CN101830156A - 主动式螺旋弹簧悬架 - Google Patents

Abstract

本发明创造公开了一种主动式螺旋弹簧悬架，包括弹簧预紧力调节装置、悬架高低调节装置和减震器(15)，所述弹簧预紧力调节装置包括上弹簧座(8)、螺旋弹簧(12)、下弹簧座(13)、拉杆(11)、预紧从动齿轮(9)以及预紧动力装置，预紧从动齿轮(9)通过上下轴承(10)可转动地设置在上弹簧座(8)上，拉杆(11)通过螺纹配合与预紧从动齿轮(9)连接并穿过上弹簧座(8)、螺旋弹簧(12)和下弹簧座(13)，拉杆(11)的下端设有限位卡件(14)，预紧动力装置与预紧从动齿轮(9)配合。采用本结构后，具有结构简单、质量轻、体积小、故障率低、生产成本低、维修方便、稳定性好、能主动调节弹簧预紧力和悬架高低等优点。

Description

主动式螺旋弹簧悬架

技术领域

本发明创造涉及一种汽车悬架，特别是一种通过主动调节弹簧预紧力实现悬架软硬调节和主动调节悬架高低的螺旋弹簧悬架。

背景技术

随着汽车制造研发水平的不断提高，人们对于汽车的操控性和舒适性有了更高的要求。这其中，车辆减震系统起着至关重要的作用。一般悬架的结构中弹性元件用来承受并传递垂直载荷，缓和由于路面不平引起的对车身的冲击，弹性元件种类包括钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、油气弹簧、空气弹簧和橡胶弹簧。减振器用来衰减由于弹性系统引起的振动，减振器的类型有筒式减振器，阻力可调式新式减振器，充气式减振器。

现有汽车悬架按控制形式不同可分为被动式悬架，半主动式悬架和主动式悬架。其中，由于传统的刚性弹簧式的被动悬架的结构简单，站用空间小，机械故障率低，生产成本低等综合因素，现在市场上的大部分车中还是在使用传统的刚性弹簧的被动式悬架。但被动式悬架的弹簧避震在调教上很难做到两全其美，太硬朗会影响乘坐的舒适性，而太软则会使得车辆在高速行驶中缺乏稳定性。

半主动悬架是指悬架元件中的弹簧刚度和减振器阻尼系数之一可以根据需要进行调节。为减少执行元件所需的功率，主要采用调节减振器阻尼系数法，只需提供调节控制阀、控制器和反馈调节器所消耗的功率即可。例如：电磁半主动悬架和电子液力半主动悬架。

主动悬架是一种具有做功能力的悬架，通常包括产生力和转矩的主动控制器(如液压缸、气缸、伺服电机、电磁铁等)、测量元件(如加速度、位移和力传感器等)和反馈控制器等。主动悬架系统能根据车身高度、车速、转向角度及速率、制动等信号，由电子控制单元(ECU)接收这些信号，发出相应的指令控制悬架执行机构，从而改变悬架系统的刚度、减振器的阻尼力及车身高度等参数，甚至可以调整车身高度，使车辆的平顺性和操纵稳定性在各种行驶条件下达到最佳组合，从而使汽车具有良好的乘坐舒适性、操纵稳定性和越野情况下的汽车通过性。例如：空气主动悬架、液压主动悬架。主动可变式悬挂系统成为了近几年高级轿车发展的一种新趋势。

目前市面上主流的主动和半主动的悬挂主要有四种形式：空气悬挂、液压悬挂、电磁悬挂以及电子液力悬挂。液压悬挂由于需要液压油缸等设备，因而体积较为庞大。电磁悬挂反应速度快，适合运动型轿车，但是这套系统只能调节悬挂的软硬，通常不能控制离地间隙，并且可靠性有待进一步检验。电子液力式减震也是同样的问题。因而采用电子控制的空气悬挂就成了目前最主流的主动悬挂系统。

