，一种是通过调节 阀口开度来研究空气弹簧刚度特征，空气弹簧附加气室的容积固定不变，空气弹簧刚度的 变化范围较小，车辆行驶的平顺性较差。另一种是附加气室的容积通过注入液压油来改变， 附加气室容积变化响应迟缓，并且要在传统的附加气室上增加供油设备，不仅增加了制作 成本，而且在实际安装过程中占用了一定的空间，不利于空气悬架的合理布置；附加气室内 液压油的防泄露也很难实现，容易造成污染；液压油产生的气穴除了产生振动和噪声外，还 会损坏零件。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种容积可变的空气弹簧附 加气室试验装置，使附加气室压力恒定，增加空气弹簧的刚度变化范围，提高车辆行驶的平 稳性。本发明的另一目的是提供上述试验装置的试验方法，实现附加气室容积的改变。本发明试验装置采用的技术方案是具有龙门框架，龙门框架具有的立柱垂直固 接其底座两侧，底座中间依次连接油缸、激振头、小连接托盘、螺旋弹簧、非簧载质量配重、 减振器、主气室、大连接托盘、三组圆柱型直线导套副和簧载质量；主气室连接附加气室，附 加气室和主气室组成空气弹簧系统，附加气室外部是一圆柱形外壳体，圆柱形外壳体内腔 是用扇板周向分隔的八个体积相等的扇形柱体腔室，八个扇形柱体腔室上端面封闭有一隔 板，形成圆柱形外壳体上、下层，在隔板上设有与八个扇形柱体腔室相对的八个小孔；圆柱 形外壳体上层有活动盖板，活动盖板上设有高度传感器且上端面的中央设置一个凸台，凸 台通过螺纹孔连接滚珠丝杠副，滚珠丝杠副另一端连接步进电机；在圆柱形外壳体上层的 侧壁上是连通主气室的连接孔，在活动盖板下端面垂直固接八个分别与八个小孔密封相配 的柱塞，八个柱塞的长短依次成等差数列；空气弹簧系统通过数控电液伺服振动测试系统 连接计算机，步进电机和高度传感器分别电连接控制器。本发明试验方法采用的技术方案是包括如下步骤:A、将空气弹簧调整至设计高 度，打开附加气室中的八个扇形柱体腔室，向主气室和附加气室充气；B、将八个柱塞全部插 入到隔板上的八个小孔中，由高度传感器测得的高度信号传给控制器，控制器发出电脉冲 信号控制步进电机的运动，通过滚珠丝杠副带动活动盖板和柱塞上下移动；C、步进电机接 收到的电脉冲个数不同，八个柱塞封闭或打开对应的八个小孔；随着八个柱塞高度的增加，
3八个扇形柱体腔室依次打开，则与主气室相连的附加气室的容积不等，得出附加气室不同 容积下的实验数据；D、由计算机发出指令给数控电液伺服振动测试系统产生激励，改变附 加气室的容积来测出不同附加气室容积对空气弹簧特性的影响。本发明采用电子控制系统，实现了空气弹簧附加气室内部气压基本恒定以及容积 快速改变，使空气弹簧获得较大的刚度变化范围，提高轿车的行驶稳定性和乘坐舒适性，无 需要外设其它设备，结构简单。
图1是可变容积的空气弹簧附加气室试验装置的结构图 图2是图1中空气弹簧附加气室7内部结构放大示意图
图3是图2中隔板19上的七个小孔32开口时工作状态示意图； 图4是图2中隔板19上的一个小孔32开口时工作状态示意图； 图5是图1试验装置的控制原理图中1 一底座；2 —油缸；3 —激振头；4 一小连接托盘；5 —螺旋弹簧；6 —支撑板； 7 —附加气室；8 —导管；9 一横梁托盘；10 —立柱；11 一簧载质量；12 —圆柱型直线导套 副；13 —大连接托盘；14 一主气室；15 —减振器；16 —非载质量配重；17 —圆柱形外壳体； 18 一扇板；19 一隔板；20 —柱塞；21 —活动盖板；22 —凸台；23 —滚珠丝杠副；24 —步进 电机；25 —附加气室上盖；26 —高度传感器；27 —连接孔；28 —计算机；29 —数控电液伺 服振动测试系统；30 —空气弹簧系统；31 —控制器；32 —小孔。
