机械式车辆主动悬挂系统
技术领域
本发明是国际专利分类交通运输、一般车辆中的车辆悬挂装置,特别是一种机械式车辆主动悬挂装置。
背景技术
现有技术中车辆的悬挂装置,其目的是在车轮与车厢之间形成一减振、缓冲的效果,以增加车辆运行中的舒适性和减轻振动及降低噪音。其构造是在车轮与车厢之间置有弹簧或减振钢板。该结构对增加车辆行驶中的舒适性、降低振动和噪音具有一定的效果,
现有技术中的主动悬挂系统还有以传感器和电子技术为支撑,多路传感器采集加速度、速度、位置等信号,传输给控制单元,再由控制单元进行解算,发出指令给执行机构。
车辆悬挂系统,尽管结构形式多种多样,但都离不开弹性元件,以此减小车体受到的冲击,提高舒适性。目前乘用车以螺旋弹簧为主,部分采用了空气弹簧。
主动悬挂虽不是个新名词,但其应用并不普遍,纠其根源在于高昂的成本,这又与所采用的技术有直接的关系。据有关资料记载,采用电子技术的主动悬挂系统仅控制系统就需约3000美元,其维护费用亦很高。目前制约主动悬挂系统工程应用的主要障碍是,控制系统电子产品高昂的价格和国外的技术垄断,而这方面又恰恰是我国的弱项。
对车辆而言,操纵性和舒适性是一对矛盾。舒适性要求悬挂系统应有较小的刚度,在不平路面行驶时,乘员才不会感到颠簸;操纵性又要求悬挂系统具有较大的刚度,以在加、减速和转弯过程中,保持车体的平稳。例如,在刹车时,轮胎受到向后摩擦力的作用,使车辆产生低头力矩,如果弹簧刚度过小,车头就会急剧下倾。传统的悬挂系统难以解决这一矛盾,只能在二者之间寻求平衡点。
发明内容
为了解决上述背景技术中的不足之处,本发明的目的是提供一种机械式车辆主动悬挂装置。本发明的技术解决方案是:主动悬挂就是在悬挂系统中引入控制信号,改变系统固有的特性。就空气悬挂系统而言,在变形较慢的情况下,可以看作弹性系数为常数的弹簧振子,而引入控制以后,当空气弹簧产生变形而使弹簧腔体中的压力有微小变化时,控制系统就会打开相应开关,弹簧腔体放气或进气,使压力恢复到初始值,结果是空气弹簧产生了变形,但弹簧内的压力基本不变,弹簧刚度近乎为0,这种特性使得车辆在凹凸不平的路面行驶时,车体所受的力基本不变,也就意味着车体保持基本不变,提高了舒适性。
本发明的具体结构如下:
基准室进气开关1经管路与气弹簧主室D内的中立进气开关6连接。中立进气开关6又与基准室A连通,用于中立控制。
气弹簧附室进气开关2既与气弹簧附室相通又与气源连接。
气弹簧室放气开关3既与气弹簧附室连通又通大气。
基准室放气开关4既与气弹簧主室D内的中立放气开关7连接又通大气。
基准室A与带惯性开关5的气弹簧附室B之间设置有膜片C。
气弹簧附室B与气弹簧主室D经管路连接,惯性开关5连接于该管路上并置于气弹簧附室B内。
中立放气开关7与基准室A连接。
在中立进气开关6和中立放气开关7之间设置有置于套筒8内的变截面轴9,并与中立进气开关6和中立放气开关7一并组成中立机构。
惯性开关5由球面支架10、摆锤12和堵塞13三部分构成。
球面支架10的构造是:带孔15的支座内有一球面,该孔15经管路与气弹簧主室D连通。
摆锤12的构造是:球体16上连接一惯性锤14,摆锤12上开有孔11,该孔11可与孔15连通。
摆锤12置于球面支架10内。堵塞13螺接于球面支架10的内底面。
本发明相比背景技术所具有的优点是:
主动悬挂装置可以使舒适性和操纵性二者兼得。
1.通过在基准室与带惯性开关5的气弹簧附室之间设置膜片,以两室压差作为控制信号和驱动力,实现以机械方式进行悬挂刚度的自动调节。其结构简单,可靠性高,使主动悬挂技术走向简单化。因为膜片刚度很小,尽管气弹簧室、基准室被隔离,但相当于还是连通的,这种结构既提供了控制信号和驱动力,又保证了基准室用于减小支撑刚度,类似于目前使用的空气弹簧的附室作用。在车辆运行过程中,重量保持相对不变,而基准室的压力与之对应,基本不变,气弹簧室与基准室气体隔离,并用基准室压力作为控制基准,是最简单也是最可靠的方式。
2.惯性开关5的设计,可在瞬时改变悬挂刚度,关断控制开关,解决了操纵性与舒适性的矛盾。通过在球体16上开孔的设计,实现了任一方向的关断功能,这种结构是全新的。
3.管路连接巧妙、复杂、奇特,比如中立控制,是通过基准室A的压力控制间接实现气弹簧主室的压力控制。正是这种复杂而巧妙的设计,使各种功能得以实现,且相互之间不产生干扰。
