CN108001142B - 被动准零刚度悬架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种被动准零刚度悬架，包括平面轴承、螺旋弹簧、碟簧组和可活动碟簧外导套；在所述平面轴承下加入碟簧上限位块来为所述碟簧组的一端定位，且承载传力；所述碟簧组固定在所述碟簧上限位块和所述可活动碟簧外导套之间，所述可活动碟簧外导套为所述螺旋弹簧上端定位，同时作为所述碟簧组的导套，引导并限定所述碟簧组的压缩扩张方向。本发明通过在普通的被动悬架基础上，串联进一个由碟簧组为核心的减振机构，降低悬架动刚度，在保留原被动悬架整体格局不变的基础上，同时提高了操纵稳定性和乘坐舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及一种被动准零刚度悬架，属于汽车悬架技术领域。
背景技术
悬架系统不仅承担着操纵稳定性的要求，还要讲究舒适性，而这两者之间又是相互矛盾的。为了取得良好的舒适性，“软”些的弹簧能大大缓冲汽车的震动，但弹簧“软”了却易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及严重侧倾偏向等危害，不利于汽车的转向，易导致汽车操纵不稳定。同理，“硬”些的弹簧保证了操纵稳定性但是会大大降低乘员的舒适性。而准零刚度系统具有高静刚度，低动刚度的特性，将准零刚度与悬架系统相结合既能改善悬架性能，又能兼顾操控稳定的要求。
准零刚度特性最早是由正刚度弹簧并联负刚度元件来实现准零刚度的，其原理如图1所示。
发明内容
本发明的目的是解决目前传统的被动悬架不能兼顾操纵稳定性和乘坐舒适性的技术问题。
为实现以上发明目的，本发明提供一种被动准零刚度悬架，包括平面轴承、螺旋弹簧、碟簧组和可活动碟簧外导套；
在所述平面轴承下加入碟簧上限位块来为所述碟簧组的一端定位，且承载传力；
所述碟簧组固定在所述碟簧上限位块和所述可活动碟簧外导套之间，所述可活动碟簧外导套为所述螺旋弹簧上端定位，同时作为所述碟簧组的导套，引导并限定所述碟簧组的压缩扩张方向。
进一步地，还包括自润滑轴承，所述自润滑轴承固定在所述可活动碟簧外导套上，与活塞杆接触并可沿所述活塞杆的轴向上下滑动，以适配所述碟簧组与所述螺旋弹簧间的位移。
进一步地，还包括顶胶组件，所述顶胶组件包括顶胶和顶胶固定槽；
所述顶胶的上半部分卡在所述顶胶固定槽下，所述顶胶固定槽与车身一体或用螺栓连接于车身，所述顶胶由轴端锁紧螺母锁死。
进一步地，所述顶胶组件还包括顶胶上盖，所述顶胶上盖压在所述顶胶固定槽上，所述顶胶上盖可被所述活塞杆穿过，最终由所述轴端锁紧螺母锁死所述顶胶上盖和顶胶的位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在普通的被动悬架基础上，串联进一个由碟簧组为核心的减振机构，实现了悬架动刚度大幅降低，在保留原被动悬架整体格局不变的基础上，同时提高了操纵稳定性和乘坐舒适性。
附图说明
图1是基于正负刚度并联的隔振原理图；
图2是按不同高厚比系数z的碟簧力学特性曲线图；
图3是被动准零刚度悬架模型原理图；
图4是本发明的结构示意图；
图5是准零刚度悬架与被动悬架三参数频率特性对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
由于碟簧可基于不同的高厚比系数z，使自身具有准零刚度的特性，所以并不需要并联正刚度弹簧来实现准零刚度，碟簧特性如图2所示。
但是碟簧的行程过小不能满足悬架减震的需求，所以本发明提供碟簧与螺旋弹簧串联实现准零刚度特性。车辆被动准零刚度悬架二自由度模型原理图如图3所示。
基于图3的悬架模型原理图，以被动准零刚度悬架系统的坐标原点为各个运动系的平衡位置，可得到被动准零刚度悬架的运动微分方程：
(式1)
