用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧 |
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| 申请号 | CN202280058256.0 | 申请日 | 2022-08-16 | 公开(公告)号 | CN117957128A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 亨德里克森美国有限责任公司; | 发明人 | D·德罗伦奇斯; J·R·扎瓦基; | ||||
| 摘要 | 一种用于重型车辆车桥/ 悬架系统 的阻尼空气 弹簧 。阻尼空 气弹簧 包括第一室和第二室以及第一室和第二室之间的至少一个开口，以在第一室和第二室之间提供受限的 流体 连通。 吸附 材料设置在第一室或第二室内，并与至少一个开口联合工作，以在第一和第二临界 频率 范围内向空气弹簧提供阻尼特性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧，所述阻尼空气弹簧包括： |
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| 说明书全文 | 用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧[0001] 相关申请的交叉引用 技术领域[0003] 本发明总体上涉及用于重型车辆的车桥/悬架系统的领域。更具体地，本发明涉及用于重型车辆的车桥/悬架系统，其利用空气弹簧来缓冲重型车辆的行驶。更具体地，本发明涉及用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧，其中空气弹簧利用吸附材料和分布的受限开口以在临界频率下为空气弹簧提供改进的阻尼特性。 背景技术[0004] 气悬梁型车桥/悬架系统在重型车辆中的使用是已知的。为了清楚和方便的目的，参考了重型车辆，并且应当理解，这样的参考包括卡车、牵引拖车和半拖车、拖车等。尽管用于重型车辆的车桥/悬架系统具有广泛不同的结构形式，但是各种结构大体相似，因为每个车桥/悬架系统通常包括一对悬架组件。悬架组件通常直接连接至重型车辆的主车架或由主车架支撑的副车架。对于那些支撑副车架的重型车辆，副车架可以是非可移动的或可移动的，后者通常被称为滑块箱、滑块副车架、滑块底盘、次滑块车架或转向架。 [0005] 车桥/悬架系统的每个悬架组件包括纵向延伸的细长梁。梁可以相对于重型车辆的前部向后或向前延伸，从而分别限定通常所谓的拖曳臂车桥/悬架系统或前导臂车桥/悬架系统。然而，为了清楚和简洁的目的，应当理解，本申请中使用的术语拖曳臂涵盖相对于重型车辆的前端向后或向前延伸的梁。每个梁通常位于形成重型车辆的车架或副车架的一对间隔开的、纵向延伸的主构件和一个或多个横向构件中的相应一个的附近和下方。为了清楚和简洁的目的，本文中将对主构件进行参考，并且应当理解，这样的参考包括主车架、可移动副车架和不可移动副车架的主构件。每个梁在其一端枢转地连接至吊架，所述吊架附接至重型车辆的车架的主构件中的相应一个并从其悬挂。车桥在一对悬架组件的梁之间横向延伸，并且通常在从每个梁的大约中点到梁的与其相应吊架的枢转连接部相对的端部的选定位置处连接到该对悬架组件的梁。车轮以本领域已知的方式可旋转地安装在车桥的每个外侧端部上。空气弹簧或其它弹簧机构连接到与吊架的枢转连接部相对的梁端部和主构件中的相应一个并在它们之间延伸。制动系统以及可选的一个或多个减震器也以本领域已知的方式安装在车桥/悬架系统上。 [0006] 重型车辆的车桥/悬架系统在车辆运行期间起到缓冲行驶、阻尼振动和稳定重型车辆的作用。更具体地，当重型车辆在道路上行驶时，车轮遇到路况，这些路况将各种力、载荷和/或应力(本文中统称为力)施加到安装有车轮的相应车桥上，进而施加到连接到并支撑车桥的悬架组件。这些力包括车轮在遇到某些路况时竖向运动引起的竖向力、重型车辆的加速和减速以及某些路况引起的前后力以及与重型车辆的横向运动、例如转弯和变道操纵相关联的侧向载荷和扭转力。 [0007] 为了最小化运行期间这些力对重型车辆的有害影响，车桥/悬架系统被设计成反作用和/或吸收这些力中的至少一些。特别是，车桥/悬架系统的设计具有可以处置这些不同的力的结构特性。更具体地，如已知的，车桥/悬架系统被设计成具有相当刚性的梁，以便最小化重型车辆所经历的摇摆量并因此提供侧倾稳定性。然而，还期望车桥/悬架系统相对柔性，以帮助缓冲重型车辆免受竖向冲击，并为车桥/悬架系统提供顺应性，以抵抗故障并增加耐用性。此外，期望阻尼由这些力引起的振动或振荡。