CN102941789A - 一种电动汽车的减震方法及杠杆式非独立悬挂桥装置 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车的减震方法及杠杆式非独立悬挂桥装置，属于电动车辆领域。其特征在于：还包括悬挂桥，将车轮与悬挂桥相连，采用主力弹簧将悬挂桥与车体相连，在悬挂桥的端部靠近车轮处设置辅助弹簧，辅助弹簧内设置减震器，减震器的一端与悬挂桥相连、另一端与车体相连，辅助弹簧套在减震器上。本发明由于将两根主力弹簧设置在了车辆主体重量的悬挂桥上，主力弹簧的负载能力只能匹配车辆净质量，在靠近车轮部位设置辅助弹簧，只负载人员重量。当车轮过障碍物而抬起时，利用杠杆原理，主力弹簧的压缩尺寸大大减小，极大地减轻了弹簧弹力对车辆的震动冲击；另外，悬挂桥倾斜抬起产生的支点变化，反作用到轮胎上的力已大大减小，使产生颠簸的能量降低；大大提高了减震效果。

Description

一种电动汽车的减震方法及杠杆式非独立悬挂桥装置

技术领域

本发明属于电动车辆领域，具体涉及一种电动汽车的减震方法及悬挂桥装置。

背景技术

随着原油价格的持续上涨和国内环保的需要，新能源汽车成为国家重点扶持发展的一个产业。多年来，电动汽车逐步被百姓所接受并由政府推动发展。电动汽车的能量源是电池，但目前由电池驱动的电动车在速度和续驶里程方面都存在不足之处，原因就是电池容量、电池自重及车自身重量的矛盾一直没有得到很好的解决。如果车身自重太大，起步、爬坡及高速会很快将有限的电容量消耗掉。行之有效的办法便是减轻车身重量，使起步、爬坡及高速有大幅度提高。所以在电动汽车领域，一直以来相关技术人员致力于不断降低车身自重的研究，包括设计新结构，采用新材料等。

但随之而来的一个问题又出现，那就是驾车的舒适性。避震是提高驾车舒适的必要手段。现有技术中的以汽油为动力源的汽车，由于车身重，因而避震效果也非常好。一般来讲，车身越重、乘客重量占车身重量的比例越小则减震效果越明显，当然也要充分考虑车辆本身的固有频率、弹簧的固有频率及路面情况等等。现有技术中的汽车，其减震是通过悬挂桥、弹簧和减震器来实现的。其悬挂桥一般分为独立和非独立两种。独立悬挂桥中，每个车轮单独通过一套弹簧悬挂安装于车身底盘上，车桥采用断开式，中间一段固定于车架或者车身上，此种悬挂方式下两边车轮受冲击时互不影响。非独立式悬挂中，两侧车轮安装于一根整体式车桥上，车桥通过四根弹簧钢板悬挂在车体底盘上，这种悬挂结构简单，传力可靠，但两轮受冲击震动时互相影响。

家庭轿车或商务车等小型汽车，一般采用独立悬挂桥。市场上的电动汽车也是普遍采用独立悬挂桥。在小型汽车的减震系统中，弹簧至关重要。弹簧应能将整个车体、电池连同乘客组成的总重量一起顶起来。除此之外，对弹簧的弹性也有要求。当车轮在路面行驶遇到障碍物时，车轮和悬挂桥一起被抬起，弹簧被压缩，在此情况下若弹簧的被压缩量恰好等于弹簧的最大变形量，则属于柔性状态，减震效果是最好的。如果弹簧过粗弹力过大，则车轮遇到障碍物弹簧被很少量压缩，颠簸严重，将会使车内乘客感觉到车辆没有弹性而引起不适，严重时会在车内跳起。如果弹簧过细弹力过小，则弹簧被压缩到极限后也无法支撑起整个车辆，弹簧失去弹性，车辆没有了减震效果。车身的颠簸要以弹簧的压缩程度来衡量，即：压缩越大，反作用力越强，则弹起幅度越大，弹力越强，颠簸越严重。这个问题有时会显得很矛盾。

