CN108382150A - 一种动行程自补偿的车辆isd悬架 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种动行程自补偿的车辆ISD悬架，包括动行程自补偿装置，所述动行程自补偿装置包括惯性力发生器和气液活塞缸，所述气液活塞缸的活塞杆的一端与车轮连接；所述气液活塞缸的无杆腔内通过薄膜分割出第一气室，所述气液活塞缸的有杆腔内通过薄膜分割出第二气室，所述第一气室和第二气室互不连通；所述气液活塞缸的进液口和出液口通过管道分别与惯性力发生器进口和出口连接；所述气液活塞缸的无杆腔与车身固定连接。本发明能够在一些极限工况实现自动补偿悬架动行程，平衡左右两侧的车身侧倾，防止由于过约束轮胎出现脱离地面的危险工况，增强轮胎的抓地力。

Description

一种动行程自补偿的车辆ISD悬架
技术领域
本发明涉及车辆悬架技术领域，特别涉及一种动行程自补偿的车辆ISD悬架。
背景技术
悬架是汽车的车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并减少由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。
四轮车辆存在着多余约束，在路面起伏接近或大于静挠度的情况下，多余约束的缺点就会显得比较突出，例如在过弯的工况下，如果车辆的侧倾幅度太大，弯道外侧车轮的负荷就会过大、内侧车轮的抓地力相应就会下降。尤其对前驱车和SUV而言，如果侧倾幅度太大、加上偏软的前悬挂所形成的“下跪”姿态甚至会出现一侧后轮离地的现象。通常是以减小悬架刚度与增大悬架动行程来解决，但是这些办法会带来横向角刚度与纵向角刚度的降低，削弱了车辆的操纵稳定性。多余约束必然带来不平路面上各轮荷的不均匀，尤其是经常在崎岖不平路面上行驶的越野车辆，经常因不平路面对车身的冲击而出现过度变形、裂纹等早期损坏现象，同时也影响了其他零部件的使用寿命。
目前常用的悬架系统，其弹簧与减振器本身并不具备防侧倾的功能，如果车辆单单依靠弹簧与减震器来控制车辆在转向时产生的侧倾，那么就需要非常硬的弹簧设计与阻尼极高的减震器与之搭配。这样一来，悬挂系统在吸收路面激励，提升乘坐舒适性方面的性能就会大大下降。因此目前大部分车辆上都安装了防倾杆，以此来缓解车辆的侧倾问题。防倾杆一般为一条U型金属连杆，负责把两侧悬挂链接起来，当车辆转弯时，弯道内侧悬挂被拉伸，外侧被压缩，防倾杆此时起到一个抗扭作用以减少拉伸与压缩幅度，从而控制车辆的侧倾幅度。但是增加防倾杆之后，悬架的总体刚度还是有所上升，要获得较好的乘坐舒适性，一般需要再配合绞牙避震器使用，这又造成了成本的急剧上升。
此外，目前广泛使用的“弹簧-阻尼”结构的悬架系统，是基于传统隔振理论的悬架系统，其仅具有弹性与阻尼特性，缺乏惯性特性，不能解决减振效果的优异性与设备工作空间、动载荷之间的矛盾，减振效果不够理想。近年来发展起来的主动悬架和半主动悬架虽然能够有效的缓解上述矛盾，能够使车辆具有良好的动态响应特性，但主动悬架结构复杂、成本昂贵、可靠性差、响应慢、耗能大，大规模应用仍有困难；半主动悬架虽然能耗低，但时滞问题的存在限制了其性能的发挥。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种动行程自补偿的车辆ISD悬架，能够在一些极限工况，例如急转弯，过单边桥等，自动补偿悬架动行程，平衡左右两侧的车身侧倾，防止由于过约束轮胎出现脱离地面的危险工况，增强轮胎的抓地力。而在普通工况下，则不会使得悬架行程过大，并且由于惯性力发生器起作用，悬架能够同时含有刚度特性、阻尼特性和为惯性特性，使得车辆在全频域范围内都具有较优的隔振性能。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种动行程自补偿的车辆ISD悬架，包括动行程自补偿装置，所述动行程自补偿装置包括惯性力发生器和气液活塞缸，所述气液活塞缸的无杆腔内通过薄膜分割出第一气室，所述气液活塞缸的有杆腔内通过薄膜分割出第二气室，所述第一气室和第二气室互不连通；所述气液活塞缸的进液口和出液口通过管道分别与惯性力发生器进口和出口连接。
进一步，所述气液活塞缸的活塞上设有2个安装方向相反的安全阀，用于保证无杆腔和有杆腔内的压力在安全范围。
