CN105691138B - 汽车独立悬挂系统及汽车 - Google Patents

Abstract

一种汽车独立悬挂系统及汽车，悬挂系统包括分别与左右两侧车轮连接的左悬臂、右悬臂，还包括分别连接于左悬臂、右悬臂之间且交叉设置的第一减震器、第二减震器；沿上下方向，左悬臂上分布有左上连接点、左支承点以及左下连接点，右悬臂具有右上连接点、右支承点以及右下连接点，左支承点、右支承点用于与车架转动连接，第一减震器的两端与左上连接点、右下连接点转动连接，第二减震器的两端与左下连接点、右上连接点转动连接；左支承点至左上连接点之间的距离大于其至左下连接点的距离，右支承点至右上连接点之间的距离大于其至右下连接点的距离。本发明可以省去横向稳定杆的设置，同时增加悬挂系统的弹性阻尼和侧倾刚度。

Description

汽车独立悬挂系统及汽车

技术领域

本发明涉及汽车领域，具体涉及一种汽车独立悬挂系统及汽车。

背景技术

图1示出了一种传统的汽车独立悬挂系统，两侧的车轮1a、1b分别通过悬挂2a、2b各自独立地与车架或车身弹性连接。这样，在悬挂中主减震器(即与车架连接的减震器)的一定变形范围内，两侧车轮可以单独运动而互不影响，因此当汽车行驶在不平道路上时，可以减少车架和车身的震动。

为了防止汽车在转弯时发生过大的横向侧倾，尽量保持车身的平衡，两悬挂2a、2b之间通常设有弹性的横向稳定杆3。当汽车由于路面颠簸而发生弹跳时(此时两侧车轮跳动一致)，两侧悬挂变形相等，此时横向稳定杆不起作用，而由悬挂中的主减震器来提供弹跳阻尼以实现减震功能。当汽车发生侧倾时，由于两侧车轮跳动不一致，横向稳定杆将发生扭转，并通过其弹性力对车身继续侧倾形成一定的阻力，从而控制侧倾幅度，提高悬挂系统的侧倾刚度，以起到横向稳定的作用。

可见，横向稳定杆只有在汽车发生侧倾时才起作用，且横向稳定杆的弹性阻尼有限，因此侧倾刚度也很有限。而当汽车弹跳时，主要由悬挂中的主减震器来提供弹跳阻尼，以保证汽车行驶的平顺性，弹跳阻尼也很有限。

为了保证在不同的行驶工况下，悬挂系统都能够具有足够的侧倾刚度和弹跳阻尼，现有技术采用电子控制的方式，即将横向稳定杆和主减震器分别与车身控制单元相连，车身控制单元基于汽车行驶时的横向加速度、侧倾加速度等来改变横向稳定杆或主减震器的参数，以调节汽车在不同行驶工况下能够具备足够的侧倾刚度或弹跳阻尼。

但是，电子控制的成本昂贵、控制复杂度高。

发明内容

本发明解决的问题是现有悬挂系统中采用电子控制以提高侧倾刚度或弹跳阻尼的方式成本昂贵且控制复杂度高。

为解决上述问题，本发明提供一种汽车独立悬挂系统，包括分别与左右两侧车轮连接的左悬臂、右悬臂，还包括分别连接于所述左悬臂、右悬臂之间且交叉设置的第一减震器、第二减震器；

沿上下方向，所述左悬臂上分布有左上连接点、左支承点以及左下连接点，所述右悬臂具有右上连接点、右支承点以及右下连接点，所述左支承点、右支承点用于与车架转动连接，所述第一减震器的两端与所述左上连接点、右下连接点转动连接，所述第二减震器的两端与所述左下连接点、右上连接点转动连接；

