CN108944323A - 一种两级减震汽车悬架结构及锁死控制方法 - Google Patents

一种两级减震汽车悬架结构及锁死控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车悬架技术领域，尤其涉及一种两级减振汽车悬架结构。本发明的两级减振汽车悬架结构包括减震主体和锁死控制机构，减震主体由第一级减震结构和第二级减震结构串联组成，第一级减震结构包括第一级阻尼器、第一级惯容器和第一级弹簧，第一级阻尼器和第一级惯容器串联，串联的第一级阻尼器和第一级惯容器与所述第一级弹簧并联，第二级减震结构包括第二级阻尼器、第二级惯容器和第二级弹簧，第二级阻尼器、第二级惯容器和第二级弹簧并联组成第二级弹簧、阻尼器和惯容器并联一体化装置，锁死机构包括惯容器制动锁死件，驱动惯容器制动锁死件可锁死第一级惯容器锁死，增大悬架系统的刚度，提高行驶安全性和操纵稳定性。

Description

一种两级减震汽车悬架结构及锁死控制方法
技术领域
本发明涉及汽车悬架技术领域，尤其涉及一种两级减振汽车悬架结构及锁死控制方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高和汽车研发水平的进步，人们对汽车的各项性能的要求越来越高。汽车悬架系统对汽车的乘坐舒适性、行驶安全性和操纵稳定性等有着重要的影响，可以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。
当前悬架类型主要分为被动悬架和主动悬架，传统被动悬架即弹簧阻尼器二元件结构虽然能够满足汽车的基本性能要求，但是因其结构限制，很难有所改进和突破。主动悬架虽然在性能方面要优于传统被动悬架，但是由于需要多种传感器进行数据检测，导致结构复杂，造价昂贵，不适合普遍推广。
本发明的两级减震汽车悬架结构上比主动悬架简单，性能比传统悬架优越，适合推广。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种整体抗震性能好的两级减振汽车悬架结构。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供一种两级减振汽车悬架结构，包括减震主体，所述减震主体由第一级减震结构和第二级减震结构串联组成。
具体地，所述第一级减震结构包括第一级惯容器、第一级弹簧和第一级阻尼器，所述第一级惯容器和所述第一级阻尼器串联，所述串联的第一级惯容器和所述第一级阻尼器与所述第一级弹簧并联，所述第二级减震结构包括第二级惯容器、第二级弹簧和第二级阻尼器，所述第二级惯容器、所述第二级弹簧和所述第二级阻尼器并联组成第二级弹簧、阻尼器和惯容器并联一体化装置，所述第二级弹簧、阻尼器和惯容器并联一体化装置的第一端与所述级间连接板的第一面相连。
根据本发明，所述第一级惯容器的第一端与所述上安装板相连，所述第一级惯容器的第二端与所述第一级阻尼器第一端相连，所述第一级阻尼器第二端与所述级间连接板的第一面相连，所述第一级弹簧套在所述第一级阻尼器和所述第一级惯容器外面，所述第一级弹簧的一端与所述上安装板相连，所述第一级弹簧的另一端与所述级间连接板的第一面相连。
根据本发明，所述级间连接板的第二面设置有定位孔，所述第二级弹簧、惯容器和阻尼器并联一体化装置的第一端安装在所述级间连接板的第二面的定位孔内，所述第二级弹簧、惯容器和阻尼器并联一体化装置的第二端与所述下安装板相连。
根据本发明，所述上安装板和下安装板的内侧设置有安装固定用的定位凹槽，所述第一级惯容器的第一端与所述上安装板内侧的定位凹槽相连，所述第二级弹簧、惯容器和阻尼器并联一体化装置的第二端与所述下安装板内侧的定位凹槽相连，所述上安装板和下安装板的外侧设置有螺钉孔或定位环。