进一步，在所述无杆腔内，所述薄膜与所述气液活塞缸的进液口之间设有阻尼挡板；在所述有杆腔内，所述薄膜与所述气液活塞缸的出液口之间设有阻尼挡板。
进一步，所述气液活塞缸的缸体主体为圆柱段，所述圆柱段的两端分别设有第一球囊和第二球囊，所述第一球囊和第二球囊内分别通过薄膜分割成上半球和下半球；所述第一球囊的下半球与所述圆柱段内无杆腔连通，第一球囊的上半球为第一气室；所述第二球囊的下半球与所述圆柱段内有杆腔连通，第二球囊的上半球为第二气室。
进一步，所述气液活塞缸的活塞杆的一端沿薄膜的法线方向垂直穿过第二球囊。
进一步，所述第二气室内设有通孔，活塞杆密封穿过通孔。
进一步，所述气液活塞缸的缸体内填充传力介质调谐流体；所述调谐流体为具有低粘度，非腐蚀性的环保流体。
进一步，所述第一气室和第二气室内气体为惰性气体，优选为氮气。
进一步，至少包括二个动行程自补偿装置；第一动行程自补偿装置的无杆腔内的第一气室与第二动行程自补偿装置的有杆腔内的第二气室通过气管路连通；第一动行程自补偿装置的有杆腔内的第二气室与第二动行程自补偿装置的无杆腔内的第一气室通过气管路连通。
进一步，所述气管路上并联连接2个单向阀，2个所述单向阀安装方向相反。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，是一个纯机械液压的系统，无需复杂的控制元件，响应快，无时滞，不耗能。液压元件的应用又使得车辆备了良好的抗冲击、大载重性能，惯性力发生器在悬架上的应用使得车辆在全频域范围内具有良好的性能。
2.本发明所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，通过设有气模，气模压迫气室产生弹性力。通过活塞杆外端连接车轮，液压缸上腔与车身相固结，通过两端点相对移动使得液压缸上下腔内的调谐流体在惯性力发生器内流动，管路内的调谐流体的运动形成一个“虚拟飞轮”，产生惯性力，这使得悬架系统同时包含了刚度特性、阻尼特性与惯性特性。
3.本发明所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，通过活塞上面安装有2个安全阀，可以防止装置内部压力过大对装置造成损害。
4.本发明所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，通过气管路将两个动行程自补偿装置连接，在急转弯，过单边桥等一些极限工况，可以自动补偿悬架动行程，平衡左右两侧的车身侧倾，防止由于过约束轮胎出现脱离地面的危险工况，增强轮胎的抓地力，预防车辆出现侧翻事故。
5.本发明所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，通过气管路将两个动行程自补偿装置连接，在普通工况下，悬架动行程不会变得过大，保持了车辆原有的乘坐舒适性，活塞的定位决定惯性力发生器、隔膜以及阻尼挡板工作，使得悬架能够同时含有刚度特性、阻尼特性和为惯性特性，相比于仅含有刚度特性与弹性特性的传统悬架，车辆在全频域范围内都具有更好的隔振性能。
附图说明
图1为本发明所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架结构图。
图2为本发明所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架向上补偿动行程示意图。
图3为本发明所述气室与活塞杆布置示意图。
图中：
1-惯性力发生器；2-管道；3-安全阀；4-上半球；5-第一气室；6-隔膜；7-下半球；8-无杆腔；9-活塞；10-有杆腔；11-活塞杆；12-阻尼挡板；13-气管路；14-单向阀；15-第二气室。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，包括动行程自补偿装置，所述动行程自补偿装置包括惯性力发生器1和气液活塞缸，所述气液活塞缸的活塞杆11的一端与车轮连接；所述气液活塞缸的无杆腔8内通过薄膜6分割出第一气室5，所述气液活塞缸的有杆腔10内通过另一薄膜6分割出第二气室15，所述第一气室5和第二气室15互不连通；所述第一气室5和第二气室15内气体为惰性气体，优选为氮气。所述薄膜6为橡胶油气隔膜；所述气液活塞缸的进液口和出液口通过管道2分别与惯性力发生器1进口和出口连接；所述气液活塞缸的缸体内填充传力介质调谐流体；所述调谐流体优选为具有低粘度，非腐蚀性的环保流体。所述气液活塞缸的无杆腔8与车身固定连接。所述气液活塞缸的活塞9上设有2个安装方向相反的安全阀3，用于保证无杆腔8和有杆腔10内的压力在安全范围，由于2个安全阀3安装方向相反，当有杆腔10的压力大于其中一个安全阀3设定的压力，安全阀3开启；当有无杆腔8的压力大于另一个安全阀3设定的压力，另一安全阀3开启。