空气悬挂是一种很先进实用的配置，主要由空气压缩机、干燥器、空气电磁阀、车身高度传感器、带有减振器的空气弹簧、悬架控制执行器、悬架控制选择开关以及ECU等组成。空气压缩机由直流电机驱动产生压缩空气，压缩空气经干燥器干燥后，由空气管道经空气电磁阀送至空气弹簧的主气室，从而达到改变悬架的弹簧刚度的目的；另一方面，执行器驱动减振器的阻尼调节杆，改变减振器的阻尼力。但是他缺点也是非常的明显，主要的缺点有其结构复杂，整个悬架重量大，占用空间也非常的大，生产成本非常高；而且不安全的因素也体现得明显，显得相对非常的“脆弱”，由于系统结构较为复杂，其出现故障的几率和频率高，而用空气作为调整底盘高度的“推进动力”，减振器的密封性还需要进一步提高，倘若空气减振器出现漏气，那么整个系统就将处于“瘫痪”状态。而且如果频繁地调整底盘高度，还有可能造成气泵系统局部过热，会大大缩短气泵的使用寿命。另外，由于其结构复杂，占用空间大的特点决定了要想在现有未安装这套空气主动悬架系统的车上去改装上这套系统是非常的困难。

针对上述问题，许多科研院所、生产厂家及有识之士进行了开发和研究，但至今尚未有较理想的办法来解决上述问题。

发明内容

为了克服上述存在的缺点，本发明创造的目的是提供一种能够配合现有车载电脑或者电子控制装置全时主动调节弹簧预紧力和悬架高低，且结构简单合理、质量轻、体积小、故障率低、生产成本低、维修和更换方便、舒适性和稳定性好、使用寿命长的主动式螺旋弹簧悬架。

本发明创造解决其技术问题所采用的技术方案，它包括弹簧预紧力调节装置、悬架高低调节装置和减震器，所述弹簧预紧力调节装置包括上弹簧座、螺旋弹簧、下弹簧座、拉杆、预紧从动齿轮以及预紧动力装置，预紧从动齿轮通过上下轴承可转动地设置在上弹簧座上，拉杆通过螺纹配合与预紧从动齿轮连接并穿过上弹簧座、螺旋弹簧和下弹簧座，拉杆的下端设有限位卡件，预紧动力装置与预紧从动齿轮配合。

所述的悬架高低调节装置包括主体、悬架缸筒、悬架从动齿轮以及悬架动力装置，主体下部固定在上弹簧座上，主体内设有内缸筒，悬架从动齿轮通过上下轴承可转动地设置在主体上，悬架缸筒通过螺纹配合设置在悬架从动齿轮内，悬架缸筒的内腔套在内缸筒上，内缸筒的下部套在拉杆上，悬架动力装置与悬架从动齿轮配合。

所述主体的底面设有圆形凹槽，圆形凹槽内设有弹性垫圈，在弹性垫圈的底面与预紧从动齿轮之间设有上平面轴承，在预紧从动齿轮的底面与上弹簧座之间设有下平面轴承。

所述的主体上固定有上盖，上盖的底面设有圆形凹槽，圆形凹槽内设有弹性垫圈，在弹性垫圈的底面与悬架从动齿轮之间设有上平面轴承，在悬架从动齿轮的底面与主体之间设有下平面轴承。

所述的预紧动力装置包括预紧齿轮、预紧电机，预紧齿轮的齿轮轴通过轴承设置在主体上，预紧齿轮与预紧从动齿轮啮合，预紧电机通过软轴与预紧齿轮的齿轮轴连接。

所述的悬架动力装置包括悬架齿轮、悬架电机，悬架齿轮的齿轮轴通过轴承设置在主体上，悬架齿轮与悬架从动齿轮啮合，悬架电机通过软轴与悬架齿轮的齿轮轴连接。

所述的悬架缸筒上部设有与其内腔相通的悬架缸进油口和悬架缸出油口；所述的主体上分别设有内缸进油口和内缸出油口，内缸进油口和内缸出油口分别通过设置在主体内的油路通道与内缸筒上部内腔相连，内缸筒上部圆柱体表面设有与悬架缸筒内腔密封的密封圈，拉杆上端圆柱体表面设有与内缸筒内腔密封的密封圈。

所述的减震器固定在下弹簧座上。

所述悬架缸筒上端面固定有上挂耳，减震器的下端面固定有下挂耳。

采用上述结构后，本发明创造采用的弹性元件是螺旋弹簧，螺旋弹簧的力学性能稳定，既可较准确地设计刚度很大的弹簧，也可设计刚度很小的弹簧，可以获得自振频率很高或很低的减震效果，其力学应用范围比橡胶减震宽广。弹簧工作可靠、耐高温、耐油、耐用，这也是橡胶所不及的。弹簧对于冲击载荷有很好的缓冲性能，但螺旋弹簧对于振动的阻尼作用较小，不如橡胶那样迅速衰减振动，因此有时利用弹簧与橡胶、液体等其他减振物质联合减振。此外，弹簧在发生形变变化是也不会发生内部摩擦损耗，从而使减振器对弹簧有着更好的控制的优点；螺旋弹簧还有防污性强、占用纵向空间小、弹簧本身质量小、生产工艺简单成本低廉等优点。