所述左支承点至所述左上连接点之间的距离大于其至所述左下连接点的距离，所述右支承点至所述右上连接点之间的距离大于其至所述右下连接点的距离。

可选的，同一悬臂中支承点至上连接点的距离与支承点至下连接点的距离的比值不小于3。

可选的，同一悬臂中支承点至上连接点的距离与支承点至下连接点的距离的比值不小于5.7。

可选的，同一悬臂的上连接点、支承点和下连接点不在一条直线上。

可选的，所述悬臂相对于所述减震器的另一侧还包括用于连接对应一侧车轮的安装点；

所述悬臂有三个顶点，所述上连接点、下连接点和安装点分别位于所述三个顶点。

可选的，所述悬臂包括分别位于相邻两顶点之间的三条边，且至少有一条边朝向悬臂的内部凹进。

可选的，朝向悬臂内部凹进的边呈曲线状。

可选的，所述悬臂为板状。

可选的，所述第一减震器、第二减震器分别连接有弹性元件。

可选的，所述弹性元件为螺旋弹簧，套设于对应的减震器外。

可选的，所述第一减震器、第二减震器为摩擦式减震器、液压式减震器、气压式减震器或电磁式减震器。

可选的，所述悬挂系统为横臂式悬挂系统，所述左悬臂、右悬臂均为横臂；或者，所述悬挂系统为纵臂式悬挂系统，所述左悬臂、有悬臂均为纵臂；

所述悬挂系统为单悬臂式悬挂系统；或者所述悬挂系统为双悬臂式悬挂系统，所述左悬臂、右悬臂均为双悬臂式悬挂系统中的上悬臂或下悬臂。

本发明实施例还提供一种汽车，其包括上述任一项所述的悬挂系统。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

两减震器交叉设于左右悬臂之间且与悬臂上的上、下连接点连接，在上、下两个连接点之间设置用于与车架连接的支承点，且支承点至上连接点的距离大于其至下连接点的距离。这样的设置方式有以下优点：

第一，当汽车弹跳时，减震器与悬臂连接的两端朝向同一方向运动，使减震器能够被压缩、但不会被大幅压缩，从而对车身的弹跳形成了阻尼，从而在悬挂系统的主减震器之外，又提供了一个弹跳阻尼。

第二，当汽车发生侧倾时，其中一个减震器由于两端的运动方向彼此相对而被压缩，另一减震器由于两端的运动方向相背而被拉伸，由于减震器的拉伸阻力远远大于压缩阻力，则被拉伸的减震器由于阻力大而不能被大幅拉伸，同时影响被压缩的减震器不会被大幅压缩，弹性阻尼大。而传统的横向稳定杆是用弹簧钢制成的扭杆弹簧，弹性阻尼相对较小、较容易发生变形，侧倾刚度小。因此，相对于现有技术来说，本发明悬挂系统的侧倾刚度更大。

第三，交叉设置的第一减震器、第二减震器可以取代横向稳定杆的作用，并且，通过减震器的机械运动，能够同时增加悬挂系统的弹跳阻尼和侧倾刚度，且不需要电子控制设备，结构简单，成本低。

附图说明

图1是现有技术一种独立悬挂系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的悬挂系统的后视结构图；

图3本发明实施例的悬挂系统与车轮转向节之间的位置结构图；

图4示出了图2中的左悬臂的放大结构；

图5示出了图4中左悬臂各点之间的关系；

图6示出了在汽车弹跳时，本发明实施例的悬挂系统的工作方式；

图7示出了汽车弹跳时，对左悬臂的运动和受力分析；

图8示出了在汽车侧倾时，本发明实施例的悬挂系统的工作方式；

图9示出了汽车侧倾时，对右悬臂的运动和受力分析。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供一种汽车，其中包括独立悬挂系统。其中，该悬挂系统可以是汽车的前悬挂或者后悬挂。

如图2-3所示，独立悬挂系统位于汽车前部或后部，且位于左侧车轮11和右侧车轮12之间，其包括与左侧车轮11连接的左悬臂21、与右侧车轮12连接的右悬臂22，以及分别连接于左悬臂21、右悬臂22之间且交叉设置的第一减震器31、第二减震器32。本实施例中的独立悬挂系统为双横臂式悬挂，左右悬臂均为上横臂。