根据本发明，所述第一级减震结构还包括锁死控制机构，所述锁死控制机构包括惯容器制动锁死件，所述惯容器制动锁死件安装在丝杠外侧，当驱动所述惯容器制动锁死件时，所述惯容器制动锁死件朝向所述丝杠移动并与所述丝杠紧密贴合，同时侧向挤压所述丝杠，阻止所述丝杠转动。
根据本发明，所述惯容器制动锁死件朝向所述丝杠的一侧设置有同所述丝杠相匹配的螺纹。
根据本发明，所述惯容器制动锁死件与所述丝杠接触部位的材料为橡胶。
一种两级减振汽车悬架结构锁死控制方法，该方法用于对如前所述的锁死控制机构进行控制，当所述惯容器制动锁死件接收到制动指令时，机械传动或电机传动装置驱动所述惯容器制动锁死件，所述惯容器制动锁死件朝向所述丝杠移动并与所述丝杠紧密贴合，同时侧向挤压所述丝杠，阻止所述丝杠转动。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
(1)本发明的两级减振汽车悬架结构，两级减振汽车悬架结构，每一级中均含有惯容器，惯容器具有良好的低频减振性，能够有效抑制人体敏感的低频振动信号，改善悬架系统对低频振动信号的衰减能力，提高汽车的乘坐舒适性。
(2)本发明的两级减振汽车悬架结构还包括锁死控制结构，通过开闭锁死控制结构，可同时满足汽车的行驶安全性和操纵稳定性等性能要求。
附图说明
图1为本发明的两级减振汽车悬架结构的整体装配图；
图2为本发明的两级减振汽车悬架结构的原理图；
图3为本发明的两级减振汽车悬架结构的1/4汽车悬架模型图；
图4为本发明的两级减振汽车悬架结构的1/4汽车悬架简化模型图；
图5为本发明的两级减振汽车悬架结构的车身加速度功率谱密度图；
图6为本发明的两级减振汽车悬架结构的悬架动行程功率谱密度图；
图7为本发明的两级减振汽车悬架结构的轮胎动载荷功率谱密度图；
图8为本发明的两级减振汽车悬架结构的锁死结构作用前示意图；
图9为本发明的两级减振汽车悬架结构的锁死结构作用后示意图。
【附图标记说明】
1：上安装板； 2：第一级惯容器；
3：第一级弹簧； 4：第一级阻尼器；
5：第二级弹簧、惯容器和阻尼器并联一体化装置；
6：级间连接板； 7：下安装板；
8：上端点； 9：第二级惯容器；
10：第二级弹簧； 11：第二级阻尼器；
12：下端点； 13：飞轮室；
14：飞轮； 15：惯容器制动锁死件；
16：丝杠； 17：螺母；
18：行程室。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
本发明提供一种两级减振汽车悬架结构，包括减震主体，减震主体包括第一级减振结构和第二级减振结构。第一级减震结构与第二级减震结构通过级间连接板6串联。
具体地，第一级减震结构包括第一级惯容器2、第一级弹簧3和第一级阻尼器4，第一级惯容器2和第一级阻尼器4串联，串联的第一级惯容器2和第一级阻尼器4再与第一级弹簧3并联。第二级减震结构由第二级惯容器9、第二级弹簧10和第二级阻尼器11并联组成，优选地，为节省安装空间，将第二级减震结构的所述第二级惯容器9、所述第二级弹簧10和所述第二级阻尼器11并联设计成第二级弹簧、阻尼器和惯容器并联一体化装置5，第二级弹簧、阻尼器和惯容器并联一体化装置5的第一端与所述级间连接板6的第一面相连。
进一步具体地，所述第一级惯容器2的第一端与所述上安装板1相连，所述第一级惯容器2的第二端与所述第一级阻尼器4第一端相连，所述第一级阻尼器4第二端与所述级间连接板6的第一面相连，所述第一级弹簧3套在所述第一级阻尼器4和所述第一级惯容器2外面，所述第一级弹簧3的一端与所述上安装板1相连，所述第一级弹簧3的另一端与所述级间连接板6的第一面相连。
优选地，级间连接板6的第二面设置有定位孔，第二级弹簧、惯容器和阻尼器并联一体化装置7的第一端安装在级间连接板6的第二面的定位孔内，第二级弹簧、惯容器和阻尼器并联一体化装置7的第二端与下安装板7相连。
可选地，本发明的两级减振汽车悬架结构中第一级和第二级是相对而言可以互换，在安装过程中可以避免因安装顺序错误而带来的麻烦。
