一种油气弹簧及车辆悬架系统

1.本发明涉及液压机械技术领域，尤其涉及一种油气弹簧及车辆悬架系统。


背景技术：

2.悬架系统是机动车辆的重要总成之一，现有的悬架往往采用钢板弹簧加筒式减振器的结构形式，其弹性元件和阻尼元件分开，并且弹性元件的弹性特性近乎线性，刚度几乎是不变的，当机动车在凹凸不平的路面行驶时，来自路面的冲击很大，车体振动猛烈，这就要求悬架有足够的刚度来吸收振动能量，而此时弹簧刚度又显得太小，吸收振动能量不大，缓冲性能太差，经常出现撞击限位的现象，因而其不能适应车身质量发生变化等工况下人们对车辆行驶平顺性和乘坐舒适性的要求。
3.因而，亟需一种油气弹簧以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种油气弹簧及车辆悬架系统，兼顾非线性变刚度特性以及良好的阻尼特性，能够实时地调整车辆悬架系统的刚度，减振性能优良，并兼顾平顺性与舒适性。
5.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一方面，本发明提供一种油气弹簧，其中，包括：
7.第一缸筒，所述第一缸筒内部设有第一腔体，且所述第一缸筒的侧壁设有液压流道；
8.活塞，包括第一活塞套，以及与所述第一活塞套连接的活塞杆，所述第一活塞套与所述第一腔体的内壁滑动连接，并将所述第一腔体分隔为腔体a1和腔体a2，所述活塞杆部分位于所述腔体a2内，所述腔体a2的内壁凸设有环形凸台，所述环形凸台与所述活塞杆滑动连接，所述活塞杆的外周与所述腔体a2的侧壁间隔设置并形成腔体b，所述活塞杆内部设有第二腔体；
9.第二活塞套，滑动设置于所述第二腔体的内壁，并将所述第二腔体分隔为腔体c和腔体d，所述活塞上设有分别与所述腔体c和所述腔体b连通的补偿流道,所述腔体a1与所述腔体c中均填充有阻尼油液，所述腔体d中填充有气体；
10.阻尼器和储能器，所述阻尼器中设有若干阻尼孔，所述液压流道的两端分别连通所述阻尼器和所述腔体a1，所述阻尼器和所述储能器连通。
11.其中，所述储能器包括：
12.第二缸筒，所述第二缸筒内部设有第三腔体；
13.第三活塞套，滑动设置于所述第三腔体的内壁，并将所述第三腔体分隔为腔体e与腔体f，所述阻尼器与所述腔体e连通，所述腔体e与所述腔体f分别填充有阻尼油液与气体。
14.其中，所述腔体e的顶端设有油液加入口，所述油液加入口设有油液阀，所述油液阀用于打开或关闭所述油液加入口。
15.其中，所述阻尼器能够三级阻尼可调，且内部设有压缩阀与复原阀，所述压缩阀被配置为仅允许阻尼油液由所述腔体a1流向所述腔体e，所述复原阀被配置为仅允许阻尼油液由所述腔体e流向所述腔体a1。
16.其中，所述活塞杆的底端设有与所述腔体d连通的气道，所述气道上设有气体阀，所述气体阀用于打开或关闭所述气道。
17.其中，所述活塞杆上套设有防尘罩，所述防尘罩与所述第一缸筒固定连接，并位于所述第一缸筒的外部。
18.其中，所述第一缸筒的底端设有位移传感器，所述位移传感器用于检测所述活塞杆的位置。
19.其中，所述第一缸筒设有油压传感器，所述油压传感器用于检测所述腔体a1内部的油压。
20.其中，所述第一缸筒还设有温度传感器，所述温度传感器用于检测所述腔体a1内部的温度。
21.另一方面，本发明还提供一种车辆悬架系统，包括车桥，其中，所述车辆悬架系统还包括上述任一方案中的油气弹簧，所述活塞杆连接于所述车桥，所述第一缸筒用于连接底盘。
22.本发明的有益效果为：
