本發(fā)明涉及車輛懸架中的空氣彈簧領(lǐng)域，具體是一種能夠?qū)囕v車身高度進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

空氣彈簧由于減振特性優(yōu)良、高度方便可調(diào)，被廣泛的應(yīng)用于汽車懸架上。通過調(diào)節(jié)空氣彈簧高度即實現(xiàn)車身高度的調(diào)節(jié)。車身高度調(diào)節(jié)分為靜態(tài)車身高度調(diào)節(jié)和動態(tài)車身高度調(diào)節(jié)，其中靜態(tài)指在車輛停車時進(jìn)行車身高度調(diào)節(jié)，動態(tài)是指在車輛行駛過程中進(jìn)行車身高度調(diào)節(jié)。但無論動態(tài)調(diào)節(jié)還是靜態(tài)調(diào)節(jié)，現(xiàn)有的空氣彈簧高度調(diào)節(jié)都需要通過控制器控制氣體壓縮機(jī)將空氣壓縮進(jìn)儲氣罐，同時控制充放氣電磁閥對空氣彈簧進(jìn)行充放氣操作，因此經(jīng)常需要啟動壓縮機(jī)將空氣壓縮至儲氣罐，空氣壓縮機(jī)能耗較大，同時壓縮機(jī)、儲氣罐等占用較大空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有車輛車身高度調(diào)節(jié)技術(shù)的不足，提供了一種動態(tài)車身高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其方法，無需壓縮機(jī)和儲氣罐，利用車輛懸架振動能量，在車輛行駛過程中控制空氣彈簧高度，動態(tài)調(diào)節(jié)車身高度，保證車輛舒適性與操穩(wěn)性。

本發(fā)明一種動態(tài)車身高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用的技術(shù)方案是：包含壓縮缸、高度調(diào)節(jié)裝置、頂桿、高度傳感器、放氣電磁閥和控制器，壓縮缸的缸體上端固定連接車輛簧上質(zhì)量，壓縮缸的缸體是倒T型的空腔結(jié)構(gòu)，下段的內(nèi)徑大于上段的內(nèi)徑，壓縮缸下段的內(nèi)腔下端密封連接能夠沿壓縮缸下段內(nèi)壁上下移動的大活塞，壓縮缸上段的內(nèi)腔中密封連接能夠沿壓縮缸上段內(nèi)壁上下移動的小活塞，大活塞和小活塞之間形成的下方油腔中充滿液壓油，小活塞和壓縮缸頂端之間形成的上方氣室中設(shè)有回位彈簧，外部空氣通過進(jìn)氣單向閥進(jìn)入所述上方氣室，所述上方氣室通過出氣單向閥連接空氣彈簧；大活塞的下端連接高度調(diào)節(jié)裝置，高度調(diào)節(jié)裝置的正下方設(shè)有固定連接在車輛簧下質(zhì)量上的頂桿；空氣彈簧的出氣口經(jīng)放氣電磁閥連通外部空氣，高度傳感器上端固定連接簧上質(zhì)量上、下端固定連接簧下質(zhì)量；放氣電磁閥、高度傳感器和高度調(diào)節(jié)裝置分別連接控制器，控制器調(diào)節(jié)高度調(diào)節(jié)裝置與頂桿之間的上下距離。

所述高度調(diào)節(jié)裝置由內(nèi)外同軸嵌套的外轉(zhuǎn)子電機(jī)、內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)和外調(diào)節(jié)環(huán)組成，最外部的外調(diào)節(jié)環(huán)底部是敞口，頂部是封口，其頂部固定連接大活塞頂端；外調(diào)節(jié)環(huán)內(nèi)部是內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)，內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)通過外壁設(shè)有的兩條沿軸線方向的凸臺和外調(diào)節(jié)環(huán)內(nèi)壁上的凹槽間隙配合；內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2的頂部是敞口，底部是封口，在內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)內(nèi)部是外轉(zhuǎn)子電機(jī)，外轉(zhuǎn)子電機(jī)的定子上端與外調(diào)節(jié)環(huán)頂部固定連接，外轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)子外壁與內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)內(nèi)壁之間通過螺紋連接。

