一种气压自适应变化空气弹簧及其气压控制方法转让专利
申请号 : CN201811389776.1
文献号 : CN109606048B
文献日 : 2021-07-09
发明人 : 袁春元 , 张佳辉 , 周宏根 , 华周 , 宋盘石 , 吴鹤鹤 , 王传晓
申请人 : 江苏科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种气压自适应变化空气弹簧,其特征在于:包括气囊(1)、电容极板(4)、缸筒(8)、电磁阀、活塞(10)、推杆(11)、电机(12)和控制模块(13),所述气囊(1)上下两端通过盖板(2)密封,气囊(1)内置一圆筒(3),圆筒(3)内部贴有导电材料,并与气囊的下端盖板密封相连,所述电容极板(4)包括上极板和下极板,上极板可上下移动的设置在圆筒(3)内,下极板内嵌于下盖板中,上、下极板和圆筒(3)之间形成密封空间,所述缸筒(8)和气囊(1)之间通过进气管路和出气管路连通,且均由电磁阀控制联通,所述缸筒(8)内设有活塞(10),所述活塞(10)上端面和缸筒(8)内下端面上设有导电层,活塞(10)与推杆(11)连接,所述电容极板(4)、电磁阀和电机(12)均连接到控制模块,并通过控制模块(13)控制气囊内部的气压变化;
所述控制模块的控制电路包括电压转换电路、比较电路和开关控制电路:电压转换电路连接在比较电路和电容极板之间,实现电容极板和比较电路之间的电容电压的转换;
比较电路,实现电压转换电路输入的电压和参考电压之间的比较,并将电压输出到开关控制电路;
开关控制电路,所述开关控制电路与比较电路的电压输出端连接,控制两个电磁阀和电机。
2.根据权利要求1所述的气压自适应变化空气弹簧,其特征在于:所述上、下极板均与车载电源(14)连接供电。
3.根据权利要求1所述的气压自适应变化空气弹簧,其特征在于:缸筒和气囊的进气管路、出气管路出口处通过气嘴(5)密封。
4.根据权利要求1所述的气压自适应变化空气弹簧,其特征在于:所述比较电路包括比较器U1A、比较器U1B、三极管Q1、三极管Q2和电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6,所述比较器U1A和比较器U1B并联,所述比较器U1A的反相输入端与电压转换电路的电压输出端连接,同相输入端接参考电压Vc1,输出端经电阻R3接三极管Q1的基极,并将三极管Q1的发射极接地,集电极经电阻R4接恒压电源,比较器U1B的同相输入端与电压转换电路的电压输出端连接,反向输入端接参考电压Vc0,输出端经电阻R5接三极管Q2基极,三极管Q2的发射极接地,集电极经电阻R6接恒压电源,其中Vc0为空载电压,Vc1为低于满载电压的参考低电压。
5.根据权利要求1所述的气压自适应变化空气弹簧,其特征在于:所述开关控制电路包括三路独立的光电耦合控制开关电路,分别控制电磁阀的开关和电机的运动,所述三路光电耦合控制开关电路结构相同,包括光电耦合器U1、光电耦合器U2、光电耦合器U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9和继电器K1,所述光电耦合器U1与光电耦合器U2串联,光电耦合器U2和光电耦合器U3并联,光电耦合器U2和光电耦合器U3之间连接继电器K1:气囊排气电磁阀的光电耦合控制开关电路中,光电耦合器U1输入端连接比较器U1A的电压输出端,继电器K1输入端连接控制器U1B的电压输出端,光电耦合器U3输出端接气囊排气电磁阀;
气囊进气电磁阀的光电耦合控制开关电路中,光电耦合器U1输入端连接比较器U1B的电压输出端,继电器K1输入端接缸筒导电层,输出端接地,光电耦合器U3输出端接气囊排气电磁阀;
