CN108819644A - 一种螺旋弹簧与橡胶弹簧异轴心的主动悬架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开车辆悬架技术领域中的一种螺旋弹簧与橡胶弹簧异轴心的主动悬架,主动力作动器的内筒下端伸出外筒外且同轴心固定连接第一橡胶弹簧,第一橡胶弹簧由刚性外圈、橡胶主簧、刚性导轨和刚性内管组成,主动力作动器的旁侧设有一个与第一橡胶弹簧和主动力作动器异轴心的螺旋弹簧,螺旋弹簧上端压靠在固定连接于车身的连接板上、下端支撑在固定连接下叉臂的弹簧安装座上,下叉臂连接于车身和车轮之间;主动力作动器的外筒上端同轴心地刚性连接与第一橡胶弹簧结构相同的第二橡胶弹簧的刚性外圈下端,悬架除了具有主动力作动器和螺旋弹簧形成的一级减振功能外,还具有由第一橡胶弹簧形成的第二级减振功能和由第二橡胶弹簧形成的三级减振功能。
Description
技术领域
本发明属于车辆悬架技术领域,尤其涉及采用旋转电机式主动力作动器的车辆主动悬架。
背景技术
主动力作动器是车辆主动悬架的关键部件,主动力作动器具备向悬架提供主动控制力的能力而有潜力使汽车获得很好的平顺性。目前,主动力作动器有静液压式、气压式、直线电机式、滚珠丝杠-旋转电机式、静液压-马达/泵-电机式等,其中滚珠丝杠-旋转电机式主动力作动器由于采用滚珠丝杠对悬架间的运动速度进行了放大,因此其能量密度较大,但其存在的缺点是:放大了旋转电机转子的惯性,使得主动控制力并联了一个较大的等效惯性质量,使主动悬架所需的理想控制力被放大5倍以上。
发明内容
本发明针对现有采用了旋转电机式主动力作动器的悬架存在的因作动器等效惯性质量大导致悬架理想控制力被放大的问题,提出了一种螺旋弹簧与橡胶弹簧异轴心的主动悬架,主动力作功器与螺旋弹簧异轴安装,主动力作动器同轴心地串接一个或两个具有减振功能的整体外圈式橡胶弹簧,有效消除等效惯性质量对理想控制力的影响。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:本发明具有一个主动力作动器,主动力作动器的外筒内的旋转电机经丝杠螺母同轴连接内筒,内筒下端伸出外筒外且同轴心固定连接第一橡胶弹簧,第一橡胶弹簧刚性连接一个内管安装座的上端,内管安装座的下端固定连接下叉臂下叉臂;主动力作动器的旁侧设有一个与第一橡胶弹簧和主动力作动器异轴心的螺旋弹簧,螺旋弹簧上端压靠在固定连接于车身的连接板上、下端支撑在固定连接下叉臂的弹簧安装座上,下叉臂连接于车身和车轮之间。
进一步地,第一橡胶弹簧由刚性外圈、橡胶主簧、刚性导轨和刚性内管组成,刚性外圈上端固定连接内筒下端,刚性外圈内部容纳有橡胶主簧,橡胶主簧的中心与刚性外圈的中心重合;刚性外圈正前方和正后方各固定连接一个刚性导轨,刚性导轨上设有上下布置的腰形滑槽;前后布置的刚性内管穿过橡胶主簧和两个腰形滑槽,刚性内管的中心轴与主动力作动器的中心轴垂直相交;刚性内管前后两端各刚性连接所述内管安装座的上端。
更进一步地,主动力作动器的外筒上端同轴心地刚性连接与第一橡胶弹簧结构相同的第二橡胶弹簧的刚性外圈下端,第二橡胶弹簧的刚性内管前后两端固定连接车身。
本发明采用上述技术方案后,具有的有益效果是:
1、本发明采用的橡胶弹簧是整体外圈式橡胶弹簧,除了具有联结功能外,还具有减振功能。因此,当串接第一橡胶弹簧时,悬架除了具有主动力作动器和螺旋弹簧形成的一级减振功能外,还具有由第一橡胶弹簧形成的第二级减振功能;当串接两个橡胶弹簧时,悬架除了具有二级减振功能外,还再加上由第二橡胶弹簧形成的三级减振功能,为此可有效地消除过大的主动力作动器控制力需求。
2、本发明中的主动力作功器与螺旋弹簧采用异轴布置,能更好地缓冲来自地面的冲击力,同时结构简单,成本低,对原有悬架的结构改动较少。
3、本发明工作时,当整体外圈式橡胶弹簧的内管受力向下运动,外形是圆管状的内管便对橡胶主簧发生挤压,相对地,橡胶主簧就对内管产生向四周扩散的周向力,该周向力的合力就是橡胶主簧的减振力,该减振力朝向上方,如此实现减振功能。
