CN103625233A - 一种车辆一体式惯质悬架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆一体式惯质悬架。其由弹性元件、阻尼元件、惯质蓄能器三种元件组成。结合飞轮旋转式滚珠丝杠惯质蓄能器的特点，在其飞轮室注满油液并进行严格密封，利用飞轮旋转时与油液的粘滞力实现阻尼效果。惯质蓄能器与阻尼在同一飞轮室内进行工作，极大的节省了悬架的安装空间。弹簧经预紧后安装在行程室与飞轮室之间起到支撑保护作用，同时也防止飞轮室内油液的泄漏。通过更换不同的油液，可获得不同的悬架阻尼系数，方便可行。本发明将惯质蓄能器运用于车辆悬架中，可有效提升悬架性能，且结构紧凑，便于安装，不需要外界能量输入与复杂的控制器，具有极大的应用价值。

Description

一种车辆一体式惯质悬架

技术领域

本发明涉及一种车辆悬架结构，特指一种车辆一体式惯质悬架结构。

背景技术

悬架作为缓冲和衰减路面不平度冲击的重要部分，其很大程度决定了汽车的乘坐舒适性和行驶安全性。悬架可分为主动、半主动和被动悬架三种。主动悬架与半主动悬架的应用，由于控制器设计复杂、成本昂贵、时滞等因素受到限制，因此充分挖掘被动悬架的潜力仍是重要的研究课题。

惯质蓄能器的产生完善了传统的机电比拟理论，实现了电学元件中电容、电阻、电感与机械元件中惯质蓄能器、阻尼、弹簧的严格对应。惯质蓄能器也被许多学者运用于机械隔振领域，并取得了良好的效果。惯质蓄能器的实现形式有机械式、液力式等，其中机械式主要分为齿轮齿条式和滚珠丝杠式。滚珠丝杠式惯质蓄能器主要运用滚珠丝杠副将滚珠丝杆的绕轴向旋转运动转换成滚珠丝杠螺母的沿轴向的直线运动，也可将滚珠丝杆的轴向直线平动转换成滚珠丝杠螺母的旋转运动。飞轮旋转式滚珠丝杠惯质蓄能器即采用将丝杠螺母的上下平动，转换为丝杆（含飞轮）的旋转运动。其惯质系数表达式为：

其中，b为惯质系数，P为丝杆螺距，I为飞轮与丝杠的转动惯量之和。

       中国专利200910103050.1公开了一种含有螺旋飞轮转换装置的悬架结构，分析其特性可知，螺旋飞轮转换装置的特点与滚珠丝杠式惯质蓄能器相似，均起到了对质量放大的效果。运用惯质蓄能器的悬架性能可有效得到提升，并可改善车辆的行驶平顺性与操纵稳定性。如何设计出一种含有惯质蓄能器且结构紧凑的车辆悬架结构成为了亟待解决的难题。

    根据流体力学的研究，当雷诺数<2000时，液体为层流状态，需要考虑液体的粘滞阻力。结合飞轮旋转式滚珠丝杠惯质蓄能器的特点，通过改进传统悬架中阻尼阀形式的减震器，利用油液粘滞力在机械运动过程中形成阻尼的现象，设计出一种结构紧凑、易于装配的含惯质蓄能器车辆悬架。

发明内容

为提升车辆传统被动悬架性能，设计出一种运用惯质蓄能器的车辆悬架结构。本发明将阻尼元件与飞轮旋转式滚珠丝杠惯质蓄能器共用飞轮室，弹簧元件安装在飞轮室与行程室之间，形成一体式结构。其结构紧凑，不需要外部能量输入及复杂的控制器，且易于工程布置安装。

本发明所采用的技术方案是：包括上吊耳、飞轮、密封结构、活塞杆、丝杠螺母、下吊耳、行程室、弹簧、油液和飞轮室；所述上吊耳与飞轮室上端相铰接，飞轮室为密闭腔体，飞轮设于飞轮室，飞轮室中布满油液，活塞杆上端与飞轮的下端相铰接或键连接，飞轮与活塞杆共同做旋转运动；活塞杆从飞轮室的下端伸出，活塞杆与飞轮室之间设有弹性密封结构，活塞杆与密封结构配合部分为圆柱轴，其余部分为螺旋丝杆；弹簧套在活塞杆上，弹簧经预紧后设于飞轮室和行程室之间；丝杠螺母与活塞杆的丝杆部分为螺旋啮合，丝杠螺母与行程室的上端铰接为一体，活塞杆穿过丝杠螺母伸入行程室内，随着丝杠螺母的上下往复运动，活塞杆在行程室内做旋转运动，行程室的下端与下吊耳相铰接；上吊耳与车身相连，下吊耳与车轮相连。