其中，第一减震器31、第二减震器32可以选用摩擦式减震器、液压式减震器、气压式减震器以及电磁式减震器中的任一种。

本实施例中，参照图2，第一减震器31外套设有第一弹性元件31a，第二减震器32外套设有第二弹性元件32a，其中第一弹性元件31a、第二弹性元件32a用于缓解冲击，第一减震器31、第二减震器32则用于吸收振动。本实施例中的弹性元件为螺旋弹簧。在其他实施例中，螺旋弹簧也可以不套设于减震器外，只要满足能够随着减震器的拉伸或压缩而拉伸或压缩即可；另外，弹性元件还可以是其他任一种具有弹性的部件。

沿上下方向，左悬臂21上分布有左上连接点21a、左支承点21c以及左下连接点21b，右悬臂22具有右上连接点22a、右支承点22c以及右下连接点22b。左支承点21c、右支承点22c用于安装车架(图中未示出)。第一减震器31的两端分别与左上连接点21a、右下连接点22b转动连接，第二减震器32的两端分别与左下连接点21b、右上连接点22a转动连接。

另外，左悬臂21相对于第一、第二减震器的另一侧还具有用于与左侧车轮11的左转向节11a连接的左安装点21d，同样的，右悬臂22相对于第一、第二减震器的另一侧也具有用于与右侧车轮12的右12a转向节连接的右安装点22d。左、右悬臂分别在左、右安装点与对应的转向节连接，并通过转向节连接至车轮。

本实施例中，参照图5，同一悬臂的上连接点、支承点和下连接点不在一条直线上。也就是说，上连接点和支承点之间的连线、与下连接点和支承点的连线之间呈一定的夹角，一般以钝角为佳，且钝角的开口朝向另一侧车轮。这样设置可以增加悬臂的强度，防止其在运动过程中发生断裂。

左、右悬臂为板状，且每一悬臂具有三个顶点，其上连接点、下连接点和安装点分别位于上述三个顶点。可以理解为，悬臂的形状接近于三角形，其包括分别位于相邻两顶点之间的三条边。

进一步地，同一悬臂的三条边均朝向悬臂内部凹进，这样可以增加悬臂在该部位的强度，以抵抗其在汽车行驶时对悬臂的作用力。具体地，三条边均呈曲线状。

在其他实施例中，三条边中，也可以只有一条或者两条边朝向悬臂内部凹进，其中内凹的边可以呈曲线状，也可以呈折角状。并且，悬臂也可以是板状之外的其他形状，例如，悬臂在靠近顶点的可以是柱状。

参照图4-5，左支承点21c至左上连接点21a之间的距离A大于其至左下连接点21b的距离B，同样的，右支承点22c至右上连接点22a之间的距离A大于其至右下连接点22b的距离B。图4中只示出了左悬臂21上各点之间的距离。其中，左、右悬臂的形状完全相同，第一、第二减震器的结构和参数也完全相同。

当汽车行驶时，由于受到地面的冲击，车轮会发生弹跳，并与于车架或车身之间发生相对运动。此时，左、右悬臂相对于车架或车身分别围绕左支承点21c、右支承点22c发生转动，从而带动第一减震器31、第二减震器32被拉伸或压缩。参照图4-5，以左悬臂21为例，由于距离A大于距离B，则当左悬臂21围绕左支承点21c发生转动时，左上连接点21a的运动距离要大于左下连接点21b的运动距离(图5)。同理，当右悬臂22围绕右支承点22c发生转动时，右上连接点22a的运动距离要大于右下连接点22b的运动距离。相应的，第一减震器31、第二减震器32上端的运动距离要大于下端的运动距离。

下面对汽车行驶于不同工况时，悬挂系统的工作方式作详细说明：

参照图6，当汽车弹跳时，此时，假设车身稳定，即左、右支承点的高度位置不变，那么相对于左、右支承点(即车架)来说，左侧车轮11和右侧车轮12的位置都被抬高，左、右悬臂将分别围绕对应的支承点转动。具体为：左悬臂21将围绕左支承点21c顺时针转动，右悬臂22将围绕右支承点22c逆时针转动。而正是因为左悬臂21和右悬臂22朝向相反方向的转动，从而带动第一减震器31、第二减震器32的两端能够朝向相同的方向运动。