同时本发明创造的动力采用软轴传动，这样就能把动力源和悬架本身很好的分离来，可根据不同车身结构的需求安装在适合的位置上，这样就能大大的减少整个悬架所占用的空间，根据需要可以做到和传统弹簧悬架的大小相一致，这样最大的好处是可以把本发明的这种主动式悬架直接简单的安装到汽车上使用，不需要对汽车有多少改装的麻烦；汽车生产厂家在生产汽车时不需要对生产流水线进行改装而带去的高额成本麻烦，对于市面上现有的汽车而言，不需要对汽车车身进行多大的改装，而且非常经济的就能把自己爱车的悬架由传统的不可调式悬架换成这种主动式可调悬架。

本发明创造的动力直接采用的是电机，其好处是可以通过电机来调节悬架的软硬程度和悬架的高低，反应速度快、灵敏、环保、能量损耗小，它在全时的调节过程中只是在需要调整的时候供电，不需要全时损耗能量。在调节悬架的软硬程度和悬架的高低过程中还可以增加辅助油压装置，进一步提高调节的稳定性和可靠性。

本发明创造与现有的被动式悬架相比，保持了被动式悬架结构简单、质量轻、占用车身空间小，故障率低、生产成本低且易维修和更换的优点，克服了弹簧避震软硬无法调节的缺陷。

本发明创造与现有的半主动悬架相比，解决了半主动悬架只能通过调节减震器的阻尼来调节悬架的软硬，且不能控制离地间隙的问题。

本发明创造与现有的空气弹簧悬架相比，同样具有空气弹簧式主动悬架在电子控制下能根据车身高度、车速、转向角度及速率、制动等信号全时主动的调整悬架的软硬程度与悬架的高低的优点，从而使汽车具有良好的乘坐舒适性、操纵稳定性和通过性；同时解决了空气主动悬架结构复杂、重量大、占用空间非常大、生产成本非常高、存在不安全的因素的缺陷，以及利用空气主动悬架改装现有汽车难度大、费用高的缺点。

另外，本发明创造通过两个相对独立弹簧预紧力调节装置、悬架高低调节装置及辅助油压装置，实现调节悬架的高低和悬架的软硬程度，同时作用于同一纵轴上，使得两个调节装置在工作上处于独立工作的状态，而产生的效果又是表现在同一个悬架的载体上，可轻松的实现悬架的高低与软硬之间随时的调整。如果再配合上现有的可调式减震器与车载电脑的使用，就能实现根据车身高度、车速、转向角度及速率、制动等信号，由电子控制单元(ECU)接收这些信号，发出相应的指令控制悬架执行机构，从而改变悬架系统的软硬、减振器的阻尼力及车身高度等参数，从而使汽车具有良好的乘坐舒适性、操纵稳定性和越野情况下的汽车通过性，更加完善的全时主动式弹簧悬架。

附图说明

图1为本发明创造第一方案的外观结构示意图。

图2为本发明创造第一方案的结构示意图。

图3为本发明创造第一方案的不同工作状态时结构示意图。

图4为本发明创造第一方案的局部放大结构示意图。

图5为本发明创造第二方案的局部放大结构示意图。

具体实施方式

图1至图4所示，为本发明创造主动式螺旋弹簧悬架的第一种具体实施方案，它包括弹簧预紧力调节装置、悬架高低调节装置和减震器15，所述弹簧预紧力调节装置包括上弹簧座8、螺旋弹簧12、下弹簧座13、拉杆11、预紧从动齿轮9以及预紧动力装置，所述的减震器15固定在下弹簧座13上，上弹簧座8与下弹簧座13把螺旋弹簧12夹在中间构成对螺旋弹簧12的支撑；预紧从动齿轮9的外圈通过上下轴承10可转动地安装在上弹簧座8上，预紧从动齿轮9内部设有内螺纹，拉杆11最上端外表面为光滑的圆柱体，该圆柱体下部的外表面设有外螺纹，拉杆11通过螺纹配合与预紧从动齿轮9连接，拉杆11穿过上弹簧座8、螺旋弹簧12和下弹簧座13后固定有限位卡件14，其作用是保证拉杆11能在减震器15内上下移动，并且起到对下弹簧座13的限位作用和防止拉杆11横向发生转动的作用。所述的预紧动力装置包括预紧齿轮21、预紧电机20，预紧齿轮21的齿轮轴通过轴承26设置在主体7上，预紧齿轮21与预紧从动齿轮9啮合，预紧电机20通过软轴与预紧齿轮21的齿轮轴连接。使用软轴连接是为了把动力源安装位置与悬架本体分开，减少震动对预紧电机20的影响，并且可根据不同车身的设计要求，把预紧电机20随意安装到车身的合适位置，这样可以为整个悬架节省出很大的空间，大大提高了本发明的可行性和市场需求量。因为汽车厂家在生产新车时要使用本发明创造的悬架，厂家不要为改变其生产流水线而付出昂贵的成本；特别是对于现有的车辆改装成本发明创造的悬架就非常简单，因为本发明创造的悬架可以做到与传统常用的悬架大小和高低一致。

