CN101954847A - 贯通式惯性质量蓄能悬架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贯通式惯性质量蓄能悬架，涉及车辆悬架技术领域，包括悬架横梁(1)、左下摆臂(2)、左车轮隔振体(3)、左上摆臂(4)、车身隔振体(5)、右上摆臂(8)、右车轮隔振体(9)和右下摆臂(10)。本发明既大大改善车辆的乘坐舒适性，又提高了行驶安全性，使悬架的整体性能得到了大幅度的提升。本发明结构紧凑，高度低，易于布置，不需要复杂的控制器、控制策略和电子元器件，不需要能量输入，成本低，可靠性高。

Description

贯通式惯性质量蓄能悬架

技术领域

本发明涉及车辆悬架技术领域，特指左右悬架受力相等，并且采用了惯性质量蓄能器的车辆悬架。

背景技术

悬架的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。传统被动悬架由弹簧和阻尼器组成，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。

中国专利200810123830.8公开了一种应用惯性蓄能器的车辆悬架，包括由惯性质量蓄能器和阻尼器组成的并联体，以及由弹簧和阻尼器组成的并联体，两个并联体串联形成两级隔振式车辆悬架，理论上，这种悬架能有效缓解乘坐舒适性与行驶安全性之间的矛盾，然而在实际应用过程中，惯性质量蓄能器和阻尼器的并联体，在车身重力的作用下很容易因被“击穿”而失效，失效后的悬架与传统被动悬架的性能并无区别，因此必须解决惯性质量蓄能器和阻尼器的并联体因“击穿”而失效的问题，该悬架才有实用价值。

德国专利DE000019958178C1公开的一种车辆悬架，采用弹簧和质量块以吸振子的形式来吸收车身振动能量，但采用这种形式吸收车身振动能量需要较重的质量块，大大增加了悬架部分的重量，相当于增加了簧下质量的重量，势必会造成轮胎动载荷的增加，恶化车辆的行驶安全性，此外，由于该悬架采用了两级串联的形式使得悬架过高，布置比较困难。

近年来发展起来的主动和半主动悬架虽然能有效地缓解乘坐舒适性与行驶安全性的矛盾，但主动悬架由于结构复杂、可靠性差、响应慢、能耗高、成本高，大规模应用仍有困难；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。惯性质量蓄能器的引入，使得被动悬架性能的改善具有了更大的潜力，而低碳、环保、节约能源的科技发展趋势，使得被动悬架重新回到了人们的视野，对被动悬架的研究又重新受到重视。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服惯性质量蓄能器在车身重力作用下容易被“击穿”的技术缺点，解决两级串联悬架过高、难布置的技术问题，提供一种能够协调乘坐舒适性与行驶安全性之间矛盾的车辆悬架。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：将弹簧A和阻尼器A并联组成左车轮隔振体，将弹簧B、阻尼器B和惯性质量蓄能器并联组成车身隔振体，右车轮隔振体与左车轮隔振体相同，将左下摆臂和左上摆臂共轴铰接于悬架横梁的左端，同样将右下摆臂和右上摆臂共轴铰接于悬架横梁的右端，左车轮隔振体铰接于左下摆臂与左上摆臂之间，右车轮隔振器铰接于右下摆臂与右上摆臂之间，车身隔振体铰接于左上摆臂与右上摆臂之间，通过将左、右悬架贯通的方式，来降低悬架高度，通过车身隔振体来抑制车身垂直加速度的低频(车身固有频率)峰值，通过左、右车轮隔振体来抑制轮胎动载荷的高频(车轮固有频率)峰值，从而达到协调乘坐舒适性与行驶安全性之间矛盾的目的。

本发明的具体方案为，包括悬架横梁、左下摆臂、左车轮隔振体、左上摆臂、车身隔振体、右上摆臂、右车轮隔振体和右下摆臂。

悬架横梁通过两根固定杆与车身连接。

左下摆臂和左上摆臂共轴铰接于悬架横梁的左端，绕悬架横梁左端的铰链轴摆动，同样右下摆臂和右上摆臂共轴铰接于悬架横梁的右端，绕悬架横梁右端的铰链轴摆动，左上摆臂和右上摆臂在平衡位置时为竖直。

