專利名稱：一種可變?nèi)莘e的空氣彈簧附加氣室試驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛空氣懸架系統(tǒng)中空氣彈簧附加氣室，具體涉及其試驗(yàn)裝置和試驗(yàn) 方法。
背景技術(shù)：
目前，車輛空氣彈簧附加氣室的試驗(yàn)裝置一般有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是通過調(diào)節(jié) 閥口開度來研究空氣彈簧剛度特征，空氣彈簧附加氣室的容積固定不變，空氣彈簧剛度的 變化范圍較小，車輛行駛的平順性較差。另一種是附加氣室的容積通過注入液壓油來改變， 附加氣室容積變化響應(yīng)遲緩，并且要在傳統(tǒng)的附加氣室上增加供油設(shè)備，不僅增加了制作 成本，而且在實(shí)際安裝過程中占用了一定的空間，不利于空氣懸架的合理布置；附加氣室內(nèi) 液壓油的防泄露也很難實(shí)現(xiàn)，容易造成污染；液壓油產(chǎn)生的氣穴除了產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲外，還 會(huì)損壞零件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種容積可變的空氣彈簧附 加氣室試驗(yàn)裝置，使附加氣室壓力恒定，增加空氣彈簧的剛度變化范圍，提高車輛行駛的平 穩(wěn)性。本發(fā)明的另一目的是提供上述試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)附加氣室容積的改變。本發(fā)明試驗(yàn)裝置采用的技術(shù)方案是具有龍門框架，龍門框架具有的立柱垂直固 接其底座兩側(cè)，底座中間依次連接油缸、激振頭、小連接托盤、螺旋彈簧、非簧載質(zhì)量配重、 減振器、主氣室、大連接托盤、三組圓柱型直線導(dǎo)套副和簧載質(zhì)量；主氣室連接附加氣室，附 加氣室和主氣室組成空氣彈簧系統(tǒng)，附加氣室外部是一圓柱形外殼體，圓柱形外殼體內(nèi)腔 是用扇板周向分隔的八個(gè)體積相等的扇形柱體腔室，八個(gè)扇形柱體腔室上端面封閉有一隔 板，形成圓柱形外殼體上、下層，在隔板上設(shè)有與八個(gè)扇形柱體腔室相對(duì)的八個(gè)小孔；圓柱 形外殼體上層有活動(dòng)蓋板，活動(dòng)蓋板上設(shè)有高度傳感器且上端面的中央設(shè)置一個(gè)凸臺(tái)，凸 臺(tái)通過螺紋孔連接滾珠絲杠副，滾珠絲杠副另一端連接步進(jìn)電機(jī)；在圓柱形外殼體上層的 側(cè)壁上是連通主氣室的連接孔，在活動(dòng)蓋板下端面垂直固接八個(gè)分別與八個(gè)小孔密封相配 的柱塞，八個(gè)柱塞的長短依次成等差數(shù)列；空氣彈簧系統(tǒng)通過數(shù)控電液伺服振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 連接計(jì)算機(jī)，步進(jìn)電機(jī)和高度傳感器分別電連接控制器。本發(fā)明試驗(yàn)方法采用的技術(shù)方案是包括如下步驟:A、將空氣彈簧調(diào)整至設(shè)計(jì)高 度，打開附加氣室中的八個(gè)扇形柱體腔室，向主氣室和附加氣室充氣；B、將八個(gè)柱塞全部插 入到隔板上的八個(gè)小孔中，由高度傳感器測(cè)得的高度信號(hào)傳給控制器，控制器發(fā)出電脈沖 信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，通過滾珠絲杠副帶動(dòng)活動(dòng)蓋板和柱塞上下移動(dòng)；C、步進(jìn)電機(jī)接 收到的電脈沖個(gè)數(shù)不同，八個(gè)柱塞封閉或打開對(duì)應(yīng)的八個(gè)小孔；隨著八個(gè)柱塞高度的增加，
3八個(gè)扇形柱體腔室依次打開，則與主氣室相連的附加氣室的容積不等，得出附加氣室不同 容積下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；D、由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令給數(shù)控電液伺服振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生激勵(lì)，改變附 加氣室的容積來測(cè)出不同附加氣室容積對(duì)空氣彈簧特性的影響。本發(fā)明采用電子控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了空氣彈簧附加氣室內(nèi)部氣壓基本恒定以及容積 快速改變，使空氣彈簧獲得較大的剛度變化范圍，提高轎車的行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性，無 需要外設(shè)其它設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單。


