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CN107444054A - 应用于空气悬架的辅助充气装置 - Google Patents

应用于空气悬架的辅助充气装置 Download PDF

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CN107444054A CN201710523878.7A CN201710523878A CN107444054A CN 107444054 A CN107444054 A CN 107444054A CN 201710523878 A CN201710523878 A CN 201710523878A CN 107444054 A CN107444054 A CN 107444054A
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马世典
高宁欣
江浩斌
韩牟
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Abstract

本发明公开了应用于空气悬架的辅助充气装置，包括：电控部分：其控制由过渡气室以及高压气瓶中的压力传感器，车载中控电脑ECU，与单向阀控制器共同组成主动控制系统完成。车载中控电脑ECU在压力传感器传回数据经过预先输入的公式进行计算后，完成对于各处单向阀开闭的控制。机械部分：主要由气缸、活塞以及过渡气室组成，各部件使用软管及单向阀进行连接，辅助充气装置中，阀二处连接单向阀与外界相连，阀一处连接单向阀与过渡气室的进气孔相连，过渡气室的阀三通过单向阀连接至原有的充气系统中，过渡气室的阀四则通过单向阀连接到大气。本发明所述装置可以在不改变车体外形的情况下，为使用空气悬架的车辆提供额外的充气系统，减少能耗。