左车轮隔振体由弹簧A和阻尼器A并联组成，弹簧A为螺旋压缩弹簧，阻尼器A为筒式液压阻尼器，左车轮隔振体的上端与左上摆臂的上端铰接，左车轮隔振体的下端与左下摆臂铰接于左下摆臂外侧的位置。

右车轮隔振体与左车轮隔振体相同，由弹簧A和阻尼器A并联组成，上端与右上摆臂的上端铰接，下端与右下摆臂铰接于右下摆臂外侧的位置。

车身隔振体由弹簧B、阻尼器B和惯性质量蓄能器并联组成，弹簧B为螺旋压缩弹簧，阻尼器B为筒式液压阻尼器，惯性质量蓄能器为滚珠丝杠惯性质量蓄能器，车身隔振体的两端分别与左上摆臂和右上摆臂的上端铰接。

惯性质量蓄能器包括吊耳A、行程室、螺母、丝杠、橡胶防尘罩、丝杠支撑座、飞轮、飞轮室和吊耳B。丝杠包括光杆部分和螺纹滚道部分；飞轮固定于丝杠的光杆部分，丝杠的轴线是飞轮的旋转轴；丝杠支撑座内安装有轴承，轴承外圈与丝杠支撑座的内孔配合，轴承内圈与丝杠靠近滚道一侧的光杆部分配合，以保证丝杠相对于丝杠支撑座旋转时，丝杠支撑座对丝杠在轴向和径向上的位置保持不变；螺母同丝杠上的螺纹滚道相啮合；行程室为一端开口一端封闭的长筒状，开口端固套在螺母的外圆上，以保证行程室与螺母同轴，封闭端与吊耳A的螺杆部分相连；飞轮室也为一端开口一端封闭的长筒状，开口端固套在丝杠支撑座的外圆上，以保证飞轮室与丝杠支撑座同轴，封闭端与吊耳B的螺杆部分相连；橡胶防尘罩为风琴式防尘罩，一端套装于行程室外筒，另一端套装于飞轮室外筒；吊耳A和吊耳B的螺杆部分，分别与行程室和飞轮室封闭端中心孔上的螺纹相旋合，以保证两吊耳中心点在丝杠轴线上。

本发明的有益效果是，可使车身垂直加速度的低频峰值数值减小2～3倍，悬架动行程的低频峰值数值减小30％，轮胎动载荷的高频峰值数值减小20％，大大改善乘坐舒适性，有效协调了乘坐舒适性与行驶安全性之间矛盾；克服了惯性质量蓄能器在车身重力作用下容易被“击穿”的技术缺点；悬架结构紧凑，高度低，易于布置；不需要复杂的控制器、控制策略和电子元器件，不需要能量输入，成本低，可靠性高。

附图说明

图1为半车结构示意图；

图2为贯通式惯性质量蓄能悬架结构示意图；

图3为滚珠丝杠惯性质量蓄能器外形图；

图4为滚珠丝杠惯性质量蓄能器结构分解图。

图中，1-悬架横梁 2-左下摆臂 3-左车轮隔振体 4-左上摆臂 5-车身隔振体 6-车身7-固定杆 8-右上摆臂 9-右车轮隔振体 10-右下摆臂 11-弹簧 A 12-阻尼器 A 13-弹簧B 14-阻尼器B 15-惯性质量蓄能器 16-吊耳A 17-行程室 18-螺母 19-丝杠 20-橡胶防尘罩 21-丝杠支撑座 22-飞轮 23-飞轮室 24-吊耳B