圖1是可變?nèi)莘e的空氣彈簧附加氣室試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)圖 圖2是圖1中空氣彈簧附加氣室7內(nèi)部結(jié)構(gòu)放大示意圖
圖3是圖2中隔板19上的七個(gè)小孔32開口時(shí)工作狀態(tài)示意圖； 圖4是圖2中隔板19上的一個(gè)小孔32開口時(shí)工作狀態(tài)示意圖； 圖5是圖1試驗(yàn)裝置的控制原理圖中1 一底座；2 —油缸；3 —激振頭；4 一小連接托盤；5 —螺旋彈簧；6 —支撐板； 7 —附加氣室；8 —導(dǎo)管；9 一橫梁托盤；10 —立柱；11 一簧載質(zhì)量；12 —圓柱型直線導(dǎo)套 副；13 —大連接托盤；14 一主氣室；15 —減振器；16 —非載質(zhì)量配重；17 —圓柱形外殼體； 18 一扇板；19 一隔板；20 —柱塞；21 —活動(dòng)蓋板；22 —凸臺(tái)；23 —滾珠絲杠副；24 —步進(jìn) 電機(jī)；25 —附加氣室上蓋；26 —高度傳感器；27 —連接孔；28 —計(jì)算機(jī)；29 —數(shù)控電液伺 服振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；30 —空氣彈簧系統(tǒng)；31 —控制器；32 —小孔。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明試驗(yàn)裝置采用龍門框架結(jié)構(gòu)，龍門框架的立柱10通過螺栓垂直 固接在底座1的兩側(cè)，在底座1的中間位置通過螺栓垂直固接油缸2，油缸2的上端通過螺 栓連接激振頭3，激振頭3的上端通過螺栓和小連接托盤4相連，螺旋彈簧5下端連接小連 接托盤4，上端連接非簧載質(zhì)量配重16。減振器15和主氣室14通過螺栓依次連接于非簧 載質(zhì)量配重16與大連接托盤13之間。空氣彈簧主氣室14通過導(dǎo)管8連接附加氣室7，附 加氣室7固定放置在支撐板6上，支撐板6固定連接立柱10。在大連接托盤13上端連接三 組圓柱型直線導(dǎo)套副12，三組圓柱型直線導(dǎo)套副12均勻布置在橫梁托盤9的圓周上，橫梁 托盤9通過螺栓連接在立柱10上。三組圓柱型直線導(dǎo)套副12最上端連接簧載質(zhì)量11，三 組圓柱型直線導(dǎo)套副12是簧載質(zhì)量11的導(dǎo)向及定位機(jī)構(gòu)。參見圖2，附加氣室7的外部是一個(gè)圓柱形外殼體17，在圓柱形外殼體17的圓柱 形內(nèi)腔中，沿其周向用扇板18均勻地分隔出八個(gè)體積相等的扇形柱體腔室，扇形柱體腔室 上端面封閉一個(gè)隔板19，隔板19和圓柱形外殼體17以及扇板18緊密結(jié)合，使八個(gè)扇形柱 體腔室形成密閉空間，或隔板19是八個(gè)扇形柱體腔室的上端面拼組成，隔板19將圓柱形外 殼體17分為上下兩層，下層是八個(gè)扇形柱體腔室。在隔板19上，相對(duì)應(yīng)于八個(gè)扇形柱體腔 室各開有一個(gè)小孔32，共八個(gè)小孔32，這八個(gè)小孔32分別對(duì)應(yīng)連通八個(gè)扇形柱體腔室。通 過這八個(gè)小孔32，扇形柱體腔室與活動(dòng)蓋板21、隔板19之間的空間連通。圓柱形外殼體17 的上層是活動(dòng)蓋板21，活動(dòng)蓋板21上端面的中央設(shè)置一個(gè)凸臺(tái)22，凸臺(tái)22內(nèi)部鉆有螺紋 孔，凸臺(tái)22通過該螺紋孔連接滾珠絲杠副23，滾珠絲杠副23另一端連接步進(jìn)電機(jī)24。在圓柱形外殼體17的上層位置并且在圓柱形外殼體17的側(cè)壁上開一個(gè)連接孔27，連接孔27 與導(dǎo)管8相連，通過導(dǎo)管8將附加氣室7連通主氣室14。在凸臺(tái)22旁邊的活動(dòng)蓋板21上 設(shè)置高度傳感器26，活動(dòng)蓋板21的下端面垂直固定連接八個(gè)長短不一的柱塞20，八個(gè)柱塞 20與八個(gè)小孔32密封相配，八個(gè)柱塞20的長短依次成等差數(shù)列?；顒?dòng)蓋板21外套附加氣 室上蓋25，工作時(shí)，八個(gè)柱塞20會(huì)隨著活動(dòng)蓋板21的上下移動(dòng)從而沿隔板19上的八個(gè)小 孔32上下移動(dòng)。
