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技术领域

本发明属于汽车悬架技术领域，涉及一种空气弹簧及其控制方法，更确切地说，本发明 涉及一种独立调节悬架高度与刚度的空气弹簧及其控制方法。

背景技术

在现代汽车结构中，悬架是车辆必不可少的系统，它是连接车身和车轮的必要结构。减 振器和弹簧是悬架中极为重要的传递和产生力的部件。其中弹簧负责缓和路面的冲击振动， 提高车辆的平顺性，减振器负责将车辆的振动能量转化为热能进行衰减，二者对于提高车辆 的乘坐舒适性有着至关重要的作用。

相比于传统车辆装备的固定刚度钢制弹簧，空气弹簧可以通过调节气压改变悬架的平衡 高度，改善车辆的通过性，并且可以改变悬架刚度，影响车辆行驶平顺性。因此近些年空气 弹簧被广泛应用于高档乘用车和商用车的电控悬架中。

对于常规的空气弹簧，由于只具有一个可变体积的气室，在调节充入气体体积的同时， 空气弹簧的刚度也不可避免的发生变化。同样，在调节气压，改变悬架刚度的同时，悬架的 平衡位置也要发生改变，无法与车身高度进行独立调节，因此现有技术仅考虑车身高度变化 带来的操纵稳定性及车辆通过性的影响，具有较大的局限性。

针对单气室空气弹簧的问题，国内外科研人员开发出一些具有两个腔室的空气弹簧，但 由于双腔室将弹簧高度与刚度进行解耦，对弹簧工作过程中的控制问题变得非常复杂。

经专利文献检索，例如，美国专利US8672335，公告日2014.03.18，申请人AmirKhajepour， 名称为“SUSPENSIONSYSTEMANDMETHODSWITHINDEPENDENTSTIFFNESSANDHEIGHTTUNING”， 其中公开了一种针对卡车使用的双腔室空气弹簧，该装置可以进行高度和刚度的单独调节， 但该装置包含多个外置蓄能器，体积庞大，不适合于乘用车使用，且专利中虽给出相关的测 试系统结构，却并没有给出弹簧装置在工作过程中的控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术难以实现乘用车辆车身高度独立、动态调 节，且无法进行有效控制的问题，提供了一种独立调节悬架高度与刚度的空气弹簧及其控制 方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种独立调节高度与刚度的空气弹簧，包括双腔室空气弹簧2、供气及调压装置3和空 气弹簧控制器46；

所述双腔室空气弹簧2套装在原车减振器1上，通过气压软管44与供气及调压装置3相 连；所述空气弹簧控制器46固定安装在车辆后备箱中，通过总线与供气及调压装置3中各传 感器及执行器的信号端相连。

技术方案中所述双腔室空气弹簧2包括空气弹簧活塞杆6、空气弹簧上端盖11、空气弹 簧外筒16、空气弹簧紧固螺栓17、空气弹簧主活塞18、空气弹簧内筒19、空气弹簧下端盖 21、活塞杆下端盖24和活塞杆固定环26；

所述空气弹簧活塞杆6、空气弹簧主活塞18、活塞杆下端盖24和活塞杆固定环26组成 空气弹簧活塞总成；

空气弹簧活塞杆6固定连接在空气弹簧主活塞18下方，活塞杆下端盖24固定连接在空 气弹簧活塞杆6下方，活塞杆固定环26固定连接在活塞杆下端盖24下方，活塞杆固定环26 固定在原车减振器1外表面。

所述空气弹簧上端盖11、空气弹簧外筒16、空气弹簧紧固螺栓17、空气弹簧内筒19和 空气弹簧下端盖21组成空气弹簧腔室总成；

空气弹簧上端盖11及空气弹簧下端盖21通过空气弹簧紧固螺栓17连接并压紧在空气弹 簧内筒19及空气弹簧外筒16上下两端面上。

空气弹簧内筒19和空气弹簧外筒16之间形成的空间，与空气弹簧内筒19内部及空气弹 簧主活塞18上部形成的空间通过空气弹簧内筒19上方的6个通孔相连，两部分空间共同构 成了弹簧上腔室；

空气弹簧内筒19内部及空气弹簧主活塞18下部形成的空间，与空气弹簧活塞杆6内部 及原车减振器1之间形成的空间通过弹簧活塞杆6上方的6个通孔相连通，两部分空间共同 构成了弹簧下腔室。

技术方案中所述空气弹簧主活塞18通过主活塞内导向环9以及主活塞内密封圈5与原车 减振器1的活塞杆接触，并能够相对滑动；

所述空气弹簧主活18塞外侧下端小圆柱面下端设有外螺纹，与空气弹簧活塞杆6螺纹连 接；在空气弹簧活塞杆6拉力下，空气弹簧主活塞18下端面与原车减振器1下端外筒的上表 面接触。

技术方案中所述空气弹簧活塞杆6为中空圆筒状回转零件，空气弹簧活塞杆6内圆柱面 顶端位置加工有内径小于内圆柱面直径的内螺纹用于与空气弹簧主活塞18螺纹连接，内螺纹 下方圆周方向加工有6个轴线垂直于空气弹簧活塞杆6中心轴线的通孔，用于将空气弹簧活 塞杆6内部的空间与外部空间连通；

所述空气弹簧活塞杆6内圆柱面底端设有一段光滑圆柱面，光滑圆柱面上端设有一段内 螺纹用于与活塞杆下端盖24进行螺纹连接；内螺纹上端设有一个轴线与空气弹簧活塞杆6中 心轴线垂直的通孔，该通孔上固定有下蓄能器气嘴23，空气弹簧活塞杆6内圆柱面上下两段 螺纹连接之后，空气弹簧活塞杆6上表面与空气弹簧主活塞18两外圆柱面间水平面接触，空 气弹簧活塞杆6下表面与活塞杆下端盖24两外圆柱面间水平面接触。