优选地，本发明的一种两级减振汽车悬架结构通过上、下安装板安装固定，上安装板1和下安装板7的内侧设置有定位凹槽，外侧设置有螺钉孔等定位装置，亦可根据需要焊接相应的定位环等定位元件。
工作原理
如图3、图4所示，是将本发明的一种两级减振汽车悬架结构的减震主体安装在1/4车辆模型中。其中，ma和mb分别为车身质量和非簧载质量，k1、b1和c1分别为第一级减振机构的刚度、惯质系数和阻尼系数，k2、b2和c2分别为第二级减振机构的刚度、惯质系数和阻尼系数，kt为轮胎刚度，za、zb、zo、zr和zd分别为车身垂向位移、轮胎垂向位移、路面垂向位移、第二级悬架惯容器垂向位移和悬架级间公共端垂向位移，G(s)为两级汽车悬架的速度型机械阻抗。
该模型拉氏变换后的动力学方程为
Za,Zb,Zo分别为za，zb，zo的拉式变换形式，s为拉氏变换复变量。速度型机械阻抗表达式为：
求解动力学方程可得：
车身加速度对路面垂向位移zo的传递函数为：
悬架动行程za-zb对路面垂向位移zo的传递函数为：
轮胎动载荷(za-zb)kt对路面垂向位移zo的传递函数为：
仿真所用参数如下表所示：
当车辆以v＝25m/s的速度，驶过不平度系数为S(f)＝G0vp-1/fp的路面，指数p＝2.5时，在系统的随机输入信号为G0＝5×10-6m3/cycle下，系统的频域响应如图5、图6和图7所示，在0—5Hz的低频段，本发明的两级汽车悬架结构减震主体的车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷的功率谱密度与传统被动悬架相比，低频共振峰值明显减小，整个低频段的两级汽车悬架的功率谱密度均方根值明显降低。
以上表明，本发明的两级汽车悬架具有良好的低频减振性，汽车的各评价指标均有明显改善。
在本实施例中，当上部车身产生竖向位移时，此时上安装板1在受力状态下带动第一级减震结构的第二端朝向第一级减震结构的第一端移动，压缩第一级惯容器2、第一级弹簧3和第一级阻尼4，将力传递给级间连接板6，级间连接板6在受力状态下带动第二级减震结构的第一端朝向第二端移动，压缩第二级惯容器9、第二级弹簧10和第二级阻尼14，在第一级减震结构和第二级减震结构的共同作用下达到衰减振动的效果。
在本实施例中，当轮胎产生竖向位移时，下安装板7受力，此时下安装板7在受力状态下带动第二级减震结构的第二端朝向第二级减震结构的第一端移动，压缩第二级阻尼14、第二级弹簧10和第二级惯容器9，将力传递给级间连接板6，级间连接板6在受力状态下带动第一级减震结构的第一端朝向第一级减震结构的第二端移动，压缩第一级阻尼4、第一级弹簧3和第一级惯容器2，在第一级减震结构和第二级减震结构的共同作用下达到衰减振动的效果。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上加入了锁死控制结构，锁死控制机构包括惯容器制动锁死件15，惯容器制动锁死件15安装在第一级惯容器2中，惯容器制动锁死件15安装在丝杠16外侧。
具体地，不对惯容器制动锁死件15驱动时，惯容器制动锁死件15静置在所述丝杠16外侧，惯容器制动锁死件15静置在丝杠16两侧的距离为不影响丝杠16的转动的距离，此时实施方式同实施例1。
当行驶工况比较复杂，偏重于行驶安全性和操纵稳定性时，当驱动惯容器制动锁死件15时，惯容器制动锁死件15朝向丝杠16移动并与丝杠16紧密贴合，同时侧向挤压丝杠16，阻止丝杠16转动，从而增大悬架系统的刚度，保证安全性指标。
工作原理
第一级惯容器采用滚柱丝杠旋转式惯容器，如图8和图9所示，当力作用在飞轮室16上时，丝杠16与丝杠螺母17间产生相对运动，此时丝杠螺母17不动，整体上丝杠16向行程室内部直线移动，实际上丝杠16旋转并带动飞轮17旋转，飞轮17旋转会产生惯性阻力。
进一步具体地，惯容器制动锁死件15安装在第一级惯容器中丝杠16的外侧，当惯容器制动锁死件15接收到制动指令时，惯容器制动锁死件15朝向丝杠16移动，与丝杠16快速紧密贴合并挤压丝杠16，阻止丝杠16的转动，从而增大惯容器的阻性，以此来增大两级减震汽车悬架结构的刚度，增强汽车的操纵稳定性。