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。

本发明包括悬架横梁1、左下摆臂2、左车轮隔振体3、左上摆臂4、车身隔振体5、右上摆臂8、右车轮隔振体9和右下摆臂10。

悬架横梁1通过两根固定杆7与车身6连接。

左下摆臂2和左上摆臂4共轴铰接于悬架横梁1的左端，绕悬架横梁1左端的铰链轴摆动，同样右下摆臂10和右上摆臂8共轴铰接于悬架横梁1的右端，绕悬架横梁1右端的铰链轴摆动，左上摆臂(4)和右上摆臂(8)在平衡位置时为竖直。

左车轮隔振3体由弹簧A11和阻尼器A12并联组成，弹簧A11为螺旋压缩弹簧，阻尼器A12为筒式液压阻尼器，左车轮隔振体3的上端与左上摆臂4的上端铰接，下端与左下摆臂2铰接于左下摆臂2外侧的位置。

右车轮隔振体9与左车轮隔振体3相同，由弹簧A11和阻尼器A12并联组成，上端与右上摆臂8的上端铰接，下端与右下摆臂10铰接于右下摆臂10外侧的位置。

车身隔振体5由弹簧B13、阻尼器B14和惯性质量蓄能器15并联组成，弹簧B13为螺旋压缩弹簧，阻尼器B14为筒式液压阻尼器，惯性质量蓄能器15为滚珠丝杠惯性质量蓄能器，车身隔振体5的两端分别与左上摆臂4和右上摆臂8的上端铰接。

惯性质量蓄能器15包括吊耳A16、行程室17、螺母18、丝杠19、橡胶防尘罩20、丝杠支撑座21、飞轮22、飞轮室23和吊耳B24。丝杠19包括光杆部分和螺纹滚道部分；飞轮22固定于丝杠19的光杆部分，丝杠19的轴线是飞轮22的旋转轴；丝杠支撑座21内安装有轴承，轴承外圈与丝杠支撑座21的内孔配合，轴承内圈与丝杠19靠近滚道一侧的光杆部分配合，以保证丝杠19相对于丝杠支撑座21旋转时，丝杠支撑座21对丝杠19在轴向和径向上的位置保持不变；螺母18同丝杠19上的螺纹滚道相啮合；行程室17为一端开口一端封闭的长筒状，开口端固套在螺母18的外圆上，以保证行程室17与螺母18同轴，封闭端与吊耳A16的螺杆部分相连；飞轮室23也为一端开口一端封闭的长筒状，开口端固套在丝杠支撑座21的外圆上，以保证飞轮室23与丝杠支撑座21同轴，封闭端与吊耳B24的螺杆部分相连；橡胶防尘罩20为风琴式防尘罩，一端套装于行程室17外筒，另一端套装于飞轮室23外筒；吊耳A16和吊耳B24的螺杆部分，分别与行程室17和飞轮室23封闭端中心孔上的螺纹相旋合，以保证两吊耳中心点在丝杠19轴线上。

下面结合附图对本发明具体实施过程作进一步说明。

如图1和2所示，由路面不平引起的激振力经轮胎使左下摆臂2相对于左上摆臂4产生角位移，相对角位移的产生会使左车轮隔振体3受到拉伸和压缩，即左车轮隔振体3开始工作，激振力被衰减，同理，激振力经过右车轮隔振体9时也会被衰减；当左上摆臂4相对于右上摆臂8产生角位移时，车身隔振体5开始工作，使激振力再一次被衰减。

如图3和4所示，惯性质量蓄能器15，在工作过程中以吊耳A16和吊耳B24为输入端点，当等大反向的力f施加在两个端点上时，吊耳A16相对于吊耳B24做直线运动，由螺母18和丝杠19将直线运动转化丝杠的旋转运动，进而驱动飞轮20做旋转运动，从而将力f对惯性质量蓄能器15所做的正功以动能的形式储存起来，做负功时释放出来。

惯性质量蓄能器的动力学方程为f＝b·a，其中f、a和b分别表示施加在两端点上的力、两端点的相对加速度和惯性质量系数，惯性质量系数可由丝杠19的螺距以及飞轮22的转动惯量计算出。设丝杠19的螺距P，飞轮22的转动惯量I。由牛顿第二定律可导出下面的关系式：