23.本发明提供一种油气弹簧及车辆悬架系统，该油气弹簧包括第一缸筒、活塞、第二活塞套，阻尼器和储能器，第一缸筒内部设有第一腔体，且第一缸筒的侧壁设有液压流道，活塞包括第一活塞套，以及与第一活塞套连接的活塞杆，第一活塞套与第一腔体的内壁滑动连接，并将第一腔体分隔为腔体a1和腔体a2，活塞杆部分位于腔体a2内，腔体a2的内壁凸设有环形凸台，环形凸台与活塞杆滑动连接，活塞杆的外周与腔体a2的侧壁间隔设置并形成腔体b，活塞杆内部设有第二腔体，第二活塞套滑动设置于第二腔体的内壁，并将第二腔体分隔为腔体c和腔体d，活塞上设有分别与腔体c和腔体b连通的补偿流道,腔体a1与腔体c中均填充有阻尼油液，腔体d中填充有气体，阻尼器中设有若干阻尼孔，液压流道的两端分别连通阻尼器和腔体a1，阻尼器和储能器连通。如此设置，当车辆在行驶状态时，路面不平会引起活塞在第一缸筒内上下运动，在压差的作用下，使腔体a1中的阻尼油液流经阻尼器的若干阻尼孔，通过阻尼孔节流原理产生热量以消耗能量，衰减车辆的振动，同时，由于补偿流道的存在，能够保证活塞的上下压力实现平衡，而车辆受到的载荷由气体的弹性变形承担，减轻地面冲击，进而使得该油气弹簧具有非线性变刚度特性以及良好的阻尼特性，能够实时地调整车辆悬架系统的刚度，减振性能优良，并兼顾平顺性与舒适性。
附图说明
24.图1为本发明提供的油气弹簧的结构示意图。
25.其中：
26.1、第一缸筒；101、液压流道；2、第一活塞套；3、补偿流道；4、活塞杆；5、第二活塞套；6、环形凸台；7、阻尼器；8、第二缸筒；9、第三活塞套；10、油液加入口；11、气道；12、防尘罩；13、位移传感器。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
29.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
32.如图1所示，本实施例提供一种油气弹簧，该油气弹簧包括第一缸筒1、活塞、第二活塞套5，阻尼器7和储能器，第一缸筒1内部设有第一腔体，且第一缸筒1的侧壁设有液压流道101，活塞包括第一活塞套2，以及与第一活塞套2连接的活塞杆4，第一活塞套2与第一腔体的内壁滑动连接，并将第一腔体分隔为腔体a1和腔体a2，活塞杆4部分位于腔体a2内，腔体a2的内壁凸设有环形凸台6，环形凸台6与活塞杆4滑动连接，活塞杆4的外周与腔体a2的侧壁间隔设置并形成腔体b，活塞杆4内部设有第二腔体，第二活塞套5滑动设置于第二腔体的内壁，并将第二腔体分隔为腔体c和腔体d，活塞上设有分别与腔体c和腔体b连通的补偿流道3,腔体a1与腔体c中均填充有阻尼油液，腔体d中填充有气体，阻尼器7中设有若干阻尼孔，液压流道101的两端分别连通阻尼器7和腔体a1，阻尼器7和储能器连通。如此设置，当车辆在行驶状态时，路面不平会引起活塞在第一缸筒1内上下运动，在压差的作用下，腔体a1中的阻尼油液流经阻尼器7的若干阻尼孔，通过阻尼孔节流原理产生热量以消耗能量，衰减车辆的振动，同时，由于补偿流道3的存在，能够保证活塞的上下压力实现平衡，而车辆受到的载荷由腔体d中气体的弹性变形承担，减轻地面冲击，进而使得该油气弹簧具有优良的非线性刚度特性与非线性阻尼特性，减振性能优良，并兼顾平顺性与舒适性。
33.进一步地，储能器包括第二缸筒8与第三活塞套9，第二缸筒8内部设有第三腔体，第三活塞套9滑动设置于第三腔体的内壁，并将第三腔体分隔为腔体e与腔体f，阻尼器7与腔体e连通，腔体e与腔体f分别填充有阻尼油液与气体。在本实施例中，腔体d与腔体f填充
的气体为高压氮气，如此设置，当路面不平引起活塞在第一缸筒1内上下运动时，在压差的作用下，腔体e与腔体a1中的阻尼油液流经阻尼器7的若干阻尼孔，通过阻尼孔节流原理产生热量以消耗能量，形成油气弹簧的阻尼特性，车辆所受到的载荷由腔体d、腔体f内的高压氮气的弹性变形承担，形成油气弹簧的弹性特性。在本实施例中，第一活塞套2、第二活塞套5与第三活塞套9均采用浮动式活塞套。