4、橡胶弹簧的外圈的外形尺寸及倒角半径可根据刚度和阻尼的需要进行优化设计,避免整体橡胶弹簧因过度挤压而损坏;内管相对外圈的运动行程也可以根据悬架限位行程等同设计。
附图说明
图1是本发明所述一种螺旋弹簧与橡胶弹簧异轴心的主动悬架的结构图;
图2是图1中主动力作动器的内部结构放大图及其外接结构图;
图3是图1中第一橡胶弹簧2的立体结构放大图;
图4是图3的主视图;
图5是图4中A—A剖视图;
图6是图1中主动力作动器上端同轴心串接第二橡胶弹簧15的结构图;
图7~图10是图4中刚性外圈2-2的四种设计结构放大图;
图中各数字表示的结构分别为:1.内管安装座;2.第一橡胶弹簧;2-1.刚性外圈;2-2. 橡胶主簧;2-3.刚性导轨;2-4.刚性内管;2-5.沉头螺钉;2-6.腰形滑槽;2-7.内外倒角;3. 下叉臂;4.弹簧安装座;5.衬套;6.螺旋弹簧-车身连接板;7.螺旋弹簧;8.衬套;9.主动力作动器;9-1.旋转电机;9-2.滚珠螺母;9-3.滚珠丝杠;9-4.内筒;9-5.外筒;10.联结总成; 11.上叉臂;12.球头总成;13.转向节臂;14.车轮;15.第二橡胶弹簧。
具体实施方式
如图1所示,规定本发明的方位是:以地面为“下”方,以联结总成10为“上”方;车轮14在地面上滚动,以车轮14的滚动方向为“前、后”方向;以车轮14在“外”侧、衬套5在“内”侧。
本发明所述悬架具有一个主动力作动器9,主动力作动器9安装在车辆的车身和车轮 14之间。主动力作动器9的上端固定连接联结总成10,联结总成10固定连接于车身。
如图2所示,主动力作动器9的外部是外筒9-5,外筒9-5内同轴套有旋转电机9-1和内筒9-4,内筒9-4内同轴套有滚珠螺母9-2。旋转电机9-1的壳体固定在外筒9-5上,并且旋转电机9-1的壳体上方固定连接于联结总成10,使联结总成10与主动力作动器9 形成刚性连接。内筒9-4的外壁与外筒9-5的内壁密封相接,并且内筒9-4能沿外筒9-5 的内壁上下滑动。旋转电机9-1的输出轴下端同轴固定连接滚珠丝杠9-3上端,滚珠丝杠 9-3下端与滚珠螺母9-2同轴相配合。滚珠螺母9-2固定套接于内筒9-4上端内,内筒9-4 的下端向下伸出外筒9-5之外并且同轴心地固定连接第一橡胶弹簧2,第一橡胶弹簧2的上下中心轴与主动力作动器9的中心轴共线。
旋转电机9-1工作时,带动滚珠丝杠9-3和滚珠螺母9-2转动,从而带动内筒9-4在外筒9-5内沿轴向直线滑动,带动下方的第一橡胶弹簧2上下运动。
如图3、图4和图5所示,第一橡胶弹簧2由刚性外圈2-1、橡胶主簧2-2、刚性导轨 2-3和刚性内管2-4组成。橡胶弹簧2的外部是一个刚性外圈2-1,刚性外圈2-1的上端正中间固定连接主动力作动器9的内筒9-4下端,将橡胶弹簧2串接在主动力作动器9上。刚性外圈2-1的中间是开有前后贯通的方形通孔,该方形通孔内的正中间容纳了弹性的橡胶主簧2-2,橡胶主簧2-2的四周与方形通孔的四周固定联结。刚性外圈2-1的四角处以内外倒角2-7过渡连接。
在刚性外圈2-1的正前方和正后方各连接一个刚性导轨2-3,两个刚性导轨2-3前后对称。两个刚性导轨2-3与橡胶主簧2-2之间留有间隙,两者不接触。刚性导轨2-3的上下端均通过沉头螺钉2-5固定连接刚性外圈2-1。刚性导轨2-3上设有上下布置的腰形滑槽2-6,腰形滑槽2-6前后贯通。
前后布置的刚性内管2-4同时穿过一个橡胶主簧2-2和两个刚性导轨2-3的腰形滑槽 2-6,刚性内管2-4的中心轴与主动力作动器9的中心轴垂直相交。刚性内管2-4的中心轴与刚性外圈2-1的中心轴共线。刚性内管2-4的前后两端均伸出在刚性导轨2-3外,便于外接。
刚性内管2-4是圆筒状,其中间段的外径大于前后段的外径,中间段贯穿并通过四周连接于橡胶主簧2-2中,前后段与腰形滑槽2-6相配合,可沿腰形滑槽2-6的槽壁上下滑动。
