本發(fā)明涉及一種多工況阻尼自適應(yīng)油氣彈簧及其控制方法。

背景技術(shù)：

汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí)，受到來(lái)自路面的沖擊而產(chǎn)生振動(dòng)，為了緩和沖擊、衰減振動(dòng)，懸架系統(tǒng)中并聯(lián)安裝有彈性元件和減振器。其中，彈性元件用來(lái)吸收沖擊能量以過(guò)濾路面的振動(dòng)，但彈簧自身還會(huì)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而減振器就是用來(lái)抑制這種彈簧跳躍的。

目前，汽車(chē)懸架系統(tǒng)中一般采用螺旋彈簧作為彈性元件，高檔車(chē)、重型工程車(chē)輛會(huì)采用油氣彈簧。油氣彈簧因其具有良好的非線(xiàn)性剛度特性，因而相對(duì)于螺旋彈簧可以在一定程度上改善車(chē)輛的舒適性和穩(wěn)定性。油氣彈簧雖然具有剛度隨載荷變化的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在一定的缺陷：空載時(shí)剛度低，隨著載荷的增加，剛度不斷增大，從而導(dǎo)致滿(mǎn)載時(shí)其剛度有可能變得過(guò)大，并不是系統(tǒng)在其所處工況下的最佳剛度值。這是因?yàn)?，剛度和載荷的變化最終影響到懸架的固有頻率：空載時(shí)平衡位置的頻率低，隨著載荷的增加，平衡位置的頻率不斷增大，從而導(dǎo)致滿(mǎn)載時(shí)其固有頻率可能變得過(guò)大而偏離理想頻率范圍。所以對(duì)于傳統(tǒng)油氣彈簧，往往只存在一個(gè)指定載荷下的頻率為最佳頻率，故而有必要研究其結(jié)構(gòu)與頻率特性的關(guān)系，降低懸架固有頻率對(duì)車(chē)輛載荷、懸架位移變化的靈敏度。

目前，汽車(chē)懸架系統(tǒng)中采用的減振器多是液力減振器，其工作原理是當(dāng)車(chē)身與車(chē)橋間因振動(dòng)而出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的活塞上下移動(dòng)，減振器腔內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)腔經(jīng)過(guò)不同的空隙流入另一個(gè)腔內(nèi)。此時(shí)，孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內(nèi)摩擦對(duì)振動(dòng)形成阻力，使汽車(chē)振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為油液熱能散發(fā)到空氣中。在油液通道截面積、油液黏度不變的情況下，減振器阻尼力與活塞移動(dòng)速的平方度成正比關(guān)系，這就是典型的被動(dòng)懸架系統(tǒng)。

傳統(tǒng)被動(dòng)懸架參數(shù)一經(jīng)選定就難以改變，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中只能尋找一個(gè)較好的折中方案來(lái)確定參數(shù)。也就是只有在特定工況下，汽車(chē)的性能才是最佳的；一旦工況發(fā)生改變(例如路面變化、汽車(chē)行駛時(shí)的加速、制動(dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)變化)，其性能將會(huì)變差，這意味著傳統(tǒng)被動(dòng)懸架難以同時(shí)滿(mǎn)足舒適性和穩(wěn)定性的要求。

為實(shí)時(shí)改變汽車(chē)懸架彈性元件和阻尼元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)一步提升汽車(chē)性能，而出現(xiàn)了半主動(dòng)和全主動(dòng)懸架系統(tǒng)。半主動(dòng)懸架是一種通過(guò)傳感器感知路面狀況和車(chē)身姿態(tài)，對(duì)阻尼參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改善汽車(chē)行駛平順性和穩(wěn)定性的一種可控式懸架系統(tǒng)。

目前，半主動(dòng)懸架系統(tǒng)主要集中在阻尼參數(shù)的調(diào)節(jié)，因此又可以稱(chēng)為阻尼可調(diào)式懸架系統(tǒng)。在半主動(dòng)懸架系統(tǒng)中，按照阻尼調(diào)節(jié)范圍的不同，分為阻尼連續(xù)可調(diào)式(無(wú)級(jí))和阻尼可切換式(有級(jí))兩類(lèi)。常見(jiàn)的阻尼可切換式懸架，阻尼系數(shù)可在幾檔之間快速切換，控制方法通常根據(jù)車(chē)身的相對(duì)速度和絕對(duì)速度來(lái)改變系統(tǒng)阻尼的設(shè)置。對(duì)于二級(jí)式懸架，阻尼設(shè)置為“硬”和“軟”2個(gè)級(jí)別；對(duì)于三級(jí)式懸架，阻尼設(shè)置為“硬”、“中”和“軟”3個(gè)級(jí)別。連續(xù)可調(diào)減振器的阻尼系數(shù)在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)變化，有兩種基本實(shí)現(xiàn)方式。一種是通過(guò)調(diào)節(jié)減振器節(jié)流閥的面積而改變阻尼特性的孔徑調(diào)節(jié)式，其孔徑的改變一般可由電磁閥或其它類(lèi)似的機(jī)電式驅(qū)動(dòng)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一種是電流變或磁流變可調(diào)阻尼器，其工作原理是通過(guò)改變電場(chǎng)或磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變流變體的黏度特性。兩種結(jié)構(gòu)中，前者技術(shù)上比較成熟，發(fā)表的文獻(xiàn)和專(zhuān)利也較多；后者屬于新興技術(shù)，隨著對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究和突破，可能會(huì)成為較有前途的半主動(dòng)懸架形式。