技术方案中所述活塞杆下端盖24为中空圆盘状回转零件，其内圆柱面分为上下两段，上 端较小的圆柱面上设有一个矩形环槽，其中安装活塞杆下端盖密封圈10；下端较大的内圆柱 面上设有内螺纹，用于与活塞杆固定环26的外螺纹连接；

活塞杆下端盖24外圆柱面分为上下两段，上端较小的圆柱面上端加工外螺纹，用于与空 气弹簧活塞杆6的内螺纹连接，外螺纹下端加工有一个矩形环槽，其中安装活塞杆固定环密 封圈25。

技术方案中所述活塞杆固定环26为中空圆环状回转零件，其内圆柱面与原车减振器1下 方外筒外圆柱面固定连接，活塞杆固定环26外表面设有外螺纹，用于与活塞杆下端盖24内 螺纹连接，活塞杆固定环26上表面与活塞杆下端盖24内螺纹连接。

所述空气弹簧外筒16中，在空气弹簧上端盖外密封圈14下方位置设有一个轴线与空气 弹簧外筒16中心轴线垂直的通孔，该通孔上固定安装有上蓄能器气嘴15；

所述空气弹簧内筒19为中空的圆筒状回转零件，空气弹簧内筒19靠近上端位置圆周方 向设有6个轴线垂直于空气弹簧内筒19中心轴线的通孔，用于将空气弹簧内筒19内部空间 与外部空间相连通；

所述空气弹簧上端盖11为圆盘状回转元件，其外圆柱面分为上下两段，下端较小的圆柱 面上设有矩形环槽，其中安装有空气弹簧上端盖外密封圈14；空气弹簧上端盖11中心开有 阶梯孔，上端较小的阶梯孔内圆柱面上设有矩形环槽，其中安装有空气弹簧上端盖内密封圈 12；

在空气弹簧上端盖11中心阶梯孔与外圆圆柱面之间绕空气弹簧上端盖11中心旋转轴线 设有圆周均布的8个阶梯通孔，其中安装空气弹簧紧固螺栓17，阶梯孔中较小的下端圆柱面 内加工有矩形环槽，其中安装紧固螺栓密封圈45；

所述空气弹簧下端盖21为圆盘状回转元件，其外圆柱面分为上下两段，上端较小的圆柱 面上设有矩形环槽，其中安装有空气弹簧下端盖外密封圈20；空气弹簧下端盖21中心设有 圆形通孔，通孔的内圆柱面上自上而下设有两个环槽，其中上方的环槽内部安装有空气弹簧 下端盖内密封圈22，下方的环槽安装有空气弹簧下端盖防尘环4；

空气弹簧下端盖21上表面在中心通孔外侧设有矩形截面环形槽，环形槽的大直径内圆柱 面与空气弹簧内筒19外圆柱面下端过度配合；在空气弹簧下端盖21上表面环形槽外侧绕零 件回转轴线设有圆周均布的8个内螺纹盲孔，内螺纹盲孔的分布位置与空气弹簧上端盖11上 8个阶梯通孔相对应；空气弹簧紧固螺栓17穿过空气弹簧上端盖11上的阶梯通孔与空气弹 簧下端盖21固定连接，产生的拉力将空气弹簧内筒19以及空气弹簧外筒16压紧在空气弹簧 下端盖21与空气弹簧上端盖11之间。

技术方案中所述供气及调压装置3由上腔调压装置、下腔调压装置以及供排气装置组成；

上腔调压装置包含上腔压力传感器27、上腔室开关阀28、附加上蓄能器压力传感器29、 附加上蓄能器30以及上腔支路开关阀31；

下腔调压装置包含下腔支路开关阀39、附加下蓄能器压力传感器40、附加下蓄能器41、 下腔室开关阀42以及下腔压力传感器43；

供排气装置包含气泵33、空气滤清器34、上下支路隔离阀35、泄压阀36、消声器37、 上腔支路三通32以及下腔支路三通38；

所述上腔压力传感器27左侧接口通过气压软管44与双腔室空气弹簧2中的上蓄能器气 嘴15相连，右侧接口通过气压软管与上腔室开关阀28左侧气体通道接口相连，上腔室开关 阀28的右侧接口通过气压软管与附加上蓄能器30的左侧接口相连；

附加上蓄能器30的上方安装有附加上蓄能器压力传感器29；

附加上蓄能器30右侧接口通过气压软管与上腔支路开关阀31的左侧气体通道接口相连， 上腔支路开关阀31的右侧气体通道接口通过气压软管与上腔支路三通32三个接口中的一个 相连，上腔支路三通32的另一个接口通过气压软管与气泵33的出气口相连，气泵33的进气 口与空气滤清器34出口相连，上腔支路三通32的最后一个接口通过气压软管与上下支路隔 离阀35的一个接口相连；上下支路隔离阀35的另一接口通过气压软管与下腔支路三通38的 一个接口相连，下腔支路三通38的另一个接口通过气压软管与泄压阀36的一个接口相连， 泄压阀36的另一个接口与消声器37入口相连，消声器37出口直接连通大气；

下腔支路三通38的最后一个接口通过气压软管与下腔支路开关阀39右侧接口相连，下 腔支路开关阀39左侧接口通过气压软管与附加下蓄能器41右侧接口相连，附加下蓄能器41 上方安装有附加下蓄能器压力传感器40；

附加下蓄能器41左侧接口通过气压软管与下腔室开关阀42右侧接口相连，下腔室开关 阀42左侧接口通过气压软管与下腔压力传感器43右侧接口相连，下腔压力传感器43左侧接 口通过气压软管与下蓄能器气嘴23相连；