參見圖3，空氣彈簧附加氣室7的隔板19上的一個(gè)小孔32開口時(shí)，最短的一個(gè)柱塞20 高度高于該小孔32，最短的柱塞20向上移動(dòng)后離開該小孔32，從而與該小孔32相對(duì)應(yīng)的 扇形柱體腔室通過導(dǎo)管8連通空氣彈簧主氣室14，而其余的七個(gè)扇形柱體腔室被其余的七 個(gè)柱塞20分別封閉。參見圖4，空氣彈簧附加氣室7的隔板19上有七個(gè)小孔32開口時(shí)，最長的一個(gè)柱 塞20封閉了相應(yīng)的扇形柱體腔室，而其余七個(gè)柱塞20向上移動(dòng)后離開對(duì)應(yīng)的小孔32，高度 高于該七個(gè)對(duì)應(yīng)的小孔32，從而與七個(gè)小孔32相對(duì)應(yīng)的扇形柱體腔室均通過導(dǎo)管8連通空 氣彈簧主氣室14。參見圖5，附加氣室7和主氣室14組成空氣彈簧系統(tǒng)30，計(jì)算機(jī)觀連接 InstronSSOO型數(shù)控電液伺服振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)四，數(shù)控電液伺服振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)四連接空氣彈 簧系統(tǒng)30，步進(jìn)電機(jī)M電連接控制器31，高度傳感器26分別電連接活動(dòng)蓋板21和控制器 31。工作時(shí)，計(jì)算機(jī)28發(fā)出指令給InstronSSOO型的數(shù)控電液空氣懸架系統(tǒng)四，數(shù)控電液 空氣懸架系統(tǒng)30發(fā)出一種激勵(lì)，此激勵(lì)對(duì)空氣彈簧30產(chǎn)生作用。高度傳感器沈?qū)⒒顒?dòng)蓋 板21的高度信號(hào)傳遞給控制器31，控制器31根據(jù)上傳的信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)M的運(yùn)動(dòng)，步 進(jìn)電機(jī)M運(yùn)動(dòng)時(shí)通過滾珠絲杠副23帶動(dòng)活動(dòng)蓋板21上下移動(dòng)。本發(fā)明試驗(yàn)裝置中，油缸2和激振頭3組成激振器，用來產(chǎn)生振動(dòng)，它模擬車輛在 實(shí)際行駛過程中由于路面顛簸所引起的振動(dòng)，螺旋彈簧5用來模擬只考慮具有徑向剛度的 輪胎，簧載質(zhì)量11由加載箱及所加鋼砂質(zhì)量組成，通過加載不同的質(zhì)量可以模擬車輛裝載 不同的質(zhì)量時(shí)的振動(dòng)，圓柱型直線導(dǎo)套副12用來保證加載箱高精度的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，減振器15 用來模擬車輛上的減振系統(tǒng)，衰減由于路面顛簸產(chǎn)生的振動(dòng)，非簧載質(zhì)量配重16用來模擬 車輛上的非簧載質(zhì)量。本發(fā)明試驗(yàn)裝置在試驗(yàn)時(shí)，先將空氣彈簧調(diào)整至設(shè)計(jì)高度，打開附加氣室7中的 八個(gè)扇形柱體腔室，向主氣室14充入少量空氣，檢查系統(tǒng)的氣密性，若漏氣，則檢查并調(diào) 整氣路設(shè)備直至不再漏氣，確認(rèn)系統(tǒng)氣密性良好之后，向主氣室14和附加氣室7充氣至 0. lmpa，將八個(gè)柱塞20全部插入到隔板19上的八個(gè)小孔中，即關(guān)閉附加氣室7中的八個(gè)扇 形柱體腔室。高度傳感器26測(cè)得的高度信號(hào)傳給控制器31，步進(jìn)電機(jī)M接收到控制器31 的信號(hào)時(shí)，作出相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角位移，再通過與之相連的滾珠絲杠副23帶動(dòng)活動(dòng)蓋板21作出 相應(yīng)的上下線位移，從而帶動(dòng)八個(gè)柱塞20上下移動(dòng)。隨著控制器31控制步進(jìn)電機(jī)M接收 到的脈沖個(gè)數(shù)不同，活動(dòng)蓋板21的線位移會(huì)不同，高度便不同，從而活動(dòng)蓋板21上的柱塞 20與隔板19上對(duì)應(yīng)的八個(gè)小孔32接觸個(gè)數(shù)就不同，即八個(gè)柱塞20封閉或打開隔板19上 對(duì)應(yīng)的八個(gè)小孔32，隨著八個(gè)柱塞20高度的增加，八個(gè)扇形柱體腔室0到8依次打開，則與 主氣室14相連的附加氣室7的容積就不等，通過控制柱塞20與隔板19上小孔32的接觸 個(gè)數(shù)來改變附加氣室7的容積，由此得出附加氣室7不同容積下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