电机的光电耦合控制开关电路中,光电耦合器U1输入端接比较器U1A的电压输出端,继电器K1输入端接缸筒导电层,输出端接地,光电耦合器U3输出端接电机。
6.根据权利要求1中所述的气压自适应变化空气弹簧的气压控制方法,其特征在于:在压缩行程中,空气弹簧受到压缩,气囊内部容积变小而气压增大,布置在气囊内的两极板与圆筒形成的封闭空间缩小,电容上极板向下移动,导致电容变大,经电容电压转换电路后输出电压V减小,当转换电压V小于参考电压Vc1时,经比较电路,输出控制电压接通电磁阀DC1,气囊开始排气,并保持电磁阀DC1处于打开状态;
在伸张行程中,气囊内部容积变大而气压减小,上极板上移,电容减小,经电容电压转换电路后输出电压增V大,当转换电压V大于参考电压Vc0,经比较电路,输出控制电压接通并保持电磁阀DC2和电机处于开启状态,同时关闭电磁阀DC1,此时,电机控制推杆驱动活塞将缸筒内气体压回气囊,当活塞到达缸筒底部,接通底部开关电路,从而断开电磁阀DC2并使电机停止;
在静平衡位置,气囊内气压保持稳定,电容极板位置保持不变,转换电压V维持在参考电压Vc1 Vc0之间,比较电路没有控制信号输出,电磁阀DC1和电磁阀DC2及电机保持原来状~
态。
说明书 :
一种气压自适应变化空气弹簧及其气压控制方法
技术领域
背景技术
可调车身高度,更能满足人们的需求。因此,空气悬架是车辆悬架发展方向。并且,如何进一
步提高空气悬架性能也是当前的研究热点。
气弹簧进行替换,并不具备真正的空气悬架的性能。因此高速行驶的此类改装车辆在经复
杂路面时,空气弹簧气囊内部气压会陡然增大或降低,使得空气弹簧弹簧刚度不能完全和
簧载质量相匹配,性能会大大降低,并伴有爆裂的风险。
发明内容
的变化并控制电磁阀和电机开关状态,使得气囊内气压自适应变化,可以极大提高空气弹
簧的性能。
料,并与气囊下端盖板密封相连,所述电容极板包括上极板和下极板,上极板可上下移动的
设置在圆筒内,下极板内嵌于下盖板中,上、下极板和圆筒形成密封空间,所述缸筒和气囊
之间通过进气管路和出气管路连通,且均由电磁阀控制联通,所述缸筒内设有活塞,活塞与
推杆连接,所述推杆电机、电容极板和电磁阀均连接到控制模块,并通过控制模块控制气囊
内部的气压变化。
端与电压转换电路的电压输出端连接,同相输入端接参考电压Vc1,输出端经电阻R3接三极
管Q1的基极,并将三极管Q1的发射极接地,集电极经电阻R4接恒压电源,比较器U1B的同相
输入端与电压转换电路的电压输出端连接,反向输入端接参考电压Vc0,输出端经电阻R5接
三极管Q2基极,三极管Q2的发射极接地,集电极经电阻R6接恒压电源,其中Vc0为空载电压,
Vc1为低于满载电压的参考低电压。
U1、光电耦合器U2、光电耦合器U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9和继电器K1,所述光电耦合器U1
与光电耦合器U2串联,光电耦合器U2和光电耦合器U3并联,光电耦合器U2和光电耦合器U3
之间连接继电器K1,
气囊排气电磁阀;
囊排气电磁阀;
换电路后输出电压V减小,当转换电压V小于参考电压Vc1时,经比较电路,输出控制电压接
通电磁阀DC1,气囊开始排气,并保持电磁阀DC1处于打开状态。
接通并保持电磁阀DC2和电机处于开启状态,同时关闭电磁阀DC1。此时,电机控制推杆驱动
活塞将缸筒内气体压回气囊。当活塞到达缸筒底部,接通底部开关电路,从而断开电磁阀
DC2并使电机停止。
原来状态。
实现气压自适应变化,以到达刚度的适应性变化。
附图说明
具体实施方式
中气囊1的上下两端通过盖板2密封,气囊1内置一圆筒3,圆筒3的下端与下盖板相连并密
封,圆筒3内部贴有导电材料,电容极板4分为上极板和下极板,上极板可上下移动的设置在
圆筒3内,下极板内嵌于下盖板中,上、下极板和圆筒3之间形成密封空间,气囊1的一侧设有