對(duì)于全主動(dòng)懸架，則是在被動(dòng)懸架系統(tǒng)(彈性元件、減振器、導(dǎo)向機(jī)構(gòu))中附加一個(gè)可控作用力的裝置。它通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)量系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)和能源系統(tǒng)四部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用是執(zhí)行控制系統(tǒng)的指令，一般為力發(fā)生器或轉(zhuǎn)矩發(fā)生器(液壓缸、氣缸、伺服電動(dòng)機(jī)、電磁鐵等)。測(cè)量系統(tǒng)的作用是測(cè)量系統(tǒng)各狀態(tài)，為控制系統(tǒng)提供依據(jù)，包括各種傳感器。控制系統(tǒng)的作用是處理數(shù)據(jù)和發(fā)出各種控制指令，其核心部件是電子計(jì)算機(jī)。能源系統(tǒng)的作用是為以上各部分提供能量。

全主動(dòng)懸架可以在車(chē)身振動(dòng)的全頻段范圍內(nèi)兼顧汽車(chē)的平順性與操縱穩(wěn)定性；能夠?qū)崟r(shí)地控制車(chē)身高度，改善通過(guò)性；能夠降低車(chē)輪載荷波動(dòng)，提高附著性能，改善操縱性，同時(shí)減輕了輪胎的磨損。但是全主動(dòng)懸架的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜，硬件要求高、成本高，由于含有能源系統(tǒng)必然耗能大，這些缺點(diǎn)限制了全主動(dòng)懸架在汽車(chē)上的推廣應(yīng)用。相對(duì)于全主動(dòng)懸架，半主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作時(shí)幾乎不消耗車(chē)輛動(dòng)力，而且還能獲得與全主動(dòng)懸架接近的性能，故而在乘用車(chē)上有較好的應(yīng)用前景；但是由于工作環(huán)境惡劣，可靠度不高，而且需要一套控制系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)被動(dòng)懸架系統(tǒng)成本增高較大，目前在大型工礦車(chē)輛等商用車(chē)上還沒(méi)有相關(guān)應(yīng)用。

目前，還有一種結(jié)構(gòu)形式的被動(dòng)懸架系統(tǒng)的減振器，如專(zhuān)利號(hào)為：201520340607.4的實(shí)用新型專(zhuān)利，其阻尼力在不引入控制系統(tǒng)的情況下，也可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，即行程相關(guān)減振器，與傳統(tǒng)的減振器相比,這種減振器在工作缸筒內(nèi)壁沿軸線(xiàn)方向開(kāi)出具有一定長(zhǎng)度的兩道對(duì)稱(chēng)旁通槽,起到泄流的作用,活塞在旁通槽范圍內(nèi)上下移動(dòng)時(shí),減振器產(chǎn)生的阻尼力相對(duì)較小。當(dāng)活塞移動(dòng)幅度超出旁通槽時(shí),則減振器產(chǎn)生的阻尼力相對(duì)較大。為避免活塞在移動(dòng)過(guò)程中超出旁通槽時(shí)阻尼力瞬間增大,將旁通槽兩端制成變截面的結(jié)構(gòu)。于是,在減振器活塞的整個(gè)行程內(nèi),減振器的特性可以分為3個(gè)不同的區(qū)域:硬特性區(qū)、軟特性區(qū)及過(guò)渡區(qū)。行程相關(guān)減振器產(chǎn)生的阻尼力不僅與懸架運(yùn)動(dòng)速度有關(guān),還與懸架垂直位移有關(guān),這種特性能夠很好適應(yīng)不同道路條件。當(dāng)汽車(chē)在良好路面行駛時(shí),活塞在旁通槽范圍內(nèi)上下移動(dòng),減振器產(chǎn)生的阻尼力較小,舒適性較好；當(dāng)汽車(chē)在不平路面上行駛時(shí),由于車(chē)輪的垂直位移較大,活塞移動(dòng)幅度超出旁通槽導(dǎo)致流通面積較小,減振器產(chǎn)生的阻尼力較大,提高行駛的穩(wěn)定性。但是這種結(jié)構(gòu)也具有如下缺點(diǎn)：1、過(guò)渡區(qū)的變截面結(jié)構(gòu)確定后，其阻尼力行程相關(guān)性將不再可調(diào)；2、所示軟特性區(qū)中點(diǎn)，阻尼力并不可調(diào)；3、當(dāng)減振器平衡位置不在軟特性區(qū)中點(diǎn)時(shí)(車(chē)輛載重量的變化將導(dǎo)致平衡位置的變化)，懸架特性有可能無(wú)法滿(mǎn)足拉伸行程阻尼力大、壓縮行程阻尼力較小的趨勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種能滿(mǎn)足車(chē)輛在空載、半載、滿(mǎn)載等多載荷工況下對(duì)車(chē)身頻率特性穩(wěn)定的性能需求，滿(mǎn)足車(chē)輛對(duì)緊急制動(dòng)、高速轉(zhuǎn)彎等極限工況下的行駛穩(wěn)定性和行駛平順性等多工況行駛性能下的剛度阻尼匹配需求的多工況阻尼自適應(yīng)油氣彈簧及其控制方法。