式中：k1：轮胎刚度； k2：螺旋弹簧刚度； k3：碟形弹簧刚度； c：阻尼系数；m1：车桥质量； m2：弹簧间可活动轻质连接块质量；m3：车身质量；x0是路面输入位移量；x1是轮胎位移量；x2是弹簧间可活动块位移量；x3是车身位移量。
如图4所示，在麦弗逊式被动悬架上设计本发明的被动准零刚度悬架。在原平面轴承4下，加入碟簧上限位块12来提供碟簧组11的一端定位，且承担承载传力的作用；碟簧组11固定在碟簧上限位块12和可活动碟簧外导套5之间。可活动碟簧外导套5代替原被动悬架上的弹簧上盖，可提供螺旋弹簧6上端定位，同时作为碟簧组11的导套，引导并限定碟簧组11的压缩扩张方向；自润滑轴承10固定在可活动碟簧外导套5上，与活塞杆9接触并可沿活塞杆9的轴向上下滑动，起到适配碟簧组11和螺旋弹簧6间的位移的作用。
在平面轴承4上保留原车结构，用顶胶3上半部分卡在顶胶固定槽2下，有些车型的顶胶固定槽2与车身14一体，有些是用螺栓连接于车身14。为防止顶胶3向下脱落，用顶胶上盖1压在顶胶固定槽2上，顶胶上盖1可被活塞杆穿过，最终由轴端锁紧螺母13锁死顶胶上盖1和顶胶3的位置。上述部件均设于减震器外壳8上。
本被动准零刚度悬架连接至车轮7和车身14之间，能同时提高汽车操纵稳定性和乘坐舒适性。
如图5所示，得到准零刚度悬架与被动悬架的车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的频域特性曲线对比图。从图中可观测出准零刚度悬架相对普通悬架，主要影响区域为低于3.5Hz范围，且在三幅图中都能看出，准零刚度悬架消除了低频共振峰的影响，在低频段形成一段线性直线。大幅优化了车身加速度和轮胎动载荷的低频段增益效果，且几乎没有恶化大于3Hz的区域。对于悬架动行程来说，准零刚度悬架虽然消除了0.85-3.5Hz区间的低频共振峰，但是恶化低于0.85Hz的低频区域，不过人体能够感应的频率范围是1-1000Hz，所以对于低于1Hz以下的频率并不敏感。综合来说，准零刚度悬架还是大幅优化了悬架性能。
下表是随机激励路面输入实验下悬架性能指标均方值比较表，为进一步表明本发明的优势，在路面输入为B级路面上，车速等于20 m/s时产生的随机路面激励的条件下，得到悬架评价系统时域图中三个性能指标均方根值，并以被动悬架为参考标准得到相对百分差值，可见准零刚度悬架相较于传统被动悬架来说三个指标都有所改善，其中车身加速度指标特别显著。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (4)
1.被动准零刚度悬架，其特征在于，包括平面轴承、螺旋弹簧、碟簧组和可活动碟簧外导套；
在所述平面轴承下加入碟簧上限位块来为所述碟簧组的一端定位，且承载传力；
所述碟簧组固定在所述碟簧上限位块和所述可活动碟簧外导套之间，所述可活动碟簧外导套为所述螺旋弹簧上端定位，同时作为所述碟簧组的导套，引导并限定所述碟簧组的压缩扩张方向。
2.根据权利要求1所述的被动准零刚度悬架，其特征在于，还包括自润滑轴承，所述自润滑轴承固定在所述可活动碟簧外导套上，与活塞杆接触并可沿所述活塞杆的轴向上下滑动，以适配所述碟簧组与所述螺旋弹簧间的位移。
3.根据权利要求2所述的被动准零刚度悬架，其特征在于，还包括顶胶组件，所述顶胶组件包括顶胶和顶胶固定槽；
所述顶胶的上半部分卡在所述顶胶固定槽下，所述顶胶固定槽与车身一体或用螺栓连接于车身，所述顶胶由轴端锁紧螺母锁死。
4.根据权利要求3所述的被动准零刚度悬架，其特征在于，所述顶胶组件还包括顶胶上盖，所述顶胶上盖压在所述顶胶固定槽上，所述顶胶上盖可被所述活塞杆穿过，最终由所述轴端锁紧螺母锁死所述顶胶上盖和顶胶的位置。
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