以飞轮旋转式滚珠丝杠惯质蓄能器为基础，将飞轮限位于飞轮室，飞轮与活塞杆共同做旋转运动，丝杠螺母与行程室固结为一体，滚珠丝杠副将丝杠螺母的上下往复运动转换为活塞杆与飞轮的旋转运动，使得飞轮只能在飞轮室做旋转运动，由此完成对飞轮质量的“封装”，实现惯质蓄能器的效果。将飞轮室充满油液并严格密封，飞轮在旋转过程中，其表面与油液的粘滞力会阻碍飞轮的旋转运动，由此实现阻尼效果。根据流体力学知识可知，不同的油液可得到不同的阻尼效果，因此可以通过改变油液的种类来获取不同的阻尼系数。弹簧元件安装于飞轮室与行程室之间，并加以预紧，使得飞轮室内密封结构紧紧压紧飞轮室下端，避免油液的泄漏。由于惯质蓄能器与阻尼元件共用飞轮室，同时实现了阻尼与惯质蓄能器的作用，因此大大减小了悬架布置空间。

本发明的有益效果是：

1、在不增加传统被动悬架安装空间的同时，将惯质蓄能器运用于悬架结构中，无需外界提供能量输入与复杂昂贵的控制器，即可有效提升悬架性能。

2、通过选择不同油液类型，即可获得不同的悬架阻尼系数。

3、其一体式惯质悬架结构紧凑，方便安装。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是一种车辆一体式惯质悬架示意图。

图中，1.上吊耳，2.飞轮，3.密封结构，4.活塞杆，5.丝杠螺母，6.下吊耳，7.行程室，8.弹簧，9.油液，10.飞轮室。

具体实施方式

在图1中，上吊耳1与飞轮室10上端相铰接，飞轮室10为密闭腔体，飞轮2设于飞轮室10中，飞轮室10中布满油液9，活塞杆4上端与飞轮2下端相铰接或键连接，飞轮2与活塞杆4共同做旋转运动；活塞杆4从飞轮室10下端伸出，活塞杆4与飞轮室10之间设有弹性密封结构3，活塞杆4与密封结构3配合部分为圆柱轴，其余部分为螺旋丝杆；弹簧8套在活塞杆4上，弹簧8经预紧后设于飞轮室10和行程室7之间；丝杠螺母5与活塞杆4的丝杆部分为螺旋啮合，丝杠螺母5与行程室7的上端铰接为一体，活塞杆4穿过丝杠螺母5伸入行程室内，随着丝杠螺母5的上下往复运动，活塞杆4在行程室7内做旋转运动，行程室7下端与下吊耳6相铰接。弹簧8经预紧后通过弹簧支撑座设于飞轮室10和行程室7之间，弹簧支撑座分别铰接在飞轮室10下端、行程室7上端。

上吊耳1与车身相连，下吊耳6与车轮相连，由此完成车辆一体式惯质悬架的安装。

当汽车在颠簸的道路上行驶时，来自路面不平度的冲击使得悬架上吊耳1与下吊耳6之间做上下往复运动，由于丝杠螺母5与行程室7的上端铰接为一体、行程室7的下端与下吊耳6铰接为一体，滚珠丝杠副将上吊耳1与下吊耳6之间的上下往复运用转换为活塞杆4在行程室7内的旋转运动，与此同时旋转的还有飞轮2，当飞轮2在飞轮室10中做旋转运动时，油液9与飞轮2表面的粘滞力将阻碍飞轮2的旋转运动。根据流体力学知识，作用于两无限长平板间液体的剪应力为：

其中，

为液体动态粘滞系数，为两平板相对速度，

为两平板间距离。由此可得飞轮2表面所受液体的剪力矩为：

其中，

为飞轮外表面积，

为飞轮半径，

为飞轮角速度。又根据螺旋啮合原理：

，

因此可得：

由公式可以看出，除了固有元件的尺寸外，该车辆一体式惯质悬架的阻尼系数与液体的动态粘滞系数有关，如更换不同的液体，即可获得不同阻尼系数的惯质悬架。

Claims (2)

1.一种车辆一体式惯质悬架，其特征在于，包括上吊耳（1）、飞轮（2）、密封结构（3）、活塞杆（4）、丝杠螺母（5）、下吊耳（6）、行程室（7）、弹簧（8）、油液（9）和飞轮室（10）；所述上吊耳（1）与飞轮室（10）上端相铰接，飞轮室（10）为密闭腔体，飞轮（2）设于飞轮室（10），飞轮室（10）中布满油液（9），活塞杆（4）上端与飞轮（2）的下端相铰接或键连接，飞轮（2）与活塞杆（4）共同做旋转运动；活塞杆（4）从飞轮室（10）的下端伸出，活塞杆（4）与飞轮室（10）之间设有弹性密封结构（3），活塞杆（4）与密封结构（3）配合部分为圆柱轴，其余部分为螺旋丝杆；弹簧（8）套在活塞杆（4）上，弹簧（8）经预紧后设于飞轮室（10）和行程室（7）之间；丝杠螺母（5）与活塞杆（4）的丝杆部分为螺旋啮合，丝杠螺母（5）与行程室（7）的上端铰接为一体，活塞杆（4）穿过丝杠螺母（5）伸入行程室（7）内，行程室（7）的下端与下吊耳（6）相铰接；上吊耳（1）与车身相连，下吊耳（6）与车轮相连。

2.根据权利要求1所述的一种车辆一体式惯质悬架，其特征在于，所述弹簧（8）经预紧后通过弹簧支撑座设于飞轮室（10）和行程室（7）之间，所述弹簧支撑座分别铰接在飞轮室（10）下端、行程室（7）上端。

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