一種多工況阻尼自適應(yīng)油氣彈簧，包括缸筒端蓋、拉桿支架、缸筒、缸筒活塞、拉桿、拉桿活塞、桿筒、桿筒活塞、單向閥、針閥及各部分的連接件和密封件。所述缸筒上端安裝有拉桿支架、缸筒端蓋，所述缸筒內(nèi)固定有拉桿，所述拉桿的上端固定在缸筒頂部的拉桿支架上，下端固定有拉桿活塞，所述拉桿活塞設(shè)置在桿筒內(nèi)形成第一活塞結(jié)構(gòu)，所述桿筒的上端連接有缸筒活塞，所述缸筒活塞的下端面將桿筒上端開(kāi)口密封，所述拉桿支架、缸筒活塞與缸筒形成第二活塞結(jié)構(gòu)，所述桿筒外壁上還設(shè)有桿筒活塞，所述桿筒、桿筒活塞與缸筒形成第三活塞結(jié)構(gòu)，所述缸筒活塞上方、缸筒內(nèi)壁與拉桿支架之間形成缸筒正壓氣室，所述缸筒活塞中部設(shè)有環(huán)形凹槽，所述環(huán)形凹槽與缸筒內(nèi)壁之間形成桿筒反壓油氣混合室，所述缸筒活塞下方、桿筒外壁、桿筒活塞上方與缸筒內(nèi)壁之間形成環(huán)形油腔，所述桿筒活塞下方、桿筒外壁、缸筒內(nèi)壁與缸筒底部之間形成缸筒反壓氣室，所述桿筒內(nèi)無(wú)桿腔為桿筒正壓氣室，有桿腔為桿筒油室，所述桿筒反壓油氣混合室分別通過(guò)單向閥和阻尼孔與環(huán)形油腔連通，所述單向閥使得桿筒反壓油氣混合室的壓力油只能單向流向環(huán)形油腔，所述環(huán)形油腔通過(guò)油孔與桿筒油室連通，所述桿筒反壓油氣混合室內(nèi)設(shè)有改變阻尼孔導(dǎo)通率的上針閥，所述環(huán)形油腔內(nèi)設(shè)有改變阻尼孔導(dǎo)通率的下針閥，所述上針閥通過(guò)缸筒正壓氣室的壓力控制，所述下針閥通過(guò)缸筒反壓氣室的壓力控制。

所述桿筒正壓氣室設(shè)有與外界連通的第一充氣孔，所述缸筒反壓氣室設(shè)有與外界連通的第二充氣孔，所述缸筒正壓氣室設(shè)有與外界連通的第三充氣孔，所述第一充氣孔、第二充氣孔和第三充氣孔上均安裝有閥門(mén)，所述桿筒反壓油氣混合室上設(shè)有與外界連通的充油充氣孔，所述充油充氣孔設(shè)有充油充氣閥門(mén)。

所述缸筒活塞與桿筒通過(guò)螺栓固定連接，所述缸筒的頂部通過(guò)拉桿支架和缸筒端蓋密封，所述拉桿支架和缸筒端蓋通過(guò)螺栓固定在缸筒上端，這樣方便對(duì)本發(fā)明進(jìn)行組裝和拆卸。

所述上針閥和下針閥結(jié)構(gòu)相同，所述上針閥包括與阻尼孔大小相匹配的上油針，所述下針閥包括與阻尼孔大小相匹配的下油針，所述上油針和下油針?lè)謩e通過(guò)回位彈簧分別安裝在缸筒活塞和桿筒活塞的階梯孔內(nèi)，所述上油針和下油針的尖端分別設(shè)置在桿筒反壓油氣混合室和環(huán)形油腔內(nèi)，并且相對(duì)設(shè)置在阻尼孔的兩端，所述上油針和下油針的平頂端分別與缸筒正壓氣室和缸筒反壓氣室(e)連通并且通過(guò)擋圈限位，所述回程彈簧在初始狀態(tài)時(shí)將上油針和下油針的平頂端緊壓在擋圈上。

所述單向閥和阻尼孔沿缸筒活塞中心對(duì)稱(chēng)布置，且相鄰的單向閥與阻尼孔之間相隔90°。

所述拉桿上端通過(guò)螺母固定在拉桿支架上，所述拉桿支架固定在缸筒上，所述拉桿的下端穿過(guò)缸筒活塞中心孔設(shè)置在桿筒的內(nèi)部。

所述拉桿的一端通過(guò)第一密封圈與拉桿支架密封，中部通過(guò)第四密封圈與缸筒活塞密封，所述拉桿活塞與桿筒通過(guò)第九密封圈密封。

所述缸筒活塞與缸筒之間通過(guò)第二密封圈、第三密封圈、第五密封圈密封，桿筒活塞與缸筒之間通過(guò)第六密封圈、第七密封圈密封，桿筒缸筒之間與通過(guò)第八密封圈密封。

一種油氣彈簧的控制方法，以桿筒為參考，缸筒在平衡位置上下運(yùn)動(dòng)時(shí)包括缸筒在平衡位置以下且向下運(yùn)動(dòng)的壓縮行程、缸筒在平衡位置以下且向上運(yùn)動(dòng)的壓縮回復(fù)行程、缸筒在平衡位置以上且向上運(yùn)動(dòng)的拉伸行程和缸筒在平衡位置以上且向下運(yùn)動(dòng)的拉伸回復(fù)行程；

在壓縮行程中，缸筒正壓氣室對(duì)上油針的壓力大于桿筒反壓油氣混合室壓力、回程彈簧的彈力和阻尼孔油液沖擊力對(duì)上油針的共同作用力，上油針逐步進(jìn)入阻尼孔，使得阻尼孔的有效過(guò)流面積逐步減小。同時(shí)下油針受到缸筒反壓氣室的壓力、環(huán)形油腔壓力、回程彈簧的彈力和阻尼孔油液沖擊力對(duì)上油針的共同作用力向下，所以下油針始終在下極限位置，即下油針在此過(guò)程中不起作用，此過(guò)程中單向閥處于開(kāi)啟狀態(tài)，大部分油液從單向閥流過(guò)，當(dāng)缸筒下行到極限位置時(shí)，缸筒通過(guò)缸筒正壓氣室和桿筒正壓氣室內(nèi)的壓縮氣體緩沖和限位；