如图6，对于第一减震器31来说，其两端均朝向右下方运动，且上端(与左上连接点连接的一端)的运动距离D1大于下端(与右下连接点连接的一端)的运动距离d1，第一减震器31被压缩。

对于第二减震器32来说，其两端均朝向左下方运动，且上端(与右上连接点连接的一端)的运动距离D2大于下端(与左下连接点连接的一端)的运动距离d2，第二减震器32被压缩。

因此，第一减震器31的变形量为D1与d1的差值，第二减震器32的压缩变形量为D2与d2的差值。减震器两端的运动方向相同使得其不会被大幅压缩，从而辅助悬挂系统中的主减震器抵抗地面的冲击，增加悬挂系统的弹跳阻尼，使得汽车行驶的平顺性有所提高。从这里可以看出，A的值必须要大于B的值，这样才能使得D1>d1、D2>d2，否则，如果A＝B，则D1＝d1、D2＝d2，第一减震器和第二减震器在汽车弹跳时将不能发生变形，也就不能产生弹性阻尼。如果A<B，则D1<d1、D2<d2，第一减震器和第二减震器在汽车弹跳时将被拉伸，而由于减震器的拉伸阻尼较大，以使得拉伸非常困难，那么变形将很难发生，其能产生弹性阻尼非常有限甚至几乎不能产生弹性阻尼。

参照图6并结合图7，以左悬臂为例，下面分析当汽车弹跳时，左悬臂中各点的偏移及受力情况，此时右悬臂的运动和受力情况与左悬臂相同。

如图6-7，当车轮向上弹跳时，左安装点21d受到一个向上的力Fd，相应的，左上连接点21a受到一个背向第一减震器31的力Fa，左下连接点21b受到一个背向第二减震器32的力Fb。假设：

第一、第二减震器的弹性系数为Ks；

左支承点21c与左安装点21d之间的距离为X；

左侧车轮向上发生1个单位的弹跳(图7中虚线引出部分的距离)。

那么，可以得出：

左上连接点21a发生的偏移量＝1*A/X；

左下连接点21b发生的偏移量＝1*B/X。

因此，第一减震器31的偏移量为＝(A-B)/X，第二减震器32的偏移量＝(A-B)/X。可见，第一、第二减震器的偏移量相等，则两者产生的弹性力也相等，弹性力＝Ks*(A-B)/X。也就是说，左上连接点21a受到的弹性力与左下连接点21b受到的弹性力相等，均为Ks*(A-B)/X。

对于左支承点21c来说，受到三个力矩的作用，分别是：在左上连接点21a产生的一个沿逆时针方向的力矩Ks*(A-B)*A/X，在左下连接点21b产生的一个沿顺时针方向的力矩Ks*(A-B)*B/X，以及在左安装点21d产生的一个沿顺时针方向的力矩Fd*X。左支承点21c所受力矩平衡，则：

Fd*X+Ks*(A-B)*B/X＝Ks*(A-B)*A/X

得到，左支承点21d受到的力Fd＝Ks*(A-B)²/X²

则，左支承点21d的弹跳阻尼系数Kd＝Fd/1＝Ks*(A-B)²/X²，即汽车的弹跳阻尼系数。

因此，对于左、右悬臂以及第一、第二减震器组成的系统来说，弹跳阻尼系数与(A-B)²正相关，由于A>B，弹跳阻尼系数始终大于零，则弹跳阻尼始终大于零，也就是说，本实施例的悬挂系统除了主减震器能够提供弹跳阻尼，第一减震器、第二减震器也始终能够提供弹跳阻尼，因此使得整个悬挂系统的弹跳阻尼得以提高。