本發(fā)明一種動態(tài)車身高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法采用的技術(shù)方案是包含以下步驟：

（1）當(dāng)車身高度需要升高時，控制器發(fā)出正轉(zhuǎn)電信號至高度調(diào)節(jié)裝置，高度調(diào)節(jié)裝置與頂桿之間的上下距離變小直至高度調(diào)節(jié)裝置下端面碰觸到頂桿上端面，使高度調(diào)節(jié)裝置連同大活塞一起向上運(yùn)動；當(dāng)上方氣室的壓縮空氣壓力超過外界空氣的壓力時，進(jìn)氣單向閥關(guān)閉，當(dāng)上方氣室的壓縮空氣壓力超過空氣彈簧內(nèi)氣體的壓力時，出氣單向閥被壓縮空氣頂開，壓縮空氣進(jìn)入空氣彈簧，為空氣彈簧補(bǔ)氣，車身高度升高，

（2）當(dāng)車身高度需要降低時，控制器輸出反轉(zhuǎn)信號至高度調(diào)節(jié)裝置，高度調(diào)節(jié)裝置與頂桿之間的上下距離變大，同時控制放氣電磁閥對空氣彈簧進(jìn)行放氣操作，車身高度降低。

本發(fā)明相對現(xiàn)在技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本發(fā)明利用車輛懸架振動能量，在車輛行駛過程中，通過控制器控制對空氣彈簧補(bǔ)氣的快慢程度，將空氣壓縮至空氣彈簧中，同時通過控制放氣電磁閥對空氣彈簧進(jìn)行放氣操作，能夠主動地控制充放氣，從而控制空氣彈簧高度，保證車輛舒適性與操穩(wěn)性，節(jié)約能量，無需附加空氣壓縮機(jī)和儲氣罐，可以取代傳統(tǒng)的由壓縮機(jī)、儲氣罐組成的車身高度調(diào)節(jié)裝置。

2、本發(fā)明能夠連續(xù)計算目標(biāo)車身高度并利用懸架震動的能量為空氣彈簧充氣，當(dāng)懸架震動幅度較小時，控制器可以控制放氣電磁閥打開，給空氣彈簧放氣，降低車身高度，提高車輛的操穩(wěn)性；當(dāng)懸架震動幅度較大時，控制器控制高度調(diào)節(jié)裝置中的外轉(zhuǎn)子電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使內(nèi)調(diào)整環(huán)沿軸向向外運(yùn)動，使高度調(diào)節(jié)裝置整體高度變大，更容易被觸發(fā)補(bǔ)氣，從而往空氣彈簧內(nèi)更多的補(bǔ)氣，提高車身高度避免懸架撞擊限位塊，從而提高車輛通過性與舒適性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種動態(tài)車身高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中調(diào)節(jié)裝置E放大的主視剖面圖；

圖3為圖2中的俯視剖面圖；

圖4為圖1所示系統(tǒng)在升高車身高度時的過程圖；

圖中：A.進(jìn)氣單向閥；B.出氣單向閥；C.放氣電磁閥；CO控制器；D0.壓縮缸；D1.大活塞；D3.液壓油；D2.小活塞；D4.回位彈簧；E.高度調(diào)節(jié)裝置；E1.外轉(zhuǎn)子電機(jī)；E2.內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)；E3.外調(diào)節(jié)環(huán)；F.頂桿；G.高度傳感器；H1.簧上質(zhì)量；H2.簧下質(zhì)量；KT.空氣彈簧；ZN.阻尼器。