在壓縮回復(fù)行程中，缸筒正壓氣室對(duì)上油針的壓力小于并逐漸等于桿筒反壓油氣混合室壓力、回程彈簧的彈力和阻尼孔油液沖擊力對(duì)上油針的共同作用力，上油針逐步向上移動(dòng)，阻尼孔的有效過(guò)流面積由極小值逐步增大，直到上油針離開(kāi)阻尼孔，同時(shí)下油針受到缸筒反壓氣室的壓力、環(huán)形油腔壓力、回程彈簧的彈力和阻尼孔油液沖擊力對(duì)上油針的共同作用力向下，所以下油針始終在下極限位置，即下油針在此過(guò)程中不起作用，此過(guò)程中單向閥處于關(guān)閉狀態(tài)，油液從阻尼孔中流過(guò)；

在拉伸行程中，缸筒正壓氣室對(duì)上油針的壓力小于桿筒反壓油氣混合室壓力、回程彈簧的彈力與阻尼孔油液沖擊力對(duì)上油針的共同作用力，上油針始終在上極限位置，即上油針在此過(guò)程中不起作用，同時(shí)缸筒反壓氣室對(duì)下油針的壓力大于環(huán)形油腔壓力、回程彈簧的彈力與阻尼孔油液沖擊力對(duì)下油針的共同作用力，下油針逐步進(jìn)入阻尼孔，使得阻尼孔的有效過(guò)流面積逐步減小，壓力油通過(guò)阻尼孔的阻尼力增大，此過(guò)程中單向閥關(guān)閉，油液全部經(jīng)由阻尼孔流過(guò)；

在拉伸回復(fù)行程中，缸筒正壓氣室對(duì)上油針的壓力小于桿筒反壓油氣混合室壓力、回程彈簧的彈力與阻尼孔油液沖擊力對(duì)上油針的共同作用力，上油針始終在上極限位置，即上油針在此過(guò)程中不起作用，同時(shí)缸筒反壓氣室對(duì)下油針的壓力小于并逐漸等于環(huán)形油腔壓力、回程彈簧的彈力與阻尼孔油液沖擊力對(duì)下油針的共同作用力，下油針逐步向下移動(dòng)，阻尼孔的有效過(guò)流面積逐步增大，直到下油針離開(kāi)阻尼孔，此過(guò)程中單向閥處于開(kāi)啟狀態(tài)，大部分油液從單向閥流過(guò)。

本發(fā)明通過(guò)正壓氣室、反壓氣室和環(huán)形油腔在缸筒壓縮-壓縮回復(fù)-拉伸-拉伸回復(fù)四個(gè)行程之間連續(xù)變動(dòng)時(shí)，給上、下油針不同的壓力值，自動(dòng)控制上、下油針進(jìn)入阻尼孔的深度，調(diào)節(jié)阻尼孔有效過(guò)流面積，從而達(dá)到調(diào)節(jié)壓力油流動(dòng)阻尼值的目的，可以滿(mǎn)足車(chē)輛在低頻高振幅極限工況下的行駛穩(wěn)定性和車(chē)輛在高頻低振幅隨機(jī)振動(dòng)下行駛平順性，從而改變了傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧的阻尼力只與速度平方成正比的結(jié)構(gòu)關(guān)系，通過(guò)氣室和針閥實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)油氣彈簧的阻尼行程相關(guān)特性，本發(fā)明缸筒與桿筒相對(duì)運(yùn)動(dòng)到極限位置附近時(shí)，阻尼孔有效面積迅速減小，相對(duì)于傳統(tǒng)油氣彈簧提供的阻尼力更大，因此可抑制典型極限工況下的車(chē)身側(cè)傾和俯仰運(yùn)動(dòng)，并提升側(cè)傾和俯仰振動(dòng)的衰減效率，有利于提升車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性；由于阻尼力行程相關(guān)性只在大行程下起作用，因此可以通過(guò)設(shè)計(jì)小行程下的阻尼特性來(lái)改善本發(fā)明對(duì)壞路面高頻隨機(jī)振動(dòng)的隔離效果，提升車(chē)輛行駛平順性；從整個(gè)行程范圍內(nèi)來(lái)看，本發(fā)明能很好地滿(mǎn)足車(chē)輛對(duì)多工況行駛性能的需求；

本發(fā)明有三個(gè)氣室、一個(gè)油氣混合室，可分為正壓氣室和反壓氣室，正壓氣室包括缸筒正壓氣室、桿筒正壓氣室；反壓氣室包括缸筒反壓氣室、桿筒反壓油氣混合室，正壓氣室、反壓氣室分別起到壓縮行程、拉伸行程的緩沖和限位作用。其中三個(gè)氣室可以在不拆卸的情況下進(jìn)行充放氣，即改變氣室壓強(qiáng)，從而可以通過(guò)該操作得到不同的固有頻率。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在車(chē)身高度基本不變的情況下實(shí)現(xiàn)固有頻率較大范圍的調(diào)節(jié)，即通過(guò)對(duì)正壓氣室、反壓氣室同時(shí)充放氣改變氣室壓強(qiáng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在車(chē)輛由空載變?yōu)闈M(mǎn)載過(guò)程中，固有頻率變化量減?。簩?duì)于傳統(tǒng)油氣彈簧來(lái)說(shuō)，隨著載荷增加即彈簧壓縮，懸架固有頻率會(huì)增加；而對(duì)于本發(fā)明，車(chē)輛在空載變?yōu)闈M(mǎn)載過(guò)程中，正壓氣室壓縮、壓強(qiáng)增大，反壓氣室膨脹、壓強(qiáng)減小，由于反壓氣室的存在使得懸架在相同載荷變化量的情況下，相對(duì)于傳統(tǒng)油氣彈簧壓縮量減小，所以固有頻率變化量減小。

