CN108058561B - 一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统 - Google Patents

一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统，其包括车架和车轴，车架和车轴之间连接有悬架控制臂，还包括传感器、电控单元、主动驱动模块，主动驱动模块包括多个与悬架控制臂直接或通过减速机构连接的驱动电机；驱动电机的电机壳体与车架固接，驱动电机的电机主轴与悬架控制臂固接，或者驱动电机的电机壳体与悬架控制臂固接，驱动电机的电机主轴与车架固接；驱动电机与电控单元电连接，电控单元与传感器电连接。本发明通过在现有的悬架系统运动件上增加驱动电机，并使其输出端与车架/车身连接，然后根据车辆行驶工况及道路条件及时调整驱动电机的电机扭矩和主轴转角从而实现了根据路况实时改变悬挂系统的刚度及阻尼特性。

Description

一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统
技术领域
本发明涉及一种主动式悬架系统，属于机动车悬架系统技术领域，尤其涉及一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统。
背景技术
悬架是现代汽车上的主要总成之一。它把车架(或车身)与车轴(或车轮)弹性的连接起来。其主要功能是传递作用在车轮与车架(或车身)之间的一切力和力矩，并缓和不平路面对车架(或车身)的冲击和振动，以保证车辆的正常行驶。随着汽车电气化、智能化的发展，汽车的乘坐舒适性和操控稳定性越来越受到各汽车厂商的重视，主动控制悬架可根据车辆行驶工况及道路条件，通过改变悬挂系统的刚度及阻尼特性，起到控制车身振动和减缓不平路面对车辆的冲击，增进汽车操纵稳定性、乘坐舒适性等性能。
发明内容
本发明提供了一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统，其不仅结构简单，而且能够控制车身振动和减缓不平路面对车辆的冲击，增进汽车操纵稳定性、乘坐舒适性等性能。
为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统，其包括车架和车轴，所述车架和所述车轴之间连接有悬架控制臂，所述悬架控制臂一端与所述车轴铰接，另一端与所述车架铰接，还包括传感器，用于采集道路状况及车辆工况数据信息；电控单元，用于分析传感器采集的数据信息并根据该数据信息控制主动驱动模块的驱动力矩和输出扭矩；主动驱动模块，用于保证悬架系统的刚度和阻尼的最优匹配；所述主动驱动模块包括多个与所述悬架控制臂直接连接或通过减速机构连接的驱动电机；所述驱动电机的电机壳体与所述车架固接，所述驱动电机的电机主轴(可直接或通过减速机构)与所述悬架控制臂固接，或者所述驱动电机的电机壳体与所述悬架控制臂固接，所述驱动电机的电机主轴(可直接或通过减速机构)与所述车架固接；所述驱动电机与所述电控单元电连接，所述电控单元与所述传感器电连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述驱动电机的电机壳体通过弹性铰接件固接在所述悬架控制臂上；所述电机壳体与所述弹性铰接件的内圈过盈配合连接；所述弹性铰接件的外圈与所述悬架控制臂固接；所述驱动电机的输出端(可直接或通过减速机构)与车架固接。
在本发明的一种优选实施方案中，利于主动驱动模块保证悬架系统的刚度和阻尼的方法如下：侧倾、转向工况：通过传感器感知该工况，通过电控单元控制车辆左右两侧的悬架驱动电机旋转驱动方向，使其产生的抗扭力矩以抵抗车身的侧倾力矩，减小侧身侧倾角，实现两侧悬架的对扭以抵抗车辆侧倾；不平路面行驶工况：通过传感器感知该工况，通过电控单元控制增加悬架压缩侧电机的输出力矩，同时控制输出力矩随电机输出轴转动角度的增加而迅速增大，以实现悬架的非线性特性，提供更好的刚度、阻尼特性。
在本发明的一种优选实施方案中，车辆悬架系统的刚度与主动驱动模块的电机扭矩和电机主轴转角的关系为：
Figure GDA0004146855610000031
其中：K-悬架系统刚度，a-转换系数，ΔM-电机扭矩，L2-电机的中性轴线到轮胎接触点的水平距离，Δα-电机主轴转角。
本发明的有益效果是：本发明通过在现有的悬架系统运动件上增加驱动电机，并使其输出端与车架/车身连接，然后根据车辆行驶工况及道路条件及时调整驱动电机的电机扭矩和主轴转角从而实现了根据路况实时改变悬挂系统的刚度及阻尼特性，起到控制车身振动和减缓不平路面对车辆的冲击，增进汽车操纵稳定性、乘坐舒适性等性能。
附图说明
图1为本发明实施例的一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统的爆炸视图；
图2为本发明实施例的一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统的悬架系统运动件示意图；
图3为本发明实施例的一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统的悬架系统运动件主视图；
图4为本发明实施例的一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统的驱动电机结构示意图；
图5为本发明实施例的一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统的侧倾工况工作原理示意图；
图6为本发明实施例的一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统的电机在轮边产生的反力与悬架行程的关系示意图；
图7为本发明实施例的一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统的不平路面行驶工况工作原理示意图；