鉴于在小型汽车的减震系统设计中，弹簧的作用如此之大。汽车制造商在设计制造车辆时，会预先对弹簧进行设计。其设计所考虑的因素是车体自重另加车内最多载客量的平均体重总和。由于传统汽车的车体自重很大，例如：各类名牌轿车，车重基本在1.5—2吨之间，有的能达到3吨之重。与此相比，乘客体重所占的比例就很低了。即使车内有五位乘客，其平均体重之和占车内总体重的比例也不过是20%左右。

因此，传统小型轿车中，无论乘客多少，对减震效果的影响是微乎其微的。但对于电动汽车而言，情况就不一样了。由于受电池容量的影响，电动汽车的车体自重要降低，现在市场上普遍销售的4人座电动汽车，其车身连同电池的总质量一般在600千克左右。如果车内只有一名司机，那么司机的重量占整体重量的比例约为10%。如果车内坐满有四位乘客，则乘客的总重量占整体重量的比例上升为约50%。由此可见，电动汽车中，乘客重量所占的比例范围在10%-50%之间，跨度很大。这种情况下对减震系统的设计就显得尤为重要。

鉴于电动汽车中，乘客的重量变化程度对整体车重而言，所占比例很高，因此再采用传统的减震系统设计原理已显然不能满足需要。然而困难的是如何设计一套巧妙的减震系统，来抵消掉乘客重量变化区间大的影响。无论如何设计，对于本领域的技术人员而言，绕不开的是必须采用弹簧来设计避震减震系统。因此，解决问题的关键点是对于弹簧的精心布局和设计。基于电动汽车的低廉价格，不能大范围地增加减震系统的成本，而只能从采用现有的弹簧性能出发来攻克这一难关。多年以来，尽管本领域的技术人员苦苦思索，一直没有找到合适的解决方案。因此，市面上现有的电动汽车依然是减震效果差，在不良路面上行驶时，乘客经常被巨烈的颠波所苦恼。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种电动汽车的减震方法及杠杆式非独立悬挂桥装置，应用于重量轻的电动汽车上，能大大提高减震效果，乘坐舒适。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：设计一种电动汽车的减震方法，车轮与悬挂桥相连，采用主力弹簧将悬挂桥与车体相连，其特征在于：

⑴先根据整车连同电池的质量总和M来设计主力弹簧，使所有主力弹簧的最大弹力K满足如下条件：K/(M*9.8)=1—1.2；

⑵将车轮与悬挂桥相连，采用主力弹簧将悬挂桥与车体相连，每一个悬挂桥上设置两个主力弹簧；

⑶在悬挂桥的端部靠近车轮处设置辅助弹簧，辅助弹簧按如下a或b设置：

a: 辅助弹簧的一端与悬挂桥相连、另一端与车体相连；

b: 在悬挂桥的端部靠近车轮处设置减震器，减震器的一端与悬挂桥相连、另一端与车体相连，辅助弹簧套在减震器上；

⑷根据乘客的平均质量M1来选择辅助弹簧，使所有辅助弹簧的最大弹力K1满足如下条件：K1/(M1*9.8)=1—1.5。

本发明中，与辅助弹簧相邻的那一根主力弹簧，其中心线离车轮内侧面的距离L1和离悬挂桥中心点的距离L2之间的比值为1:2—1:0.5。根据电池安装的位置来确定主力弹簧的安装位置，使全部主力弹簧恰好位于电池的下方。每一个悬挂桥上的主力弹簧采用两根，两根主力弹簧将悬挂桥沿长度方向均分三等份。辅助弹簧的下端朝相邻的车轮方向倾斜。