可选地，惯容器制动锁死件15可通过机械传动装置驱动或者电机驱动。
优选地，惯容器制动锁死件15朝向丝杠16的一侧设置有同丝杠16相匹配的螺纹，以此更好地与丝杠16紧密贴合。为增大摩擦力，惯容器制动锁死件15与丝杠16接触的部分的材料为橡胶。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种两级减振汽车悬架结构，其特征在于：
包括减震主体，所述减震主体由第一级减震结构和第二级减震结构串联组成；
所述第一级减震结构包括第一级惯容器(2)、第一级弹簧(3)和第一级阻尼器(4)，所述第一级惯容器(2)和所述第一级阻尼器(4)串联，所述串联的第一级惯容器(2)和所述第一级阻尼器(4)与所述第一级弹簧(3)并联；
所述第二级减震结构包括第二级惯容器(9)、第二级弹簧(10)和第二级阻尼器(11)，所述第二级惯容器(9)、所述第二级弹簧(10)和所述第二级阻尼器(11)并联组成第二级弹簧、阻尼器和惯容器并联一体化装置(5)，所述第二级弹簧、阻尼器和惯容器并联一体化装置(5)的第一端与所述级间连接板(6)的第一面相连。
2.根据权利要求1所述的两级减振汽车悬架结构，其特征在于：
所述第一级惯容器(2)的第一端与所述上安装板(1)相连，所述第一级惯容器(2)的第二端与所述第一级阻尼器(4)第一端相连，所述第一级阻尼器(4)第二端与所述级间连接板(6)的第一面相连；
所述第一级弹簧(3)套在所述第一级阻尼器(4)和所述第一级惯容器(2)外面，所述第一级弹簧(3)的一端与所述上安装板(1)相连，所述第一级弹簧(3)的另一端与所述级间连接板(6)的第一面相连。
3.根据权利要求2所述的两级减振汽车悬架结构，其特征在于：
所述级间连接板(6)的第二面设置有定位孔，所述第二级弹簧、惯容器和阻尼器并联一体化装置(5)的第一端安装在所述级间连接板(6)的第二面的定位孔内，所述第二级弹簧、惯容器和阻尼器并联一体化装置(5)的第二端与所述下安装板(7)相连。
4.根据权利要求3所述的两级减振汽车悬架结构，其特征在于：
所述上安装板(1)和下安装板(7)的内侧设置有安装固定用的定位凹槽，所述第一级惯容器(2)的第一端与所述上安装板(1)内侧的定位凹槽相连，所述第二级弹簧、惯容器和阻尼器并联一体化装置(5)的第二端与所述下安装板(7)内侧的定位凹槽相连，所述上安装板(1)和下安装板(7)的外侧设置有螺钉孔或定位环。
5.根据权利要求4所述的两级减振汽车悬架结构，其特征在于：
所述第一级减震结构还包括锁死控制机构，所述锁死控制机构包括惯容器制动锁死件(15)，所述惯容器制动锁死件(15)安装在丝杠(16)外侧；
当驱动所述惯容器制动锁死件(15)时，所述惯容器制动锁死件(15)朝向所述丝杠(16)移动并与所述丝杠(16)紧密贴合，同时侧向挤压所述丝杠(16)，阻止所述丝杠(16)转动。
6.根据权利要求1至5所述的两级减振汽车悬架结构，其特征在于：
所述惯容器制动锁死件(15)朝向所述丝杠(16)的一侧设置有同所述丝杠(16)相匹配的螺纹。
7.根据权利要求6所述的两级减振汽车悬架结构，其特征在于：
所述惯容器制动锁死件(15)与所述丝杠(16)接触部位的材料为橡胶。
8.一种两级减振汽车悬架结构锁死控制方法，其特征在于：
该方法用于对权利要求5-7所述的锁死控制机构进行控制；
当所述惯容器制动锁死件(15)接收到制动指令时，机械传动或电机传动装置驱动所述惯容器制动锁死件(15)；
所述惯容器制动锁死件(15)朝向所述丝杠(16)移动并与所述丝杠(16)紧密贴合，同时侧向挤压所述丝杠(16)，阻止所述丝杠(16)转动。
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