一种独立调节高度与刚度的空气弹簧的静态控制方法，所述的独立调节高度刚度的空气 弹簧包括四个工作模式：车辆启动工作模式、静态变高度控制工作模式、静态变刚度控制工 作模式、车辆装卸载工作模式；

所述的车辆启动工作模式包含6个步骤：

(1)车辆接通电源后，向弹簧上腔室冲入高压气体；

(2)检测到悬架产生位移之后，对弹簧上腔室进行保压；

(3)估算车辆簧载质量，计算悬架初始刚度；

(4)计算弹簧上腔室初始压力及弹簧上腔室充气的目标高度；

(5)依据弹簧上腔室充气高度与弹簧的拉伸极限行程对比，获得充气终止条件，继续对 弹簧上腔室进行充气，满足条件后保压；

(6)向活塞下腔室充气，当悬架高度达到平衡位置时，对活塞下腔室进行保压，调节完 成；

所述的静态变高度控制工作模式包含3个步骤：

(1)测量车辆当前高度、弹簧上腔室压力与弹簧下腔室压力；

(2)计算当前弹簧刚度，计算目标状态弹簧上腔室压力及弹簧下腔室压力；

(3)计算高度调节中间状态的悬架高度，并依据驾驶员设置判断弹簧上腔室及弹簧下腔 室调压顺序，对首先调压的腔室调节至悬架达到中间状态高度，进行保压，对另一腔室进行 调压直到悬架达到驾驶员设置高度，进行保压，完成调节。

所述的静态变刚度控制工作模式包含3个步骤：

(1)测量车辆当前高度、弹簧上腔室压力与弹簧下腔室压力；

(2)计算当前弹簧刚度，根据驾驶员设置计算目标状态弹簧上腔室压力与弹簧下腔室压 力；

(3)计算出中间状态的悬架高度，并依据驾驶员设置判断弹簧上腔室及弹簧下腔室调压 顺序，对首先调压的腔室调节至悬架达到中间状态高度，进行保压，对另一腔室进行调压直 到悬架回到当前悬架高度，进行保压，完成调节。

所述的车辆装卸载工作模式包含4个步骤：

(1)从总线获得车速信号和车身信号，当车速为0且车门已打开的情况下开启控制，获 取当前的车身高度，当车辆装载、车身下降时，向弹簧上腔室充气以维持车身高度，当车辆 卸载、车身上升时，从弹簧上腔室放气以维持车身高度；

(2)当车身高度不再变化且车门关闭后，测量弹簧上腔室压力与弹簧下腔室压力，计算 出当前簧载质量并由此算出目标刚度；

(3)计算出调节目标状态的弹簧上腔室压力与弹簧下腔室压力；

(4)依据车辆装卸载状态判断弹簧上腔室及弹簧下腔室调压顺序，首先计算出调整中间 状态的悬架高度，对首先调压的腔室调节至悬架达到中间状态高度，进行保压，对另一腔室 进行调压直到悬架回到当前悬架高度，进行保压，完成调节。

一种独立调节高度与刚度的空气弹簧的动态控制方法，所述的独立调节高度刚度的空气 弹簧包括两个工作模式：行进中变高度控制工作模式、行进中变刚度控制工作模式；

所述的行进中变高度控制工作模式包含5个步骤：

(1)读取空气弹簧控制器46中寄存器保存的当前弹簧上腔室气体压力、弹簧下腔室气 体压力以及悬架平衡位置高度，计算出当前弹簧上腔室中的气体质量、弹簧下腔室中的气体 质量以及弹簧刚度；

(2)根据驾驶员设置计算出调节目标状态下的弹簧上腔室压力以及弹簧下腔室压力，计 算出调节目标状态下弹簧上腔室气体质量以及调节终了状态下弹簧下腔室气体质量；

(3)根据当前状态与目标状态下弹簧上腔室气体质量差值及弹簧下腔室内的气体质量差 值，计算附加上蓄能器30中所需的气体压强以及附加下蓄能器41中所需的气体压强，对附 加上蓄能器30以及附加下蓄能器41中进行充气或放气达到目标压力，而后关闭上腔支路开 关阀31、下腔支路开关阀39；

(4)根据程序设置在合适时间打开上腔室开关阀28及下腔室开关阀42，根据悬架运动 情况及程序设置估算弹簧上腔室与弹簧下腔室内的气体质量，在合适时间关闭上腔室开关阀 28及下腔室开关阀42，完成调节；

(5)调节完成后将计算得到的弹簧上腔室压力、弹簧上腔室压力及悬架平衡位置高度保 存进空气弹簧控制器46中的寄存器，并在下次停车之后根据传感器信号进行修正；

所述的行进中行进中变高度控制工作模式包含5个步骤：

(1)读取空气弹簧控制器46中寄存器保存的当前弹簧上腔室气体压力、弹簧下腔室气 体压力P₁₂以及悬架平衡位置高度，计算出当前弹簧上腔室中的气体质量、弹簧下腔室中的气 体质量以及当前的弹簧刚度；

(2)根据驾驶员设置计算出调节终了状态下的弹簧上腔室压力以及弹簧下腔室压力，进 而计算出调节目标状态下弹簧上腔室气体质量以及弹簧下腔室气体质量；

(3)根据当前状态与目标状态下弹簧上腔室气体质量差值及弹簧下腔室内的气体质量差 值，计算附加上蓄能器30中所需的气体压强以及附加下蓄能器41中所需气体压强，对附加 上蓄能器30以及附加下蓄能器41进行充气或放气达到目标压力，而后关闭上腔支路开关阀 31、下腔支路开关阀39；