具體實施方式

如圖1所示，車輛懸架中的空氣彈簧KT與阻尼器ZN并聯(lián)，共同安裝在車輛的簧下質(zhì)量H2與簧上質(zhì)量H1中間。本發(fā)明一種動態(tài)車身高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包含壓縮缸D0、高度調(diào)節(jié)裝置E、頂桿F、高度傳感器G、放氣電磁閥C和控制器CO。其中，壓縮缸D0的缸體上端固定連接于車輛簧上質(zhì)量H1，壓縮缸D0的下端連接高度調(diào)節(jié)裝置E，高度調(diào)節(jié)裝置E的正下方設(shè)有頂桿F，并且頂桿F固定連接在車輛簧下質(zhì)量H2上，頂桿F和高度調(diào)節(jié)裝置E之間具有一定的間隙。

壓縮缸D0的缸體是倒T型的空腔結(jié)構(gòu)，下段的內(nèi)徑大于上段的內(nèi)徑。在壓縮缸D0的缸體內(nèi)腔中由下至上依次設(shè)有大活塞D1、液壓油D3、小活塞D2和回位彈簧D4。壓縮缸D0下段的內(nèi)腔下端是大活塞D1，大活塞D1與壓縮缸D0下段之間密封連接，大活塞D1既是壓縮缸D0的底蓋，又能夠沿壓縮缸D0下段的內(nèi)壁上下移動。

高度調(diào)節(jié)裝置E的上端固定連接大活塞D1，并且大活塞D1的外徑小于大活塞D1的外徑。

頂桿F位于高度調(diào)節(jié)裝置E的正下方，頂桿F的外徑小于大活塞D1的外徑。在空氣彈簧KT正常工作不需要充氣時，頂桿F的上端面與高度調(diào)節(jié)裝置E的下端面不接觸，頂桿F與高度調(diào)節(jié)裝置E之間具有一定的間隙。

壓縮缸D0上段的內(nèi)腔中設(shè)有小活塞D2，小活塞D2與壓縮缸D0上段內(nèi)壁之間密封連接，小活塞D2能夠沿壓縮缸D0上段的內(nèi)壁上下移動。在大活塞D1和小活塞D2之間形成一個密封的下方油腔，在這個下方油腔中充滿液壓油D3。

小活塞D2和壓縮缸D0頂端之間形成一個密封的上方氣室，小活塞D2的上端固定連接回位彈簧D4的下端，回位彈簧D4的上端固定連接于簧上質(zhì)量H1。在上方氣室的側(cè)壁上開有一個進(jìn)氣口和一個出氣口，進(jìn)氣口連接進(jìn)氣單向閥A，外部空氣K可通過進(jìn)氣單向閥A進(jìn)入上方氣室，出氣口通過出氣單向閥B連接空氣彈簧KT，上方氣室中的氣體可通過出氣單向閥B進(jìn)入空氣彈簧KT中。

壓縮缸D0、高度調(diào)節(jié)裝置E以及頂桿F三者的中心軸共線，也與大活塞D1、小活塞D2和回位彈簧D4的中心軸共線。

空氣彈簧KT的出氣口經(jīng)放氣電磁閥C連通外部空氣K，放氣電磁閥C經(jīng)信號線連接控制器CO，放氣電磁閥C可以接收控制器CO的電信號并由控制器CO控制其開閉，放氣電磁閥C在通電時電磁閥打開，斷電后電磁閥關(guān)閉。

高度傳感器G與空氣彈簧KT和阻尼器ZN并聯(lián)連接，即高度傳感器G上端固定在簧上質(zhì)量H1上，下端固定在簧下質(zhì)量H2上。高度傳感器G經(jīng)信號線連接控制器CO，可以將將簧上質(zhì)量H1相對于簧下質(zhì)量H2上下兩端的高度差轉(zhuǎn)化為電信號并輸入控制器CO中。

控制器CO固定在簧上質(zhì)量H1上，分別經(jīng)信號線連接高度傳感器G、放氣電磁閥C，經(jīng)控制線連接高度調(diào)節(jié)裝置E，控制高度調(diào)節(jié)裝置E工作，以改變調(diào)節(jié)裝置E自身的整體高度，從而調(diào)節(jié)高度調(diào)節(jié)裝置E與頂桿F之間的上下距離。