34.在本实施例中，第一缸筒1与第二缸筒8沿第一缸筒1的径向间隔设置。在其他实施例中，还可将储能器与第一缸筒1布置在同一条轴线上，且第二缸筒8与第一缸筒1固定连接。
35.可选地，为了及时向腔体e内更换或加入阻尼油液，腔体e的顶端设有油液加入口10，油液加入口10设有油液阀，油液阀用于打开或关闭油液加入口10。
36.可选地，为了使车辆对于不同路面的冲击产生适配的阻尼变化，阻尼器7能够三级阻尼可调，且内部设有压缩阀与复原阀，压缩阀被配置为仅允许阻尼油液由腔体a1流向腔体e，复原阀被配置为仅允许阻尼油液由腔体e流向腔体a1。
37.可选地，为了及时向腔体d内补充气体，活塞杆4的底端设有与腔体d连通的气道11，气道11上设有气体阀，气体阀用于打开或关闭气道11。
38.可选地，为了防止外界的灰尘等颗粒状物质进入第一缸筒1内，活塞杆4上套设有防尘罩12，防尘罩12与第一缸筒1固定连接，并位于第一缸筒1的外部。
39.可选地，第一缸筒1的底端设有位移传感器13，位移传感器13用于检测活塞杆4的位置。具体地，该位移传感器13为磁阻式位移传感器13，在活塞杆4外周等间隔镀上磁性和非磁性材料，在第一缸筒1的底部用磁阻式位移传感器13测量由活塞移动产生的磁场变化，进而处理得到准确的活塞位移数据。
40.可选地，第一缸筒1设有油压传感器，油压传感器用于检测腔体a1内部的油压。进一步地，第一缸筒1还设有温度传感器，温度传感器用于检测腔体a1内部的温度。在本实施例中，油压传感器与油压传感器均通过螺纹连接设置于第一缸筒1的顶部。
41.油气弹簧的工作原理如下：
42.当车辆在行驶状态时，路面不平会引起活塞在第一缸筒1内上下运动，从而形成压缩行程与复原行程。
43.当油气弹簧处于压缩行程时，活塞向上移动，压缩腔体a1内的部分阻尼油液流经阻尼器7进入腔体e，此时，阻尼器7中的压缩阀开启，复原阀关闭，从而推动第三活塞套9，压缩腔体f中的气体。同时，在腔体d中高压气体作用下，推动第二活塞套5上移，压缩腔体c的部分阻尼油液通过补偿流道3进入腔体b，以弥补活塞上移后腔体b空出的体积。
44.该压缩行程中，弹性刚度主要由腔体f内被压缩的高压气体提供；阻尼力由阻尼器7内的阻尼孔的阻尼孔节流原理提供，由于补偿流道3的口径较大，可以忽略其节流作用。
45.当油气弹簧处于复原行程时，活塞向下移动，压缩腔体b内的部分阻尼油液通过补偿流道3进入腔体c，从而推动第二活塞套5下移，压缩腔体d中的气体。同时，在在腔体f中高压气体作用下，推动第三活塞套9上移，压缩腔体e内的部分阻尼油液通过阻尼器7进入腔体a1，此时，阻尼器7中的复原阀开启，压缩阀关闭，以弥补活塞下移后腔体a1空出的体积。
46.该复原行程中，弹性刚度主要由腔体d内被压缩的高压气体提供，阻尼力由阻尼器7内的阻尼孔的阻尼孔节流原理提供，同样，由于补偿流道3的口径较大，可以忽略其节流作
用。
47.本实施例还提供一种车辆悬架系统，包括车桥，车辆悬架系统还包括上述任一方案中的油气弹簧，活塞杆4连接于车桥，第一缸筒1用于连接底盘。