Description

应用于空气悬架的辅助充气装置
技术领域
本发明属于汽车技术领域，尤其涉及一种应用于空气悬架的辅助充气装置，用于减少传统电机充气时所产生的能量消耗以及产生的噪音。
背景技术
目前国外高级大客车几乎全部使用空气悬架，重型载货车使用空气悬架的比例已达80％以上，空气悬架在轻型汽车上的应用量也在迅速上升。部分轿车也逐渐安装使用空气悬架，如美国的林肯等。在一些特种车辆(如对防震要求较高的仪表车、救护车、特种军用车及要求高度调节的集装箱运输车等)上，空气悬架的使用几乎为唯一选择。国外汽车空气悬架发展经历了“钢板弹簧→气囊复合式悬架→被动全空气悬架→主动全空气悬架(即ECAS电控空气悬架系统)”的变化型式。主动全空气悬架应用了电子控制系统，使传统的空气悬架系统的性能得到很大改善，汽车在各种路面、各种工况条件下能实现主动调节、主动控制，并增加了许多辅助功能(如故障诊断功能等)。目前ECAS系统在欧洲一些国家的大客车上已经大量应用，随着人们生活水平的提高，对汽车舒适性的要求越来越高，可以预见，ECAS这一先进的空气悬架系统在汽车上的应用将越来越普及。
气体弹簧是利用气体的可压缩性代替金属弹簧。它最大的优点就是具有可变的刚度，随气体的不断压缩渐渐增加刚度，且这种增加是一个连续的渐变过程，而不像金属弹簧是分级变化的。它的另一个优点是具有可调整性，即弹簧的刚度和车身的高度是可以主动调节的。
通过主副气室的配合使用，使弹簧可以处在两种刚度的工作状态下：主副气室同时使用，气体容量变大，刚度变小，反之(只使用主气室)则刚度变大。气体弹簧刚度由计算机控制，在汽车高速、低速、制动、加速以及转弯等状态下，根据所需刚度进行调节。气体弹簧也有弱点，空气压力变化控制车高必须装备电动气泵，还有各种控制附件，如空气干燥器，如保养不善会使系统内部生锈发生故障。另外如果不同时采用金属弹簧，一旦发生漏气，汽车将无法行驶。
发明内容
本发明提出的辅助装置是使用一个连接于车架与悬架下端之间的充气装置通过软管连接单向控制阀至高压气瓶，使车辆在通过不平坦路面以及车辆转弯时，能够通过辅助充气装置给高压气瓶充气。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种应用于空气悬架车辆的辅助充气装置，包括气缸、活塞、过渡气室；所述气缸以及活塞分别固定于悬架下端和车身，两者共同构成该充气装置的主体部分，活塞位于气缸内部且能够相对气缸体伸缩运动；气缸通过软管连接至过渡气室，由过渡气室连接至原有的充气系统，连接处均使用单向阀控制，充气存储于高压气瓶中，为空气悬架气囊充气。
本发明中辅助充气装置安装在汽车悬架与车身之间。此设计方案不需要改变现有汽车外形，不会对汽车的使用造成不便。
本发明中所述活塞有效利用汽车在行驶时因颠簸产生的大量能量，以此为气瓶进行充气，过渡气室的设计使能量能够得到最大程度的利用，同时解决了不需要该系统工作时的排气问题。
本发明具有以下有效效果：
1.本发明所述装置可以在不改变车体外形的情况下，为使用空气悬架的车辆提供额外的充气系统，减少能耗。
2.本发明所述装置实现了部分能量的回收，减小使用电动气泵充气时的噪音，提高乘车体验。
3.本发明所述装置结构简单、成本低廉、安装方便、通用性强，具有良好的市场前景。
附图说明
图1是本发明辅助充气装置中气缸及活塞的设计图。
图2是本发明辅助充气装置的过渡气室的设计图。
图3是本发明辅助充气装置应用的连接效果图。
图4是本发明在路况颠簸时的控制流程图。
图5是本发明在路况平稳时的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
该系统应用于车辆主动控制式空气悬架。包括：
电控部分：其控制由过渡气室以及高压气瓶中的压力传感器，车载中控电脑ECU，与单向阀控制器共同组成主动控制系统完成。车载中控电脑ECU在压力传感器传回数据经过预先输入的公式进行计算后，完成对于各处单向阀开闭的控制。
机械部分：主要由气缸、活塞以及过渡气室组成，各部件使用软管及单向阀进行连接，辅助充气装置中，阀二处连接单向阀与外界相连，阀一处连接单向阀与过渡气室的进气孔相连，过渡气室的阀三通过单向阀连接至原有的充气系统中，过渡气室的阀四则通过单向阀连接到大气。
工作流程简述：
结合零件分图，气缸与气缸盖通过螺栓连接，固定于车身，活塞固定于悬架下端。在车辆颠簸过程中，车身与悬架距离增大时，活塞下移，阀二的单向阀打开，吸入空气，当悬架与车身距离减小时，阀二单向阀关闭，活塞对气缸内的空气进行压缩，当充气装置内气压大于过渡气室气压时，阀一处的单向阀打开，气缸由阀一连接过渡气室至向过渡气室充气，过渡气室通过软管联结至电动气泵充气通道，当过渡气室中气压大于气瓶中的气压p2时，过渡气室的单向阀(阀三处连接的单向阀)打开，过渡气室向气瓶充气，完成工作流程，当不需要使用辅助系统充气时，由ECU控制过渡气室的放气阀(阀四处连接的单向阀)打开，排出气体。
控制流程简述：