本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)回程彈簧剛度和三個(gè)氣室充氣壓力，不僅可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)上下油針平衡位置、進(jìn)入阻尼孔的長(zhǎng)度等結(jié)構(gòu)參數(shù)，還可以調(diào)節(jié)本發(fā)明的固有頻率，從而在不改變本發(fā)明主體結(jié)構(gòu)的前提下改變懸架的性能，有利于提升車(chē)輛對(duì)不同隨機(jī)路面工況的適應(yīng)性，為車(chē)輛底盤(pán)調(diào)試提供方便，減小調(diào)試成本，也縮小了車(chē)輛在滿(mǎn)載和空載即不同載荷狀態(tài)之間以及本發(fā)明有效行程范圍內(nèi)不同位移處簧上質(zhì)量振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率差，有效提升車(chē)輛不同載荷狀態(tài)下的多工況性能需求；相對(duì)于目前市場(chǎng)上可以實(shí)現(xiàn)阻尼力調(diào)節(jié)的半主動(dòng)油氣彈簧，本發(fā)明結(jié)構(gòu)更緊湊，并不需要附加控制系統(tǒng)，可有效降低實(shí)際開(kāi)發(fā)和應(yīng)用成本。

本發(fā)明所有氣室均集成在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、緊湊；由于本發(fā)明在缸筒和桿筒之間同時(shí)存在有缸筒正壓氣室a、缸筒反壓氣室e，可用于行程的限位，因此在本發(fā)明拉伸或壓縮到極限時(shí)不會(huì)像傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧一樣產(chǎn)生剛性沖擊，由于缸筒反壓氣室的存在，可以避免油氣彈簧在拉伸極限下缸筒跟桿筒之間的剛性撞擊，提升行駛平順性和耐久性。

綜上所述，本發(fā)明不僅可以滿(mǎn)足車(chē)輛在不同載荷工況下車(chē)身固有頻率基本不變的要求，而且可以在滿(mǎn)足車(chē)輛行駛平順性的基礎(chǔ)上，有效抑制和衰減車(chē)輛在緊急制動(dòng)、高速轉(zhuǎn)彎等典型極限工況帶來(lái)的車(chē)身側(cè)傾和俯仰振動(dòng)，滿(mǎn)足車(chē)輛行駛穩(wěn)定性的需求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明端蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明缸筒的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明針閥的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明拉桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明缸筒活塞的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明桿筒活塞的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明桿筒缸筒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻尼力時(shí)間歷程曲線(xiàn)。

圖9為本發(fā)明桿筒缸筒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻尼力位移曲線(xiàn)。

圖10為本發(fā)明桿缸筒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻尼力速度曲線(xiàn)。

圖11為本發(fā)明空載、滿(mǎn)載固有頻率位移曲線(xiàn)。

圖12為傳統(tǒng)油氣懸架空載、滿(mǎn)載固有頻率位移曲線(xiàn)。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1至7所示，一種多工況阻尼自適應(yīng)油氣彈簧包括缸筒端蓋1、拉桿支架2、缸筒3、缸筒活塞4、針閥5、單向閥6、拉桿7、桿筒活塞8、桿筒9、拉桿活塞10等，所述缸筒活塞4橫截面呈“工”字形，中心設(shè)有軸向通孔；缸筒活塞4安裝在缸筒3中，其“工”字形中平行的兩個(gè)面的外緣與缸筒3內(nèi)表面通過(guò)第二密封圈23、第三密封圈24、第五密封圈26密封；所述桿筒9的一端穿裝在缸筒3下底面的中心通孔中并與缸筒3下底面的中心通過(guò)第八密封圈29密封，另一端與缸筒活塞4底面通過(guò)螺栓連接，并且通過(guò)缸筒活塞4底面密封，在桿筒9外表面設(shè)有桿筒活塞8，桿筒活塞8的外緣與缸筒3內(nèi)壁通過(guò)第六密封圈27、第七密封圈28密封并處于缸筒活塞4與缸筒3下底面之間；所述缸筒3內(nèi)腔自上至下，被缸筒活塞4、桿筒活塞8分隔成處于缸筒活塞4以上的缸筒正壓氣室a，處于缸筒活塞4“工”字形中兩平行面之間的桿筒反壓油氣混合室b，處于缸筒活塞4與桿筒活塞8之間的環(huán)形油室c，處于桿筒活塞8與缸筒3下底面之間的缸筒反壓氣室e；所述拉桿7上端穿過(guò)缸筒活塞4上的軸向通孔與拉桿支架2通過(guò)螺母固定、并通過(guò)第一密封圈22密封，另一端安裝有拉桿活塞10并插裝在桿筒9內(nèi)部，拉桿活塞10與桿筒9通過(guò)第九密封圈30密封，拉桿活塞10將桿筒9分隔成處于缸筒活塞4與拉桿活塞10之間的桿筒油室d及處于拉桿活塞10與桿筒9底面之間的桿筒正壓氣室f；在所述桿筒9上設(shè)有將環(huán)形油室c與桿筒油室d連通的油孔13，油孔13較大，所以油孔13阻尼力很小，可忽略不計(jì)；在所述缸筒活塞4下底面設(shè)有阻尼孔15和單向閥6，所述阻尼孔15設(shè)有控制阻尼孔導(dǎo)通率的針閥5，所述針閥5包括設(shè)置在桿筒反壓油氣混合室內(nèi)的上針閥和設(shè)置在環(huán)形油腔內(nèi)的下針閥，所述上針閥通過(guò)缸筒正壓氣室的壓力控制，所述下針閥通過(guò)缸筒反壓氣室的壓力控制。所述端蓋1、拉桿支架2開(kāi)有與缸筒正壓氣室a連通的第三充氣孔21，用于給缸筒正壓氣室a充氣，所述缸筒活塞4上端設(shè)有充油充氣孔17，充油充氣孔17附有充油充氣閥門(mén)18。如圖3所示，所述缸筒3上開(kāi)有與缸筒反壓氣室e連通的第二充氣孔12，用于給缸筒反壓氣室e充氣；如圖6所示，所述針閥5包括結(jié)構(gòu)相同的上針閥和下針閥，所述上針閥和下針閥分別安裝在設(shè)置在缸筒活塞4上的第二階梯孔16和設(shè)置在桿筒活塞8上的第一階梯孔14內(nèi)，如圖4所示，以下針閥為例來(lái)說(shuō)明，所述下針閥包括下油針31、回程彈簧32以及擋圈33組成，回程彈簧32安裝在桿筒9的第一階梯孔14中，上油針尖端穿過(guò)回程彈簧32和第一階梯孔14設(shè)置在環(huán)形油腔c內(nèi)，上油針平頂端作用在回程彈簧32上，并通過(guò)擋圈33限位，所述上油針平頂端與缸筒反壓氣室e連通。拉桿7上端與拉桿支架2通過(guò)第一螺母19和第二螺母20相連，第一螺母19和第二螺母20不僅有緊固作用，而且還起限位塊的作用，在初始狀態(tài)時(shí)第一螺母19與缸筒活塞4上端距離要小于拉桿7底部距第一充氣孔11的軸向距離，這樣方便給桿筒正壓氣室f充氣。各部分有相互接觸運(yùn)動(dòng)關(guān)系的地方均有密封元件。