参照图8，当汽车转弯或者由于地面不平而使得汽车发生侧倾时，假设如图8所示，地面朝向左侧车轮11倾斜，使得右侧车轮12的位置高于左侧车轮11。此时，假设车身稳定，即左、右支承点的高度位置不变，那么相对于左支承点21c来说，左侧车轮11的位置被降低；而相对于右支承点22c来说，右侧车轮12的位置被抬高，左、右悬臂将分别围绕对应的支承点转动。具体为：左悬臂21将围绕左支承点21c逆时针转动，右悬臂22也将围绕右支承点22c逆时针转动。而正是因为左悬臂和右悬臂朝向相同的方向转动，带动第一减震器31、第二减震器32的两端朝向相反的方向运动。

如图8，对于第一减震器31来说，其两端的运动方向相背，使得第一减震器31被拉伸，且其拉伸量为D1与d1的和，即：D1+d1。

对于第二减震器32来说，其两端的运动方向相对，使得第二减震器32被压缩，且其压缩量为D2与d2的和，即D2+d2。

也就是说，汽车侧倾时，第一减震器31由于两端的运动方向相背而被拉伸，第二减震器32由于两端的运动方向彼此相对而被压缩，由于减震器的拉伸阻力远远大于压缩阻力，则第一减震器31由于拉伸阻力大、使得其不能被大幅拉伸，相应地，第二减震器32也就不会被大幅压缩，从而对汽车的继续侧倾提供阻力，达到防止侧倾的目的。且第一减震器、第二减震器组成的结构在工作时的弹性阻尼远远大于横向稳定杆，相对于现有技术的悬挂系统来说，侧倾刚度更高。

参照图8并结合图9，以右悬臂为例，下面分析当汽车侧倾时，右悬臂中各点的偏移及受力情况，此时左悬臂的运动和受力情况与右悬臂相反，但对应的各点的偏移量和受力的大小均与右悬臂相同。

如图8-9，当侧倾时，右侧车轮向上弹跳，右安装点21d受到一个向上的力Fd，相应的，右上连接点21a受到一个背向第一减震器31的力Fa，右下连接点21b受到一个背向第二减震器32的力Fb。假设：

第一、第二减震器的弹性系数为Ks；

右支承点21c与右安装点21d之间的距离为X；

右侧车轮向上发生1个单位的弹跳(图9中虚线引出部分的距离)。

那么，可以得出：

右上连接点21a发生的偏移量＝1*A/X；

右下连接点21b发生的偏移量＝1*B/X。

因此，第一减震器31的偏移量为＝(A+B)/X，第二减震器32的偏移量＝(A+B)/X。可见，第一、第二减震器的偏移量相等，则两者产生的弹性力也相等，弹性力＝Ks*(A+B)/X。也就是说，右上连接点21a受到的弹性力与右下连接点21b受到的弹性力相等，均为Ks*(A+B)/X。

对于右支承点21c来说，受到三个力矩的作用，分别是：在右上连接点21a产生的一个沿逆时针方向的力矩Ks*(A+B)*A/X，在右下连接点21b产生的一个沿顺时针方向的力矩Ks*(A+B)*B/X，以及在右安装点21d产生的一个沿顺时针方向的力矩Fd*X。右支承点21c所受力矩平衡，则：

Fd*X+Ks*(A+B)*B/X＝Ks*(A+B)*A/X

得到，右支承点21d受到的力Fd＝Ks*(A+B)²/X²

则，右支承点21d的侧倾刚度系数Kd＝Fd/1＝Ks*(A+B)²/X²，即汽车的侧倾刚度系数。

因此，对于整个独立悬挂系统来说，侧倾刚度系数与(A+B)²正相关，且一旦悬臂的形状参数被设定，不管A与B的关系如何变化，均可以保证悬挂系统的侧倾刚度始终不变。

综上，本实施例的悬挂系统中，第一减震器31、第二减震器32相互交叉，设于左右悬臂之间，相比于现有技术，省去了横向稳定杆的设置。并且，通过第一减震器、第二减震器在不同工况下产生不同的机械运动，一方面能够增加在汽车侧倾时的侧倾刚度，另一方面在汽车弹跳时能够增加悬挂的弹跳阻尼，且不需要任何电子控制设备，结构简单，成本低。