作为实现上述减震方法的具体装置，本发明提供一种电动汽车的杠杆式非独立悬挂桥装置，包括车轮、悬挂桥、与悬挂桥相连的主力弹簧，其特征在于：还包括悬挂桥，将车轮与悬挂桥相连，采用主力弹簧将悬挂桥与车体相连，在悬挂桥的端部靠近车轮处设置辅助弹簧，辅助弹簧按如下a或b设置：

a: 辅助弹簧的一端与悬挂桥相连、另一端与车体相连；

b: 在悬挂桥的端部靠近车轮处设置减震器，减震器的一端与悬挂桥相连、另一端与车体相连，辅助弹簧套在减震器上；

每一个悬挂桥上的主力弹簧的数量为两根，一侧的辅助弹簧位于同侧的车轮和主力弹簧之间。

本发明所述的电动汽车的杠杆式非独立悬挂桥装置中，与辅助弹簧相邻的那一根主力弹簧，其中心线离车轮内侧面的距离和离悬挂桥中心点的距离之间的比值为1:2—1:0.5。全部主力弹簧恰好位于电池的下方。辅助弹簧的下端朝相邻的车轮方向倾斜。

本发明所具有的有益效果是：

⒈由于将两根主力弹簧设置在了电池下方的悬挂桥上，当车轮过障碍物而抬起时，利用杠杆原理，主力弹簧的压缩量大大减小，极大地减轻了弹簧弹力对车辆的震动冲击；另外，悬挂桥倾斜抬起产生的支点变化，反作用到轮胎上的力已大大减小，使产生颠簸的能量降低；大大提高了减震效果。

⒉本发明对于弹簧的设计采用了不同于现有技术的创新型原理思路，主力弹簧仅用于支撑车体连同电池的重量，另外增设了辅助弹簧用于支撑乘客的重量。如此设计后，主力弹簧的最大弹力降低，减轻了对车体的震动；而车内乘客的重量均由辅助弹簧支撑后，无论车内乘客多少，均不影响减震效果。

⒊由于在悬挂桥的端部靠近车轮处设置了辅助弹簧和减震器，当车辆行驶受到障碍物冲击时，首先轮胎将冲击能量传给辅助避震器，因为微形避震器很柔软，行程较大，压缩幅度和力的变化不很明显，所以传递在车体上的能量由乘客本身质量即可基本吸收。

⒋本发明设计原理新颖、思路开阔，只需在现有技术基础上稍加改进即可，但起到的减震效果却极为明显，适合于在电动汽车领域大范围推广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为不合理设计的对比示意图；

图3为图1的悬挂桥立体结构示意图；

图中，⒈主力弹簧，⒉车体，⒊主力弹簧，⒋辅助弹簧，⒌辅助弹簧，⒍减震器，

⒎车轮，⒏悬挂桥，⒐电池。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步阐述。

本发明应用于电动汽车上所采用的减震方法如下：

将车轮与悬挂桥相连，采用主力弹簧将悬挂桥与车体相连，构成非独立悬挂减震系统。

先根据整车连同电池的质量总和M来设计主力弹簧，使所有主力弹簧的最大弹力总和K满足如下条件：K/(M*9.8)=1，即所有主力弹簧的最大弹力总和K与整车连同电池的质量总和M乘以9.8是相等的。当然，这种设计是理想化的。为了留有一定余量，可以使K/(M*9.8)=1.1，最好不要超过1.2。因为，一旦K/(M*9.8)的比值过大，将给减震系统的设计带来困难，使本发明所述的减震方法失去意义。

在每一个悬挂桥上设置两根主力弹簧，一侧的辅助弹簧位于同侧的车轮和主力弹簧之间，紧靠车轮位置，整车的前后桥即有四根主力弹簧。

在悬挂桥的端部靠近车轮处设置辅助弹簧，可以使辅助弹簧辅助弹簧的一端与悬挂桥相连、另一端与车体相连。也可以在悬挂桥的端部靠近车轮处设置减震器，减震器的一端与悬挂桥通过铰链相连、另一端与车体通过铰链相连，辅助弹簧套在减震器上。

根据乘客的平均质量M1来选择辅助弹簧，使所有辅助弹簧的最大弹力K1满足如下条件：K1/(M1*9.8)=1，即所有辅助弹簧的最大弹力K1与乘客的质量M1乘以9.8是相等的。当然，这种设计是理想化的。为了留有一定余量，可以使K1/(M1*9.8)=1.2或1.3，最好不要超过1.5。因为，一旦K1/(M1*9.8)的比值过大，将给减震系统的设计带来困难，使本发明所述的减震方法失去意义。在计算乘客平均质量M1时可根据消费群的普遍情况并结合我国成年人的平均体重来计算。如果按照国家标准计算，乘客的平均体重为70KG。当然，乘客平均质量M1的计算值偏大或偏小，其实对减震系统的设计影响不大。究其原因是乘客的平均质量弹性变化区间不大，一般也就是在30千克左右内变化，这种变化可被主力弹簧和辅助弹簧一起吸收。

