CN107856749A - 一种车辆质心调整装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车底盘领域，具体的说是一种车辆质心调整装置。本套装置包括传感器、行车记录仪、控制器和调重执行机构等；其中调重执行机构包括橡胶垫片、滑轨、液压推力装置和调重球；滑轨安装在底盘上传动轴两侧；液压推力装置设置在滑轨的两端；调重球分布在滑轨内，滑轨和液压推力装置，通过螺栓穿过底座固定连接在车辆底盘上；传感器和行车记录仪固定在车体上，与控制器相连。本发明是一种根据车辆驾驶情况调节车辆质心的装置，能够提高车辆过弯时的操纵稳定性，改善加速或上坡时的车轮附着情况，提高紧急制动时的制动力，使得质心也可以实时调节，并减小驱动时的阻力，节约能源，使驱动动作更加迅捷。
Description
技术领域
本发明属于汽车领域，具体的说是一种车辆质心调整装置。
背景技术
目前市面上中高级轿车基本上追求质心与中性转向点重合，以获得更好的操纵稳定性，而由于乘客数量或位置的变化以及车辆的加速或者减速导致车辆的质心发生变化，这就使车辆只能设置汽车的初始转弯性能为不足转向，且要留出足够的余量，防止在转弯过程中转弯特性变为过多转向发生危险，而车辆的质心位置一般是没办法按照理想状态调节的。汽车的操纵稳定性关系到汽车行驶的安全性，同时也影响了转弯时的速度；在汽车转弯时，质心越接近与中性转向点，汽车的转向特性越接近于中性转向，稳定性安全性就越高。
另外，对于驱动方式不同的汽车来说，在爬坡时质心的位置会影响驱动力的大小，从而会影响汽车的爬坡能力。上汽大众发明了一种重心可变的汽车，2014205508437.1,包括电池组、传感器、控制器和驱动机构。通过驱动装置移动电池组来改变车辆重心的位置，其优点在于可以在前后左右方向来调整车辆的重心，可以改善车辆的侧倾俯仰等。但是电池组体积较大，在整车空间布置方面有困难，而且移动电池组会对整车的布线有较大的影响；驱动装置的布置也会有较大困难。
发明内容
本发明提供了一种结构简单、占用空间小、安转方便、驱动灵敏的调重效果好的车辆质心调节装置，解决了现有车辆质心调节装置的上述不足。
本发明技术方案结合附图说明如下：
一种车辆质心调整装置，该装置包括传感器15、行车记录仪7、控制器14和调重执行机构；所述的调重执行机构固定在底盘1下端；所述的传感器15和行车记录仪17固定在车体上，并且均与控制器14电性相连；所述的控制器14为ECU；所述的调重执行机构包括橡胶垫片2、滑轨3、液压推力装置和调重球6；所述的滑轨3有两条，安装在底盘1上传动轴两侧；所述的液压推力装置设置在滑轨3的两端；多个所述的调重球6呈直线分布在滑轨3内；所述的胶垫片2设置在滑轨3和底盘1之间。
所述的传感器15包括悬架弹簧位置传感器12、行驶速度传感器8、节气门位置传感器9、制动信号传感器10和挡位传感器13及转向角传感器11；所述的悬架弹簧位置传感器12有两个，安装在悬架弹簧的上下连接点上，分别与车架和车轴固定连接；所述的行驶速度传感器8安装在发动机壳上。
所述的滑轨3为截面形状为倒置梯形的薄壁结构，上边缘与水平面平行，宽度为20mm；所述的滑轨3的上边缘开有等距分布的螺栓安装孔；所述的滑轨3是由厚度为3mm得钢板锻压而成，长度为车辆轴距的80％。
所述的液压推力装置为可伸缩的液压单柱塞泵，包括液压油缸4和液压柱塞5；所述的液压油缸4的端面与滑轨3的端面在同一个垂向平面上；所述的液压柱塞5顶着调重球6，其两端的液压油缸4伸缩杆的移动方向相反，移动行程相同。
所述的调重球6的材料为铅，外表面镀铬，质量为车辆整体质量的15％—20％。
相邻的所述的调重球6之间相切，且调重球6与滑轨3的上平面相切。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过制定控制策略，将优化调整的目标放在提高车辆转弯时的操纵稳定性和改善加速或上坡时的附着力以及提高紧急制动时的制动力上，通过控制器对悬架弹簧位置传感器、行驶速度传感器、节气门位置传感器、制动信号传感器和行车记录仪收集到的信号进行分析处理后对执行机构发出相应的调节命令以调整车辆质心。