如圖2和圖3所示，高度調(diào)節(jié)裝置E由外轉(zhuǎn)子電機(jī)E1、內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2和外調(diào)節(jié)環(huán)E3組成，外轉(zhuǎn)子電機(jī)E1、內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2和外調(diào)節(jié)環(huán)E3由內(nèi)向外同軸嵌套，最外部是外調(diào)節(jié)環(huán)E3，外調(diào)節(jié)環(huán)E3的底部是敞口，頂部是封口，頂部固定連接大活塞D1頂端。外調(diào)節(jié)環(huán)E3內(nèi)壁上設(shè)有兩條沿軸線方向的凹槽。外調(diào)節(jié)環(huán)E3內(nèi)部同軸安裝內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2，內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2外壁設(shè)有兩條沿軸線方向的凸臺，通過凸臺卡在外調(diào)節(jié)環(huán)E3內(nèi)壁上的凹槽內(nèi)，凸臺與凹槽間隙配合，凸臺可沿凹槽上下滑動，使內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2和外調(diào)節(jié)環(huán)E3上下活動連接，內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2可沿外調(diào)節(jié)環(huán)E3上下移動。內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2的頂部是敞口，底部是封口。在內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2內(nèi)部同軸安裝外轉(zhuǎn)子電機(jī)E1，外轉(zhuǎn)子電機(jī)E1的定子上端與外調(diào)節(jié)環(huán)E3頂部固定在一起，外轉(zhuǎn)子電機(jī)E1的轉(zhuǎn)子外壁與內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2內(nèi)壁之間通過螺紋方式連接，外轉(zhuǎn)子電機(jī)E1旋轉(zhuǎn)時通過螺紋方式帶動內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2沿外調(diào)節(jié)環(huán)E3上下移動。當(dāng)外轉(zhuǎn)子電機(jī)E1接收正轉(zhuǎn)電信號后即開始順時針旋轉(zhuǎn)，此時內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2則沿軸向向下運(yùn)動；當(dāng)外轉(zhuǎn)子電機(jī)E1接收反轉(zhuǎn)電信號后即開始逆時針旋轉(zhuǎn)，此時內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2則沿軸向向上運(yùn)動，據(jù)此實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)裝置E整體高度可調(diào)。

在車輛駐車時，控制器CO即開始讀取高度傳感器G的電信號，獲取車身靜態(tài)高度，并將其設(shè)置為動態(tài)車身高度的零點(diǎn)。在車輛行駛過程中，控制器CO以1024次每秒的采樣率讀取高度傳感器G的電信號，并計算5秒鐘內(nèi)所有采樣數(shù)據(jù)的方差值a。由于在路面激勵下，車輛懸架的震動響應(yīng)為正態(tài)分布，則根據(jù)計算的方差值a即可以得出車身高度與車輛懸架撞擊限位塊概率的關(guān)系，并據(jù)此計算滿足撞擊限位概率小于0.3%條件的最低車身高度b。

將最低車身高度b加上5毫米保留高度得到目標(biāo)車身高度c，并將目標(biāo)車身高度c與當(dāng)前控制器CO讀取到的高度傳感器G的信號對比，若目標(biāo)車身高度c比當(dāng)前讀取到的車身高度加1毫米還要高，則判斷為車身高度需要升高，若目標(biāo)車身高度c比當(dāng)前讀取到的車身高度減1毫米還要低，則判斷為車身高度需要降低，若目標(biāo)車身高度c在當(dāng)前讀取的車身高度加減1毫米范圍內(nèi)，則判斷為車身高度無需調(diào)整。