所述主体7的底面设有圆形凹槽，圆形凹槽内设有弹性垫圈22，在弹性垫圈22的底面与预紧从动齿轮9之间设有上平面轴承23，在预紧从动齿轮9的底面与上弹簧座8之间设有下平面轴承27。使用弹性垫圈22和上、下平面轴承23、27是为了在纵轴方向定位预紧从动齿轮9时保证各个接触的部件紧密的连接，在克服受到纵向上下压力的作用时把转动摩擦降低到最小。

所述的悬架高低调节装置包括主体7、悬架缸筒2、悬架从动齿轮4以及悬架动力装置，主体7下部固定在上弹簧座8上，主体7内设有连为一体的内缸筒6，悬架从动齿轮4通过上下轴承5可转动地安装在主体7上，悬架缸筒2的外表面设有外螺纹，悬架从动齿轮4内部设有内螺纹，悬架缸筒2通过螺纹配合设置在悬架从动齿轮4内，悬架缸筒2的内腔套在内缸筒6上，内缸筒6的下部套在拉杆11上，内缸筒6的外表面可以起到对悬架缸筒2纵向的导向作用，内缸筒6的内腔可以起到对拉杆11纵向的导向作用。所述的悬架动力装置包括悬架齿轮18、悬架电机19，悬架齿轮18的齿轮轴通过轴承25可转动地安装在主体7上，悬架齿轮18与悬架从动齿轮4啮合，悬架电机19通过软轴与悬架齿轮18的齿轮轴连接。使用软轴的作用和优点与上面所述相同，在此不再重述。

所述的主体7上固定有上盖3，上盖3的底面设有圆形凹槽，圆形凹槽内设有弹性垫圈16，在弹性垫圈16的底面与悬架从动齿轮4之间设有上平面轴承17，在悬架从动齿轮4的底面与主体7之间设有下平面轴承28。使用弹性垫圈16和上、下平面轴承17、28是为了在纵轴方向定位悬架从动齿轮4时保证各个接触的部件紧密的连接，在克服受到纵向上下压力的作用时把转动摩擦降低到最小。

为了方便与车身连接，所述悬架缸筒2上端面固定有上挂耳1，起到防止悬架缸筒2横向转动的作用，减震器15的下端面固定有下挂耳24，方便与车身连接。

本发明创造的工作原理如下：当需要调整弹簧的预紧力时，电子控制装置发出信号起动预紧电机20，预紧电机20通过软轴带动预紧齿轮21转动，预紧齿轮21通过齿轮啮合带动预紧从动齿轮9转动，预紧从动齿轮9通过螺纹配合带动拉杆11往上或往下纵向移动，最后拉杆11带动下弹簧座13相对上弹簧座8在纵轴方向上下的移动，从而改变螺旋弹簧12的预紧力，实现本发明创造的悬架软硬程度主动调整。当需要调整悬架的高低时，电子控制装置发出信号起动悬架电机19，悬架电机19通过软轴带动悬架齿轮18，悬架齿轮18通过齿轮啮合带动悬架从动齿轮4转动，悬架从动齿轮4通过螺纹配合带动悬架缸筒2往上或往下纵向移动，从而实现本发明创造的悬架高低主动调整。

图5所示，为本发明创造主动式螺旋弹簧悬架的第二种具体实施方案，本实施方案不同之处是在第一种具体实施方案的基础上增加油压辅助部分，具体方案如下，所述的悬架缸筒2上部设有与其内腔相通的悬架缸进油口21和悬架缸出油口32；所述的主体7上分别设有内缸进油口33和内缸出油口34，内缸进油口33和内缸出油口34分别通过设置在主体7内的油路通道35与内缸筒6上部内腔相连，内缸筒6上部圆柱体表面设有与悬架缸筒2内腔密封的密封圈37，拉杆11上端圆柱体表面设有与内缸筒6内腔密封的密封圈36。