單向閥6與阻尼孔15對(duì)稱(chēng)布置，且相鄰的單向閥6與阻尼孔15之間相隔90°，缸筒活塞4中心孔與單向閥6、阻尼孔15之間的孔為安裝所需的螺紋孔。

安裝步驟：

1、將上、下針閥分別安裝在缸筒活塞4的階梯孔中和桿筒9法蘭的階梯孔中，將單向閥6安裝在缸筒活塞4單向閥孔中；

2、將拉桿活塞10安裝在拉桿7下端，拉桿7上端穿過(guò)缸筒活塞4中心孔，缸筒活塞4下端與桿筒9上端通過(guò)螺栓連接固定；

3、將缸筒活塞4與桿筒9的裝配體穿過(guò)缸筒3上端，安裝在缸筒3內(nèi)部；

4、通過(guò)缸筒活塞4上的充油充氣孔17給桿筒反壓油氣混合室b、環(huán)形油室c和桿筒油室d充入油液，充到一定量時(shí)停止充油，然后通過(guò)充油充氣孔17給桿筒反壓油氣混合室b充入氮?dú)?，充入后再放出，重?fù)幾次，該操作是為了盡量排盡桿筒反壓油氣混合室b的空氣，然后再通過(guò)充油充氣孔17給桿筒反壓油氣混合室b充入氮?dú)猓瑢⒊溆统錃饪?7用充油充氣閥門(mén)18封?。蛔罱K充進(jìn)去的油液和氮?dú)獾亩嗌偈墙?jīng)過(guò)前期計(jì)算得到的；

5、先在拉桿7上端安裝下螺母19，再將拉桿支架2套進(jìn)去，再安裝上螺母20，調(diào)整拉桿支架2、端蓋3位置安裝固定螺栓；

6、將本發(fā)明作為車(chē)輛懸架的減震部件與汽車(chē)連接，缸筒和桿筒分別作為減震部件與汽車(chē)連接的兩連接端，通過(guò)第一充氣孔11給桿筒正壓氣室f充入氮?dú)庠俜懦?，重?fù)幾次，來(lái)排盡空氣，然后充入一定量的氮?dú)?，本發(fā)明缸筒部分被抬升一定高度；然后，通過(guò)第三充氣孔21給缸筒正壓氣室a充入氮?dú)庠俜懦觯貜?fù)幾次，來(lái)排盡空氣，然后充入一定量的氮?dú)?，本發(fā)明缸筒部分再次被抬升一定高度；然后，通過(guò)第二充氣孔12給缸筒反壓氣室e充入氮?dú)庠俜懦?，重?fù)幾次，來(lái)排盡空氣，然后充入一定量的氮?dú)猓景l(fā)明缸筒部分被受壓后降低一定高度；各個(gè)密封部件在安裝相應(yīng)部件時(shí)安裝，此時(shí)完成安裝本發(fā)明步驟。

本發(fā)明工作過(guò)程如下：

以桿筒9為參考，缸筒3在平衡位置以下且向下運(yùn)動(dòng)為壓縮行程，缸筒3在平衡位置以下且向上運(yùn)動(dòng)為壓縮回復(fù)行程，缸筒3在平衡位置以上且向上運(yùn)動(dòng)為拉伸行程，缸筒3在平衡位置以上且向下運(yùn)動(dòng)為拉伸回復(fù)行程。對(duì)本發(fā)明施加正弦位移激勵(lì)，獲得本發(fā)明的阻尼力時(shí)間歷程曲線(xiàn)、阻尼力位移曲線(xiàn)、阻尼力速度曲線(xiàn)，如圖8、圖9、圖10所示，橫坐標(biāo)分別為時(shí)間/位移/速度，縱坐標(biāo)為本發(fā)明阻尼力。圖中虛線(xiàn)代表傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧，實(shí)線(xiàn)代表本發(fā)明；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表本發(fā)明運(yùn)動(dòng)過(guò)程的壓縮行程、壓縮回復(fù)行程、拉伸行程和拉伸回復(fù)行程。