2、本发明通过对调重执行机构的结构设计，克服了车辆本身质心固定不变的困难，车辆能够进行质心调节，汽车上一些其他零部件的安装有了更大的选择。故本发明具有结构简单，安装方便，驱动耗能小的优点，同时提高了车辆转向时的行驶稳定性和附着状况，具有广阔的开发和应用前景。
附图说明
图1a为本发明中调重执行机构与底盘的装配结构仰视图；
图1b为本发明中调重执行机构与底盘的装配结构主视图；
图1c本发明中调重执行机构与底盘的装配结构侧视图；
图2a为本发明中调重执行机构的俯视示意图；
图2b为本发明中调重执行机构的侧视示意图
图3为本发明中滑轨得结构示意图；
图4为本发明的控制系统示意图。
图中：1、底盘；2、橡胶垫片；3、滑轨；4、液压油缸；5、液压柱塞；6、调重球；7、行车记录仪；8、行驶速度传感器；9、节气门位置传感器；10、制动信号传感器；11、转向角传感器；12、悬架弹簧位置传感器；13、挡位传感器。
具体实施方式
参阅图1a、图1b、图1c和图4，一种车辆质心调整装置，该装置包括传感器15、行车记录仪7、控制器14和调重执行机构。
所述的控制器14为ECU，ECU与所有传感器和行车记录仪7电性相连。
所述的传感器15用于检测车辆行驶情况；包括行驶速度传感器8、节气门位置传感器9、制动信号传感器10、转向角传感器11、悬架弹簧位置传感器12和挡位传感器13。
所述的悬架弹簧位置传感器12有两个，安装在悬架弹簧的上下连接点上，分别与车架和车轴固定连接，用于检测弹簧位置相对于静止状态的位置变化，反映出车辆的质心分布情况。
所述的行驶速度传感器8安装在发动机壳上，用于检测车轮转速，经过计算转化为车速，与节气门位置传感器9结合检测汽车的纵向加速度，与挡位传感器13结合判断车辆是否处于超车状态。
所述的转向角传感器11用于判断汽车是否转向状态。
所述的节气门位置传感器9、制动信号传感器10、转向角传感器11和挡位传感器13为车辆自动传感器。
所述的行车记录仪7固定在车上，用于判断前方路况，判定车辆是否将要驶入上下坡路段以及大致坡度。本装置与行车记录仪7的信息共享。
参阅图1a、图1b、图2a、图2b和图3，所述的调重执行机构包括橡胶垫片2、滑轨3、液压推力装置和调重球6。
所述的滑轨3有两条，关于汽车的中轴线对称，安装在底盘1上传动轴两侧，避免了因车架长度补不足而放不下足够质量的调重球6；所述的滑轨3为截面形状为倒置梯形的薄壁结构，两端开口，尽可能减小占用的空间；滑轨3由3mm的钢板锻压而成，其上边缘部分与水平面平行，宽度为20mm，上面等距离分布有螺栓安装孔，通过螺栓与车辆底盘连接，长度根据所使用的车的轴距调整，在1m～1.5m之间，
所述的液压推力装置安装在滑轨3的两端，为可伸缩的液压单柱塞泵，包括液压油缸4和液压柱塞5；所述的液压油缸4的端面与滑轨3的端面在同一个垂向平面上；所述的液压柱塞5顶着调重球6。所述的液压柱塞5始终位于液压油缸4之外，液压柱塞5的端面顶着两端的调重球6，液压柱塞5始终位于滑轨3内，防止调重球6脱出滑轨3，液压柱塞5通过伸缩推动调重球6在滑轨3内滚动改变位置达到调节质心位置的效果；布置在滑轨3两端的液压推力装置和位于滑轨内部的调重球6同样有两套，调重物做成球状可以减小驱动时的阻力，节约能源，并可使驱动动作更加迅捷；两端的液压柱塞5的运动方向相反，位移和移动速率相同，以保证调重球6之间没有空隙，以免球的自由滚动造成调重不稳。由于本装置是额外添加到车上，故本装置适用于高级轿车或房车等追求操纵稳定性的车型。所述的液压推力装置的推动行程和速度根据车辆的行驶状态如转弯半径和转弯速度、坡度、加速或制动时的加速度等改变而发生调整，确保在最短的时间内达到最佳的调节效果。
所述的调重球6呈直线分布在滑轨3内，相邻两球之间相切，各调重球6的直径相同；调重球6材料为密度较大的铅，外面镀铬，防止调重球6锈蚀，并且可以防止铅污染。调重球6的质量占到车辆整体的15％-20％，需要结合车辆底部空间而定；滑轨3长度为车辆轴距的80％。所述的导轨3的上平面与调重球6相切。通过调节球6位置的移动改变车辆的质心，在同一滑轨内的调重球6质心在一条直线上，前后两球之间相互接触，保证调重球6能按照控制器14通过对液压推力装置的指令移动。
所述橡胶垫片2安装在滑轨3与底盘1之间，减少车架传到调重装置上的振动，橡胶垫片2厚度为3mm，橡胶垫片2的弹性可以是调重球6与上部的底盘1相切，利用其阻尼大的特性来吸收减小车辆传来的振动，防止调重球6受到冲击时发生跳动。