以下结合附图1、2、3来阐述本发明的具体结构和原理：

车轮7安装在悬挂桥8上，采用主力弹簧1、3将悬挂桥8与车体2相连，主力弹簧1、3位于电池9的下方；在悬挂桥8的两端靠近车轮7处分别设置辅助弹簧5、4，在辅助弹簧5、4内均设置减震器6，减震器6的一端与悬挂桥8相连、另一端与车体7相连。如此，由辅助弹簧、减震器、主力弹簧和悬挂桥构成了电动汽车的减震系统。

如此设计后，四根主力弹簧恰能将车体连同电池支撑。车辆平地行驶时，主力弹簧的被压缩量恰好等于其最大压缩距离，车辆处于柔性减震状态。

按照上述设计，一旦车内有乘客，则整体重量将会大于四根主力弹簧的最大弹力总和，这种情况显然不被允许。解决这个问题是由辅助弹簧来实现的，辅助弹簧用于支撑乘客的重量。辅助弹簧的设计原理如下：应按照每位乘客体重70KG为标准配置辅助弹簧。每辆车上只能有四只辅助弹簧，设计时还要考虑乘客位于距前悬挂桥和后悬挂桥位置来衡定前后辅助弹簧的设计承载量。因此，对于两人座车辆而言，由四根辅助弹簧支撑两位乘客的重量，其每根辅助弹簧承载质量应略大于35KG；对于四人座车辆，其每根辅助弹簧承载质量应略大于70KG。

如图1所示，当车辆行驶在路面上，一侧受到障碍物冲击时，首先车轮7将冲击能量传给减震器6，由于减震器6很柔软，行程较大，辅助弹簧5压缩幅度和力的变化不很明显，所以传递在车体2上的能量经乘客本身质量即可吸收。而颠簸的力经悬挂桥8传到主力弹簧1、3时，由于悬挂桥8为杠杆式桥，桥体受外力弹起时，主力弹簧的被压缩距离大大降低，弹簧的反作用力也大大降低。这个反作用力的变化会产生两个效果：1、虽然车轮上下运动幅度较大，但经过悬挂桥的中间位置时，上下运动幅度已大大减小，使主力弹簧不会产生大的压缩、释放。主力弹簧压缩幅度的明显缩小，有效的避免了产生很强的反作用力。2、经过杠杆后的力，因产生的支点变化，反作用到车轮上的力已大大减小，使产生颠簸的能量降低。

辅助弹簧的下端朝相邻的车轮方向倾斜是较为适宜的。辅助弹簧的安装角度要符合如下原则：在以主力弹簧B点为定点,以至车轮外缘的距离为半径画一圆弧，辅助弹簧的上安装点和下安装点刚好处在该圆弧内，使行程导柱不产生斜阻。因为在此情况下，弹簧的伸缩方向与车轮的倾斜方向一致，可以更好地吸收车轮给车体施加的震动冲击力。

因此，利用杠杆原理设计的悬挂桥减震系统，既能承受本身重量，而当遇到巨烈颠簸时，又能利用其特殊的杠杆原理化解外来能量使驾驶的舒适度大大提高。

图1中标示出了车辆在遇到障碍物时悬挂桥的受力变化。以车辆左侧车轮遇到障碍物为例，悬挂桥的A点受到向上的震动力，悬挂桥的左侧向上抬起，则悬挂桥的B点离车体的竖向距离变小，C点离车体的距离基本无变化，由此可视C点为定点，此即为杠杆原理。在此原理下，B点的主力弹簧弹性变化很小，C点的主力弹簧弹性基本无变化，而车轮巳经被障碍物抬起很高，根据杠杆原理，作用在车体上的颠波力却很小。如此，大大减小了对车辆的震动冲击。