具体实施例方式参见图1，本发明试验装置采用龙门框架结构，龙门框架的立柱10通过螺栓垂直 固接在底座1的两侧，在底座1的中间位置通过螺栓垂直固接油缸2，油缸2的上端通过螺 栓连接激振头3，激振头3的上端通过螺栓和小连接托盘4相连，螺旋弹簧5下端连接小连 接托盘4，上端连接非簧载质量配重16。减振器15和主气室14通过螺栓依次连接于非簧 载质量配重16与大连接托盘13之间。空气弹簧主气室14通过导管8连接附加气室7，附 加气室7固定放置在支撑板6上，支撑板6固定连接立柱10。在大连接托盘13上端连接三 组圆柱型直线导套副12，三组圆柱型直线导套副12均勻布置在横梁托盘9的圆周上，横梁 托盘9通过螺栓连接在立柱10上。三组圆柱型直线导套副12最上端连接簧载质量11，三 组圆柱型直线导套副12是簧载质量11的导向及定位机构。参见图2，附加气室7的外部是一个圆柱形外壳体17，在圆柱形外壳体17的圆柱 形内腔中，沿其周向用扇板18均勻地分隔出八个体积相等的扇形柱体腔室，扇形柱体腔室 上端面封闭一个隔板19，隔板19和圆柱形外壳体17以及扇板18紧密结合，使八个扇形柱 体腔室形成密闭空间，或隔板19是八个扇形柱体腔室的上端面拼组成，隔板19将圆柱形外 壳体17分为上下两层，下层是八个扇形柱体腔室。在隔板19上，相对应于八个扇形柱体腔 室各开有一个小孔32，共八个小孔32，这八个小孔32分别对应连通八个扇形柱体腔室。通 过这八个小孔32，扇形柱体腔室与活动盖板21、隔板19之间的空间连通。圆柱形外壳体17 的上层是活动盖板21，活动盖板21上端面的中央设置一个凸台22，凸台22内部钻有螺纹 孔，凸台22通过该螺纹孔连接滚珠丝杠副23，滚珠丝杠副23另一端连接步进电机24。在圆柱形外壳体17的上层位置并且在圆柱形外壳体17的侧壁上开一个连接孔27，连接孔27 与导管8相连，通过导管8将附加气室7连通主气室14。在凸台22旁边的活动盖板21上 设置高度传感器26，活动盖板21的下端面垂直固定连接八个长短不一的柱塞20，八个柱塞 20与八个小孔32密封相配，八个柱塞20的长短依次成等差数列。活动盖板21外套附加气 室上盖25，工作时，八个柱塞20会随着活动盖板21的上下移动从而沿隔板19上的八个小 孔32上下移动。
参见图3，空气弹簧附加气室7的隔板19上的一个小孔32开口时，最短的一个柱塞20 高度高于该小孔32，最短的柱塞20向上移动后离开该小孔32，从而与该小孔32相对应的 扇形柱体腔室通过导管8连通空气弹簧主气室14，而其余的七个扇形柱体腔室被其余的七 个柱塞20分别封闭。参见图4，空气弹簧附加气室7的隔板19上有七个小孔32开口时，最长的一个柱 塞20封闭了相应的扇形柱体腔室，而其余七个柱塞20向上移动后离开对应的小孔32，高度 高于该七个对应的小孔32，从而与七个小孔32相对应的扇形柱体腔室均通过导管8连通空 气弹簧主气室14。参见图5，附加气室7和主气室14组成空气弹簧系统30，计算机观连接 InstronSSOO型数控电液伺服振动测试系统四，数控电液伺服振动测试系统四连接空气弹 簧系统30，步进电机M电连接控制器31，高度传感器26分别电连接活动盖板21和控制器 31。工作时，计算机28发出指令给InstronSSOO型的数控电液空气悬架系统四，数控电液 空气悬架系统30发出一种激励，此激励对空气弹簧30产生作用。高度传感器沈将活动盖 板21的高度信号传递给控制器31，控制器31根据上传的信号控制步进电机M的运动，步 进电机M运动时通过滚珠丝杠副23带动活动盖板21上下移动。