如图1所示，所述气液活塞缸的缸体主体为圆柱段，所述气液活塞缸的缸体主体为圆柱段，所述圆柱段的两端分别设有第一球囊和第二球囊，所述第一球囊和第二球囊内分别通过薄膜6分割成上半球4和下半球7；所述第一球囊的下半球7与所述圆柱段内无杆腔8连通，第一球囊的上半球4为第一气室5；所述第二球囊的下半球7与所述圆柱段内有杆腔10连通，第二球囊的上半球4为第二气室15。在无杆腔8内，所述薄膜6与所述气液活塞缸的进液口之间设有阻尼挡板12；在有杆腔10内，所述薄膜6与所述气液活塞缸的出液口之间设有另一阻尼挡板12。阻尼挡板12的作用，首先起到缓冲作用，其次保护薄膜6，防止薄膜6在冲击中失效或者破损。通过活塞杆11的运动使得无杆腔8和有杆腔10内的调谐流体通过管道2流通，调谐流体在惯性力发生器1中回旋流动，形成一个“液体飞轮”，产生惯性力。同时，在活塞运动过程中，由于压力的变化，调谐流体会通过阻尼挡板12产生阻尼力，并且压迫气室5，产生弹性力。这样，就使得悬架系统同时包含了刚度特性、阻尼特性与惯性特性。相比于只含有刚度特性和阻尼特性的传统悬架，应用惯性力发生器的悬架在低频振动下能够表现出较好的平顺性与操纵稳定性。
其惯性力Fb、弹性力Fk、阻尼力Fc分别可表示为下式：
Fb＝b*a
Fk＝k*s
Fc＝c*v
其中，a为活塞杆11的加速度；
b为惯性力发生器的惯质系数，与其具体结构参数有关；
k为橡胶油气隔膜6的刚度系数；
s为活塞杆11的有效行程；
c为阻尼挡板12的阻尼系数；
v为活塞杆11的速度。
实际的悬架工作过程中，惯性力Fb、弹性力Fk、阻尼力Fc三种力是耦合的，共同作用于车轮与车身之间，使得车身能够在振动中保持稳定。整个悬架系统所表现出得机械导纳的传递函数可以表示为：
其中Y(s)为该惯性与刚度自动切换装置的机械导纳，s为拉普拉斯变换后的自变量。
如图2所示，本发明所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架至少包括二个动行程自补偿装置；第一动行程自补偿装置的无杆腔8内的第一气室5与第二动行程自补偿装置的有杆腔10内的第二气室15通过气管路13连通；第一动行程自补偿装置的有杆腔10内的第二气室15与第二动行程自补偿装置的无杆腔8内的第一气室5通过气管路13连通。
如图2所示，工作过程如下：以车辆的左右前轮为例，假设车辆左前轮安装第一动行程自补偿装置，车辆右前轮安装第二动行程自补偿装置；第一动行程自补偿装置的无杆腔8内的第一气室5与第二动行程自补偿装置的有杆腔10内的第二气室15通过气管路13连通；第一动行程自补偿装置的有杆腔10内的第二气室15与第二动行程自补偿装置的无杆腔8内的第一气室5通过气管路13连通。假设车辆在急转弯，过单边桥等一些极限工况下，车身侧倾较为严重，当左前轮第一动行程自补偿装置活塞杆11运动到气液活塞缸的进液口或者出液口，此时要么进液口或者出液口被活塞堵住、要么进液口和出液口同时处于无杆腔8或者有杆腔10内，这样惯性力发生器1停止工作，此刻大量调谐流体被活塞推入与无杆腔8连通的下半球7内，造成第一气室5内压力上升，弹性介质被挤压通过气管路13进入第二动行程自补偿装置的有杆腔10内的第二气室15内，使得第二动行程自补偿装置的有杆腔10内的第二气室15膨胀，第二动行程自补偿装置内的调谐流体由下半球7流入有杆腔10内，最终使得第二动行程自补偿装置内的活塞9上移，悬架动行程得到了一定的补偿。保证了在极限工况下车辆的悬架动行程足够大，防止了侧倾等危险的车辆行驶姿态。并且整个系统是一个机械的系统，无需复杂的控制元件，响应快，无时滞。同时液压元件实现的基础结构又使得车辆备了良好的抗冲击、大载重性能，惯性力发生器在悬架上的应用使得车辆在全频域范围内具有良好的性能。所述气管路13上并联连接2个单向阀14，2个所述单向阀14安装方向相反。这样既保证气室5内存在一定的压力，产生一定的弹性阻尼，还可以保证气管路13内的压力不超过设计值。此种补偿作用在向右急转弯或者向左急转弯的工况下能够起到较好的效果。