图8为本发明实施例的一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统的安装结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由说明书附图所示的一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统的结构示意图可知，本发明一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统，其包括与悬架系统运动件1.1连接的主动驱动模块1、与主动驱动模块1连接的可进行判定及根据道路情况和使用工况进行避震驱动功能设定的电控单元3、与电控单元2连接的路况传感器。
如图2所示，上述方案中，主动驱动模块1包括与悬架系统运动件1.1连接的驱动电机1.3和与驱动电机1.3外壳连接的弹性铰接件1.2，其中驱动电机1.3通过弹性铰接件1.2与悬架系统运动件1.1相连。弹性铰接件1.2与悬架系统运动件1.1可以通过过盈配合连接，也可以通过橡胶硫化直接连接等方式连接，只要两者实现连接且不会发生相对运动即可。
当车辆运行时为了提高驾乘的舒适性能和操控性能时，道路路况识别传感器2进行路况道路条件及车辆使用工况数据信息收集处理，并将实时路况数据信息其反馈至电控单元3，电控单元3通过对实时路况数据信息的分析，通过对车辆行驶路面情况的判断及车辆使用工况的判断，发送相应的控制信号至主动驱动模块1，主动驱动模块1通过驱动电机1.3主动调节驱动力矩的大小及扭矩输出特性，电机驱动扭矩通过弹性铰接件1.2将力矩传递给悬架系统运动件1.1，从而实现悬架系统刚度和阻尼的最优匹配，提升悬架系统的操控性能和舒适性能。
当车辆处于侧倾工况(转向)：通过传感器感知该工况，通过控制器控制车辆左右两侧的悬架驱动电机驱动方向，实现两侧悬架的对扭以抵抗车辆侧倾，即通过两侧电机产生的抗扭力矩以抵抗车身的侧倾力矩，减小侧身侧倾角，以提高车辆稳定性和驾乘舒适性。
当车辆处于不平路面行驶工况：当车辆在不平路面行驶时，通过增加悬架压缩侧电机的输出力矩，同时控制输出力矩随电机输出轴转动角度的增加而迅速增大，以实现悬架的非线性特性，提供更好的刚度、阻尼特性。
而车辆的悬架系统的刚度与驱动电机1.3的电机扭矩和电机主轴转角关系为：
Figure GDA0004146855610000061
其中：K-悬架系统刚度，a-转换系数，ΔM-电机扭矩，L2-电机的轴线到轮胎接触点的水平距离，Δα-电机主轴转角。
由于悬架系统的位移及轮边力分别于电机主轴的转角以及对应的电机输出扭矩相关，因此通过合理设定电机的相关控制参数(通过系统标定完成)，即可动态实现所需要的悬架刚度，满足不同工况的需求。(A-轮胎，B-轮胎接地点，C-地面)
上述公式的推到过程如下：(如附图7)
对于悬架系统：
Δα＝a×ΔL1
Δα-电机主轴转角(以车辆标准载荷状态下的悬架初始位置对应的电机转角设为“0”)；
a-转换系数(与悬架结构形式相关，不同的悬架结构形式该系数值不同)；
L1-悬架行程，即轮胎接地点的垂直位移。
由电机扭矩产生的在轮胎接地点处的反向力F为：
ΔF＝ΔM/L2
悬架系统的刚度：
设当悬架在某一位置附近运动微小位移ΔL1时，电机扭矩变化产生的轮边力变化为ΔF，此时的悬架系统刚度即为：
K＝ΔF/ΔL1
其中：K-悬架系统刚度(单位：N/mm)
图8为一多连杆悬架系统结构示意图，其中，悬架控制臂与车辆主体间的铰接点5均作为驱动电机1.3的安装布置点。以位于中间的铰接点5为例，其中驱动电机1.3、电机壳体6.1、电机主轴6.2、安装轴线6.3具体布置方式是：将电机轴线6.3与铰接点5的轴线重合，以电机主轴6.2作为铰接点的主轴，与铰接点5对应的控制臂安装成一体，以电机壳体兼做固定支架，与车辆主体部分固定。
该布置安装方式不限于上述形式，如布置空间允许，也可将电机壳体与铰接点5对应的控制臂固定连接，而将主轴与车辆主体进行连接。核心方式就是将电机转子部分与定子部分分别与悬架运动控制件(如多连杆悬架的多个连杆、双横臂独立悬架的上下控制臂、麦弗逊悬架的下摆臂等)和车辆主体部分进行连接，以实现相对运动的控制功能。
应当理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种可改变悬挂系统的刚度及阻尼特性的主动式悬架系统，包括车架和车轴，所述车架和所述车轴之间连接有悬架系统运动件，所述悬架系统运动件一端与所述车轴铰接，另一端与所述车架铰接，其特征在于：还包括
传感器，用于采集道路状况及车辆工况数据信息；
电控单元，用于分析传感器采集的数据信息并根据该数据信息控制主动驱动模块的驱动力矩和输出扭矩；
主动驱动模块，用于保证悬架系统的刚度和阻尼的最优匹配；
所述主动驱动模块包括多个与所述悬架系统运动件同轴布置的驱动电机；所述驱动电机的电机壳体通过弹性铰接件固接在所述悬架系统运动件上；所述电机壳体与所述弹性铰接件的内圈过盈配合连接；所述弹性铰接件的外圈与所述悬架系统运动件固接；所述驱动电机的输出端与车架固接；所述驱动电机与所述电控单元电连接，所述电控单元与所述传感器电连接；利用主动驱动模块保证悬架系统的刚度和阻尼的方法如下：
侧倾、转向工况：通过传感器感知该工况，通过电控单元控制车辆左右两侧的悬架驱动电机旋转驱动方向，使其产生的抗扭力矩以抵抗车身的侧倾力矩，减小侧身侧倾角，实现两侧悬架的对扭以抵抗车辆侧倾；
不平路面行驶工况：通过传感器感知该工况，通过电控单元控制增加悬架压缩侧电机的输出力矩，同时控制输出力矩随电机输出轴转动角度的增加而迅速增大，以实现悬架的非线性特性，提供更好的刚度、阻尼特性；
车辆悬架系统的刚度与主动驱动模块的电机扭矩和电机主轴转角的关系为：
Figure QLYQS_1
其中：K-悬架系统刚度，a-转换系数，ΔM-电机扭矩，L2-电机的轴线到轮胎接触点的水平距离，Δα-电机主轴转角。
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