在悬架非装车状态下,刚性外圈2-1、橡胶主簧2-2和刚性内管2-4均与地面平行,刚性导轨2-3与地面垂直。
如图1和图3,刚性内管2-4的前后两端各刚性连接一个内管安装座1的上端,一个内管安装座1的下端刚性连接同侧的一个下叉臂3,两个下叉臂3同时连接在车身和车轮 14之间。连接时,将内管安装座1连接在下叉臂3中间段上,下叉臂3外端连接于车轮 14,下叉臂3内端通过一个衬套5联结到车身对应的位置上。
在下叉臂3的上方设有上叉臂11,上叉臂11内端通过衬套8联结到车身对应的位置上,上叉臂11外端通过球头总成12与转向节臂13上端联结,转向节臂13下端连接车轮 14,因球头总成12的作用,使上叉臂11可绕转向节臂13上端上下摆动。这样,由上叉臂11、下叉臂3、转向节臂13构成悬架基础结构,使得车轮14随悬架基础结构绕车身外侧上下摆动。
在主动力作动器9的旁侧安装一个螺旋弹簧7,螺旋弹簧7上端压靠在连接板6上,连接板6联结到车身的对应位置上;螺旋弹簧7的下端支撑在弹簧安装座4上,弹簧安装座4固定连接在两个下叉臂3上。这样使螺旋弹簧7和主动力作动器9的中心轴呈异轴,共同安装在车辆的车身和车轮14之间。
当车轮14上下摆动时,刚性内管2-4受力运动,作用于有弹性的橡胶主簧2-2,橡胶主簧2-2便产生减振力。在主动力作动器9和螺旋弹簧7本身具有的减振功能的基础上又增加了一级减振功能,实现两级减振。
如图6所示,在图1结构的基础上,本发明还在主动力作动器9的上端同轴心地固定连接第二橡胶弹簧15,第二橡胶弹簧15与外筒9-5刚性连接。第二橡胶弹簧15的本身结构与第一橡胶弹簧2的结构完全相同,所不同的仅是外接方式:第二橡胶弹簧15的刚性外圈2-1下端与旋转电机9-1的壳体上端固定联结,即外筒9-5上端同轴心地刚性连接第二橡胶弹簧15的刚性外圈2-1下端。第二橡胶弹簧15的刚性内管2-4前后两端是通过螺栓直接固定联结到车身的对应位置上。这样,将主动力作动器9上下两端均采用一个橡胶弹簧联结至车身和车轮14之间。此时,本发明则由两级减振结构转变成三级减振结构,与图1所示的两级减振结构相比,三级减振结构的刚度要增加1倍,刚性内管2-4中心相对刚性外圈2-1中心的行程要减小50%。
如图1-6所示,当刚性内管2-4相对于刚性外圈2-1运动时,由橡胶主簧2-2产生的刚度和阻尼等于橡胶弹簧2、15的刚度和阻尼。
刚性外圈2-1的上下高度应该满足:刚性内管2-4相对刚性外圈2-1的运动行程等于悬架固有限位行程的0.3-0.6倍,这样,当橡胶主簧2-2变形达到极限时,能避免第一、第二橡胶弹簧2、15的刚度发生非线性突变。
第一橡胶弹簧2或第二橡胶弹簧15的刚度等于传统悬架弹簧刚度的0.5-1.5倍,第一橡胶弹簧2或第二橡胶弹簧15的阻尼是悬架固有阻尼的0.2-0.5倍。
如图7-10所示,刚性外圈2-1的外形尺寸及内外倒角2-7的半径可根据刚度和阻尼的设计需要进行优化设计确定。刚性外圈2-1的内外长度为a、上下高度为b、壁厚为c。刚性外圈2-1的内外倒角2-7的外壁倒角半径为β1,内壁倒角半径为β2,半径β1与半径β2需要协调确定确保刚性外圈2-1的壁厚宽度c维持不变。通过改变刚性外圈2-1的各参数可改变刚性外圈2-1整体的形状,从而实现橡胶弹簧2的刚度和阻尼的改变。例如当a=b 时,半径β1与半径β2较小时,刚性外圈2-1为如图7所示的正方形外框;当a=b、β1=a/2、β2=(a-2c)/2时,刚性外圈2-1为如图8所示的圆形外框;当a>b,半径β1与半径β2较小时,刚性外圈2-1如图9所示的长方形外框;当a>b、β1=b/2、β2=(b-2c)/2时,刚性外圈2-1为如图10所示的椭圆形外框。
Claims (9)