本發(fā)明在壓縮行程過(guò)程中，單向閥6開(kāi)啟，缸筒正壓氣室a和桿筒正壓氣室f的壓強(qiáng)增大，缸筒反壓氣室e和桿筒反壓油氣混合室b壓強(qiáng)減小。上油針在壓縮行程開(kāi)始時(shí)處于阻尼孔15外部，在某個(gè)時(shí)刻上油針在缸筒正壓氣室a的壓力、桿筒反壓油氣混合室b的壓力、回程彈簧的彈力和阻尼孔15油液對(duì)上油針沖擊力的合力作用下，上油針開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，上油針逐步進(jìn)入阻尼孔15，使得阻尼孔15的有效面積減小，所以相對(duì)于傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧在同一時(shí)刻阻尼力是增大的。同時(shí)在此過(guò)程中，下油針31在缸筒反壓氣室e的壓力、環(huán)形油腔c的壓力、回程彈簧32的彈力和阻尼孔15油液對(duì)油針的沖擊力的合力方向一直向下，使得下油針一直處在阻尼孔15外部，從而在此行程下油針31不會(huì)影響阻尼力的變化。但在此行程中，由于單向閥6開(kāi)啟，油液主要從單向閥6流過(guò)，所以在此行程，相對(duì)于傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧阻尼力增大的較小，從而不影響油氣彈簧在壓縮過(guò)程中，主要充當(dāng)彈簧功能的特性。

本發(fā)明在壓縮回復(fù)行程時(shí)，單向閥6關(guān)閉，油液主要從阻尼孔15流過(guò)，所以在此行程阻尼力較大。在壓縮回復(fù)行程中，缸筒正壓氣室a和桿筒正壓氣室f的壓力從最大值開(kāi)始減小，缸筒反壓氣室e和桿筒反壓油氣混合室b的壓力從最小值開(kāi)始增大。上油針在壓縮回復(fù)行程開(kāi)始時(shí)處于阻尼孔15內(nèi)，且位于下極限位置處，上油針在缸筒正壓氣室a的壓力、桿筒反壓油氣混合室b的壓力、回程彈簧的彈力與阻尼孔油液在作用下逐步向上移動(dòng)。在壓縮回復(fù)行程剛開(kāi)始時(shí)阻尼孔15面積雖有增大，但依舊很小，相對(duì)于傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧，該本發(fā)明能在速度很小的情況下產(chǎn)生較大阻尼力。因而可以滿(mǎn)足車(chē)輛對(duì)緊急制動(dòng)、高速轉(zhuǎn)彎等低頻高振幅極限工況下的行駛穩(wěn)定性對(duì)本發(fā)明阻尼匹配的性能需求。上油針隨著缸筒3向上運(yùn)動(dòng)而向上移動(dòng)，直到缸筒3運(yùn)動(dòng)到平衡位置附近上油針離開(kāi)阻尼孔15。上油針離開(kāi)阻尼孔15后該本發(fā)明阻尼力與傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧相等。因而可以滿(mǎn)足車(chē)輛在高頻低振幅隨機(jī)振動(dòng)下行駛平順性對(duì)本發(fā)明阻尼匹配的性能需求。在此過(guò)程中，由于下油針31在缸筒反壓氣室e的壓力、環(huán)形油腔c的壓力、回程彈簧32的彈力與阻尼孔油液對(duì)下油針31的沖擊力的作用下使得下油針31一直處在阻尼孔15外部。所以在此行程下油針31不會(huì)影響阻尼力的變化。

本發(fā)明在拉伸行程時(shí)，單向閥6關(guān)閉，油液主要從阻尼孔15流過(guò)，正壓氣室的壓力由平衡時(shí)的壓強(qiáng)開(kāi)始減小，反壓氣室的強(qiáng)由平衡時(shí)的壓強(qiáng)開(kāi)始增大。在拉伸行程中，上油針受到的缸筒正壓氣室a的壓力、桿筒反壓油氣混合室b的壓力、回程彈簧的彈力與阻尼孔油液對(duì)上油針沖擊力的作用力下，使得上油針始終在阻尼孔外部，在此行程上油針不會(huì)影響阻尼力的變化。因而可以滿(mǎn)足車(chē)輛在高頻低振幅隨機(jī)振動(dòng)下行駛平順性對(duì)本發(fā)明阻尼匹配的性能需求。由壓縮回復(fù)行程可知，下油針31在拉伸行程開(kāi)始時(shí)處于阻尼孔15外部，在某個(gè)時(shí)刻下油針31受到缸筒反壓氣室e的壓力、環(huán)形油腔c的壓力、回程彈簧32的彈力與阻尼孔油液對(duì)下油針沖擊力的作用力下，下油針31開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)入阻尼孔15，阻尼孔15的有效面積減小，相對(duì)于傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧在同一時(shí)刻的阻尼力增大。因而可以滿(mǎn)足車(chē)輛對(duì)緊急制動(dòng)、高速轉(zhuǎn)彎等低頻高振幅極限工況下的行駛穩(wěn)定性對(duì)本發(fā)明阻尼匹配的性能需求。