对于重型车辆，车桥/悬架系统的增加的阻尼在从约0.8至约2.0Hz(车身弹跳模式)和从约8至约15Hz(轮跳模式)的频率范围中是关键的。在这些频率下，车桥/悬架系统倾向于移动，使得这些频率下的道路输入可能导致车桥/悬架系统中运动的谐波累积，这可能对车桥/悬架系统以及因此重型车辆的性能产生潜在的不利影响。 [0008] 空气弹簧是车桥/悬架系统的一个关键部件，其缓冲重型车辆行驶时免受竖向冲击的影响。现有技术的不具有阻尼特性的空气弹簧或非阻尼空气弹簧通常包括三个主要部件：柔性波纹管、活塞和波纹管顶板。波纹管通常由橡胶或其它柔性材料形成，并且与波纹管顶板和活塞的顶部部分密封地接合。空气弹簧内包含的加压空气的体积或“空气体积”是确定空气弹簧的弹簧刚度或刚性的主要因素。更具体地，该空气体积包含在波纹管内，并且在一些情况下，还通过活塞和波纹管之间的不受限制的空气流包含在空气弹簧的活塞内。空气弹簧的空气体积越大，空气弹簧的弹簧刚度或刚性越低。替代地，现有技术的不具有阻尼特性的空气弹簧也利用活性炭来有效降低弹簧刚度而不增加空气弹簧的结构体积。较低的弹簧刚度或较低的刚性通常在重型车辆行业中更期望，因为它减少传递到重型车辆的主构件的振动，从而实现更柔和的行驶特性。 [0009] 现有技术的不具有阻尼特性的空气弹簧虽然在运行期间充分地缓冲重型车辆货物和乘员，但是几乎不向车桥/悬架系统提供阻尼特性。结果，临界频率范围内的阻尼通常由一对液压减震器提供，但如已知的，也有使用单个减震器。然而，这些减震器的阻尼性能发生变化并受到限制。特别是，减震器在磨损时通常会随着时间的推移而经历性能特性的变化，导致重型车辆的行驶和操纵特性随着时间的推移而变化，进而可能导致轮胎和车桥/悬架系统的其它部件随着时间的推移的额外磨损。更具体地，这些变化可能会潜在地增加重型车辆的运营成本。 [0010] 此外，减震器的性能通常针对减震器的设计载荷进行优化，并且不会根据有效载荷而变化。因此，当重型车辆增加或减少有效载荷时，减震器的性能可能会潜在地变得非最佳。更具体地，减震器通常针对重型车辆的最重的预期有效载荷而设计，使得车桥/悬架系统对于较轻的载荷将变得过阻尼，从而潜在地增加轮胎和车桥/悬架系统的其它部件的磨损。另外，减震器是车桥/悬架系统的维修项目，需要不时地维护和/或更换，导致车桥/悬架系统的维护和/或更换成本增加。 [0011] 减震器还不同程度地增加了车桥/悬架系统的复杂性和重量。特别是，重型车辆可运载的货物量受当地、州和/或国家道路和桥梁法律管辖，这些法律限制了重型车辆可运载的最大载荷以及可以由重型车辆的各个车桥支撑的最大载荷。更具体地，因为减震器相对较重，所以减震器给车桥/悬架系统增加了不期望的重量，从而减少了重型车辆能够运载的货物量。 [0012] 因此，现有技术的具有阻尼特性的空气弹簧已经被开发出来并且可以被用在重型气悬车桥/悬架系统中。这种现有技术的阻尼空气弹簧在结构上大体类似于现有技术的非阻尼空气弹簧，但是替代地包括具有活塞室的活塞。活塞通常具有延伸穿过活塞顶板的一个或多个开口，使得这些开口能够在波纹管与活塞室之间提供受限的流体连通。在重型车辆运行期间，波纹管和活塞室之间的受限流体连通为车桥/悬架系统提供阻尼。更具体地，当车桥/悬架系统经历颠簸或回弹事件时，波纹管分别被压缩或膨胀，从而分别导致波纹管的内部压力增加或减少。波纹管内的压力变化在波纹管和活塞室之间产生压差，这导致空气通过活塞顶板的开口在波纹管和活塞室之间流动，从而引起阻尼发生。 [0013] 现有技术的阻尼空气弹簧的波纹管和活塞室中的单独空气体积是确定空气弹簧的阻尼能量的主要因素。一般情况下，波纹管容积越小，活塞容积越大，即波纹管与活塞的容积比越小，空气弹簧的阻尼能量就越大。在重型车辆工业中通常更期望空气弹簧具有更大的阻尼能量，因为它在运行期间为重型车辆提供更受控的行驶。因此，可以使用更大的活塞，由此波纹管容积减小并且活塞室容积增加，从而增加阻尼能量。 [0014] 现有技术的具有阻尼特性的空气弹簧虽然为重型车辆的车桥/悬架系统提供足够的阻尼，但具有潜在的缺点、缺陷和限制。例如，如上所述，重型车辆通常具有多个临界频率范围，其中车桥/悬架系统的阻尼的增加是至关重要的，例如从约0.8Hz至约2.0Hz(车身弹跳模式)以及从约8Hz至约15Hz(轮跳模式)。然而，现有技术的阻尼空气弹簧通常仅针对单个临界频率范围提供峰值阻尼特性(通常在从约0.8Hz至约2.0Hz(车身弹跳模式)的临界频率范围中)，并且因此不提供在多个临界频率范围内的最佳阻尼。另外，如上所述，现有技术的阻尼空气弹簧通常需要更大的活塞容积和更小的波纹管容积。然而，以牺牲波纹管容积为代价增加活塞容积可能会潜在地导致活塞在空气弹簧的行程距离上的限制或冲击。 [0015] 因此，期望具有一种具有阻尼特征的空气弹簧，其为活塞室提供增加的功能容积以及在车身弹跳模式和轮跳模式临界频率范围上均增加的阻尼，而不改变活塞的结构体积。通过为重型车辆提供一种在不改变活塞的结构体积的情况下具有改进的阻尼特性的空气弹簧，保持空气弹簧行程距离，并且可以消除车桥/悬架系统的减震器或减小其尺寸，从而降低复杂性，减轻重量和成本，并允许重型车辆运载更多货物。本发明的用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧满足了这些需要。 发明内容[0016] 本发明的目的是提供一种具有改进的阻尼特性的空气弹簧。 [0017] 本发明的另一个目的是提供一种在多个临界频率范围内具有改进的阻尼特性的空气弹簧。 [0018] 本发明的又一个目的是提供一种消除或减少对在临界频率下提供阻尼的减震器的需要的空气弹簧。 [0019] 这些目的和其它目的通过本发明的用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧来实现，所述阻尼空气弹簧包括：第一室；第二室；至少一个开口，所述至少一个开口位于第一室和第二室之间并提供第一室和第二室之间的受限流体连通；以及设置在第一室或第一室内的吸附材料，所述吸附材料与第一室、第二室和至少一个开口联合工作以向阻尼空气弹簧提供阻尼特性。附图说明 [0021] 图1是用于重型车辆的拖曳臂车桥/悬架系统的顶部后透视图，其结合一对现有技术的非阻尼空气弹簧和一对减震器，示出了安装在车桥/悬架系统的悬架组件中的相应一个上的每一个现有技术的空气弹簧和每一个减震器； [0022] 图2是现有技术的具有阻尼特性的空气弹簧的剖视透视图； [0023] 图3是本发明的用于重型车辆车桥/悬架系统的示例性实施例的阻尼空气弹簧的剖视透视图，示出了形成在位于活塞室和波纹管之间的活塞顶板中且与活塞室和波纹管室连通的开口，并示出了容纳在活塞室内的吸附材料； [0024] 图4是图3中所示的示例性实施例的空气弹簧的一部分的顶部透视图，示出了具有分布开口的活塞顶板； [0025] 图5是本发明的用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧的替代示例性实施例的示意图，示出了安装在车桥/悬架系统的梁与车架的主构件之间的空气弹簧，空气弹簧具有与容纳吸附材料的外部室处于受限流体连通的波纹管。 [0026] 相似的附图标记自始至终指代相似的部分。 具体实施方式[0027] 为了更好地理解本发明的用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧的使用环境，结合有一对现有技术的非阻尼空气弹簧24的拖曳臂梁式气悬车桥/悬架系统在图1中示出，总体上以10表示，并且现在将进行描述。车桥/悬架系统10通常安装在重型车辆(未示出)的车架(未示出)的一对纵向延伸的间隔开的主构件(未示出)上。车桥/悬架系统10通常包括一对镜像悬架组件14。由于悬架组件14互为镜像，为了简洁和清楚起见，下面将仅对其中一个悬架组件进行详细描述。 [0028] 悬架组件14包括拖曳臂上悬梁18，其形成为具有大体上下颠倒的一体形成的U形结构，该结构包括一对侧壁66、和顶壁65，其中梁的开口部分大体面向下。底板(未示出)在侧壁66的最下端之间延伸并通过合适的方式(例如焊接)附接到侧壁的最下端。梁18包括前端20，前端具有衬套组件22，如已知的，以便于将梁枢转连接至吊架16，吊架又附接到重型车辆的车架的相应主构件。梁18还包括后端26。横向延伸的车桥32穿过形成在梁18的侧壁66中的开口67设置，并且使用合适的方式(例如焊接)刚性地连接到其上。 [0029] 悬架组件14还包括现有技术的非阻尼空气弹簧24，其安装在梁18的后端26与重型车辆(未示出)的车架(未示出)的主构件(未示出)上并在它们之间延伸。现有技术的空气弹簧24通常包括波纹管41和活塞42。波纹管41的顶部部分与波纹管顶板43密封地接合。空气弹簧安装板44通过紧固件45安装在波纹管顶板43上，所述紧固件还用于将空气弹簧24的顶部部分安装到重型车辆的车架的主构件上。活塞42大体呈圆柱形并且具有大体平坦的底板(未示出)和顶板(未示出)。波纹管41的底部部分与活塞42的顶板密封地接合。如已知的，活塞42的底板在梁的后端26处搁置在梁18的顶壁65上并且附接至该顶壁。通常，活塞42的顶板形成为没有开口，使得活塞和波纹管41之间不存在流体连通。结果，活塞42通常不会向空气弹簧24贡献任何明显的容积。替代地，活塞42的顶板可形成有大开口，以允许波纹管41和活塞之间不受限制的流体连通，以便增加空气弹簧24的容积并降低空气弹簧的弹簧刚度，如已知的。 [0030] 悬架组件14还包括减震器40。如已知的，减震器40的顶端经由安装支架19和紧固件15安装在吊架16的内侧延伸的翼17上。减震器40的底端以本领域已知的方式安装至梁18。为了完整起见，车桥/悬架系统10被示出为具有结合到车桥/悬架系统中的鼓式制动系统27的一对制动组件28，以便以本领域已知的方式向重型车辆提供制动，其中每个制动组件包括制动室30、凸轮轴组件31、间隙调节器35和安装在相应悬架组件14的部件上或车桥 32的外侧端上的一对制动靴33。 [0031] 车桥/悬架系统10被设计成反作用和/或吸收在运行期间作用在重型车辆上的力。具体地，期望车桥/悬架系统10是刚性的或刚硬的，以便抵抗侧倾力并因此为重型车辆提供侧倾稳定性。这通常通过梁18来实现，梁是刚性的并且也刚性地附接至车桥32。然而，还期望车桥/悬架系统10是柔性的，以帮助缓冲重型车辆免受竖向冲击，并为车桥/悬架系统提供顺应性以抵抗故障。这种柔性通常通过梁18利用衬套组件22枢转连接至吊架16来实现。 另外，现有技术的空气弹簧24为货物和乘客的搭乘提供缓冲。 [0032] 现有技术的非阻尼空气弹簧24虽然在运行期间为重型车辆货物和/或乘员提供足够的缓冲，但具有潜在的缺点、缺陷和限制。例如，现有技术的空气弹簧24具有非常有限的阻尼能力或者没有阻尼能力。相反，悬架组件14依靠减震器40来向车桥/悬架系统10提供阻尼。然而，减震器40相对较重，增加了车桥/悬架系统10的重量，从而增加了重型车辆的重量，从而减少了车辆能够运载的货物量。减震器40也是车桥/悬架系统10的维修项目，其需要不时地维护和/或更换，从而增加了复杂性、维护和成本。 [0033] 为了进一步理解本发明的用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧，诸如可用于车桥/悬架系统10中的现有技术的阻尼空气弹簧在图2中示出，总体上以124表示，并且现在将进行描述。现有技术的阻尼空气弹簧124通常包括波纹管141和活塞142。波纹管141的顶端以本领域已知的方式与波纹管顶板143密封地接合。空气弹簧安装板(未示出)通过紧固件(未示出)安装到波纹管顶板143的顶表面，所述紧固件还用于将空气弹簧124的顶端安装到重型车辆(未示出)的车架(未示出)的主构件(未示出)中的相应一个上。替代地，波纹管顶板143可直接附接至重型车辆的车架的主构件中的相应一个。活塞142大体呈圆柱形并且包括附接至大体平坦的底板150的连续的大体阶梯式侧壁144。活塞142包括顶板182，顶板与活塞的侧壁144一体地形成或者以其它方式刚性地附接到活塞的侧壁。活塞142还包括大致圆柱形的中心毂152，其从底板150向上延伸到顶板182。中心毂152包括形成有中心开口153的底板154。紧固件151穿过中心开口153设置并用于将活塞142在梁的后端26(图1)处附接至梁18(图1)的顶壁65(图1)。 [0034] 活塞142的顶板182形成有圆形向上延伸的突出部183，该突出部具有围绕其周边的唇缘180。唇缘180与波纹管141的最下端配合，以本领域已知的方式在波纹管和唇缘之间形成气密密封。缓冲器181刚性地附接到缓冲器安装板186，缓冲器安装板又通过紧固件184安装在活塞142的顶板182上。缓冲器181从缓冲器安装板186的顶表面向上延伸，并在活塞142的顶板182和波纹管顶板143之间提供缓冲，以防止顶板在重型车辆的运行期间接触彼此并潜在地损坏彼此。 [0035] 活塞142的顶板182、侧壁144、底板150和底板154限定具有内部容积V1a的活塞室199。波纹管141、波纹管顶板143和活塞142的顶板182限定波纹管室198，该波纹管室在标准静态行驶高度处具有内部容积V2a。活塞142的顶板182形成有一对开口185，其提供活塞室 199的内部容积V1a和波纹管室198的内部容积V2a之间的受限流体连通。更具体地，开口185允许流体或空气在重型车辆的运行期间在活塞室199和波纹管室198之间通过，如将在下面 2 详细描述的。开口185可以是圆形或任何其它合适的形状，并且可以具有在从约0.039in 至 2 2 约0.13in的范围内的横截面积。以平方英寸(in)为单位测量的开口185的横截面积与以立 3 3 方英寸(in)为单位测量的活塞室199的容积与以立方英寸(in)为单位测量的波纹管室198的容积的比率通常在从约1:600:1200至约1:14100:23500的比率范围内。这是包括性的比率范围，可以替代地表示为1:600‑14100:1200‑23500，包括其间的比率的任何组合，并且例如必然包括以下比率：1:600:23500和1:14100:1200。 [0036] 在重型车辆的运行期间，当车桥/悬架系统10的车桥32经历颠簸事件时，例如当重型车辆的车轮遇到路缘或道路上的凸起时，车桥竖向向上移动朝向重型车辆的车架的主构件。结果，当重型车辆的车轮在路缘或道路上的凸起上行驶时，波纹管141被车桥/悬架系统10压缩。波纹管141的压缩导致波纹管室198的内部压力增加，从而在波纹管室和活塞室199之间产生压差。该压差导致空气从波纹管室198通过开口185流入活塞室199，从而减小压差并导致发生阻尼。空气继续通过开口185在波纹管室198和活塞室199之间来回流动，直到活塞室和波纹管室内的压力平衡。 [0037] 相反，当车桥/悬架系统10的车桥32经历回弹事件时，例如当重型车辆的车轮遇到道路上的大洞或凹陷时，车桥竖向向下移动远离重型车辆的车架的主构件。结果，当重型车辆的车轮行进到道路上的洞或凹陷中时，波纹管141被车桥/悬架系统10膨胀。波纹管141的膨胀导致波纹管室198的内部压力降低，从而在波纹管室和活塞室199之间产生压差。该压差导致空气从活塞室199通过开口185流入波纹管室198，从而减小压差并导致发生阻尼。空气继续通过开口185在波纹管室198和活塞室199之间来回流动，直到活塞室和波纹管室内的压力平衡。 [0038] 阻尼水平以及出现最高阻尼水平所处的频率可以通过调节活塞室199的内部容积V1a、波纹管室198的内部容积V2a和/或开口185的相对尺寸来调节。例如，波纹管室198的相对较小的内部容积V2a通常将产生较高水平的阻尼，因为对于给定事件，波纹管室内的压力变化将较高，使得较高的压差将导致更多的流通过开口185，从而导致增加的阻尼。更具体地，当波纹管室的内部容积减小而不减小波纹管141的直径时(反之，对于给定事件，将减小波纹管室内的压力变化)，波纹管室198的相对较小的内部容积V2a提供更高水平的阻尼。另外，活塞室199的相对较大的内部容积V1a通常也将产生较高水平的阻尼，因为在活塞室和波纹管室198平衡之前将需要更多的空气流过开口185，从而导致增加的阻尼。此外，改变开口185的相对横截面积、形状、数量或甚至长度可进而影响活塞室199和波纹管室198中的压力平衡所需的时间。因此，开口185的横截面积可以被改变以改变阻尼水平和最高阻尼水平发生所处的频率两者。 [0039] 现有技术的阻尼空气弹簧124虽然为重型车辆的车桥/悬架系统提供足够的阻尼，但具有潜在的缺点、缺陷和限制。例如，重型车辆通常具有多个频率范围，其中车桥/悬架系统的阻尼的增加是关键的，例如从约0.8Hz至约2.0Hz以及从约8Hz至约15Hz。然而，现有技术的空气弹簧124通常仅提供单个临界频率范围(即，从约0.8Hz至约2.0Hz的较低频率范围)的峰值阻尼特性。另外，空气弹簧124通常需要活塞142的活塞室199的更大的内部容积V1a和波纹管141的波纹管室198的减小的内部容积V2a，以便增加阻尼。然而，以波纹管室198的内部容积V2a为代价来增加活塞室199的内部容积V1a会影响空气弹簧124的行程距离。更具体地，将活塞142延伸到波纹管室198中减小了活塞142的顶板182和/或缓冲器181与波纹管板143之间的距离，从而减小了空气弹簧124在颠簸事件期间能够被压缩的距离。 本发明的用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧克服了现有技术的空气弹簧24和 124的上述缺点、缺陷和限制，现在将对其进行描述。 [0040] 本发明的用于重型车辆车桥/悬架系统的示例性实施例的阻尼空气弹簧在图3‑4中示出，并且总体上以224表示。为了本公开的目的，示例性实施例的阻尼空气弹簧224被描述为结合到车桥/悬架系统10(图1)中，但是也可以结合到其它合适的气悬车桥/悬架系统中，而不影响本发明的总体构思或操作。示例性实施例的阻尼空气弹簧224通常包括波纹管241和活塞242。参考图3，波纹管241的顶端通过本领域已知的合适方式与波纹管顶板243密封地接合。空气弹簧安装板(未示出)可以通过紧固件(未示出)安装在波纹管顶板243的顶表面上，所述紧固件还可以用于将示例性实施例的阻尼空气弹簧224附接到重型车辆(未示出)的车架(未示出)的主构件(未示出)中的相应一个。替代地，波纹管顶板243也可直接附接至重型车辆的车架的主构件中的相应一个。 [0041] 活塞242大体呈圆柱形并且包括连续的大体阶梯式侧壁244，该侧壁通过合适的方式刚性地附接到大体平坦的底板250。活塞242包括顶板282，其与活塞的侧壁244一体地形成或以其它方式刚性地附接至活塞的侧壁。活塞242包括大致圆柱形的中心毂252，其从底板250向上延伸到顶板282。