(4)根据程序设置在合适时间打开上腔室开关阀28及下腔室开关阀42，根据悬架运动 情况及程序设置估算弹簧上腔室与弹簧下腔室内的气体质量，在合适时间关闭上腔室开关阀 28及下腔室开关阀42，完成调节；

(5)调节完成后将计算得到的弹簧上腔室压力、弹簧上腔室压力及悬架平衡位置高度保 存进空气弹簧控制器46中的寄存器，并在下次停车之后根据传感器信号进行修正。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧及其控制方法可以对悬架进行单独的高 度和刚度调节，帮助车辆在不同的工况下获得理想的操纵稳定性，行驶平顺性和通过性。

2.本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧采用金属弹簧壳体，并套装在原车减振器 上，使用寿命长，可靠性高，且对原车悬架改动少，便于装卸及维修。

3.本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧将下腔蓄能器布置在原车减振器外侧并 与减振器固定，充分利用悬架空间，有效降低布置难度。

4.本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧及其控制方法中所包含的控制方法可以 实现以下多种工况下的调节功能：发动车辆，车身升高到预定位置，感知载荷，调整悬架刚 度；车辆停止时维持悬架刚度改变高度；车辆停止时维持高度改变刚度；车辆装卸时维持高 度，装卸完毕后改变刚度，保持固有频率；车辆行进中改变至指定高度；车辆行进中改变至 指定刚度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧及其控制方法中机械部分组成的主视 图；

图2是本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧及其控制方法中双腔室空气弹簧装配 的主视图的剖视图；

图3是本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧及其控制方法中供气及调压装置的主 视图；

图4是本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧及其控制方法中控制系统结构组成 图；

图5是本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧及其控制方法中静态控制工况一的控 制流程；

图6是本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧及其控制方法中静态控制工况二的控 制流程；

图7是本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧及其控制方法中静态控制工况三的控 制流程；

图8是本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧及其控制方法中静态控制工况四的控 制流程；

图9是本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧及其控制方法中动态控制工况一的控 制流程；

图10是本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧及其控制方法中动态控制工况二的 控制流程

图中：1.原车减振器，2.双腔室空气弹簧，3.供气及调压装置，4.空气弹簧下端盖防尘 环，5.主活塞内密封圈，6.空气弹簧活塞杆，7.主活塞外密封圈，8.主活塞外导向环，9. 主活塞内导向环，10.活塞杆下端盖密封圈，11.空气弹簧上端盖，12.空气弹簧上端盖内密 封圈，13.空气弹簧紧固螺栓密封圈吧，14.空气弹簧上端盖外密封圈，15.上蓄能器气嘴， 16.空气弹簧外筒，17.空气弹簧紧固螺栓，18.空气弹簧主活塞，19.空气弹簧内筒，20.空 气弹簧下端盖外密封圈，21.空气弹簧下端盖，22.空气弹簧下端盖内密封圈，23.下蓄能器气 嘴，24.活塞杆下端盖，25.活塞杆固定环密封圈，26.活塞杆固定环，27.上腔压力传感器， 28.上腔室开关阀，29.附加上蓄能器压力传感器，30.附加上蓄能器，31.上腔支路开关阀， 32上腔支路三通，33.气泵，34.空气滤清器，35.上下支路隔离阀，36.泄压阀，37.消声器， 38.下腔支路三通，39.下腔支路开关阀，40.附加下蓄能器压力传感器，41.附加下蓄能器， 42.下腔室开关阀，43.下腔压力传感器，44.气压软管，45.紧固螺栓密封圈，46.空气弹簧控 制器，47.悬架行程传感器，48.总线接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明所述的独立调节高度刚度的空气弹簧机械部分由双腔室空气弹簧2与 供气及调压装置3组成，双腔室空气弹簧2套装在原车减振器1上，且通过气压软管44与供 气及调压装置3相连。

参阅图2，双腔室空气弹簧2由空气弹簧下端盖防尘环4、主活塞内密封圈5、空气弹簧 活塞杆6、主活塞外密封圈7、主活塞外导向环8、主活塞内导向环9、活塞杆下端盖密封圈 10、空气弹簧上端盖11、空气弹簧上端盖内密封圈12、空气弹簧紧固螺栓密封圈13、空气 弹簧上端盖外密封圈14、上蓄能器气嘴15、空气弹簧外筒16、空气弹簧紧固螺栓17、空气 弹簧主活塞18、空气弹簧内筒19、空气弹簧下端盖外密封圈20、空气弹簧下端盖21、空气 弹簧下端盖内密封圈22、下蓄能器气嘴23、活塞杆下端盖24、活塞杆固定环密封圈25、活 塞杆固定环26以及紧固螺栓密封圈45组成。

空气弹簧活塞杆6、空气弹簧主活塞18、活塞杆下端盖24以及活塞杆固定环26组成空 气弹簧活塞总成。

空气弹簧主活塞18为圆盘状回转零件，其中心处为圆柱形通孔，通孔中自上而下加工有 两个矩形环槽，上方环槽内安装主活塞内导向环9，用于传递侧向载荷，下方环槽内安装主 活塞内密封圈5，用于密封下方压力，空气弹簧主活塞18通过主活塞内导向环9以及主活塞 内密封圈5与原车减振器1的活塞杆接触，并可进行相对滑动。空气弹簧主活塞18外侧为上 大下小两个圆柱面，上端大圆柱面上自上而下安装有三个矩形环槽，上下两个环槽中分别安 装一个主活塞外导向环8，用于传递径向载荷，中间的环槽中安装有主活塞外密封圈7，用于 空气弹簧主活塞上下腔室的密封。空气弹簧主活塞外侧下端小圆柱面下端加工有一段外螺纹， 用于与空气弹簧活塞杆6螺纹连接。在空气弹簧活塞杆6拉力下，空气弹簧主活塞18下端面 与原车减振器1下端外筒的上表面接触。