本发明试验装置中，油缸2和激振头3组成激振器，用来产生振动，它模拟车辆在 实际行驶过程中由于路面颠簸所引起的振动，螺旋弹簧5用来模拟只考虑具有径向刚度的 轮胎，簧载质量11由加载箱及所加钢砂质量组成，通过加载不同的质量可以模拟车辆装载 不同的质量时的振动，圆柱型直线导套副12用来保证加载箱高精度的平稳运动，减振器15 用来模拟车辆上的减振系统，衰减由于路面颠簸产生的振动，非簧载质量配重16用来模拟 车辆上的非簧载质量。本发明试验装置在试验时，先将空气弹簧调整至设计高度，打开附加气室7中的 八个扇形柱体腔室，向主气室14充入少量空气，检查系统的气密性，若漏气，则检查并调 整气路设备直至不再漏气，确认系统气密性良好之后，向主气室14和附加气室7充气至 0. lmpa，将八个柱塞20全部插入到隔板19上的八个小孔中，即关闭附加气室7中的八个扇 形柱体腔室。高度传感器26测得的高度信号传给控制器31，步进电机M接收到控制器31 的信号时，作出相应的旋转角位移，再通过与之相连的滚珠丝杠副23带动活动盖板21作出 相应的上下线位移，从而带动八个柱塞20上下移动。随着控制器31控制步进电机M接收 到的脉冲个数不同，活动盖板21的线位移会不同，高度便不同，从而活动盖板21上的柱塞 20与隔板19上对应的八个小孔32接触个数就不同，即八个柱塞20封闭或打开隔板19上 对应的八个小孔32，随着八个柱塞20高度的增加，八个扇形柱体腔室0到8依次打开，则与 主气室14相连的附加气室7的容积就不等，通过控制柱塞20与隔板19上小孔32的接触 个数来改变附加气室7的容积，由此得出附加气室7不同容积下的实验数据。
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本发明试验装置采用电子控制系统，由计算机观发出指令给hstronSSOO型的数 控电液伺服振动测试系统四，数控电液伺服振动测试系统四就会产生一种激励，在这种激 励下，改变附加气室7的容积来测出不同附加气室容积对空气弹簧特性的影响。控制器31 发出电脉冲信号控制步进电机M的运动，步进电机M运动时通过滚珠丝杠副23带动活动 盖板21上下移动，继而固连于活动盖板21上的柱塞20也上下移动，由此实现空气弹簧附 加气室7的容积改变。若高度传感器沈反馈给控制器31的信号显示出活动盖板21上的 八个柱塞20中有三个与隔板19上的小孔32密切配合，那么此时附加气室7便有五个腔室 和空气弹簧主气室14连通，在这个工作状态下，当步进电机M收到控制器31发出的一个 令附加气室7增加腔室的电脉冲信号时，步进电机M便会转过一个角度，继而通过滚珠丝 杠副23带动活动盖板21上升一个高度，那么固连于活动盖板21上的柱塞20就会上升同 样的一个高度，而上升的这个高度正好能使剩余的五个没有与隔板19上的小孔32接触的 柱塞20中的一个柱塞从小孔32中退出来，这样附加气室7便由原来的五个腔室和主气室 14连通变成了六个腔室和主气室14连通；当步进电机M收到控制器31发出的两个令附 加气室7增加腔室的电脉冲信号时，如同上述过程，步进电机M就会转过两个角度，活动盖 板21上的柱塞20就会上升两个高度，那么在与小孔32接触的柱塞20中间就会有两个柱 塞20退出来，从而附加气室7由原来的五个腔室和主气室14连通变成七个腔室和主气室 14连通。与上述原理相似，减少与主气室14连通的附加气室7的腔室个数也如此。因为活 动盖板21上的柱塞20的长短成等差数列，所以步进电机M收到几个电脉冲信号，就会有 几个柱塞20进入或退出隔板19上的小孔，从而实现了附加气室7的容积可变。
权利要求
