阅读说明：本技术 一种刚度可调气弹簧 (Gas spring with adjustable rigidity ) 是由 陈刚 于 2018-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种可调刚度气弹簧的调节和量化,其方法是将一变容气室通过串有节流阀或关断阀的连接管与气弹簧相连,通过动力源提供的动力控制变容气室的容积变化来改变气弹簧的刚度,在需要对气弹簧的刚度进行量化调节时,则增加变容气室容积计量装置计算变容气室的有效容积,并根据气弹簧的当前压力大小、初始压力,初始容积大小等参数量化计算并控制气弹簧的刚度。(The invention relates to adjustment and quantification of a gas spring with adjustable rigidity, which is characterized in that a variable-volume gas chamber is connected with the gas spring through a connecting pipe which is connected with a throttle valve or a shut-off valve in series, the volume change of the variable-volume gas chamber is controlled through power provided by a power source to change the rigidity of the gas spring, when the rigidity of the gas spring needs to be quantitatively adjusted, a volume metering device of the variable-volume gas chamber is added to calculate the effective volume of the variable-volume gas chamber, and the rigidity of the gas spring is quantitatively calculated and controlled according to parameters such as the current pressure, the initial pressure and the initial volume of the gas spring.)

一种刚度可调气弹簧

技术领域

本发明涉及一种刚度可调气体弹簧的调节和量化，特别适用于以压缩气体为弹性介质的汽车可调刚度悬挂的弹簧刚度控制。

背景技术

气弹簧的非线性刚度特性，使其具有较好的减振和隔振性能，应用越来越普遍。气弹簧的刚度由储气室的容积大小和压力大小共同决定的，当气室压力基本不变时，则气室的容积越大刚度越小，气室的容积越小刚度越大。改变气室的容积和压力大小通常需要加气泵及其配套设施来实现，导致其结构较为复杂，成本高。

此外，用于车辆悬挂的变刚度气弹簧，由于刚度调节需要根据负载计算，按负载调节合适的刚度，则变刚度气簧的容积变化量计量便显得特别重要，采用无级调节时，容积变化量的计量较为困难，增减刚度值的量化控制变得特别复杂，特别是需要同步增减刚度的控制则更为困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题

一、解决实现刚度无级的调节气弹簧结构复杂，成本高的问题；

二、解决气弹簧的刚度变化不能量化计算的问题；

三、解决车用悬挂需要多个气弹簧同步变刚度较难实现的问题。

本发明的技术方案

本发明采用的方法是将一变容气室通过串有节流阀或关断阀的连接管与气弹簧相连，通过动力源提供的动力控制变容气室的容积变化来改变气弹簧的刚度，在需要对气弹簧的刚度进行量化调节时，则增加变容气室容积计量装置计算变容气室的有效容积，并根据气弹簧的当前压力大小, 当前变容气室容积，初始储气总容积，初始储气压力，当前压力等参数量化计算并控制气弹簧的刚度。

气弹簧采用节流阀时，由于节流阀的作用，气弹簧内压力快速变化对变容气室内的压力影响较小，即气弹簧的瞬时刚度受变容气室的影响较小；节流阀的通径越小，气弹簧的压力变化速率越快，则气弹簧的瞬时刚度受变容气室的影响越小。调节气弹簧的瞬时刚度时，由于变容气室的容积改变，使气弹簧和变容气室形成压差，由于压差的持续作用，使气弹簧内的气体经过节流阀缓慢进出变容气室，直到压差消失。

瞬时刚度指气弹簧短时间内的刚度，本文中采用节流阀的变刚度气弹簧，在压力一定的情况下，变容气室和气弹簧的总容积是不变的，即在压力一定的情况下，时间足够长时，其刚度是不变的。但是由于节流阀的作用，气弹簧的负载急剧变化时，气弹簧侧的气流不能及时进出变容气室，使变容气室的基本不会影响气弹簧的刚度，使气弹簧的刚度短时间内几乎只与气弹簧的容积和当前压力相关，因此，本文中的改变气弹簧的刚度对于采用节流阀的变刚度气弹簧指的是在压力一定的情况下，改变其瞬时刚度，即通过变容气室的容积变化来调节气弹簧的瞬时刚度。

使用关断阀的气弹簧需要调节刚度时打开关断阀，改变变容气室的容积，刚度调节完成后，关闭关断阀，阀门关闭后气弹簧的刚度不再受可变气室容积大小影响。

动力源：指为变容气室提供变容动力的装置，包括液压源、推杆电机、直线电机、由电机旋转运动带动齿轮齿条转直线运动的电机、以及手动调节装置等。

变容气室包括：液气储能器，液压缸-气缸，单作用气缸等带有可变容积的储气装置；液气储能器是通过改变液气储能器内储液腔的充液量改变其气室容积的。液压缸-气缸是由液压缸或气缸的一腔室充液，另一腔室充气构成的，它是通过改变充液腔的充液量改变气室容积的。单作用气缸是通过改变活塞位置直接改变气室容积的。