空气弹簧活塞杆6为中空圆筒状回转零件，其外表面经过渗碳及高频淬火后进行镀铬处 理，具有很高的硬度及耐磨性。空气弹簧活塞杆6内圆柱面顶端位置加工有内径小于内圆柱 面直径的内螺纹用于与空气弹簧主活塞18螺纹连接，内螺纹下方圆周方向加工有6个轴线垂 直于空气弹簧活塞杆6中心轴线的通孔，通孔的直径在不影响空气弹簧活塞杆6极限工况强 度的情况下尽量大。空气弹簧活塞杆6内圆柱面底端加工有一段光滑圆柱面，用于与活塞杆 固定环密封圈25接触形成密封，光滑圆柱面上端加工有一段内径小于内圆柱面直径的内螺纹 用于与活塞杆下端盖24进行螺纹连接。内螺纹上端加工有一个轴线与空气弹簧活塞杆6中心 轴线垂直的通孔，该通孔上安装有下蓄能器气嘴23，并通过焊接形成密封固定。空气弹簧活 塞杆6内圆柱面上两段螺纹连接之后，空气弹簧活塞杆6上表面与空气弹簧主活塞18两外圆 柱面间水平面接触，空气弹簧活塞杆6下表面与活塞杆下端盖24两外圆柱面间水平面接触。

活塞杆下端盖24为中空圆盘状回转零件，其内圆柱面分为上下两段，上端较小的圆柱面 上加工有一个矩形环槽，其中安装活塞杆下端盖密封圈10，用于密封空气弹簧活塞杆6内部 压力。下端较大的内圆柱面上加工有内螺纹，用于与活塞杆固定环26的外螺纹连接。活塞杆 下端盖24外圆柱面分为上下两段，上端较小的圆柱面上端加工外螺纹，用于与空气弹簧活塞 杆6的内螺纹连接，外螺纹下端加工有一个矩形环槽，其中安装活塞杆固定环密封圈25，用 于密封空气弹簧活塞杆6内部压力。

活塞杆固定环26为中空圆环状回转零件，其内圆柱面通过点焊与原车减振器1下方外筒 外圆柱面固定连接，其连接强度可以承受车辆运行过程中的所有垂直载荷。活塞杆固定环26 外表面加工有外螺纹，用于与活塞杆下端盖24内螺纹连接，连接之后活塞杆固定环26上表 面与活塞杆下端盖24内螺纹连接上方平面接触。

空气弹簧上端盖11、空气弹簧外筒16、空气弹簧紧固螺栓17、空气弹簧内筒19以及空 气弹簧下端盖21组成空气弹簧腔室总成。

空气弹簧外筒16为中空的圆筒状回转零件，其内圆柱面的上下两端与表面光滑，与空气 弹簧上端盖外密封圈14及空气弹簧下端盖外密封圈20接触并保证密封。在空气弹簧上端盖 外密封圈14下方位置加工有一个轴线与空气弹簧外筒16中心轴线垂直的通孔，该通孔上安 装有上蓄能器气嘴15，并通过焊接形成密封固定。

空气弹簧内筒19为中空的圆筒状回转零件，其内圆柱面经过磨削加工，与主活塞外密封 圈7滑动配合并保持密封。空气弹簧内筒19靠近上端位置圆周方向加工有6个轴线垂直于空 气弹簧内筒19中心轴线的通孔。在通孔的连接下，空气弹簧内筒19和空气弹簧外筒16之间 的空间与空气弹簧内筒19内，空气弹簧主活塞18上部的空间相连，共同构成了弹簧上腔室。 空气弹簧内筒19内，空气弹簧主活塞18下部的空间与空气弹簧活塞杆6内和原车减振器1 之间的空间通过弹簧活塞杆6上的通孔相连通，共同构成了弹簧下腔室。

空气弹簧紧固螺栓17为内六角螺栓，螺栓杆的下端加工有一段外螺纹，外螺纹的上端为 经过磨削的光滑圆柱面，与空气弹簧紧固螺栓密封圈13配合可以保持空气弹簧气体压力的密 封。

空气弹簧上端盖11为圆盘状回转元件，其外圆柱面分为上下两段，下端较小的圆柱面上 加工有矩形环槽，其中安装有空气弹簧上端盖外密封圈14，用于密封。空气弹簧上端盖11 中心开有阶梯孔，上端较小的阶梯孔内圆柱面上加工有矩形环槽，其中安装有空气弹簧上端 盖内密封圈12，用于密封弹簧内压力。下端较大的阶梯孔内圆柱面与空气弹簧内筒19外圆 柱面上端过度配合。在空气弹簧上端盖11中心阶梯孔与外圆圆柱面之间绕空气弹簧上端盖 11中心旋转轴线加工有圆周均布的8个阶梯通孔，其中安装空气弹簧紧固螺栓17，阶梯孔中 较小的下端圆柱面内加工有矩形环槽，其中安装紧固螺栓密封圈45，用于密封弹簧内压力。