缸筒8,缸筒8和气囊1之间通过进气管路和出气管路相连通,并在管路与缸筒8以及气囊1的
连接位置由气嘴5密封,进气管路和出气管路均通过电磁阀控制联通。
并通过控制器13控制气囊内部的气压稳定。
现电压转换电路输入的电压和参考电压之间的比较,并将电压输出到开关控制电路;开关
控制电路,所述开关控制电路与比较电路的电压输出端连接,控制两个电磁阀和推杆电机。
反馈回路接气囊内电容极板两端后接回反相输入端。运算放大器AR1输出端经电阻R1接运
算放大器AR2的反相输入端,同相输入端接地,反馈回路经电阻R2接回反相输入端,输出端
接比较电路。
较器U1B的同相输入端。所述比较器U1A的同相输入端接参考电压Vc1,比较器U1B的反相输入
端接参考电压Vc0。比较器U1A输出端经电阻R3接三极管Q1基极,发射极接地,集电极经电阻
R4接恒压电源,并由集电极输出控制电压接所述开关控制电路。比较器U1B输出端经电阻R5
接三极管Q2基极,发射极接地,集电极经电阻R6接恒压电源,并由集电极输出控制电压接开
关控制电路。其中Vc0为空载电压,Vc1为低于满载电压的参考低电压。
U2、光电耦合器U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9和继电器K1,所述光电耦合器U1与光电耦合器U2
串联,光电耦合器U2和光电耦合器U3并联,光电耦合器U2和光电耦合器U3之间连接继电器
K1:
输出端接气囊排气电磁阀;
出端接气囊排气电磁阀;
机。
示,(其中ε表示介电常数,A表示横截面积,d表示极板间距)。当上极板下移,极板间距变小,
电容变大。在电容电压转换电路中,由第一个运放AR1电路可知,恒压电源给电容器C和气囊
内电容极板持续充电,并由虚短和虚断的概念可知,运放反相输入端和同相输入端电压为
0,由公式Q=C·U(其中Q表示电容极板带电量,C表示电容量,U表示电容两端电压),则运放
AR1输出电压可由公式C·(U0‑0)=c·(0‑Ui)表示,(其中C表示固定电容极板的电容量,U0
表示输入电压,c表示气囊内电容极板电容量,Ui表示输出电压),则输出电压
(其中“‑”表示输出电压极性和输入电压极性相反)经反相放大器后,输出电压极性和输入
电压极性相同,输出电压随着气囊内电容极板电容量的增大而降低,减小而增大。
较器输出高电平,反之输出低电平。当输出高电平则导通三极管输出控制电压,反之,不导
通不输出控制电压。其中Vc0为空载电压,Vc1为低于满载电压的参考低电压。
Vm<V2<Vc0,Vc1为设定的参考低电压,比满载电压Vm低),则电压比较器U1A和比较器U1B同
时输出低电压,则没有控制电压输出,电磁阀6、电磁阀7和电机关闭。
杂路面时,由于恶劣的路面状况,如遇颠簸,气囊内气压陡然增大,则输出电压陡然下降至
V3,低于设定参考电压Vc1,则比较器U1A输出高电平,导通三极管输出控制电压,如图7所示,
光电耦合器U1导通,电磁阀6打开,并保持开启状态,气囊开始放气且比较器U1A接着输出的
高低电平将不会影响电磁阀6的状态直至电磁阀6关闭。
如图7所示,继电器K1导通,断开电磁阀6,同时,电磁阀7控制电路中光耦U1导通,电磁阀7打
开,并保持打开状态。其后,比较器U1B的输出将不会影响电磁阀7的开关直至电磁阀7关闭。
电机12控制电路光耦U1导通,电机运行,并保持运行状态,其后比较器U1B的输出将不会影
响电机12的开关直至电机12关闭。活塞上移将之前放出的气体压回气囊内,囊内气压重回
初始状态,以保持车辆平顺性以及车身高度。当活塞到达缸筒底部时,活塞导电层和缸筒导
电层连通,如图8、图9所示,触发继电器K1,从而断开电磁阀7并使电机12停止。
以设定不同的参考低电压Vc1以满足不同路面需求,进一步提升空气弹簧的性能。