图2标示出了不合理设计时，电动汽车遇到障碍物时的情况。由图可知，车轮遇到障碍物时，主力弹簧5直接被大范围压缩，将震动力直接传递给了车体2。如此设计，自然对车辆的避震减震效果带来很大影响。

理论上讲，主力弹簧越远离车轮，其被压缩时的弹性变化越小，自然对减震就越有利。但从支撑车体的平衡性角度来讲，主力弹簧应离车轮的距离近一些比较好。显然这是矛盾着的。经过试验分析，主力弹簧在悬挂桥上的位置设置最好符合如下条件：与辅助弹簧相邻的那一根主力弹簧，其中心线离车轮内侧面的距离L1和离悬挂桥中心点的距离L2之间的比值为1:2—1:0.5，比值为1:1也可，其最佳值为1:0.5。

这种杠杆式非独立悬挂桥的结构是当大能量颠簸产生时，这个力不是直接传给大弹簧，使其大弹簧大尺寸压缩，从而产生很强的反作用力，迫使车身吸收能量后又快速释放，产生车身大幅度弹起，引起乘员不适。而是经过杠杆后再传给大弹簧，这个力就产生了很大的变化。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种电动汽车的减震方法，其特征在于：

⑴先根据整车连同电池的质量总和M来设计主力弹簧，使所有主力弹簧的最大弹力K满足如下条件：K/(M*9.8)=1—1.2；

⑵将车轮与悬挂桥相连，采用主力弹簧将悬挂桥与车体相连，每一个悬挂桥上设置两个主力弹簧；

⑶在悬挂桥的端部靠近车轮处设置辅助弹簧，辅助弹簧按如下a或b设置：

a: 辅助弹簧的一端与悬挂桥相连、另一端与车体相连；

b: 在悬挂桥的端部靠近车轮处设置减震器，减震器的一端与悬挂桥相连、另一端与车体相连，辅助弹簧套在减震器上；

⑷根据乘客的平均质量M1来选择辅助弹簧，使所有辅助弹簧的最大弹力K1满足如下条件：K1/(M1*9.8)=1—1.5。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车的减震方法，其特征在于：与辅助弹簧相邻的那一根主力弹簧，其中心线离车轮内侧面的距离L1和离悬挂桥中心点的距离L2之间的比值为1:2—1:0.5。

3.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车的减震方法，其特征在于：根据电池安装的位置来确定主力弹簧的安装位置，使全部主力弹簧恰好位于电池的下方。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车的减震方法，其特征在于：每一个悬挂桥上的主力弹簧采用两根，两根主力弹簧将悬挂桥沿长度方向均分三等份。

5.根据权利要求3所述的一种电动汽车的减震方法，其特征在于：辅助弹簧的下端朝相邻的车轮方向倾斜。

6.一种电动汽车的杠杆式非独立悬挂桥装置，包括车轮及主力弹簧，其特征在于：还包括悬挂桥，将车轮与悬挂桥相连，采用主力弹簧将悬挂桥与车体相连，在悬挂桥的端部靠近车轮处设置辅助弹簧，辅助弹簧按如下a或b设置：

a: 辅助弹簧的一端与悬挂桥相连、另一端与车体相连；

b: 在悬挂桥的端部靠近车轮处设置减震器，减震器的一端与悬挂桥相连、另一端与车体相连，辅助弹簧套在减震器上；

每一个悬挂桥上的主力弹簧的数量为两根，一侧的辅助弹簧位于同侧的车轮和主力弹簧之间。

7.根据权利要求6所述的一种电动汽车的杠杆式非独立悬挂桥装置，其特征在于：与辅助弹簧相邻的那一根主力弹簧，其中心线离车轮内侧面的距离和离悬挂桥中心点的距离之间的比值为1:2—1:0.5。

8.根据权利要求6或7所述的一种电动汽车的杠杆式非独立悬挂桥装置，其特征在于：全部主力弹簧恰好位于电池的下方。

9.根据权利要求6或7所述的一种电动汽车的杠杆式非独立悬挂桥装置，其特征在于：辅助弹簧的下端朝相邻的车轮方向倾斜。

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