空气弹簧下端盖21为圆盘状回转元件，其外圆柱面分为上下两段，上端较小的圆柱面上 加工有矩形环槽，其中安装有空气弹簧下端盖外密封圈20，用于密封。空气弹簧下端盖21 中心加工有圆形通孔，通孔的内圆柱面上自上而下加工有两个环槽，其中上方的环槽为矩形 截面，内部安装有空气弹簧下端盖内密封圈22，用于密封弹簧内压力，下方的环槽为阶梯矩 形截面，其中安装有空气弹簧下端盖防尘环4，用于防止空气弹簧活塞杆6表面的灰尘在弹 簧运动时影响空气弹簧下端盖内密封圈22的密封效果。空气弹簧下端盖21上表面在中心通 孔外侧加工有矩形截面环形槽，环形槽的大直径内圆柱面与空气弹簧内筒19外圆柱面下端过 度配合。在空气弹簧下端盖21上表面环形槽外侧绕零件回转轴线加工有圆周均布的8个内螺 纹盲孔，内螺纹盲孔的分布位置与空气弹簧上端盖11上8个阶梯通孔相对应。空气弹簧紧固 螺栓17穿过空气弹簧上端盖11上的阶梯通孔并通过螺纹与空气弹簧下端盖21内螺纹孔连 接，产生的拉力将空气弹簧内筒19以及空气弹簧外筒16压紧在空气弹簧下端盖21与空气弹 簧上端盖11之间。

活塞杆下端盖密封圈10、空气弹簧上端盖内密封圈12、空气弹簧紧固螺栓密封圈13、 空气弹簧上端盖外密封圈14、空气弹簧下端盖外密封圈20以及活塞杆固定环密封圈25为橡 胶材质的O型密封圈，主活塞外导向环8以及主活塞内导向环9为橡胶材质且一侧开口的导 向带，空气弹簧下端盖防尘环4为橡胶材质的唇形密封圈，主活塞外密封圈7为分体式气动 用活塞环，主活塞内密封圈5以及空气弹簧下端盖内密封圈22为分体式气动用活塞杆密封环。

参阅图3，供气及调压装置3由上腔压力传感器27、上腔室开关阀28、附加上蓄能器压 力传感器29、附加上蓄能器30、上腔支路开关阀31、上腔支路三通32、气泵33、空气滤清 器34、上下支路隔离阀35、泄压阀36、消声器37、下腔支路三通38、下腔支路开关阀39、 附加下蓄能器压力传感器40、附加下蓄能器41、下腔室开关阀42以及下腔压力传感器43组 成。

上腔压力传感器27左侧接口通过气压软管44与上蓄能器气嘴15相连，右侧接口通过气 压软管与上腔室开关阀28左侧气体通道接口相连，上腔室开关阀28的右侧接口通过气压软 管与附加上蓄能器30的左侧接口相连。附加上蓄能器30的上方安装有附加上蓄能器压力传 感器29，用于测量附加上蓄能器30中的气体压力。附加上蓄能器30右侧接口通过气压软管 与上腔支路开关阀31的左侧气体通道接口相连，上腔支路开关阀31的右侧气体通道接口通 过气压软管与上腔支路三通32三个接口中的一个相连，上腔支路三通32的另一个接口通过 气压软管与气泵33的出气口相连，气泵33的进气口与空气滤清器34出口相连，上腔支路三 通32的最后一个接口通过气压软管与上下支路隔离阀35的一个接口相连。上下支路隔离阀 35的另一接口通过气压软管与下腔支路三通38的一个接口相连，下腔支路三通38的另一个 接口通过气压软管与泄压阀36的一个接口相连，泄压阀36的另一个接口与消声器37入口相 连，消声器37出口直接连通大气。下腔支路三通38的最后一个接口通过气压软管与下腔支 路开关阀39右侧接口相连，下腔支路开关阀39左侧接口通过气压软管与附加下蓄能器41右 侧接口相连，附加下蓄能器41上方安装有附加下蓄能器压力传感器40，用于测量附加下蓄 能器41中的气体压力。附加下蓄能器41左侧接口通过气压软管与下腔室开关阀42右侧接口 相连，下腔室开关阀42左侧接口通过气压软管与下腔压力传感器43右侧接口相连，下腔压 力传感器43左侧接口通过气压软管与下蓄能器气嘴23相连。上腔压力传感器27、附加上蓄 能器压力传感器29、附加下蓄能器压力传感器40、下腔压力传感器43、上腔室开关阀28、 上腔支路开关阀31、气泵33、上下支路隔离阀35、泄压阀36、下腔支路开关阀39以及下腔 室开关阀42的信号线分别与总线相连。

上腔室开关阀28、上腔支路开关阀31、下腔支路开关阀39、下腔室开关阀42以及泄压 阀36为常闭电磁阀，上下支路隔离阀35为常开电磁阀。

所述的传感器包括：上腔压力传感器27、附加上蓄能器压力传感器29、附加下蓄能器压 力传感器40、下腔压力传感器43。执行器包括：上腔室开关阀28、上腔支路开关阀31、气 泵33、上下支路隔离阀35、泄压阀36、下腔支路开关阀39以及下腔室开关阀42；上腔压力 传感器27、附加上蓄能器压力传感器29、附加下蓄能器压力传感器40、下腔压力传感器43、 上腔室开关阀28、上腔支路开关阀31、气泵33、上下支路隔离阀35、泄压阀36、下腔支路 开关阀39以及下腔室开关阀42的信号线分别与总线相连；

参阅图4，固定安装在车辆后备箱中的空气弹簧控制器46通过总线与供气及调压装置3 中各部件的信号端相连，通过总线接收供气及调压装置3中上腔压力传感器27、附加上蓄能 器压力传感器29、附加下蓄能器压力传感器40以及下腔压力传感器43测量的压力信号。空 气弹簧控制器46与车辆总线接口48相连，并通过车辆总线接口48获得车辆的车速、车门信 息、油门、制动等车辆信息。空气弹簧控制器46通过总线从悬架行程传感器47处获得车辆 高度信息。空气弹簧控制器46通过总线向供气及调压装置3中的上腔室开关阀28、上腔支 路开关阀31、气泵33、上下支路隔离阀35、泄压阀36、下腔支路开关阀39以及下腔室开关 阀42发出相应控制指令。