中心毂252包括形成有中心开口253的底板254。紧固件251穿过开口253设置，并又用于将活塞242在梁的后端26(图1)处附接至梁18(图1)的顶壁65(图1)。活塞242的顶板282形成有圆形向上延伸的突出部283，该突出部具有围绕其周边的唇缘 280。唇缘280与波纹管241的最下端配合，以本领域已知的方式在波纹管和唇缘之间形成气密密封。缓冲器281可以刚性地附接到缓冲器安装板286，缓冲器安装板又通过接合形成在顶板中的开口287的紧固件284安装在活塞242的顶板282上。缓冲器281从缓冲器安装板286的顶表面向上延伸，并在活塞242的顶板282和波纹管顶板243之间提供缓冲，以防止顶板在重型车辆的运行期间接触彼此并潜在地损坏彼此。参考图3‑4，活塞242的顶板282形成有多个开口285，其允许活塞室299的内部容积V1b和波纹管室298的内部容积V2b之间的受限流体连通，以为示例性实施例的阻尼空气弹簧224提供阻尼，其重要性将在下面详细描述。 [0042] 根据本发明的一个重要方面，活塞242的顶板282、侧壁244、底板250和底板254限3 定具有内部容积V1b的活塞室299。活塞室299的内部容积V1b优选为从约150in 至约 3 6500in。波纹管241、波纹管顶板243和活塞242的顶板282限定波纹管室298，该波纹管室在 3 标准静态行驶高度处具有内部容积V2b。波纹管室298的内部容积V2b优选为从约305in 至 3 约915in。活塞室299的内部容积V1b包括能够吸附空气的吸附材料246或至少部分地被其占据，吸附材料例如具有大体多孔结构的材料，例如活性炭。吸附材料246可以粒状形式、丸状形式、整体块设置在活塞室299内或可以有任何其它合适的形式。由于化学和结构特性，吸附材料246增加了活塞室299的内部容积V1b的功能量，而不改变活塞242的结构(例如通过不期望地增加活塞的高度并因此增加活塞进入波纹管室298中的占据)，以有效地在活塞室内产生更多的内部容积，从而有效地减小波纹管与活塞的容积比并提供增加的阻尼。结果，示例性实施例的阻尼空气弹簧224提供增加的阻尼，同时保持活塞242的尺寸，从而避免对空气弹簧224的行程的潜在冲击。更具体地，与现有技术的阻尼空气弹簧(例如，现有技术的阻尼空气弹簧124)相比，在活塞室299内使用吸附材料246将在从约0.8Hz至约2.0Hz的第一临界频率范围(车身弹跳模式)中的阻尼增加从约30％至约50％。 [0043] 根据本发明的另一个重要方面，并且特别参考图4，如上所述，活塞242的顶板282形成有多个开口285，其允许活塞242的活塞室299的内部容积V1b与波纹管241的波纹管室298的内部容积V2b之间的受限流体连通。更具体地，在重型车辆的运行期间，开口285允许流体或空气在活塞室299和波纹管室298之间通过。开口285通常为圆形，但也可以是任何其它合适的形状，而不影响本发明的总体构思或操作。开口285大体上分布在活塞242的顶板 282上，使得开口均匀地覆盖活塞顶板的表面，但可以以任何其它合适的方式布置而不影响本发明的总体构思或操作。具体地，活塞242的顶板282中的开口285的布置允许穿过开口移动的空气均匀地暴露于活塞室299内的吸附材料246，使得吸附材料增加在约0.8Hz至约 2.0Hz的第一临界频率范围中的阻尼。此外，开口285的尺寸可以被调节以增加在从约8Hz至约15Hz的第二临界频率范围(轮跳模式)内的阻尼。更具体地，开口285可具有在从约 2 2 2 2 0.039in至约0.50in、更优选从约0.20in至约0.50in的范围内的总横截面积。可以想到， 2 3 以平方英寸(in)为单位测量的开口285的横截面积与以立方英寸(in)为单位测量的活塞 3 室299的内部容积V1b与以立方英寸(in)为单位测量的波纹管室298的内部容积V2b的比率在从约1:600:1200至约1:14100:23500的比率范围内。这是包括性的比率范围，可以替代地表示为1:600‑14100:1200‑23500，包括其间的比率的任何组合，并且例如必然包括以下比率：1:600:23500和1:14100:1200。 [0044] 在重型车辆的运行期间，当车桥/悬架系统10(图1)的车桥32(图1)经历颠簸事件时，例如当重型车辆的车轮遇到路缘或道路上的凸起时，车桥竖向向上移动朝向重型车辆的车架的主构件。结果，当重型车辆的车轮在路缘或道路上的凸起上行驶时，波纹管241被车桥/悬架系统10压缩。波纹管241的压缩导致波纹管的波纹管室298的内部压力增加，从而在波纹管室和活塞242的活塞室299之间产生压差。