实施例一
转弯状态。在此状态下转向角传感器11测得车辆处于转弯状态，悬架位置传感器12通过测定各悬架的位置测出车辆的质心位置。设左前悬架弹簧测得的位移量为xlf，单位为mm，右前悬架弹簧测得的位移量为xrf，单位为mm，左后悬架弹簧测得的位移量为xlr，单位为mm，右后悬架弹簧测得的位移量为xrr，单位为mm，各弹簧与车辆坐标系z轴的夹角分别为θlf、θrf、θlr、θrr。各悬架弹簧的拉伸刚度分别为klf、krf、klr、krr，前悬长为lf，后悬长为lr，轴距长为c，则车辆的质心距前轴的距离
将这个距离与车辆给出的中性转向点距前轴距离作比较，对车辆质心向中性转向点方向调整，控制模块发出信号给液压推力装置，调整质心至与中性转向点接近甚至重合，使车辆具备中性转向的特性。
实施例二
加速或上坡状态。行驶速度传感器8测得车辆的行驶速度，配合挡位传感器13以及节气门位置传感器9预测车辆的加速度，因为对于有经验的驾驶员来说超车加速或者上坡时会采用低档。此时将质心向前调整，即液压柱塞5推着调重球6向车头方向移动，抵消因加速度产生的力矩；若在上坡时检测到驱动力不足，需将质心向驱动轮方向调整，增加轮胎的附着力，提高车辆的驱动力.
实施例三
下坡或制动的情况。在制动时，车辆的质心会往前移动，造成前轮附着力增大，后轮附着力减小的情况，容易造成后轮抱死，此时制动信号传感器采集制动信号，悬架位置传感器采集重量分布信号，监控并预测加速度，经ECU计算后得出质心的转移量，然后发信号给液压推力装置相应的往后调整质心。
由上可知，本发明可以根据汽车驾驶情况调节车辆质心，有效提高车辆过弯时的操纵稳定性，改善加速或上坡时的车轮附着情况，提高紧急制动时的制动力。传感器将车辆的行驶状况实时传给控制器14，形成一个闭环的反馈系统，使得质心也可以实时调节；调重物做成球状可以减小驱动时的阻力，节约能源，并可使驱动动作更加迅捷。
Claims (6)
1.一种车辆质心调整装置，其特征在于，该装置包括传感器(15)、行车记录仪(7)、控制器(14)和调重执行机构；所述的调重执行机构固定在底盘(1)下端；所述的传感器(15)和行车记录仪(17)固定在车体上，并且均与控制器(14)电性相连；所述的控制器(14)为ECU；所述的调重执行机构包括橡胶垫片(2)、滑轨(3)、液压推力装置和调重球(6)；所述的滑轨(3)有两条，安装在底盘(1)上传动轴两侧；所述的液压推力装置设置在滑轨(3)的两端；多个所述的调重球(6)呈直线分布在滑轨(3)内；所述的橡胶垫片(2)设置在滑轨(3)和底盘(1)之间。
2.根据权利要求1所述的一种车辆质心调整装置，其特征在于，所述的传感器(15)包括悬架弹簧位置传感器(12)、行驶速度传感器(8)、节气门位置传感器(9)、制动信号传感器(10)和挡位传感器(13)及转向角传感器(11)；所述的悬架弹簧位置传感器(12)有两个，安装在悬架弹簧的上下连接点上，分别与车架和车轴固定连接；所述的行驶速度传感器(8)安装在发动机壳上。
3.根据权利要求1所述的一种车辆质心调整装置，其特征在于，所述的滑轨(3)为截面形状为倒置梯形的薄壁结构，上边缘与水平面平行，宽度为20mm；所述的滑轨(3)的上边缘开有等距分布的螺栓安装孔；所述的滑轨(3)是由厚度为3mm得钢板锻压而成，长度为车辆轴距的80％。
4.根据权利要求1所述的一种车辆质心调整装置，其特征在于，所述的液压推力装置为可伸缩的液压单柱塞泵，包括液压油缸(4)和液压柱塞(5)；所述的液压油缸(4)的端面与滑轨(3)的端面在同一个垂向平面上；所述的液压柱塞(5)顶着调重球(6)，其两端的液压油缸(4)伸缩杆的移动方向相反，移动行程相同。
5.根据权利要求1所述的一种车辆质心调整装置，其特征在于，所述的调重球(6)的材料为铅，外表面镀铬，质量为车辆整体质量的15％—20％。
6.根据权利要求1所述的一种车辆质心调整装置，其特征在于，相邻的所述的调重球(6)之间相切，且调重球(6)与滑轨(3)的上平面相切。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20240712 |