$b=I\·{\left(\frac{2\mathrm{\π}}{P}\right)}^2$

根据上式，改变丝杠的螺距和飞轮的转动惯量便可得到具有合适惯性质量系数的惯性质量蓄能器。

对传统被动悬架而言，采用软弹簧能够抑制车身加速度的低频峰值，改善车辆的乘坐舒适性，然而却使得轮胎动载荷的高频峰值明显增大，恶化了车辆的行驶安全性，而采用硬弹簧能够抑制轮胎动载荷的高频峰值，改善车辆的行驶安全性，然而却使得车身加速度的低频峰值明显增大，恶化了车辆的乘坐舒适性，因此由弹簧和阻尼器并联组成的传统被动悬架难以兼顾车辆的乘坐舒适性和行驶安全性。本发明采用左、右车身隔振体与车轮隔体串联的形式，用车身隔振体抑制车身加速度的低频峰值，同时也抑制了悬架动行程和轮胎动载荷的低频峰值，用左、右车轮隔振体抑制轮胎动载荷的高频峰值，因此本发明有效协调了车辆的乘坐舒适性与行驶安全性之间的矛盾，既大大改善车辆的乘坐舒适性，又提高了行驶安全性，使悬架的整体性能得到了大幅度的提升。

本发明采用左、右悬架贯通的方式，降低了悬架高度，使悬架结构紧凑，易于布置；车身隔振体采用弹簧、阻尼器和惯性质量蓄能器并联的形式，以弹簧来平衡车身重力，使阻尼器和惯性质量蓄能器在平衡位置附近工作，克服了惯性质量蓄能器在车身重力作用下容易被“击穿”的技术缺点。

Claims (2)

1.一种贯通式惯性质量蓄能悬架，其特征在于，包括悬架横梁(1)、左下摆臂(2)、左车轮隔振体(3)、左上摆臂(4)、车身隔振体(5)、右上摆臂(8)、右车轮隔振体(9)和右下摆臂(10)；

所述悬架横梁(1)通过两根固定杆(7)与车身(6)连接；

所述左下摆臂(2)和左上摆臂(4)共轴铰接于悬架横梁(1)的左端，所述左下摆臂(2)和左上摆臂(4)绕悬架横梁(1)左端的铰链轴摆动，所述右下摆臂(10)和右上摆臂(8)共轴铰接于悬架横梁(1)的右端，所述右下摆臂(10)和右上摆臂(8)绕悬架横梁(1)右端的铰链轴摆动；所述左上摆臂(4)和右上摆臂(8)在平衡位置时为竖直；

所述左车轮隔振体(3)由弹簧A(11)和阻尼器A(12)并联组成，所述左车轮隔振体(3)的上端与左上摆臂(4)的上端铰接，所述左车轮隔振体(3)的下端与左下摆臂(2)铰接于左下摆臂(2)外侧的位置；所述右车轮隔振体(9)与左车轮隔振体(3)相同由弹簧A(11)和阻尼器A(12)并联组成，所述右车轮隔振体(9)的上端与右上摆臂(8)的上端铰接，所述右车轮隔振体(9)的下端与右下摆臂(10)铰接于右下摆臂(10)外侧的位置；

所述车身隔振体(5)由弹簧B(13)、阻尼器B(14)和惯性质量蓄能器(15)并联组成，所述车身隔振体(5)的两端分别与左上摆臂(4)和右上摆臂(8)的上端铰接。

2.根据权利要求1所述的贯通式惯性质量蓄能悬架，其特征在于，所述弹簧A(11)和弹簧B(13)为螺旋压缩弹簧，所述阻尼器A(12)和阻尼器B(14)为筒式液压阻尼器，所述惯性质量蓄能器(15)为滚珠丝杠惯性质量蓄能器。

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