该压差导致空气从波纹管室298通过多个开口285流入活塞室299。进入活塞室299的空气流引起活塞室299和吸附材料246的内部孔之间的压差。该压差导致空气从活塞室299被吸附到吸附材料246中，进一步维持波纹管室和活塞室之间的压差，并且导致阻尼发生。空气继续通过开口285在波纹管室298和活塞室299之间来回流动，并通过吸附材料的多孔结构流入和流出吸附材料246，直到活塞室、波纹管室和吸附材料内的压力平衡。 [0045] 相反，当车桥/悬架系统10(图1)的车桥32(图1)经历回弹事件时，例如当重型车辆的车轮遇到道路上的大洞或凹陷时，车桥竖向向下移动远离重型车辆的车架的主构件(未示出)。结果，当重型车辆的车轮行进到道路上的洞或凹陷中时，波纹管241被车桥/悬架系统10膨胀。波纹管241的膨胀导致波纹管室298的内部压力降低，从而在波纹管室和活塞242的活塞室299之间产生压差。该压差导致空气通过多个开口285流出活塞室299进入波纹管室298，从而降低活塞室中的压力。活塞室299中的降低压力导致活塞室与吸附材料246的内部孔之间的压差，这又导致空气从吸附材料解吸到活塞室299中，从而增加流动通过开口285进入波纹管室298的空气量，从而导致阻尼发生。空气继续通过开口285在吸附材料246、活塞室299和波纹管室298之间来回流动，直到吸附材料、活塞室和波纹管室内的压力平衡。 [0046] 如上所述，占据活塞242的活塞室299的内部容积V1b的至少一部分的吸附材料246连同开口285的横截面积和分布布置向示例性实施例的阻尼空气弹簧224在重型车辆的运行期间在两个临界频率范围内提供改进的阻尼特性。具体地，在活塞室299内使用吸附材料246允许活塞室299和波纹管室298的结构尺寸保持不变，同时增加活塞室的功能内部容积V1b，并且因此减小波纹管与活塞的功能容积比，以便增加空气弹簧224在约0.8Hz至约 2.0Hz的车身弹跳模式频率范围内的阻尼。另外，顶板282中的开口285的均匀分布确保吸附材料246均匀地暴露于通过开口的空气流，同时开口的横截面积增加了空气弹簧224在约 8Hz至约15Hz的轮跳模式频率范围内的阻尼。 [0047] 因此，本发明的用于重型车辆车桥/悬架系统的示例性实施例的阻尼空气弹簧224通过提供在两个临界频率范围中具有改进的阻尼的空气弹簧而克服了与现有技术的空气弹簧例如现有技术的空气弹簧24和124相关的问题。示例性实施例的阻尼空气弹簧224为活塞242提供至少部分地占据活塞室299的吸附材料246，增加了活塞室的内部容积V1b的功能容积并且增加了在0.8Hz至2.0Hz的车身弹跳模式频率范围中的阻尼，而无需增加结构体积或尺寸，从而防止空气弹簧的行程受到冲击。示例性实施例的阻尼空气弹簧224还为活塞242的顶板282提供多个开口285，这些开口分布在顶板上并且具有增加在约8Hz至约15Hz的轮跳模式临界频率范围中的阻尼的横截面积。通过提供示例性实施例的阻尼空气弹簧224，在不使用车桥/悬架系统10(图1)的减震器40(图1)的情况下在两个临界频率范围中优化阻尼，使得可以消除减震器或减少其尺寸，从而降低车桥/悬架系统的复杂性、重量和成本，并增加重型车辆能够运载的货物量。图5中示出了本发明的用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧的替代示例性实施例，并且总体上以324表示。替代示例性实施例的阻尼空气弹簧324在功能上类似于上述示例性实施例的阻尼空气弹簧224，但替代地包括其中空气弹簧利用外部或远程室来向空气弹簧提供阻尼的构造。为了本公开的目的，示例性实施例的阻尼空气弹簧324被示出为结合到车桥/悬架系统10(图1)中，但是也可以结合到其它合适的气悬车桥/悬架系统中，而不影响本发明的总体构思或操作。 [0048] 替代示例性实施例的阻尼空气弹簧324通常包括柔性波纹管(未示出)，其顶端与活塞(未示出)密封地接合。替代示例性实施例的阻尼空气弹簧324的活塞安装在车桥/悬架系统10的悬架组件14的梁18上。替代示例性实施例的阻尼空气弹簧324的波纹管又连接至重型车辆的车架11的主构件12。波纹管与位于重型车辆上的外部空气源(未示出)流体连通，外部空气源在运行期间向波纹管供应空气。替代示例性实施例的阻尼空气弹簧324还包括外部空气室342，例如罐，其安装至重型车辆的车架11的主构件12，使得其被移开或远离空气弹簧的波纹管。外部空气室342包括设置在其内的吸附材料246，其至少部分地占据外部空气室，这增加了外部空气室的内部容积的功能容积并且增加了在0.8Hz至2.0Hz的车身弹跳模式频率范围中的阻尼。虽然外部空气室342被示出为安装至车架11的主构件12，但是应当理解，空气储存器可以安装在重型车辆的其它部件上，而不影响本发明的总体构思或操作。 [0049] 外部空气室342经由空气导管360流体连接至波纹管341。更具体地，替代示例性实施例的阻尼空气弹簧324的波纹管通过空气导管与外部空气室的连接部中的空气导管360开口和/或空气导管与波纹管的连接部中的空气导管开口与外部空气室342处于受限流体连通，所述空气导管开口包括如上文关于示例性实施例的阻尼空气弹簧224所阐述的横截面积，所述横截面面积将根据上文关于示例性实施例的阻尼空气弹簧描述的构思增加在约8Hz至约15Hz的轮跳模式临界频率范围中的阻尼。替代地，波纹管和外部空气室342之间的受限流体连通可以经由形成在布置在外部空气室342内的板(未示出)中的一个或多个开口(未示出)来提供，所述一个或多个开口包括如上文关于示例性实施例的阻尼空气弹簧224所阐述的横截面积，所述横截面面积将根据上文关于示例性实施例的阻尼空气弹簧描述的构思增加在约8Hz至约15Hz的轮跳模式临界频率范围中的阻尼。因此，替代示例性实施例的空气弹簧324提供与上述示例性实施例的阻尼空气弹簧224相同的益处。 [0050] 可以想到，本发明的用于重型车辆车桥/悬架系统的示例性实施例的阻尼空气弹簧224可用于具有一根或多于一根的车桥的任何重型车辆，包括公共汽车、卡车、牵引拖车或半拖车、拖车等，而不改变本发明的总体构思或操作。还可以想到，示例性实施例的阻尼空气弹簧224可以用在具有无论是可移动的还是不可移动的车架或副车架的任何重型车辆上，而不改变本发明的总体构思或操作。还可以想到，示例性实施例的阻尼空气弹簧224可用于所有类型的气悬梁型车桥/悬架系统设计，例如上悬/顶部安装、下悬/底部安装、弹簧梁、非扭矩反作用式、独立式、4袋车桥/悬架系统，包括使用U型螺栓、U型螺栓支架/轴座等的车桥/悬架系统，或其它类型的悬架，而不改变本发明的总体构思或操作。甚至可以想到，示例性实施例的阻尼空气弹簧224可以与减震器结合使用，而不改变本发明的总体构思或操作。 [0051] 还可以想到，示例性实施例的阻尼空气弹簧224可以由任何合适的材料或材料的组合形成，包括复合材料、金属等，而不改变本发明的总体构思或操作。还可以想到，示例性实施例的阻尼空气弹簧224的开口285可以具有任何合适的形状或尺寸，并且可以形成在活塞242的顶板282上的任何合适的位置处，包括除了示出和描述的位置之外的位置，而不改变本发明的总体构思或操作。还进一步设想，示例性实施例的阻尼空气弹簧224中所示的构思可以单独地或以任意组合的形式用于与重型车辆结合使用的任何类型的空气弹簧或结构中以提供阻尼，例如悬架组件的具有与被移开或远离波纹管室的结构(未示出)(例如罐)处于受限流体连通的波纹管室的柔性波纹管，其中吸附材料位于波纹管室和/或在被移开或远程的结构内的室内，而不改变本发明的总体构思或操作。还可以想到，吸附材料246可以位于示例性实施例的阻尼空气弹簧224内的任何其它结构中，例如波纹管241的波纹管室298。还进一步设想，波纹管室298的内部容积V2b、活塞室299的内部容积V1b和/或开口285的横截面积可以在重型车辆运行期间动态地改变。更具体地，内部容积V2b、内部容积V1b和/或开口285的横截面积可以在重型车辆的运行期间基于由重型车辆运载的载荷而改变，以便根据特定的货物或载荷大小改进示例性实施例的阻尼空气弹簧224的阻尼特性，而不改变本发明的总体构思或操作。还可以想到，可以使用其它类型的合适的吸附材料246，而不改变本发明的总体构思或操作。 [0052] 因此，本发明的用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧是简化的；提供有效、安全、廉价且高效的结构和方法，实现所有列举的目的；消除了现有技术的空气弹簧遇到的困难；并解决本领域的问题和取得新的成果。 [0053] 在前面的描述中，为了简洁、清楚和理解而使用了某些术语，但是不从其暗示超出现有技术的要求的不必要的限制，因为这些术语用于描述性目的并且旨在广义地解释。已经参考具体实施例描述了本发明。应当理解，该说明是示例性的而不是限制性的，因为本发明的范围不限于所示出或描述的确切细节。其它人在阅读和理解本公开后将想到潜在的修改和变更，并且应当理解，本发明包括所有这样的修改、变更及其等同物。 [0054] 现在已经描述了本发明的特征、发现和原理，用于重型车辆车桥/悬架系统的阻尼空气弹簧的构造、布置和使用的方式，构造和布置的特征以及优点，获得新的、有用的成果；新的和有用的结构、装置、元件、布置、部件和组合在权利要求中阐述。 |
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