CN105711362A

CN105711362A - 并联式汽车独立悬架机构

Info

Publication number: CN105711362A
Application number: CN201610051095.9A
Authority: CN
Inventors: 黄勇刚; 杜力; 罗玉宝; 张伟
Original assignee: Chongqing Technology and Business University
Current assignee: Chongqing Technology and Business University
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2036-01-26
Also published as: CN105711362B

Abstract

本发明公开了一种并联式汽车独立悬架机构，包括与车轮固定的输出构件、铰接于所述输出构件与车架之间的前控制臂组件和后控制臂组件以及连接于所述输出构件与车架之间的减震器组件；所述前控制臂组件和后控制臂组件均为与地面相互垂直的平行四边形连杆机构，本悬架机构既能够克服单臂式悬架、双臂式悬架和麦弗逊式悬架存在的设计自由度少、定位参数协调性差的不足，又能比多连杆式悬架结构更简单、设计计算更简便。

Description

并联式汽车独立悬架机构

技术领域

本发明涉及汽车工程领域，特别涉及一种并联式汽车独立悬架机构。

背景技术

悬架系统是现代汽车的重要总成之一，是影响汽车乘坐舒适性和操纵稳定性的关键总成。车架(或车身)与车轴(或车轮)通过悬架弹性连接，其主要作用是传递车轮和车架(或车身)之间的力和力矩；缓和路面传给车架(或车身)的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平或者载荷变化时有理想的运动特性；保证汽车在行驶过程中具有良好的操纵稳定性。悬架系统主要由弹性元件、阻尼元件和导向机构三大部分组成，其中导向机构是由导向杆系组成的，用来决定车轮相对于车架(或车身)的运动特性，并传递弹性元件上的垂直力以外的各种力和力矩，在汽车行驶中起到控制车轮运动轨迹的作用。

汽车悬架根据导向机构的不同大致可分为非独立悬架和独立悬架两种类型。非独立悬架的结构特点是，悬架的两侧车轮安装于一根整体式车桥上，车桥通过悬挂与车架相连。非独立悬架的优点是结构简单，制造容易，维修方便，传力可靠；其缺点是两轮受冲击震动时互相影响，且非悬架质量较重，悬架的缓冲性能较差，行驶时汽车振动冲击较大，占用空间大且其乘坐舒适性和高速时的操纵稳定性较差。该悬挂一般多用于载重汽车、普通客车和一些其他车辆上，而较少在轿车中应用。

独立悬架特点是每个车轮通过单独的悬架安装于车身，车桥采用断开式，中间一段固定于车架或者车身上。独立悬架优点是两边车轮受冲击时互不影响，可减少车身的倾斜和振动，在实际工况下获得良好的附着力；弹性元件只承受垂直力，所以可以采用刚度较小的弹簧，使车身振动频率降低，从而改善汽车行驶的平顺性；同时由于可以降低发动机的位置高度，使整车质心高度下降，从而改善汽车行驶的稳定性；缓冲与减震能力强；占用空间小。因此在现代汽车领域得到广泛的应用，成为汽车领域发展的必然趋势。但是，独立悬架因其结构复杂，制造成本高，维修困难，主要用于轿车和部分轻型货车、客车及越野车上。

决定独立悬架机构性能优劣的因素主要是其引导的车轮定位参数的变化特性。车轮定位参数是悬架系统诸多运动学参数中最为重要的一组参数，对非转向悬架，主要包括车轮外倾角、前束角、轮距、轴距、侧倾中心、纵倾中心等，对转向悬架，还包括主销后倾角及后倾拖距、主销内倾角和内倾偏移距等，这些参数直接影响悬架的系统特性，与汽车的操纵稳定性的多种评价指标密切相关。合理的定位参数变化特性是保证汽车直线行驶稳定性、转向轻便性、车体侧倾和纵倾特性、轮胎与地面的附着力以及避免跑偏和轮胎过早磨损的关键。

目前，汽车中广泛采用的独立悬架的结构形式主要有：单臂式悬架(包括单横臂、单纵臂、单斜臂)、麦弗逊式悬架、双臂式悬架(包括双横臂式、双纵臂式)以及多连杆式悬架等。对于单臂式悬架、麦弗逊式悬架和双臂式悬架，由于其控制臂组件为单自由度机构，可选设计参数较少，不能很好的协调各定位参数变化特性，在保证某些特性参数优良的情况下，其它特性参数则变得较差：如双横臂悬架，当保证其外倾变化特性以及主销相关特性较小时，轮距变化显著增大，导致轮胎早期磨损。而对多连杆悬架而言，虽然设计参数众多，但其车轮定位参数对机构参数比较敏感，设计计算难度大，结构的复杂性导致空间布置上的困难，整体造价昂贵。