所述的独立调节高度刚度的空气弹簧控制方法包含静态控制方法与动态控制方法：

所述的静态控制方法包括四个部分：

1、车辆启动控制控制方法；

2、车辆变高度控制方法；

3、车辆变刚度控制方法；

4、车辆装载控制方法；

参阅图5，在车辆启动控制控制方法中，所述的独立调节高度刚度的空气弹簧将在驾驶 员发动车辆后感知车身载荷，并控制悬架刚度，具体包括以下6个步骤。

(1)接通车辆电源，由供气及调压装置3向空气弹簧主活塞18上方的弹簧上腔室冲入 高压气体，

(2)当悬架行程传感器47检测到悬架产生位移之后，对弹簧上腔室进行保压，

(3)由空气弹簧控制器46估算出车辆簧载质量，并结合当前车辆设置计算出悬架目标 高度的初始刚度K_S0，

(4)由空气弹簧控制器46计算出弹簧上腔室初始压力P₁₀，以及弹簧上腔室充气的目标 车身高度z_a，

(5)由供气及调压装置3继续对弹簧上腔室进行充气，并由空气弹簧控制器46判断， 若目标车身高度z_a小于空气弹簧的拉伸极限行程h₂₀，当车身高度达到z_a时对活塞上腔室进行 保压，若目标车身高度z_a大于空气弹簧的拉伸极限行程h₂₀，当车身高度不再增加时，计算出 活塞上腔室充气目标压力P_1u，当上腔压力传感器27测量的活塞上腔室压力达到P_1u时，对活 塞上腔室进行保压，

(6)活塞上腔室进行保压后继续对空气弹簧主活塞18下方的活塞下腔室充气，当悬架 高度达到平衡位置时，对活塞下腔室进行保压，调节完成。

参阅图6，在车辆变高度控制方法中，当在车辆停止，驾驶员根据道路情况调节车辆高 度时，所述的独立调节高度刚度的空气弹簧将控制车辆悬架的高度变化而保持刚度不变，具 体包括以下3个步骤。

(1)由悬架行程传感器47测量车辆当前高度z₁，由上腔压力传感器27以及下腔压力传 感器43测量弹簧上腔室压力P₁₁与弹簧下腔室压力P₂₁，

(2)空气弹簧控制器46从总线获得以上三个信号并计算出当前弹簧刚度K_s1，根据驾驶 员设置的终了目标高度z₂计算出目标状态的弹簧上腔室压力P₁₂与弹簧下腔室压力P₂₂。

(3)由空气弹簧控制器46计算出高度调节中间状态的悬架高度z’，对驾驶员设置进 行判断，若驾驶员设置悬架上升，则先对弹簧上腔室进行充放气调节，由供气及调压装置3 调节弹簧上腔室压力，当悬架行程传感器47测量车辆高度达到z’时，对弹簧上腔室进行保 压，然后调节弹簧下腔室压力至车辆高度达到z₂，对活塞下腔室进行保压。若驾驶员设置悬 架下降，则先对弹簧下腔室进行压力调节，由供气及调压装置3调节弹簧下腔室压力，当悬 架行程传感器47测量车辆高度达到z’时，对弹簧下腔室进行保压，然后调节弹簧上腔室压 力至车辆高度达到z₂，对活塞上腔室进行保压，完成调节。

参阅图7，在车辆变刚度控制方法中，当车辆静止，驾驶员根据驾驶需要调节车辆刚度 时，所述的独立调节高度刚度的空气弹簧将控制车辆悬架的刚度变化而保持高度不变，具体 包括以下3个步骤。

(1)由悬架行程传感器47测量车辆当前高度z₁，由上腔压力传感器27以及下腔压力传 感器43测量弹簧上腔室压力P₁₁与弹簧下腔室压力P₂₁，

(2)空气弹簧控制器46从总线获得以上三个信号并计算出当前弹簧刚度K₁，根据驾驶 员设置的终了目标高度z₂计算出调整终了的弹簧上腔室压力P₁₂与弹簧下腔室压力P₂₂。

(3)对驾驶员设置进行判断，若驾驶员设置悬架刚度上升，则先对弹簧上腔室进行压力 调节，首先由空气弹簧控制器46计算出中间状态的悬架高度z’，然后由供气及调压装置3 调节弹簧上腔室压力，当悬架行程传感器47测量车辆高度达到z₄’时，对弹簧上腔室进行保 压，然后调节弹簧下腔室压力至车辆高度达到z₂，对活塞下腔室进行保压。若驾驶员设置悬 架刚度下降，则先对弹簧下腔室进行压力调节，首先由空气弹簧控制器46计算出中间状态的 悬架高度z₄’，然后由供气及调压装置3调节弹簧下腔室压力，当悬架行程传感器47测量车 辆高度达到z’时，对弹簧下腔室进行保压，然后调节弹簧上腔室压力至车辆高度达到z₂， 对活塞上腔室进行保压，完成调节。

参阅图8，在车辆装载控制方法中，当驾驶员停车时装卸物品时，所述的独立调节高度 刚度的空气弹簧将保持车辆悬架高度不变并随后根据车辆载荷调整刚度，保持车辆性能的前 后一致性，具体包括以下4个步骤。

(1)由空气弹簧控制器46从总线获得车速信号和车身信号，当车速为0且车门已打开 的情况下开启控制，由空气弹簧控制器46获取悬架行程传感器47测量的车身高度，当车辆 装载，车身下降时，控制供气及调压装置3向弹簧上腔室充气以维持车身高度，当车辆卸载， 车身上升时，控制供气及调压装置3从弹簧上腔室放气以维持车身高度。