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本發(fā)明試驗(yàn)裝置采用電子控制系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)觀發(fā)出指令給hstronSSOO型的數(shù) 控電液伺服振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)四，數(shù)控電液伺服振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)四就會(huì)產(chǎn)生一種激勵(lì)，在這種激 勵(lì)下，改變附加氣室7的容積來測(cè)出不同附加氣室容積對(duì)空氣彈簧特性的影響?？刂破?1 發(fā)出電脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)M的運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)M運(yùn)動(dòng)時(shí)通過滾珠絲杠副23帶動(dòng)活動(dòng) 蓋板21上下移動(dòng)，繼而固連于活動(dòng)蓋板21上的柱塞20也上下移動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn)空氣彈簧附 加氣室7的容積改變。若高度傳感器沈反饋給控制器31的信號(hào)顯示出活動(dòng)蓋板21上的 八個(gè)柱塞20中有三個(gè)與隔板19上的小孔32密切配合，那么此時(shí)附加氣室7便有五個(gè)腔室 和空氣彈簧主氣室14連通，在這個(gè)工作狀態(tài)下，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)M收到控制器31發(fā)出的一個(gè) 令附加氣室7增加腔室的電脈沖信號(hào)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)M便會(huì)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，繼而通過滾珠絲 杠副23帶動(dòng)活動(dòng)蓋板21上升一個(gè)高度，那么固連于活動(dòng)蓋板21上的柱塞20就會(huì)上升同 樣的一個(gè)高度，而上升的這個(gè)高度正好能使剩余的五個(gè)沒有與隔板19上的小孔32接觸的 柱塞20中的一個(gè)柱塞從小孔32中退出來，這樣附加氣室7便由原來的五個(gè)腔室和主氣室 14連通變成了六個(gè)腔室和主氣室14連通；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)M收到控制器31發(fā)出的兩個(gè)令附 加氣室7增加腔室的電脈沖信號(hào)時(shí)，如同上述過程，步進(jìn)電機(jī)M就會(huì)轉(zhuǎn)過兩個(gè)角度，活動(dòng)蓋 板21上的柱塞20就會(huì)上升兩個(gè)高度，那么在與小孔32接觸的柱塞20中間就會(huì)有兩個(gè)柱 塞20退出來，從而附加氣室7由原來的五個(gè)腔室和主氣室14連通變成七個(gè)腔室和主氣室 14連通。與上述原理相似，減少與主氣室14連通的附加氣室7的腔室個(gè)數(shù)也如此。因?yàn)榛?動(dòng)蓋板21上的柱塞20的長短成等差數(shù)列，所以步進(jìn)電機(jī)M收到幾個(gè)電脈沖信號(hào)，就會(huì)有 幾個(gè)柱塞20進(jìn)入或退出隔板19上的小孔，從而實(shí)現(xiàn)了附加氣室7的容積可變。
權(quán)利要求
1.一種可變?nèi)莘e的空氣彈簧附加氣室試驗(yàn)裝置，具有龍門框架，龍門框架具有的立柱 (10)垂直固接其底座(1)兩側(cè)，底座(1)中間依次連接油缸(2)、激振頭(3)、小連接托盤 (4)、螺旋彈簧(5)、非簧載質(zhì)量配重(16)、減振器(15)、主氣室(14)、大連接托盤(13)、三組 圓柱型直線導(dǎo)套副(12)和簧載質(zhì)量(11);主氣室(14)連接附加氣室(7)，附加氣室(7)和主 氣室(14)組成空氣彈簧系統(tǒng)(30)，其特征是附加氣室(7)外部是一圓柱形外殼體(17)，圓 柱形外殼體(17)內(nèi)腔是用扇板(18)周向分隔的八個(gè)體積相等的扇形柱體腔室，八個(gè)扇形 柱體腔室上端面封閉有一隔板(19)，形成圓柱形外殼體(17)上、下層，在隔板(19)上設(shè)有 與八個(gè)扇形柱體腔室相對(duì)的八個(gè)小孔(32)；圓柱形外殼體(17)上層有活動(dòng)蓋板(21)，活動(dòng) 