CN102092260B - 机械式车辆主动悬挂装置 - Google Patents

Abstract

一种机械式车辆主动悬挂装置，解决了现有技术的不足，即采用电子技术的该装置仅控制系统就需3000美元，其维护费用亦高。其特征是基准室(A)经管路与带惯性开关(5)的气弹簧附室(B)之间设置有膜片(C)。基准室(A)、气弹簧附室(B)与气弹簧主室(D)经管路连接。其优点是：膜片(C)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。惯性开关(5)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。球体(16)上的孔，实现了任一方向的关断功能。管路连接巧妙、复杂、奇特，使诸功能得以实现，且相互间无干扰。无复杂工艺，极易推广、应用，对车辆悬挂装置是一次重大的改革。供车辆悬挂用。

Description

机械式车辆主动悬挂装置

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：

基准室进气开关经管路与气弹簧主室D内的中立进气开关连接。中立进气开关又与基准室A连通，用于中立控制。

气弹簧附室进气开关既与气弹簧附室相通又与气源连接。

气弹簧室放气开关既与气弹簧附室连通又通大气。

基准室放气开关既与气弹簧主室D内的中立放气开关连接又通大气。

基准室A与带惯性开关的气弹簧附室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，惯性开关连接于该管路上并置于气弹簧附室B内。

中立放气开关与基准室A连接。

在中立进气开关和中立放气开关之间设置有置于套筒内的变截面轴，并与中立进气开关和中立放气开关一并组成中立机构。

惯性开关由球面支架、摆锤和堵塞三部分构成。

球面支架的构造是：带孔的支座内有一球面，该孔经管路与气弹簧主室D连通。

摆锤的构造是：球体上连接一惯性锤，摆锤上开有孔，该孔可与支座上的孔连通。

摆锤置于球面支架内。堵塞螺接于球面支架的内底面。

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为支座上的孔。

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。

Claims (3)

1.机械式车辆主动悬挂装置，由进气开关、放气开关、套筒、变截面轴、惯性开关构成，其特征在于：惯性开关(5)由球面支架(10)、摆锤(12)和堵塞(13)三部分构成，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；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；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)。 

2.根据权利要求1中所述的机械式车辆主动悬挂装置，其特征在于球面支架(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。 

3.根据权利要求1中所述的机械式车辆主动悬挂装置，其特征在于摆锤(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)可与支座上的孔(15)连通。 

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