气弹簧：指用压缩气作为储能介质具有弹性功能的部件，包括：液气储能器，气囊式支撑弹簧，活塞式气撑杆等；液气储能器作为气弹簧时，其压缩气为储能介质，液压油为力传递介质；使用液气储能器作为气弹簧时，通常由与液气储能器的储液腔相通的液压缸作为气弹簧的执行元件将气弹簧的弹性势能转换为动能。

方案1.一种可调刚度气弹簧包括：动力源、变容气室、 节流阀或关断阀、气弹簧、连接管等；其特征是：变容气室通过串有节流阀或关断阀的连接管与气弹簧相通，动力源驱动变容气室的容积改变使气弹簧的刚度变化。

方案2.如方案1所述的可调刚度气弹簧，其特征是：还包括有测量变容气室容积的计量装置。

由于变容气室与气弹簧的总容积在压力一定的情况下是不变的，通过容积计量装置测量出变容气室的容积，则可根据相关的已知条件，如当前压力、初始压力、初始压力下的总容积等计算当前气弹簧的刚度。装有变容气室容积计量装置，使用户可以根据需要任意设定和测量气弹簧的刚度。

采用液气储能器的储气室作为变容气室的，在进出液管路上装液压缸，由液压缸的其中一腔室给液气储能器供液，液压缸上有测量活塞行程的装置，通过测量活塞行程计算进出液气储能器的液量，以此计算变容气室的容积。

采用液压缸-气缸或单作用气缸的作为变容气室的，可以直接加装测量活塞行程的装置，通过测量活塞行程计算气缸侧的容积，以此计算变容气室的容积。

活塞行程测量或活塞位置测量方法较多，可以通过测量活塞杆伸出液压缸的长度计算，也可以在活塞上加装磁环，在缸筒外通过磁感应测量活塞位置。

还可以采用其它计量方法计量变容气室的有效容积，如在变容气室进出液连接管上加装流量计。

方案3.如方案1，2所述的可调刚度气弹簧其特征是：液压源为变容气室的动力源，液气储能器的储气室为变容气室，由液压源控制进出液气储能器的液量来改变变容气室的容积，以此改变刚度。增加液气储能器内的液量，气弹簧的容积变大，刚度变小；减少液气储能器内的液量，气弹簧的容积变小，刚度变大。

方案4. 如方案1，2所述的可调刚度气弹簧，其特征是：液压源为变容气室的动力源，液压缸-气缸的储气腔为变容气室，由液压源控制液压缸-气缸进出储液腔侧的液量来改变气缸侧变容气室的容积，以此改变气弹簧的刚度。增加液压缸内的液量，气弹簧的容积变大，刚度变小；减少液压缸内的液量，气弹簧的容积变小，刚度变大。

方案5. 如方案1，2所述的可调刚度气弹簧其特征是：变容气室主要由单作用气缸构成，由电机驱动带动单作用气缸的活塞位移使气缸容积改变以此改变气弹簧刚度。

单作用气缸的活塞位置左移则气弹簧的容积变小，刚度变大，活塞位置右移则气弹簧的容积变大，刚度变小。

动力源包括：推杆电机、直线电机或由电机带动齿轮齿条转直线运动的电机等。

方案6. 如方案1，2所述的可调刚度气弹簧构成的多联变刚度气弹簧，其特征是：变容气室的容积变化调节装置是联动的，即其中一个变容气室的容积变化则其它的联动的变容气室的容积是同步变化的， 其方法是：

1.变容气室为液气储能器时，采用多联（并联）液压缸同步给变容气室供液，使储气器的容积同步增减。

2.变容气室为液压缸-气缸组合式储气器或单作用气缸时，将液压缸-气缸或单作用气缸并联作动， 使气缸内的容积同步增减。

本发明的有益效果

一、使可调刚度气弹簧的结构更简单，更容易实现，成本更低；

二、使可变刚度气弹簧的有效容积变化量实现量化计算，可以根据需要在刚度可调范围内实现任意刚度准确调节计量；

三、使多个气弹簧同步变刚度变得简单易行，而且可以实现刚度量化计算。

附图说明

图1. 由两个液气储能器和液压源构成的可调刚度气弹簧示意图

图2. 由液压缸、两液气储能器和液压源构成的可调刚度气弹簧示意图

图3. 由液压缸-气缸、液压源和液气储能器构成的可调刚度气弹簧示意图

图4. 由单作用气缸和液气储能器构成的可调刚度气弹簧示意图

图5. 由多联液压缸、液压源和液气储能器构成的可调刚度气弹簧示意图

图示编号名称:

1-二位二通电磁阀 2-液压泵 3-储液腔

4-液气储能器（变容气室） 5-储气腔（变容气室） 6-节流阀

7-气管 8-储气腔（气弹簧腔） 9-液气储能器（液气弹簧）

10-储液腔 11- 液压缸 12-液压缸-气缸的储气腔

13-液压缸-气缸 14-活塞 15-液压缸-气缸的储液腔

16-四联同步液压缸-气缸 17-液压缸-气缸的储液腔进出油口

18- 液压缸-气缸的储气腔进出气口 19-流量计 20-气缸。

具体实施方式

优选方案1：(图1）由两个液气储能器和液压源构成的可调刚度气弹簧

本方案的可调刚度气弹簧包括：两液气储能器(4,9)、串有节流阀（6）的连接管（7）、带电磁阀（1）的液压源、液压缸（11）等。

如图1所示：两液气储能器（4，9)的储气室(5,8）通过串有节流阀（6）的连接管（7）相通，液压源控制进出液气储能器储液腔（3）的液量，以此控制储气腔(5)（变容气室）的容积大小，从而控制储气腔(5)（气弹簧腔）的储气量，使气弹簧(8)的刚度变化。气弹簧(8)通过液压缸（11）进行弹性势能和动能转换。

优选方案2：（图2）由两个液气储能器和液压源构成的可调刚度气弹簧

本方案的可调刚度气弹簧包括：两液气储能器(4,9)、流量计(19)、串有节流阀(6)的连接管(7)、带电磁阀(1)的液压源、液压缸(11)等。

如图2所示：两液气储能器(4,9)的储气室(5，8)通过串有节流阀（6）的连接管(7)相通，液压源的液流通过流量计（19）计量后进出液气储能器（4）的储液腔（3），以此控制储气腔（5）（变容气室）的容积大小，使气弹簧（8）的刚度变化。流量计用于计量进出液气储能器（4）的液量，间接计量变容气室（5）的容积大小。

气弹簧通过液压缸（11）进行弹性势能和动能转换。

优选方案3：（图3）由液压缸-气缸、液压源和液气储能器构成的可调刚度气弹簧

本方案的可调刚度气弹簧包括：液压缸-气缸（13）、串有节流阀（6）的连接管（7）、带电磁阀（1）的液压源、液气储能器（9）、液压缸（11）等。

如图3所示：液压缸-气缸（13）的储气室（12）通过串有节流阀（6）的连接管（7）与液气储能器（9）的储气室（8）相通，液压源（2）控制液压缸活塞（14）左右移动，以此控制液压缸-气缸（13）的储气室（12）（变容气室）的容积大小，从而控制液气储能器储气腔（8）（气弹簧腔）的储气量，使气弹簧（8）的刚度变化。气弹簧（8）通过液压缸（11）进行弹性势能和动能转换。

液压缸-气缸的储气室（13）的容积需要计量时，在活塞上加磁环，通过缸外电磁感应方式测量活塞的位置，根据活塞的位置，以及液压缸的缸径等参数计算其容积。

优选方案4：（图4）由气缸、推杆电机和液气储能器构成的可调刚度气弹簧

本方案的可调刚度气弹簧包括：气缸（20）、串有节流阀（6）的连接管（7）、推杆电机、液压缸（11）、液气储能器（9）等。

如图4所示：气缸（20）的储气室（12)通过串有节流阀（6）的连接管（7）与液气储能器(9)的储气室(8)相通，推杆电机带动活塞(14)左右移动，以此控制气缸(20)的储气室(12)（变容气室）的容积大小，从而控制液气储能器储气腔(8)（气弹簧腔）的储气量，使气弹簧(8)的刚度变化。气弹簧(8)通过液压缸（11）进行弹性势能和动能转换。

优选方案5：（图5）由四联同步液压缸-气缸、液压源和四个液气储能器构成的可调刚度气弹簧

本方案的可调刚度气弹簧包括：四联同步液压缸-气缸(16)、串有节流阀(6)的连接管(7)、四个液气储能器(9)、四个液压缸(11)等。

如图5所示：液压缸-气缸的储气室通过串有节流阀(6)的连接管(7)与液气储能器的储气室分组相通，液压源（2）控制四个液压缸(16)活塞同步左右移动，以此控制液压缸-气缸的储气室（变容气室）的容积大小同步变化，从而控制液气储能器储气腔（8）（气弹簧腔）的储气量，使四个气弹簧的刚度同步变化。气弹簧通过液压缸（11）进行弹性势能和动能转换。