蓋板(21)上設(shè)有高度傳感器(26)且上端面的中央設(shè)置一個(gè)凸臺(tái)(22)，凸臺(tái)(22)通過螺紋 孔連接滾珠絲杠副(23)，滾珠絲杠副(23)另一端連接步進(jìn)電機(jī)(24);在圓柱形外殼體(17) 上層的側(cè)壁上是連通主氣室(14)的連接孔(27)，在活動(dòng)蓋板(21)下端面垂直固接八個(gè)分 別與八個(gè)小孔(32)密封相配的柱塞(20)，八個(gè)柱塞(20)的長短依次成等差數(shù)列；空氣彈簧 系統(tǒng)(30 )通過數(shù)控電液伺服振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(29 )連接計(jì)算機(jī)(28 )，步進(jìn)電機(jī)(24)和高度傳 感器(26 )分別電連接控制器(31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可變?nèi)莘e的空氣彈簧附加氣室試驗(yàn)裝置，其特征是隔 板(19)上的一個(gè)小孔(32)開口時(shí)，最短的一個(gè)柱塞(20)高度高于該一個(gè)小孔(32)，其余的 七個(gè)柱塞(20)分別封閉其余的七個(gè)扇形柱體腔室；隔板(19)上的七個(gè)小孔(32)開口時(shí)，最 長的一個(gè)柱塞(20)封閉相應(yīng)的扇形柱體腔室，其余的七個(gè)柱塞(20)高度高于對(duì)應(yīng)的七個(gè) 小孔(32)。
3.一種可變?nèi)莘e的空氣彈簧附加氣室試驗(yàn)方法，其特征是包括如下步驟A、將空氣彈簧調(diào)整至設(shè)計(jì)高度，打開附加氣室(7)中的八個(gè)扇形柱體腔室，向主氣室 (14)和附加氣室(7)充氣；B、將八個(gè)柱塞(20)全部插入到隔板(19)上的八個(gè)小孔(32)中，由高度傳感器(26)測(cè) 得的高度信號(hào)傳給控制器(31)，控制器(31)發(fā)出電脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)(24)的運(yùn)動(dòng)，通 過滾珠絲杠副(23)帶動(dòng)活動(dòng)蓋板(21)和柱塞(20)上下移動(dòng)；C、步進(jìn)電機(jī)(24)接收到的電脈沖個(gè)數(shù)不同，八個(gè)柱塞(20)封閉或打開對(duì)應(yīng)的八個(gè)小 孔(32)；隨著八個(gè)柱塞(20)高度的增加，八個(gè)扇形柱體腔室依次打開，則與主氣室(14)相 連的附加氣室(7)的容積不等，得出附加氣室(7)不同容積下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；D、由計(jì)算機(jī)(28)發(fā)出指令給數(shù)控電液伺服振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(29)產(chǎn)生激勵(lì)，改變附加氣 室(7)的容積來測(cè)出不同附加氣室容積對(duì)空氣彈簧特性的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可變?nèi)莘e的空氣彈簧附加氣室試驗(yàn)裝置及方法，附加氣室的圓柱形外殼體內(nèi)腔是用扇板周向分隔的八個(gè)體積相等的扇形柱體腔室，八個(gè)扇形柱體腔室上端面封閉有一隔板，在隔板上設(shè)有與八個(gè)扇形柱體腔室相對(duì)的八個(gè)小孔；圓柱形外殼體上層有活動(dòng)蓋板，活動(dòng)蓋板上設(shè)有高度傳感器，在活動(dòng)蓋板下端面垂直固接八個(gè)分別與八個(gè)小孔密封相配的柱塞，八個(gè)柱塞的長短依次成等差數(shù)列；空氣彈簧系統(tǒng)通過數(shù)控電液伺服振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)；隨著八個(gè)柱塞高度增加，八個(gè)扇形柱體腔室依次打開，測(cè)出不同附加氣室容積對(duì)空氣彈簧特性的影響，空氣彈簧能獲得較大剛度變化范圍，提高轎車的行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性。
文檔編號(hào)G01M17/04GK102072826SQ20101054958
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者李超, 江洪, 王申旭, 高明宏, 黃定師 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)