为解决以上问题，需要一种既能够克服单臂式悬架、双臂式悬架和麦弗逊式悬架存在的设计自由度少、定位参数协调性差的不足，又能比多连杆式悬架结构更简单、设计计算更简便，并且可用于汽车转向或非转向轮的并联式独立悬架机构。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能够克服单臂式悬架、双臂式悬架和麦弗逊式悬架存在的设计自由度少、定位参数协调性差的不足，又能比多连杆式悬架结构更简单、设计计算更简便，并且可用于汽车转向或非转向轮的并联式独立悬架机构；本发明的并联式汽车独立悬架机构，包括与车轮固定的输出构件、铰接于所述输出构件与车架之间的前控制臂组件和后控制臂组件以及连接于所述输出构件与车架之间的减震器组件；所述前控制臂组件和后控制臂组件均为与地面相互垂直的平行四边形连杆机构；

进一步，所述前控制臂组件包括与车架铰接的前控制臂上构件、前控制臂下构件以及铰接于前控制臂上构件和前控制臂下构件之间的前控制臂上下连接件；所述后控制臂组件包括与车架铰接的后控制臂上构件、后控制臂下构件以及铰接于后控制臂上构件和后控制臂下构件之间的后控制臂上下连接件；所述前控制臂上下连接件和后控制臂上下连接件均通过铰轴垂直于地面的铰链连接于所述输出构件；

进一步，所述输出构件为转向节，所述转向节包括同时与前控制臂上下连接件和后控制臂上下连接件铰接的转向节内构件以及与车轮固定的转向节外构件；所述转向节内构件和转向节外构件之间可转动配合；

进一步，所述前控制臂组件与后控制臂组件关于通过车轮轴线的竖直平面对称；

进一步，所述前控制臂组件所在的平面与后控制臂组件所在的平面相互平行；

进一步，所述前控制臂组件所在的平面与后控制臂所在的平面之间形成夹角；

进一步，所述减震器组件包括沿竖直方向设置的活塞筒和活塞杆，所述活塞筒和活塞杆均通过球型铰链分别与车架和输出构件铰接；

进一步，所述前控制臂上构件与前控制臂下构件均通过球型铰链与车架连接；

进一步，所述前控制臂连接件和后控制臂连接件均为“T”型构件。

本发明的有益效果是：本发明的并联式独立悬架机构可以利用具有较多设计参数的前、后控制臂组件，通过选取合适的结构参数实现车轮的零外倾变化以及任意期望的轮距、轴距及前束变化特性，保证车轮按期望的轨迹运动。此外，本前后控制臂组件均为并联结构，前后控制臂又相互并联连接，形成双层并联结构，其中与车体的连接为四连杆并联，可以有效分散通过车轮传递过来的路面作用力，承载能力强；而转向节为两臂并联，与传统四连杆悬架比较，简化了转向节的结构复杂度和结构设计难度，有利于与车轮上制动器等零部件的布置。特别适用于大型越野车、及载重汽车等。此外，当该机构使用于转向独立悬架时，主销轴线的位姿固定不变，能够实现主销后倾角、主销后倾拖距、主销内倾角及主销内倾偏移距等参数在车轮跳动过程中保持不变的特性，从而提高车辆的操纵稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的轴测图；

图2为本发明的机构示意图；

图3为本发明运用于非转向悬挂系统的机构示意图；

图4为本发明运用于转向悬挂系统的机构示意图；

图5为本发明的转向节的结构示意图；

图6为本实施例的车轮前束特性曲线

图7为本实施例的车轮外倾角特性曲线；

图8为本实施例的轮距变化特性曲线

图9为本实施例的轴距变化特性曲线。

具体实施方式

图1为本发明的轴测图；图2为本发明的机构示意图；图3为本发明运用于非转向悬挂系统的机构示意图；图4为本发明运用于转向悬挂系统的机构示意图；图5为本发明的转向节的结构示意图。如图1、2所示，本实施例中的并联式汽车独立悬架机构，包括与车轮9固定的输出构件7、铰接于所述输出构件7与车架O之间的前控制臂组件和后控制臂组件以及连接于所述输出构件7与车架O之间的减震器组件8；所述前控制臂组件和后控制臂组件均为与地面垂直相互垂直的平行四边形连杆机构；本发明的并联式独立悬架机构可以利用具有较多设计参数的前、后控制臂组件，通过选取合适的结构参数实现车轮9的零外倾变化以及任意期望的轮距、轴距及前束变化特性，保证车轮9按期望的轨迹运动。此外，本前后控制臂组件均为并联结构，前后控制臂又相互并联连接，形成双层并联结构，其中与车体的连接为四连杆并联，可以有效分散通过车轮9传递过来的路面作用力，承载能力强；而转向节为两臂并联，与传统四连杆悬架比较，简化了转向节的结构复杂度和结构设计难度，有利于与车轮9上制动器等零部件的布置。特别适用于大型越野车、及载重汽车等。此外，当该机构使用于转向独立悬架时，主销轴线的位姿固定不变，能够实现主销后倾角、主销后倾拖距、主销内倾角及主销内倾偏移距等参数在车轮9跳动过程中保持不变的特性，从而提高车辆的操纵稳定性。