1.一种可变容积的空气弹簧附加气室试验装置，具有龙门框架，龙门框架具有的立柱 (10)垂直固接其底座(1)两侧，底座(1)中间依次连接油缸(2)、激振头(3)、小连接托盘 (4)、螺旋弹簧(5)、非簧载质量配重(16)、减振器(15)、主气室(14)、大连接托盘(13)、三组 圆柱型直线导套副(12)和簧载质量(11);主气室(14)连接附加气室(7)，附加气室(7)和主 气室(14)组成空气弹簧系统(30)，其特征是附加气室(7)外部是一圆柱形外壳体(17)，圆 柱形外壳体(17)内腔是用扇板(18)周向分隔的八个体积相等的扇形柱体腔室，八个扇形 柱体腔室上端面封闭有一隔板(19)，形成圆柱形外壳体(17)上、下层，在隔板(19)上设有 与八个扇形柱体腔室相对的八个小孔(32)；圆柱形外壳体(17)上层有活动盖板(21)，活动 盖板(21)上设有高度传感器(26)且上端面的中央设置一个凸台(22)，凸台(22)通过螺纹 孔连接滚珠丝杠副(23)，滚珠丝杠副(23)另一端连接步进电机(24);在圆柱形外壳体(17) 上层的侧壁上是连通主气室(14)的连接孔(27)，在活动盖板(21)下端面垂直固接八个分 别与八个小孔(32)密封相配的柱塞(20)，八个柱塞(20)的长短依次成等差数列；空气弹簧 系统(30 )通过数控电液伺服振动测试系统(29 )连接计算机(28 )，步进电机(24)和高度传 感器(26 )分别电连接控制器(31)。
2.根据权利要求1所述的一种可变容积的空气弹簧附加气室试验装置，其特征是隔 板(19)上的一个小孔(32)开口时，最短的一个柱塞(20)高度高于该一个小孔(32)，其余的 七个柱塞(20)分别封闭其余的七个扇形柱体腔室；隔板(19)上的七个小孔(32)开口时，最 长的一个柱塞(20)封闭相应的扇形柱体腔室，其余的七个柱塞(20)高度高于对应的七个 小孔(32)。
3.一种可变容积的空气弹簧附加气室试验方法，其特征是包括如下步骤A、将空气弹簧调整至设计高度，打开附加气室(7)中的八个扇形柱体腔室，向主气室 (14)和附加气室(7)充气；B、将八个柱塞(20)全部插入到隔板(19)上的八个小孔(32)中，由高度传感器(26)测 得的高度信号传给控制器(31)，控制器(31)发出电脉冲信号控制步进电机(24)的运动，通 过滚珠丝杠副(23)带动活动盖板(21)和柱塞(20)上下移动；C、步进电机(24)接收到的电脉冲个数不同，八个柱塞(20)封闭或打开对应的八个小 孔(32)；随着八个柱塞(20)高度的增加，八个扇形柱体腔室依次打开，则与主气室(14)相 连的附加气室(7)的容积不等，得出附加气室(7)不同容积下的实验数据；D、由计算机(28)发出指令给数控电液伺服振动测试系统(29)产生激励，改变附加气 室(7)的容积来测出不同附加气室容积对空气弹簧特性的影响。
全文摘要
本发明公开一种可变容积的空气弹簧附加气室试验装置及方法，附加气室的圆柱形外壳体内腔是用扇板周向分隔的八个体积相等的扇形柱体腔室，八个扇形柱体腔室上端面封闭有一隔板，在隔板上设有与八个扇形柱体腔室相对的八个小孔；圆柱形外壳体上层有活动盖板，活动盖板上设有高度传感器，在活动盖板下端面垂直固接八个分别与八个小孔密封相配的柱塞，八个柱塞的长短依次成等差数列；空气弹簧系统通过数控电液伺服振动测试系统连接计算机；随着八个柱塞高度增加，八个扇形柱体腔室依次打开，测出不同附加气室容积对空气弹簧特性的影响，空气弹簧能获得较大刚度变化范围，提高轿车的行驶稳定性和乘坐舒适性。
文档编号G01M17/04GK102072826SQ20101054958
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者李超, 江洪, 王申旭, 高明宏, 黄定师 申请人:江苏大学