本发明创造的第二种具体实施方案工作原理与上述的第一种具体实施方案相同，只是在此基础上增加油压辅助部分，在此不再重述。

Claims (9)

1.一种主动式螺旋弹簧悬架，包括弹簧预紧力调节装置、悬架高低调节装置和减震器(15)，其特征是：所述弹簧预紧力调节装置包括上弹簧座(8)、螺旋弹簧(12)、下弹簧座(13)、拉杆(11)、预紧从动齿轮(9)以及预紧动力装置，预紧从动齿轮(9)通过上下轴承(10)可转动地设置在上弹簧座(8)上，拉杆(11)通过螺纹配合与预紧从动齿轮(9)连接并穿过上弹簧座(8)、螺旋弹簧(12)和下弹簧座(13)，拉杆(11)的下端设有限位卡件(14)，预紧动力装置与预紧从动齿轮(9)配合。

2.根据权利要求1所述的主动式螺旋弹簧悬架，其特征是：所述的悬架高低调节装置包括主体(7)、悬架缸筒(2)、悬架从动齿轮(4)以及悬架动力装置，主体(7)下部固定在上弹簧座(8)上，主体(7)内设有内缸筒(6)，悬架从动齿轮(4)通过上下轴承(5)可转动地设置在主体(7)上，悬架缸筒(2)通过螺纹配合设置在悬架从动齿轮(4)内，悬架缸筒(2)的内腔套在内缸筒(6)上，内缸筒(6)的下部套在拉杆(11)上，悬架动力装置与悬架从动齿轮(4)配合。

3.根据权利要求2所述的主动式螺旋弹簧悬架，其特征是：所述主体(7)的底面设有圆形凹槽，圆形凹槽内设有弹性垫圈(22)，在弹性垫圈(22)的底面与预紧从动齿轮(9)之间设有上平面轴承(23)，在预紧从动齿轮(9)的底面与上弹簧座(8)之间设有下平面轴承(27)。

4.根据权利要求3所述的主动式螺旋弹簧悬架，其特征是：所述的主体(7)上固定有上盖(3)，上盖(3)的底面设有圆形凹槽，圆形凹槽内设有弹性垫圈(16)，在弹性垫圈(16)的底面与悬架从动齿轮(4)之间设有上平面轴承(17)，在悬架从动齿轮(4)的底面与主体(7)之间设有下平面轴承(28)。

5.根据权利要求4所述的主动式螺旋弹簧悬架，其特征是：所述的预紧动力装置包括预紧齿轮(21)、预紧电机(20)，预紧齿轮(21)的齿轮轴通过轴承(26)设置在主体(7)上，预紧齿轮(21)与预紧从动齿轮(9)啮合，预紧电机(20)通过软轴与预紧齿轮(21)的齿轮轴连接。

6.根据权利要求5所述的主动式螺旋弹簧悬架，其特征是：所述的悬架动力装置包括悬架齿轮(18)、悬架电机(19)，悬架齿轮(18)的齿轮轴通过轴承(25)设置在主体(7)上，悬架齿轮(18)与悬架从动齿轮(4)啮合，悬架电机(19)通过软轴与悬架齿轮(18)的齿轮轴连接。

7.根据权利要求6所述的主动式螺旋弹簧悬架，其特征是：所述的悬架缸筒(2)上部设有与其内腔相通的悬架缸进油口(21)和悬架缸出油口(32)；所述的主体(7)上分别设有内缸进油口(33)和内缸出油口(34)，内缸进油口(33)和内缸出油口(34)分别通过设置在主体(7)内的油路通道(35)与内缸筒(6)上部内腔相连，内缸筒(6)上部圆柱体表面设有与悬架缸筒(2)内腔密封的密封圈(37)，拉杆(11)上端圆柱体表面设有与内缸筒(6)内腔密封的密封圈(36)。

8.根据权利要求6或7所述的主动式螺旋弹簧悬架，其特征是：所述的减震器(15)固定在下弹簧座(13)上。

9.根据权利要求8所述的主动式螺旋弹簧悬架，其特征是：所述悬架缸筒(2)上端面固定有上挂耳(1)，减震器(15)的下端面固定有下挂耳(24)。

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