对于汽车来说，侧倾刚度与弹跳阻尼的比值越小，则稳定性越好，驾驶舒适型越好。对于传统使用横向稳定杆的独立悬挂系统来说，侧倾刚度与弹跳阻尼的比值如果大于2，则汽车会出现横向晃动，乘员将出现“眩晕感”，驾驶舒适性就会大打折扣。对于本实施例的独立悬挂系统来说，由于第一减震器、第二减震器的调节作用，在保证驾驶舒适性的情况下，侧倾刚度与弹跳阻尼的比值可以达到4。相应地，左右悬臂中，支承点至上连接点的距离A与支承点至下连接点的距离B的比值不小于3，即(A/B)≥3。

进一步地，支承点至上连接点的距离A与支承点至下连接点的距离B的比值可以不小于5.7，即(A/B)≥5.7。相应地，侧倾刚度与弹跳阻尼的比值可以小于2。

在其他实施例中，左右悬臂也可以为双横臂式悬挂中的下横臂；或者，独立悬挂也可以是单横臂式悬挂。或者，独立悬挂也可以是单纵臂式或双纵臂式悬挂，左右悬臂则为纵臂。第一减震器、第二减震器也可以选用其他任何现有的减震器。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种汽车独立悬挂系统，包括分别与左右两侧车轮连接的左悬臂、右悬臂，其特征在于，还包括分别连接于所述左悬臂、右悬臂之间且交叉设置的第一减震器、第二减震器；

沿上下方向，所述左悬臂上分布有左上连接点、左支承点以及左下连接点，所述右悬臂具有右上连接点、右支承点以及右下连接点，所述左支承点、右支承点用于与车架转动连接，所述第一减震器的两端与所述左上连接点、右下连接点转动连接，所述第二减震器的两端与所述左下连接点、右上连接点转动连接；

所述左支承点至所述左上连接点之间的距离大于其至所述左下连接点的距离，所述右支承点至所述右上连接点之间的距离大于其至所述右下连接点的距离。

2.如权利要求1所述的悬挂系统，其特征在于，同一悬臂中支承点至上连接点的距离与支承点至下连接点的距离的比值不小于3。

3.如权利要求1所述的悬挂系统，其特征在于，同一悬臂中支承点至上连接点的距离与支承点至下连接点的距离的比值不小于5.7。

4.如权利要求1所述的悬挂系统，其特征在于，同一悬臂的上连接点、支承点和下连接点不在一条直线上。

5.如权利要求1所述的悬挂系统，其特征在于，所述悬臂相对于所述减震器的另一侧还包括用于连接对应一侧车轮的安装点；

所述悬臂有三个顶点，所述上连接点、下连接点和安装点分别位于所述三个顶点。

6.如权利要求5所述的悬挂系统，其特征在于，所述悬臂包括分别位于相邻两顶点之间的三条边，且至少有一条边朝向悬臂的内部凹进。

7.如权利要求6所述的悬挂系统，其特征在于，朝向悬臂内部凹进的边呈曲线状。

8.如权利要求1所述的悬挂系统，其特征在于，所述悬臂为板状。

9.如权利要求1所述的悬挂系统，其特征在于，所述第一减震器、第二减震器分别连接有弹性元件。

10.如权利要求9所述的悬挂系统，其特征在于，所述弹性元件为螺旋弹簧，套设于对应的减震器外。

11.如权利要求1所述的悬挂系统，其特征在于，所述第一减震器、第二减震器为摩擦式减震器、液压式减震器、气压式减震器或电磁式减震器。

12.如权利要求1-11任一项所述的悬挂系统，其特征在于，所述悬挂系统为横臂式悬挂系统，所述左悬臂、右悬臂均为横臂；或者，所述悬挂系统为纵臂式悬挂系统，所述左悬臂、右 悬臂均为纵臂；

所述悬挂系统为单悬臂式悬挂系统；或者所述悬挂系统为双悬臂式悬挂系统，所述左悬臂、右悬臂均为双悬臂式悬挂系统中的上悬臂或下悬臂。

13.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1-12中任一项所述的悬挂系统。