(2)当车身高度不在变化且车门关闭后，由上腔压力传感器27以及下腔压力传感器43 测量弹簧上腔室压力P₁₁与弹簧下腔室压力P₂₁，由空气弹簧控制器46计算出当前簧载质量并 由此算出目标刚度K_load。

(3)空气弹簧控制器46根据当前的双腔室空气弹簧2中气体参数及目标刚度计算出调 节终了状态的弹簧上腔室压力P_1load2与弹簧下腔室压力P_2load2。

(4)根据车辆载荷变化情况进行调节，若车辆装载，先对弹簧上腔室进行调节，首先由 空气弹簧控制器46计算出调整中间状态的悬架高度z₅’，然后由供气及调压装置3调节弹簧 上腔室充放气，当悬架行程传感器47测量车辆高度达到z₅’时，对弹簧上腔室进行保压，然 后调节弹簧下腔室压力至车辆高度达到z₂，对活塞下腔室进行保压。若车辆卸载，先对弹簧 下腔室进行调节，首先由空气弹簧控制器46计算出中间状态的悬架高度z₅’，然后由供气及 调压装置3调节弹簧下腔室压力，当悬架行程传感器47测量车辆高度达到z₅’时，对弹簧下 腔室进行保压，然后调节弹簧上腔室压力至车辆高度达到z₂，对活塞上腔室进行保压，完成 调节。

所述的动态控制方法包括二部分：

1、行进中变高度控制方法；

2、行进中变刚度控制方法；

参阅图9，在行进中变高度控制方法中，当车辆行进过程中，由驾驶员根据前方路况改 变车辆高度时，所述的独立调节高度刚度的空气弹簧将保持车辆悬架刚度不变，具体包括以 下5个步骤。

(1)空气弹簧控制器46读取寄存器保存的当前弹簧上腔室气体压力P₁₁、弹簧下腔室气 体压力P₁₂以及悬架平衡位置高度Z₁，并根据以上数据计算出当前弹簧上腔室中的气体质量 m₁₁、弹簧下腔室中的气体质量m₂₁以及当前的弹簧刚度K₁。

(2)根据驾驶员设置的悬架高度Z₂与K₁计算出调节终了状态下的弹簧上腔室压力P₁₂以 及弹簧下腔室压力P₂₂，进而计算出调节终了状态下弹簧上腔室气体质量m₁₂以及调节终了状态 下弹簧下腔室气体质量m₂₂。

(3)根据当前与目标状态下弹簧上腔室气体质量差值及弹簧下腔室内的气体质量差值， 计算附加上蓄能器30中所需的气体压强P_ac1以及附加下蓄能器41中所需的气体压强P_ac2，由 空气弹簧控制器46控制供气及调压装置3对附加上蓄能器30以及附加下蓄能器41中进行充 气或放气达到目标压力，而后关闭上腔支路开关阀31、下腔支路开关阀39。

(4)由空气弹簧控制器46控制供气及调压装置3根据程序设置在合适时间打开上腔室 开关阀28及下腔室开关阀42，将弹簧上腔室与附加上蓄能器30连通，弹簧下腔室与附加上 蓄能器41连通，根据悬架行程传感器47反馈的悬架运动情况根据程序设置估算弹簧上腔室 与弹簧下腔室内的气体质量，在合适时间关闭上腔室开关阀28及下腔室开关阀42，完成调 节。

(5)调节完成之后将计算得到的P₁₂、P₂₂以及Z₂保存进空气弹簧控制器46中的寄存器， 并在下次停车之后根据传感器信号进行修正。

参阅图10，在行进中变刚度控制方法中，当车辆行进过程中，由驾驶员根据驾驶意图改 变悬架刚度时，所述的独立调节高度刚度的空气弹簧将保持车辆高度不变，具体包括以下5 个步骤。

(1)空气弹簧控制器46读取寄存器保存的当前弹簧上腔室气体压力P₁₁、弹簧下腔室气 体压力P₁₂以及悬架平衡位置高度Z₁，并根据以上数据计算出当前弹簧上腔室中的气体质量 m₁₁、弹簧下腔室中的气体质量m₂₁以及当前的弹簧刚度K₁。

(2)根据驾驶员设置的悬架刚度K₂与Z₁计算出调节终了状态下的弹簧上腔室压力P₁₂以 及弹簧下腔室压力P₂₂，进而计算出调节终了状态下弹簧上腔室气体质量m₁₂以及调节终了状态 下弹簧下腔室气体质量m₂₂。

(3)根据当前状态与目标状态下弹簧上腔室气体质量差值及弹簧下腔室内的气体质量差 值，计算附加上蓄能器30中所需的气体压强P_ac1以及附加下蓄能器41中所需的气体压强P_ac2， 由空气弹簧控制器46控制供气及调压装置3对附加上蓄能器30以及附加下蓄能器41中进行 充气或放气达到目标压力，而后关闭上腔支路开关阀31、下腔支路开关阀39.

(4)由空气弹簧控制器46控制供气及调压装置3根据程序设置在合适时间打开上腔室 开关阀28及下腔室开关阀42，将弹簧上腔室与附加上蓄能器30连通，弹簧下腔室与附加上 蓄能器41连通。之后根据悬架行程传感器47反馈的悬架运动情况根据程序设置估算弹簧上 腔室与弹簧下腔室内的气体质量，在合适时间关闭上腔室开关阀28及下腔室开关阀42，完 成调节。

(5)调节完成之后将计算得到的P₁₂、P₂₂以及K₂保存进空气弹簧控制器46中的对应的寄 存器，并在下次停车之后根据传感器信号进行修正。