本实施例中，所述前控制臂组件包括与车架通过铰链A1铰接的前控制臂上构件5、通过铰链D1铰接的前控制臂下构件4以及通过铰链B1、C1铰接于前控制臂上构件5和前控制臂下构件4之间的前控制臂上下连接件6；所述后控制臂组件包括通过铰链A铰接与车架O铰接的后控制臂上构件1、通过铰链D铰接的后控制臂下构件2以及通过铰链B、C铰接于后控制臂上构件1和后控制臂下构件2之间的后控制臂上下连接件3；所述前控制臂上下连接件6和后控制臂上下连接件3均通过铰轴垂直于地面的铰链(E和F)连接于所述输出构件7；如图3所示，本实施例的并联式汽车独立悬架机构运用于非转向悬架系统时，输出构件7为一体式构件，其运动仅由前、后控制臂组件决定，其运动自由度为1，既为车轮9提供一个上下跳动的自由度，通过对控制组件中的各个构件参数的设置，可实现零外倾及期望的前束、轴距及轮距变化量，且其横向及纵向刚度较大，能将车轮9所受的各种力及力矩分散传递至车架O；本实施例中，前控制臂上构件5、前控制臂下构件4、后控制臂上构件1、后控制臂下构件2的长度范围为：300～500mm，前控制臂上构件5、前控制臂下构件4、后控制臂上构件1、后控制臂下构件2与竖直方向的夹角为30°～60°；而后控制臂上下连接件3中铰接点B、C之间的距离为150～250mm，铰接点E到BC连线的距离为60～90mm，其中输出构件7铰接点E、F之间的距离为300～360mm；前控制臂组件与车架0铰接点的连线到后控制臂组件与车架0铰接点的连线之间的距离为850～1050mm，前、后控制臂的平行四边形连杆机构中各杆件采用上述尺寸以及夹角能够保证本实施例中的悬架系统具有较高的结构刚度，同时其占用空间较小，有利于提高车辆的乘坐空间。

本实施例中，当本独立悬架机构运用于转向悬架系统时，所述输出构件7为转向节，如图4、5所示，所述转向节包括同时与前控制臂上下连接件6和后控制臂上下连接件3铰接的转向节内构件以及与车轮9固定的转向节外构件；所述转向节内构件和转向节外构件之间可转动配合；输出构件7为转向节并做成分离式结构，转向节内构件通过转动副G与转向节外构件相连，转动副G的转动轴线即是车轮9转向时的主销轴线，此时，整个悬架机构的运动自由度为2，分别表示车轮9上下跳动和绕主销轴线(即转动副G的转动轴线方向)的转动；上述车轮9转向节的运动仅由控制臂组件决定，其运动自由度为2，分别是车轮9上下跳动的自由度及绕主销轴线(转动副G的转动轴线)的转向自由度，通过对控制臂组件中各个构件参数的设计，以及主销轴线(即转动副G的轴线)的适当布置，可实现合适的车轮9外倾角、轮距及主销内倾角及主销后倾角变化，且悬架机构横向和纵向刚度大，车体连接点较多，能承受何种力和力矩，并很好的分散传递至车架O上；如图6、7、8、9所示，当后控制臂上构件和下构件长度为AB＝CD＝325mm；前控制臂上构件和下构件长度为A₁B₁＝C₁D₁＝495mm；铰接点BC＝B₁C₁＝200mm，EF＝340mm，E到BC的距离和F到B₁C₁的距离均为：75mm，前后控制臂组件在车架上的铰接点距离为1000mm，前控制臂组件上构件和下构件与竖直方向夹角为50°，后控制臂上构件和下构件与竖直方向的夹角为37°时，本实施例的悬架系统具有如图中所示的性能曲线，图6、7、8和9中的横坐标均为车轮跳动量。