1.一种螺旋弹簧与橡胶弹簧异轴心的主动悬架,具有一个主动力作动器(9),主动力作动器(9)的外筒(9-5)内的旋转电机(9-1)经丝杠螺母同轴连接内筒(9-4)上端,其特征是:内筒(9-4)下端伸出外筒(9-5)外且同轴心固定连接第一橡胶弹簧(2),第一橡胶弹簧(2)刚性连接一个内管安装座(1)的上端,内管安装座(1)的下端固定连接下叉臂下叉臂(3);主动力作动器(9)的旁侧设有一个与第一橡胶弹簧(2)和主动力作动器(9)异轴心的螺旋弹簧(7),螺旋弹簧(7)上端压靠在固定连接于车身的连接板(6)上、下端支撑在固定连接下叉臂(3)的弹簧安装座(4)上,下叉臂(3)连接于车身和车轮(14)之间。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋弹簧与橡胶弹簧异轴心的主动悬架,其特征是:第一橡胶弹簧(2)由刚性外圈(2-1)、橡胶主簧(2-2)、刚性导轨(2-3)和刚性内管(2-4)组成,刚性外圈(2-1)上端固定连接内筒(9-4)下端,刚性外圈(2-1)内部容纳有橡胶主簧(2-2),橡胶主簧(2-2)的中心与刚性外圈(2-1)的中心重合;刚性外圈(2-1)正前方和正后方各固定连接一个刚性导轨(2-3),刚性导轨(2-3)上设有上下布置的腰形滑槽(2-6);前后布置的刚性内管(2-4)穿过橡胶主簧(2-2)和两个腰形滑槽(2-6),刚性内管(2-4)的中心轴与主动力作动器(9)的中心轴垂直相交;刚性内管(2-4)前后两端各刚性连接所述内管安装座(1)的上端。
3.根据权利要求2所述的一种螺旋弹簧与橡胶弹簧异轴心的主动悬架,其特征是:主动力作动器(9)的外筒(9-5)上端同轴心地刚性连接与第一橡胶弹簧(2)结构相同的第二橡胶弹簧(15)的刚性外圈(2-1)下端,第二橡胶弹簧(15)的刚性内管(2-4)前后两端固定连接车身。
4.根据权利要求2或3所述的一种螺旋弹簧与橡胶弹簧异轴心的主动悬架,其特征是:刚性内管(2-4)的中心轴与刚性外圈(2-1)的中心轴共线。
5.根据权利要求2或3所述的一种主动力作动器与橡胶弹簧同轴心的主动悬架,其特征是:刚性外圈(2-1)的四角处以内外倒角(2-7)过渡连接,刚性外圈(2-1)的外形尺寸及内外倒角(2-7)的半径根据刚度和阻尼确定,刚性外圈(2-1)与橡胶主簧(2-2)的外形同是正方形、圆形外框、长方形或椭圆形。
6.根据权利要求2或3所述的一种螺旋弹簧与橡胶弹簧异轴心的主动悬架,其特征是:橡胶主簧(2-2)的外壁与刚性外圈(2-1)的内壁固定联结,两个刚性导轨(2-3)与橡胶主簧(2-2)不接触。
7.根据权利要求2或3所述的一种螺旋弹簧与橡胶弹簧异轴心的主动悬架,其特征是:刚性内管(2-4)是圆筒状,其中间段的外径大于前后段的外径,中间段贯穿在橡胶主簧(2-2)中,前后段与腰形滑槽(2-6)相配合且能沿腰形滑槽2-6的槽壁上下滑动。
8.根据权利要求2或3所述的一种螺旋弹簧与橡胶弹簧异轴心的主动悬架,其特征是:橡胶主簧(2-2)运动产生的刚度和阻尼等于橡胶弹簧的刚度和阻尼。
9.根据权利要求2或3所述的一种螺旋弹簧与橡胶弹簧异轴心的主动悬架,其特征是:刚性外圈(2-1)的上下高度应满足:刚性内管(2-4)相对刚性外圈(2-1)的运动行程等于悬架固有限位行程的0.3-0.6倍,橡胶弹簧的阻尼是悬架固有阻尼的0.2-0.5倍。
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CN114654953A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-06-24 | 江苏大学 | 基于作动器自身质量改进的主动悬架及其控制器设计方法 |
CN114654953B (zh) * | 2022-03-28 | 2024-04-09 | 江苏大学 | 基于作动器自身质量改进的主动悬架及其控制器设计方法 |
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CN108819644B (zh) | 2021-06-18 |
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