本發(fā)明在拉伸回復(fù)行程時(shí)。單向閥6開(kāi)啟，正壓氣室的壓力從最小值開(kāi)始增大，反壓氣室的強(qiáng)從最大值開(kāi)始減小。在拉伸回復(fù)行程中，上油針在缸筒正壓氣室a的壓力、桿筒反壓油氣混合室b的壓力、回程彈簧的彈力與阻尼孔油液對(duì)上油針沖擊力的作用力下，使得上油針始終在阻尼孔外部。所以在此行程上油針不會(huì)影響阻尼力的變化。下油針31在拉伸回復(fù)行程開(kāi)始時(shí)處于阻尼孔15內(nèi)部，且位于上極限位置處，下油針31在缸筒反壓氣室e的壓力、環(huán)形油腔c的壓力、回程彈簧的彈力與阻尼孔油液對(duì)下油針沖擊力的作用下，下油針31開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)。在該行程剛開(kāi)始時(shí)阻尼孔15面積雖有增大，但依舊較小，相對(duì)于傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧，該本發(fā)明能在速度較小的情況下產(chǎn)生較大阻尼力。下油針31隨著缸筒向下運(yùn)動(dòng)而向下移動(dòng)，直到缸筒運(yùn)動(dòng)到平衡位置附近下油針31離開(kāi)阻尼孔15。下油針31離開(kāi)阻尼孔15后該本發(fā)明阻尼力與傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧相等。既保證了該本發(fā)明在上極限附近的阻尼力大，又保證了該本發(fā)明在平衡位置附近時(shí)阻尼力與傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧相等。但在此行程中，由于單向閥6開(kāi)啟，油液主要從單向閥流過(guò)，所以在此行程阻尼力增大的并不多，從而不影響油氣彈簧在壓縮過(guò)程中，主要充當(dāng)彈簧功能的特性。

懸架安裝于車(chē)輛，靠四個(gè)氣室產(chǎn)生的壓力，即彈簧力來(lái)提供對(duì)車(chē)身的支撐力。其剛度力等于兩個(gè)正壓氣室的剛度力之和與兩個(gè)反壓氣室的剛度力之和的差值，計(jì)算公式如下：

式中，F(xiàn)_k表示懸架剛度力，x表示懸架的位移(在平衡位置以下為正)，p_a0、pb₀、p_e0、p_f0分別表示對(duì)應(yīng)下標(biāo)各氣室初始充氣壓強(qiáng)，A_a、A_b、A_e、A_d、A_f分別表示對(duì)應(yīng)下標(biāo)各氣室橫截面積，l_a0、l_b0、l_e0、l_f0分別表示對(duì)應(yīng)下標(biāo)各氣室內(nèi)部的初始充氣高度(當(dāng)l_a0、l_b0、l_e0、l_f0不變時(shí)，車(chē)身高度在車(chē)輛靜平衡時(shí)不變)。

該懸架固有頻率計(jì)算公式，如下：

式中，f表示懸架振動(dòng)頻率，_m表示懸架承載的質(zhì)量。

根據(jù)公式(2)可知，車(chē)身固有振動(dòng)頻率隨著任一氣室壓強(qiáng)的增大而增大，伴隨任一氣室壓強(qiáng)的減小而降低。車(chē)輛從空載狀態(tài)進(jìn)入滿(mǎn)載狀態(tài)時(shí)，懸架壓縮，正壓氣室壓強(qiáng)增大，反壓氣室壓強(qiáng)減小，車(chē)身固有振動(dòng)頻率隨正壓氣室壓強(qiáng)增大而增加，但其增加值可以通過(guò)反壓氣室壓強(qiáng)的降低而抵消部分，從而使得車(chē)輛在不同載荷狀態(tài)下車(chē)身固有頻率變化很小，如圖11所示。

根據(jù)公式(1)可知，當(dāng)懸架提供的剛度力F_k、各氣室的充氣高度保持不變，氣室橫截面積一定時(shí)，懸架各氣室壓強(qiáng)可以有無(wú)數(shù)個(gè)不同組合(反壓氣室壓強(qiáng)增大，則正壓氣室壓強(qiáng)增大；反壓氣室壓強(qiáng)減小，則正壓氣室壓強(qiáng)減小)。進(jìn)一步，根據(jù)公式(2)可知，壓強(qiáng)的組合增大可以增加懸架固有頻率，壓強(qiáng)的組合減小則可以減小懸架固有頻率。在此過(guò)程中，各氣室的充氣高度保持不變即保證了車(chē)身高度不變而改變了懸架固有頻率。因此，在車(chē)輛底盤(pán)調(diào)校過(guò)程中，該懸架可以實(shí)現(xiàn)在同一車(chē)身高度下通過(guò)調(diào)節(jié)各氣室的壓強(qiáng)分配，在一定范圍內(nèi)獲得不同的車(chē)身振動(dòng)固有頻率，從而相對(duì)于傳統(tǒng)油氣懸架，可以有效改善底盤(pán)調(diào)校效果。

從圖9中可知，不管是本發(fā)明還是傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧，阻尼力都是跟本發(fā)明運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)的；從圖10中則可以明顯看到，本發(fā)明在小行程范圍內(nèi)，阻尼力跟傳統(tǒng)被動(dòng)油氣彈簧一致，當(dāng)單向閥和阻尼孔結(jié)構(gòu)確定，其阻尼力只于速度相關(guān)；當(dāng)本發(fā)明行程較大時(shí)，阻尼力不僅跟速度相關(guān)，而且跟本發(fā)明行程相關(guān)。

通過(guò)圖11、圖12中頻率曲線(xiàn)對(duì)比，可得到：

1、在相同振動(dòng)位移時(shí)，不管是空載還是滿(mǎn)載，在相同的有效行程，本發(fā)明的固有頻率明顯小于傳統(tǒng)油氣懸架；

2、本發(fā)明由空載變?yōu)闈M(mǎn)載后平衡位置的固有頻率變化相對(duì)于傳統(tǒng)油氣懸架小；

3、對(duì)于油氣懸架來(lái)說(shuō)，不同載荷的頻率曲線(xiàn)可由空載頻率曲線(xiàn)經(jīng)過(guò)左右平移得到，而這個(gè)平移的距離就是車(chē)身改變載荷后車(chē)身變化的高度，有兩組曲線(xiàn)橫坐標(biāo)差值對(duì)比得到，本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)油氣懸架在相同載荷變化時(shí)車(chē)身高度變化更小。