本实施例中，所述前控制臂组件与后控制臂组件关于通过车轮9轴线的竖直平面对称；前控制臂组件与后控制臂组件采用对称的布置方式能够简化其中各杆件的结构设计难度。

本实施例中，所述前控制臂组件所在的平面与后控制臂组件所在的平面相互平行；采用这种布置方式，仅仅依靠改变前控制臂组件和后控制臂组件中的杆件长度比例，就能实现任意期望的轮距、轴距及前束变化特性。

本实施例中，所述前控制臂组件所在的平面与后控制臂所在的平面之间也可形成夹角设置，采用这种布置方式，前、后控制臂组件以及车架O之间构成三角形结构，从而进一步提高悬架的横向和纵向刚度。

本实施例中，所述减震器组件8包括沿竖直方向设置的活塞筒和活塞杆，所述活塞筒和活塞杆均通过球型铰链(M和N)分别与车架O和输出构件7铰接，减震器组件8能够为车轮9的上下运动施加阻尼力，当车轮9上下跳动或进行转向时，减震器将相对于输出构件7或车架O转动，因此，应采用球型铰链连接减震器。

本实施例中，所述前控制臂上构件5与前控制臂下构件4均通过球型铰链与车架O连接，而后控制臂上构件与后控制臂下构件均通过铰轴平行于地面的铰链与车架连接，若前控制臂上构件和前控制臂下构件与车架连接的铰链A₁D₁是普通铰链，则前、后控制臂的平行四边形连杆机构的尺寸必须相同，才能确保输出构件具有上下跳动的自由度，因此，本实施例中的铰链A₁D₁采用球面副，即球铰链，则前、后控制臂的平行四边形机构的尺寸即使不相同，其输出构件7也具有一个上下跳动自由度，而且还可以通过调整输出构件7上的铰接点EF的长度来获得不同的前束变化特性，另一方面，如果A₁D₁为普通铰链，则平行四边形连杆机构中的各个杆件(1、2、3、4、5、6)以及输出构件7的尺寸要具有较高的精度才能装配，而A₁D₁是采用球面副的话，平行四边形的尺寸精度即使较低也能完成装配。

本实施例中，所述前控制臂上下连接件6和后控制臂上下连接件3均为“T”型构件，利用“T”型构件的三个端部分别与前控制臂组件或后控制臂组件的上构件、下构件和输出构件7连接，同时前控制臂上下连接件和后控制臂上下连接件的尺寸大小相同。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种并联式汽车独立悬架机构，其特征在于：包括与车轮固定的输出构件、铰接于所述输出构件与车架之间的前控制臂组件和后控制臂组件以及连接于所述输出构件与车架之间的减震器组件；所述前控制臂组件和后控制臂组件均为与地面相互垂直的平行四边形连杆机构。

2.根据权利要求1所述的并联式汽车独立悬架机构，其特征在于：所述前控制臂组件包括与车架铰接的前控制臂上构件、前控制臂下构件以及铰接于前控制臂上构件和前控制臂下构件之间的前控制臂上下连接件；所述后控制臂组件包括与车架铰接的后控制臂上构件、后控制臂下构件以及铰接于后控制臂上构件和后控制臂下构件之间的后控制臂上下连接件；所述前控制臂上下连接件和后控制臂上下连接件均通过铰轴垂直于地面的铰链连接于所述输出构件。

3.根据权利要求2所述的并联式汽车独立悬架机构，其特征在于：所述输出构件为转向节，所述转向节包括同时与前控制臂上下连接件和后控制臂上下连接件铰接的转向节内构件以及与车轮固定的转向节外构件；所述转向节内构件和转向节外构件之间可转动配合。

4.根据权利要求2所述的并联式汽车独立悬架机构，其特征在于：所述前控制臂组件与后控制臂组件关于通过车轮轴线的竖直平面对称。

5.根据权利要求2所述的并联式汽车独立悬架机构，其特征在于：所述前控制臂组件所在的平面与后控制臂组件所在的平面相互平行。

6.根据权利要求2所述的并联式汽车独立悬架机构，其特征在于：所述前控制臂组件所在的平面与后控制臂所在的平面之间形成夹角。

7.根据权利要求2所述的并联式汽车独立悬架机构，其特征在于：所述减震器组件包括沿竖直方向设置的活塞筒和活塞杆，所述活塞筒和活塞杆均通过球型铰链分别与车架和输出构件铰接。

8.根据权利要求2所述的并联式汽车独立悬架机构，其特征在于：所述前控制臂上构件与前控制臂下构件均通过球型铰链与车架连接。

9.根据权利要求2所述的并联式汽车独立悬架机构，其特征在于：所述前控制臂上下连接件和后控制臂上下连接件均为“T”型构件。