空气悬架气囊的刚度由气囊中的气体量决定，气囊所需刚度由车辆当前行驶的路况，乘客对于舒适程度的需求等一系列需求条件。所以，高压气瓶应随时满足气囊的充气量。气瓶中的气压所对应的气量需要随时满足气囊的充气需要。在满足最低需求气压和气瓶的最高安全气压之间时，停止电动气泵充气，使用辅助充气系统给气瓶充气。
1、当路况不佳，车辆行驶出现颠簸时，辅助充气装置工作，向过渡气室充气。具体地：
(1)压力传感器探测到气瓶气压等于P1时，关闭阀1单向阀，由过渡气室释放辅助充气装置所产生的气体。
(2)压力传感器探测到气瓶气压大于P2时，关闭电动机，只利用辅助充气装置对气瓶进行充气。
(3)压力传感器探测到气瓶内气压低于P2时，启动电动机，由辅助充气装置与电动气泵同时对气瓶进行充气。
2、在车辆行驶平稳，辅助充气装置无法有效工作时，压力传感器探测到高压气瓶中气压低于P2，立即启用电动气泵为气瓶充气。
关于上述过程中气压大小的说明如下：
以Pmid为当前气囊气压，Vmid为当前气囊容积，Pmax为气囊最大气压，Vmax为气囊最大容积，那么需要保证的气瓶气压P2需要能够保证将气囊从气压Pmid充气至气压Pmax。气瓶容积为V瓶，气瓶能够容纳的最高气压为P1。R为为每kg理想气体的气体常数，T为气体温度；n1表示气囊中当前状态气体物质的量。n2表示气囊中气压最高时气体物质的量。
PmidVmid＝n1RT
PmaxVmax＝n2RT
在R和T不变的情况下，所需的充气量为
n2-n1＝[PmaxVmax-PmidVmid]/RT
此时，气瓶至少需要P2降低到Pmax的充气量。
P2V瓶-PmaxV瓶＝PmaxVmax-PmidVmid
所以P2＝[PmaxVmax-PmidVmid]/[V瓶-Vmax]
此外，该辅助充气装置在设计时还应注意：
充气系统中活塞的可移动的距离应由车辆的设计极限相对位移决定，活塞的位置与气缸顶部的距离应略大于车身与悬架之间的极限位移距离。
气缸的截面积与可移动距离均影响气缸内可产生的最大压力，应使此压力大于等于高压气瓶的最大气压。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.应用于空气悬架的辅助充气装置，其特征在于，包括气缸、活塞、过渡气室；所述活塞位于所述气缸内部、且能够相对气缸做伸缩运动；所述气缸与所述过渡气室相连；所述气缸和所述活塞配合能够吸入气体至气缸内，所述气缸内的气体能够被输送至所述过渡气室，经所述过渡气室后送入空气悬架的充气系统给气瓶充气。
2.根据权利要求1所述的应用于空气悬架的辅助充气装置，其特征在于，所述气缸的缸盖上设有阀一和阀二；所述阀二用于吸入气体至气缸内；所述阀一用于将气缸内的气体输送至过渡气室。
3.根据权利要求2所述的应用于空气悬架的辅助充气装置，其特征在于，所述过渡气室一端设有进气孔、另一端设有阀三和阀四；所述进气孔连接气缸盖的阀一；所述阀三和空气悬架的充气系统连通；所述阀四连通大气。
4.根据权利要求1所述的应用于空气悬架的辅助充气装置，其特征在于，还包括电控系统；所述电控系统包括控制器、压力传感器以及阀控制器；所述压力传感器用于检测空气悬架充气系统的气瓶内的压力状况；所述控制器根据压力传感器检测的情况，通过阀控制器控制是否开启辅助充气装置。
5.根据权利要求4所述的应用于空气悬架的辅助充气装置，其特征在于，所述控制器采用车载ECU实现。
6.根据权利要求1-5任一项所述的应用于空气悬架的辅助充气装置，其特征在于，所述辅助充气装置安装在悬架与车身之间。
7.根据权利要求1-5任一项所述的应用于空气悬架的辅助充气装置，其特征在于，所述活塞最大行程所处的位置与气缸顶部的距离略大于车身与悬架之间的极限位移距离。
8.根据权利要求1-5任一项所述的应用于空气悬架的辅助充气装置，其特征在于，所述气缸内能够产生的最大压力大于或等于高压气瓶的最大气压。
9.应用于空气悬架的辅助充气方法，其特征在于，在车辆颠簸过程中，车身与悬架距离增大时，气缸活塞下移，单向阀二打开，吸入空气；当悬架与车身距离减小时，单向阀二关闭，活塞对气缸内的空气进行压缩，当气缸内气压大于过渡气室气压时，单向阀一打开，气缸由单向阀一连接过渡气室的进气孔向过渡气室充气，过渡气室通过软管连接至电动气泵充气通道，当过渡气室中气压大于气瓶中的气压p2时，过渡气室的单向阀三打开，过渡气室向气瓶充气；当不需要使用辅助装置充气时，由电控系统控制过渡气室的单向阀四打开，排出气体。
10.根据权利要求9所述的应用于空气悬架的辅助充气方法，其特征在于，所方法的具体过程如下：
(1)当路况不佳，车辆行驶出现颠簸时，辅助充气装置工作，向过渡气室充气；
1)压力传感器探测到气瓶气压等于P1时，关闭单向阀三，由过渡气室释放辅助充气系统所产生的气体；
2)压力传感器探测到气瓶气压大于P2小于P1时，关闭电动机，只利用辅助充气装置对气瓶进行充气；
3)压力传感器探测到气瓶内气压低于P2时，启动电动机和辅助充气装置，由辅助充气装置与电动机同时对气瓶进行充气；
(2)在车辆行驶平稳，辅助装置无法有效工作时，压力传感器探测到高压气瓶中气压低于P2时，启用电动机为气瓶充气。
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