此外，一般汽车的四个轮子都可以安装动行程自补偿装置，为了达到最大的补偿作用，可以左轮动行程自补偿装置与右轮的动行程自补偿装置通过气管路13两两连接，也可以四个行程自补偿装置通过气管路13相互连接。
图3为一种动行程自补偿的车辆ISD悬架气室与活塞杆布置示意图，所述气液活塞缸的活塞杆11沿薄膜6的法线方向垂直穿过第二球囊。所述第二气室15内设有通孔，活塞杆11密封穿过通孔，这样在振动激励下活塞杆的运动与气室不会产生干涉。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动行程自补偿的车辆ISD悬架，其特征在于，包括动行程自补偿装置，所述动行程自补偿装置包括惯性力发生器(1)和气液活塞缸，所述气液活塞缸的无杆腔(8)内通过薄膜(6)分割出第一气室(5)，所述气液活塞缸的有杆腔(10)内通过薄膜(6)分割出第二气室(15)，所述第一气室(5)和第二气室(15)互不连通；所述气液活塞缸的进液口和出液口通过管道(2)分别与惯性力发生器(1)进口和出口连接。
2.根据权利要求1所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，其特征在于，所述气液活塞缸的活塞(9)上设有2个安装方向相反的安全阀(3)。
3.根据权利要求1所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，其特征在于，在所述无杆腔(8)内，所述薄膜(6)与所述气液活塞缸的进液口之间设有阻尼挡板(12)；在所述有杆腔(10)内，所述薄膜(6)与所述气液活塞缸的出液口之间设有阻尼挡板(12)。
4.根据权利要求1所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，其特征在于，所述气液活塞缸的缸体主体为圆柱段，所述圆柱段的两端分别设有第一球囊和第二球囊，所述第一球囊和第二球囊内分别通过薄膜(6)分割成上半球(4)和下半球(7)；所述第一球囊的下半球(7)与所述圆柱段内无杆腔(8)连通，第一球囊的上半球(4)为第一气室(5)；所述第二球囊的下半球(7)与所述圆柱段内有杆腔(10)连通，第二球囊的上半球(4)为第二气室(15)。
5.根据权利要求4所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，其特征在于，所述气液活塞缸的活塞杆(11)的一端沿薄膜(6)的法线方向垂直穿过第二球囊。
6.根据权利要求5所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，其特征在于，所述第二气室(15)内设有通孔，活塞杆(11)密封穿过通孔。
7.根据权利要求1所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，其特征在于，所述气液活塞缸的缸体内填充传力介质调谐流体；所述调谐流体为具有低粘度，非腐蚀性的环保流体。
8.根据权利要求1所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，其特征在于，所述第一气室(5)和第二气室(15)内气体为惰性气体，优选为氮气。
9.根据权利要求1-8任一项所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，其特征在于，至少包括二个动行程自补偿装置；第一动行程自补偿装置的无杆腔(8)内的第一气室(5)与第二动行程自补偿装置的有杆腔(10)内的第二气室(15)通过气管路(13)连通；第一动行程自补偿装置的有杆腔(10)内的第二气室(15)与第二动行程自补偿装置的无杆腔(8)内的第一气室(5)通过气管路(13)连通。
10.根据权利要求9所述的动行程自补偿的车辆ISD悬架，其特征在于，所述气管路(13)上并联连接2个单向阀(14)，2个所述单向阀(14)安装方向相反。
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