CN101327722A - 应用惯性蓄能器的车辆悬架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆悬架，它由惯性蓄能器、弹簧和阻尼器组成，其中弹簧(1)和阻尼器(2)并联，惯性蓄能器(3)和另一个阻尼器(4)并联，且两组并联机构串联。本发明中，元件惯性蓄能器具有“通高频，阻低频”的特性，元件弹簧具有“通低频，阻高频”的特性，它们分别与阻尼器并联后再串联在一起时，在全频域范围内对来自路面不平引起的冲击和振动进行缓冲和衰减，本发明可在轮胎动载荷及悬架动行程不增加的前提下，使乘坐舒适性显著提高。

Description

应用惯性蓄能器的车辆悬架
技术领域
本发明涉及一种车辆悬架，特指由惯性蓄能器、弹簧和阻尼器组成的车辆悬架。
背景技术
传统被动悬架由弹簧和阻尼器组成，其功能主要是保证良好的乘坐舒适和稳定的轮胎载荷。除此之外，悬架在执行该功能的同时，还必须将悬架行程控制在允许的范围内。因此，一方面，采用软的弹簧可获得较好的乘坐舒适性；而另一方面，高的乘坐舒适性却总是以牺牲悬架工作空间为代价，同时也会对行驶安全性产生不良影响。这一矛盾是悬架设计者所面临的一个难题。近年来发展起来的主动和半主动悬架虽然能有效地缓解这一矛盾，但主动悬架由于结构复杂、可靠性差、响应慢、能耗高、成本高，其研究仅仅停留在理论阶段，距实用仍有困难。中国专利200610172899.0中的主动悬架用电机作动器代替液压作动器，虽然理论上能减少能耗，但其实际效果仍有待商榷，且该主动悬架仍不能回避结构复杂、可靠性差、响应慢、成本高等缺点。中国专利02216189.9中的半主动悬架虽然能耗低，但时滞问题的存在限制了其性能的发挥，且商品化尚需较长时间。因此，充分挖掘传统被动悬架的潜力来缓解这一矛盾，是一种切实可行的方法。
此外，由于弹簧具有“通低频，阻高频”的特性，因此仅由弹簧和阻尼器组成传统被动悬架，只能缓冲和衰减来自路面不平度引起的高频冲击和振动，而不能滤除其低频部分。如果在传统被动悬架的基础上，串联一个具有“通高频，阻低频”特性的的元件，以缓冲和衰减来自路面不平度引起的的低频冲击和振动，那么悬架的乘坐舒适性将大大提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：在全频域范围内对来自路面不平引起的冲击和振动进行缓冲和衰减；在轮胎动载荷及悬架动行程不增加的前提下，使车辆的乘坐舒适性显著提高，以充分挖掘传统被动悬架的潜力。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：其由惯性蓄能器、弹簧和阻尼器组成，其中弹簧和阻尼器并联，惯性蓄能器和另一个阻尼器并联，且两组并联机构串联。
其中惯性蓄能器是基于机电系统的相似性而引入的一个与电容器完全相似的机械元件。传统“力-电流”机电相似系统中，质量只能与一端接地的电容器相似，因此这种相似是不完全的，如图3所示；而新“力-电流”机电相似系统中引入的惯性蓄能器则完全与电容器相似，如图4所示。此外，由于惯性蓄能器的质量相对于簧上质量(车身)可忽略不计，因此可作为一个独立的元件应用于悬架系统中。惯性蓄能器的实现形式有多种，其机械实现形式有齿轮齿条式和螺杆-球式两种。
与传统被动悬架相比，本发明具有以下特点：
1、本发明中，元件惯性蓄能器具有相位超前的特性，元件弹簧具有相位滞后的特性，元件阻尼器呈中性。
2、本发明中，元件惯性蓄能器具有“通高频，阻低频”的特性，元件弹簧具有“通低频，阻高频”的特性。
上述两个特点决定了本发明具有以下优点，即在全频域范围内对来自路面不平引起的冲击和振动进行缓冲和衰减；在轮胎动载荷及悬架动行程不增加的前提下，乘坐舒适性显著提高。
附图说明
图1为传统被动悬架结构示意图；