48.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种油气弹簧，其特征在于，包括：第一缸筒(1)，所述第一缸筒(1)内部设有第一腔体，且所述第一缸筒(1)的侧壁设有液压流道(101)；活塞，包括第一活塞套(2)，以及与所述第一活塞套(2)连接的活塞杆(4)，所述第一活塞套(2)与所述第一腔体的内壁滑动连接，并将所述第一腔体分隔为腔体a1和腔体a2，所述活塞杆(4)部分位于所述腔体a2内，所述腔体a2的内壁凸设有环形凸台(6)，所述环形凸台(6)与所述活塞杆(4)滑动连接，所述活塞杆(4)的外周与所述腔体a2的侧壁间隔设置并形成腔体b，所述活塞杆(4)内部设有第二腔体；第二活塞套(5)，滑动设置于所述第二腔体的内壁，并将所述第二腔体分隔为腔体c和腔体d，所述活塞上设有分别与所述腔体c和所述腔体b连通的补偿流道(3),所述腔体a1与所述腔体c中均填充有阻尼油液，所述腔体d中填充有气体；阻尼器(7)和储能器，所述阻尼器(7)中设有若干阻尼孔，所述液压流道(101)的两端分别连通所述阻尼器(7)和所述腔体a1，所述阻尼器(7)和所述储能器连通。2.根据权利要求1所述的油气弹簧，其特征在于，所述储能器包括：第二缸筒(8)，所述第二缸筒(8)内部设有第三腔体；第三活塞套(9)，滑动设置于所述第三腔体的内壁，并将所述第三腔体分隔为腔体e与腔体f，所述阻尼器(7)与所述腔体e连通，所述腔体e与所述腔体f分别填充有阻尼油液与气体。3.根据权利要求2所述的油气弹簧，其特征在于，所述腔体e的顶端设有油液加入口(10)，所述油液加入口(10)设有油液阀，所述油液阀用于打开或关闭所述油液加入口(10)。4.根据权利要求2所述的油气弹簧，其特征在于，所述阻尼器(7)能够三级阻尼可调，且内部设有压缩阀与复原阀，所述压缩阀被配置为仅允许阻尼油液由所述腔体a1流向所述腔体e，所述复原阀被配置为仅允许阻尼油液由所述腔体e流向所述腔体a1。5.根据权利要求1所述的油气弹簧，其特征在于，所述活塞杆(4)的底端设有与所述腔体d连通的气道(11)，所述气道(11)上设有气体阀，所述气体阀用于打开或关闭所述气道(11)。6.根据权利要求1-5任一项所述的油气弹簧，其特征在于，所述活塞杆(4)上套设有防尘罩(12)，所述防尘罩(12)与所述第一缸筒(1)固定连接，并位于所述第一缸筒(1)的外部。7.根据权利要求1-5任一项所述的油气弹簧，其特征在于，所述第一缸筒(1)的底端设有位移传感器(13)，所述位移传感器(13)用于检测所述活塞杆(4)的位置。8.根据权利要求1-5任一项所述的油气弹簧，其特征在于，所述第一缸筒(1)设有油压传感器，所述油压传感器用于检测所述腔体a1内部的油压。9.根据权利要求8所述的油气弹簧，其特征在于，所述第一缸筒(1)还设有温度传感器，所述温度传感器用于检测所述腔体a1内部的温度。10.一种车辆悬架系统，包括车桥，其特征在于，所述车辆悬架系统还包括如权利要求1-9任一项所述的油气弹簧，所述活塞杆(4)连接于所述车桥，所述第一缸筒(1)用于连接底盘。

技术总结
本发明涉及液压机械技术领域，具体公开了一种油气弹簧及车辆悬架系统，该油气弹簧的第一缸筒内设有腔体A1和腔体B，活塞杆内部为中空结构，其中包含腔体C和腔体D，活塞上设有分别与腔体C和腔体B连通的补偿流道,腔体A1与腔体C中均填充有阻尼油液，腔体D中填充有气体，阻尼器中设有若干阻尼孔，液压流道的两端分别连通阻尼器和腔体A1，阻尼器和储能器连通。车辆在路面不平时会引起活塞在第一缸筒内上下运动，在压差的作用下，腔体A1中的阻尼油液流经阻尼器的若干阻尼孔，通过小孔节流原理产生热量以消耗能量，衰减车辆的振动，载荷由气体的弹性变形承担，其能够实时地调整车辆悬架系统的刚度，减振性能优良。减振性能优良。减振性能优良。


技术研发人员：杨军 刘伟 丁振龙 迟达
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/9