當(dāng)判斷為車身高度需要升高時，如圖4所示的系統(tǒng)升高車身高度過程，控制器CO發(fā)出正轉(zhuǎn)電信號至高度調(diào)節(jié)裝置E，高度調(diào)節(jié)裝置E中的外轉(zhuǎn)子電機(jī)E1即開始順時針轉(zhuǎn)動，內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2即開始沿軸向向下運(yùn)動，高度調(diào)節(jié)裝置E的整體高度增大，高度調(diào)節(jié)裝置E與頂桿F之間的上下距離變小，使高度調(diào)節(jié)裝置E下端面在懸架尚未壓縮至極限時即可以碰觸到頂桿F上端面。此時當(dāng)懸架被繼續(xù)壓縮時，頂桿F上端面能夠頂住高度調(diào)節(jié)裝置E中的內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2的下端面，同時推動高度調(diào)節(jié)裝置E，使得高度調(diào)節(jié)裝置E連同大活塞D1一起進(jìn)入壓縮缸D0內(nèi)部，并沿著壓縮缸D0內(nèi)壁一起向上運(yùn)動。此時壓力通過大活塞D1傳遞給液壓油D3，液壓油D3推動小活塞D2，小活塞D2壓縮小活塞D2上方的回位彈簧D4和空氣。當(dāng)壓縮空氣壓力超過外界空氣K的壓力時，進(jìn)氣單向閥A關(guān)閉，當(dāng)壓縮的空氣壓力超過空氣彈簧KT內(nèi)氣體的壓力時，出氣單向閥B被壓縮空氣頂開，壓縮空氣進(jìn)入空氣彈簧KT，為空氣彈簧KT補(bǔ)入一定的氣體。當(dāng)車身高度升高到最高位置，即車輛懸架被壓縮到最高位置后，簧下質(zhì)量H2即開始相對于簧上質(zhì)量H1向下運(yùn)動，空氣彈簧KT開始被拉伸，頂桿F也開始相對于高度調(diào)節(jié)裝置E向下運(yùn)動，此時在回位彈簧D4的作用下，小活塞D2被向下推動，壓力通過小活塞D2傳遞給液壓油D3，并推動大活塞D1及高度調(diào)節(jié)裝置E向下運(yùn)動，在小活塞D2逐漸往下運(yùn)動的過程中，上方氣室內(nèi)的壓力逐漸降低，當(dāng)上方氣室內(nèi)的氣壓低于空氣彈簧KT氣壓時，出氣單向閥B關(guān)閉，當(dāng)上方氣室內(nèi)的氣壓低于外界空氣K的壓力時，進(jìn)氣單向閥A被外界空氣K頂開，外界空氣K進(jìn)入。最終小活塞D2、大活塞D1和高度調(diào)節(jié)裝置E均恢復(fù)到初始位置。

當(dāng)判斷為車身高度需要降低時，控制器CO輸出反轉(zhuǎn)信號至高度調(diào)節(jié)裝置E，高度調(diào)節(jié)裝置E中的外轉(zhuǎn)子電機(jī)E1即開始逆時針轉(zhuǎn)動，內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)E2即開始沿軸向向上運(yùn)動，使得高度調(diào)節(jié)裝置E整體高度最小，高度調(diào)節(jié)裝置E與頂桿F之間的上下距離變大。同時輸出控制信號至放氣電磁閥C，控制放氣電磁閥C對空氣彈簧KT進(jìn)行放氣操作。

當(dāng)判斷為車身高度無需調(diào)整時，控制器CO輸出反轉(zhuǎn)信號至高度調(diào)節(jié)裝置E，控制其整體高度為最小。

在車輛行駛過程中，本發(fā)明系統(tǒng)動態(tài)車身高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)不斷地計算目標(biāo)車身高度并與當(dāng)前車身高度做一系列比較，通過控制高度調(diào)節(jié)裝置E和放氣電磁閥C來為空氣彈簧KT進(jìn)行補(bǔ)氣或放氣操作，從而調(diào)節(jié)車身高度至目標(biāo)車身高度，利用懸架震動能量，主動干涉車身高度。