4.本发明的机械式主动悬挂系统不需要尖端技术,不涉及复杂工艺,极易推广、应用,对车辆悬挂装置是一次重大的改革。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视加局部剖视示意图。其中的1为基准室进气开关,2为气弹簧附室进气开关,3为气弹簧室放气开关,4为基准室放气开关,5为惯性开关,6为中立进气开关,7为中立放气开关,8为套筒,9为变截面轴,A为基准室,B为气弹簧附室,C为膜片,D为气弹簧主室。
图2、图3是实现中立功能主视示意图。其中图2是充气进行中的主视加局部剖视示意图。此时,气弹簧室进气开关2处于受压打开状态;而基准室放气开关4则处于受压关闭状态。图3是处于中立位置的主视加局部剖视示意图。此时,变截面轴9离开顶杆,中立进气开关6处于关闭状态。
图4、图5是车辆行驶过程中的控制流程主视加局部剖视示意图。其中图4是车辆遇凹坑时的控制流程示意图,此时,气弹簧附室B压力下降,气弹簧室进气开关2处于打开状态,气弹簧附室B进气;而基准室放气开关4则处于关闭状态,阻断放气。图5是车辆遇凸包时的控制流程示意图,此时,气弹簧附室B压力上升,气弹簧室放气开关3处于打开状态,气弹簧附室B放气。
图6是刹车时车辆前轮的控制流程主视加局部剖视示意图。
图7是常闭开关的整体结构加局部剖视示意图。
图8是常开开关的整体结构加局部剖视示意图。
图9是惯性开关5的整体结构加局部剖视示意图。其中的10为球面支架,11为孔,12为摆锤,13为堵塞,14为惯性锤。
图10是摆锤12的整体结构加局部剖视示意图。其中的16为球体。
图11是球面支架10的整体结构加局部剖视示意图。其中的15为孔。
图12是堵塞13的整体结构加局部剖视示意图。
上述附图中的箭头均表示系统来气方向。
具体实施方式
本发明下面结合附图及其实施例作进一步的详述:
工作原理
(1)中立功能的实现
为了获得控制基准,空气弹簧必须有中立机构,保证车辆在静止或平稳运行时,不论载荷大小,车体都处于同一高度。当空气弹簧因为压力变化而改变长度时,中立机构中的变截面轴9相对套筒8运动,在某个位置,中立进气开关6和中立放气开关7都处于关闭状态,此时空气弹簧腔体既不进气,也不放气,这就是中立位置(见图3)。当车辆载荷增加时,弹簧所受载荷随之增加,其长度变短,车体低于中立位置,中立进气开关6的顶杆受到变截面轴9的挤压,气路打开,系统来气经基准室进气开关1和中立进气开关6进入基准室A,基准室A内的压力随之升高,膜片C在压差作用下挤压气弹簧室进气开关2,气弹簧室进气(见图2),弹簧伸长,当弹簧伸长到中立位置时,中立进气开关6关断,基准室A停止进气,但因气弹簧室进气开关2尚未回复到中立位置,气弹簧室会继续进气,压力升高,直至膜片C回复到中立位置,气弹簧室停止进气。当车体高于中立位置时,通过中立放气开关7控制基准室A放气,膜片C挤压气弹簧室放气开关3,实现气弹簧室放气,使车体回到中立位置。
(2)行驶过程的主动控制
正常行驶时,气弹簧室、基准室A压力相等,膜片C和空气弹簧处于中立位置。当行驶中遇到凹坑时,空气弹簧伸长,车轮迅速向下运动,导致气弹簧室气体压力下降,低于基准室压力,膜片C挤压基准室进气开关2和基准室放气开关4,气弹簧室进气,当气弹簧室压力恢复到基准室A的压力值后,停止进气(见图4);当行驶中遇到路面凸起时,气弹簧室压力升高,膜片C挤压基准室进气开关1和气弹簧室放气开关3,气弹簧室放气。通过控制,基本保持了气弹簧室压力不变,保持了车体的相对稳定。这里需要对基准室进气开关1和基准室放气开关4的作用加以说明,如前所述,当车辆遇凹坑时弹簧会伸长,基准室进气开关2打开给气弹簧室充气,但如果没有基准室放气开关4的存在(因为此时弹簧高于中立位置,开关7处于打开放气状态),就会出现同时充、放气现象,影响调节能力,并造成浪费,有了基准室放气开关4,就可以在气弹簧室进气时关断放气管路。
(3)俯仰和侧倾控制
在加、减速和转弯过程中,都会因为车轮所受摩擦力与重心不重合而产生附加力矩,使车体出现俯仰或侧倾趋势。对其控制的最大难点在于它与行驶过程的控制要求相反,以前轮为例,正常行驶遇凸起时是车轮向上运动,导致气弹簧室压力升高,要求放气。刹车时是车体向下运动,同样是气弹簧室压力升高,不但不允许放气,还要设法增大刚度,以减小车辆低头趋势。
摆锤12在相对车体没有加速度时,球面支架10上的孔15和摆锤12上的孔11相通,当车辆有水平方向的加速度时,摆锤12会在惯性力的作用下,绕支撑球面转动,孔错开,关断气弹簧室与附室的连通,支撑刚度迅即增加,大大减少俯仰或侧倾的作用。同时因为气流不通,膜片C不再产生变形,1号~4号控制开关失去作用,巧妙解决了两种条件下的矛盾。
供车辆悬挂用。