图2为应用惯性蓄能器的悬架结构示意图；
图3为传统“力-电流”机电相似系统对照图；
图4为新“力-电流”机电相似系统对照图；
图5为齿轮齿条式的惯性蓄能器结构示意图；
图6为悬架单轮模型图；
图7为应用惯性蓄能器的悬架改进结构示意图。
1-弹簧  2-阻尼器  3-惯性蓄能器  4-阻尼器  5-齿条  6-小齿轮I  7-小齿轮II  8-大齿轮  9-飞轮  10-簧上质量  11-悬架  12-簧下质量  13-轮胎等效弹簧
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
在图6所示的实施例中，单轮模型(二自由度的1/4车体模型)由簧上质量(或车身)(10)、簧下质量(或车轮)(12)、悬架(11)、轮胎等效弹簧(13)等部分组成。其中，悬架结构如图2所示，先将弹簧(1)和阻尼器(2)并联，然后将惯性蓄能器(3)与另一个阻尼器(4)并联，最后再将两者串联安装在车身与车轮之间。
惯性蓄能器的实现形式有多种，本发明采用一种齿轮齿条式的惯性蓄能器，如图3所示，它由齿条(5)、小齿轮I(6)、小齿轮II(7)、大齿轮(8)及飞轮(9)组成，其中齿条(5)与小齿轮I(6)啮合，大齿轮(8)与小齿轮II(7)啮合，小齿轮I(6)与大齿轮(8)同轴，小齿轮II(7)与飞轮(9)同轴。
由于车辆的悬架行程空间有限，因此将如图2所示的悬架结构改造成如图7所示的结构，改造后的悬架结构将弹簧和阻尼器一分为二，然后再并联起来，节省了宝贵的悬架行程空间，增强了本发明的实用性，便于本发明应用于车辆。
如图2所示，应用惯性蓄能器的车辆悬架在工作时，由路面不平引起的冲击和振动，其高频部分被弹簧(1)和阻尼器(2)缓冲和衰减，低频部分被惯性蓄能器(3)和阻尼器(4)缓冲和衰减，即全频域范围内对来自路面不平引起的冲击和振动进行缓冲和衰减。
本发明的目的是提高乘坐舒适性，其前提是不增加轮胎动载荷和悬架动行程，因此通过对比传统被动悬架与应用惯性蓄能器的被动悬架的性能指标，可说明本发明的优越性。悬架性能指标可用三个基本参数来进行定量评价，即车身加速度均方根值BArms、悬架动行程均方根值SWSrms及轮胎动载荷均方根值DTLrms。
表1随机激励下悬架单轮模型系统响应均方根值对比
Figure A20081012383000051
表1显示了某典型支路路面激励下悬架单轮模型系统响应均方根值对比。比较可知，应用了惯性蓄能器的车辆悬架，其车身加速度在高、中、低速下均下降了24％，悬架动行程和轮胎动载荷也略有减小。
车辆以20m/s的速度在某400m支路上行驶时，悬架系统时域响应表明，车身加速度显著减小，悬架动行程和轮胎动载荷也略有减小。与表1比较可知，时域响应结果与表1所示的频域响应结果是一致的，所以实际上悬架系统时域响应结果从直观上进一步印证了本发明技术方案的正确性与有效性。因此，本发明在不增加悬架动行程和轮胎动载荷的前提下，使乘坐舒适性显著提高。

Claims (3)

1.一种应用惯性蓄能器的车辆悬架，其特征是其由惯性蓄能器、弹簧和阻尼器组成，其中弹簧(1)和阻尼器(2)并联，惯性蓄能器(3)和另一个阻尼器(4)并联，且两组并联机构串联。
2.根据权利要求1所述的应用惯性蓄能器的车辆悬架，其特征是所述的惯性蓄能器的机械实现形式有齿轮齿条式和螺杆-球式。
3.根据权利要求1所述的应用惯性蓄能器的车辆悬架，其特征是所述的齿轮齿条式惯性蓄能器，由齿条(5)、小齿轮I(6)、小齿轮II(7)、大齿轮(8)及飞轮(9)组成，其中齿条(5)与小齿轮I(6)啮合，大齿轮(8)与小齿轮II(7)啮合，小齿轮I(6)与大齿轮(8)同轴，小齿轮II(7)与飞轮(9)同轴。
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