CN110239292A - 一种刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置，涉及拖挂式房车制动和缓冲领域，包括球头连接套、主体缓冲部分和连杆锁组部分；所述球头连接套为凸字形结构，且凸字形结构的后端为中空结构，所述主体缓冲部分设置在球头连接套后端中空结构内；中空结构包括两个侧板，所述侧板内侧设置有第一限位柱和第二限位柱；可以根据车辆在不同载荷和制动工况下利用电磁缓冲装置适时调节其刚度特性，从而满足不同挂车质量，多种制动工况下的需求，以达到提高车辆行驶制动过程中的稳定性，改善驾驶人员的行车舒适感。

Description

一种刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置

技术领域

本发明涉及拖挂式房车制动和缓冲领域，具体涉及一种能够实现挂车制动时连接装置缓冲刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置。

背景技术

近年来随着国内经济的高速发展，人民生活水平日益提高,在带动旅游和汽车消费的同时，房车这一新兴产业的发展也被拉动起来，同时房车的制动安全性能亦受到较高重视。

相对单车而言,拖挂式房车制动系统组成更为复杂,对其制动稳定性及安全性要求也更加严格。现在的拖挂式房车普遍采用的是过速刹车系统，它是依靠惯性作用制动,其原理是当主车制动时挂车因惯性力推动制动杆前后伸缩依靠纯机械结构之间的相互传动与配合最终达到刹车目的。惯性刹车系统结构相对比较简单且能达到较好的制动效果，其普遍的适用性和经济性不言而喻。在欧系拖挂式房车中大多采用过速刹车系统。

但是这种刹车系统美中不足之处是主车和挂车的刹车不能立刻做到同步性。对不同体积重量的挂车所需的制动力的大小更是不同。对惯性制动系统而言挂车刹车时存在的不同步是由于各机械机构之间的相对位移传动最终转化为制动力需要一定的时间，而在这小段时间差里挂车的刹车力矩始终小于主车，于是就存在短暂的延迟现象。这就会出现主车与挂车球头连接处出现过大的瞬态刚性冲击力从而导致刹车不稳定。

本发明具体设计一款球头连接装置，采用机械液压结构作为一二级缓冲，外加一对电磁铁作为辅助缓冲部分。能够吸收挂车过大的冲击力达到类似同步制动的效果，以改善驾驶员驾驶过程中车身的稳定性和安全性。并且该装置结构相对简单性能可靠，制造成本较低，拆装，维修方便。

发明内容

本发明提供一种刚度可变的球头连接缓冲装置，其不仅利用机械结构使其实现刚度可变。而且可以根据车辆在不同载荷和制动工况下利用电磁缓冲装置适时调节其刚度特性，从而满足不同挂车质量，多种制动工况下的需求，以达到提高车辆行驶制动过程中的稳定性，改善驾驶人员的行车舒适感。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置，包括球头连接套、主体缓冲部分和连杆锁组部分；所述球头连接套为凸字形结构，且凸字形结构的后端为中空结构，所述主体缓冲部分设置在球头连接套后端中空结构内；中空结构包括两个侧板，所述侧板内侧设置有第一限位柱和第二限位柱；

所述主体缓冲部分包括前后设置第一阻尼器和第二阻尼器；两个所述第一阻尼器的一端设置在球头连接套的侧壁上，另一端并列设置在前滑动导盘的一侧面上，滑动导盘的另一侧面上设置有第一阻尼器的一端，第一阻尼器的另一端设置在后滑动导盘上；所述前滑动导盘、后滑动导盘可沿侧板上的导轨滑动，且后滑动导盘设置在第一限位柱和第二限位柱；所述前滑动导盘设置在第二限位柱与球头连接套的侧壁上；

所述连杆锁组部分包括U型连杆、摇臂锁钩和摇臂；所述U型连杆的两端分别通过设置在摇臂锁钩和摇臂上的连杆铰接螺栓连接，所述摇臂锁钩和摇臂分别通过摇臂铰接螺栓设置在侧板上，所述摇臂铰接螺栓上设置有回位弹簧；所述第一限位柱设置在摇臂锁钩和摇臂外侧区域，第二限位柱设置在摇臂锁钩和摇臂之间的区域；所述第一阻尼器和第二阻尼器上设置有弹簧。

进一步的，所述U型连杆为两个，上下并列设置在摇臂锁钩和摇臂上。

进一步的，所述连杆锁组部分对称设置在侧板上。

进一步的，所述后滑动导盘与前滑动导盘之前设置有导柱。

进一步的，所述后滑动导盘T字形结构，该T字形结构的一端套装有电磁线圈。

进一步的，所述球头连接套凸字形结构的前段部分套装有电磁线圈。

进一步的，所述摇臂锁钩和摇臂设置在侧板上开设的凹槽内，且摇臂锁钩和摇臂凸出于侧板并延伸至中空结构内。

进一步的，在工作过程中，后滑动导盘运动到摇臂位置时，摇臂被后滑动导盘压缩从而带动U型连杆，U型连杆带动摇臂锁钩运动，从而使得摇臂锁钩收缩，前滑动导盘带动第二阻尼器开始工作。

有益效果：

1.本装置在球头套内设计刚度可变的缓冲结构可以适用于多种载荷的挂车需求，不必更换球头连接套，具有通用性。

2.本装置采用机械缓冲为主，电磁缓冲为辅的方法，提高了装置的工作稳定，安全可靠本装置设计结构紧凑、拆装、维修方便容易。

3.利用一种刚度可变的球头连接缓冲装置，通过车辆在行车制动时根据挂车推杆在不同的位移段下相对应的螺旋弹簧组被压缩而改变球头连接器内的缓冲刚度，在必要时可以开启电磁缓冲装置以变向地增加弹簧的刚度系数，进一步改善装置的缓冲性能。

附图说明

图1为装置的总体结构示意图；

图2为装置主要缓冲结构的部分剖视图；

图3为车辆正常牵引状态下装置的剖切位置图；

图4为第一工作缓冲阶段的位置剖视图；

图5为第二工作缓冲阶段的位置剖视图；

图6为连杆锁组的结构示意图；

图7为图6的正视结构示意图；

图8为装置的工作流程图；

图9为装置不同工作状态的F-X图形。

附图标记如下：

1.球头连接套；2.球头柱；3.主体缓冲部分；4.连杆锁组部分；5.防护底板；6.底板连接螺钉；7滑动推杆铰接螺栓；8.铰接螺帽；9.滑动推杆；10.后滑动导盘；11.漆包线圈；12.第一作用弹簧；13.第一阻尼器；14.前滑动导盘；15.阻尼器2；16.第二作用弹簧；17.对位孔；18.第二限位柱2；19.第一限位柱；20.连杆铰接螺栓；21.连杆铰接螺帽；22.摇臂锁钩；24.摇臂铰接螺栓；24.摇臂铰接螺帽；25.U型连杆；26摇臂；27.回位弹簧。

具体实施方式

下面结合示意图对本装置具体实施方法进一步说明。

一种刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置，包括球头连接套1、主体缓冲部分和连杆锁组部分4；所述球头连接套1为凸字形结构，且凸字形结构的后端为中空结构，所述主体缓冲部分设置在球头连接套1后端中空结构内；中空结构包括两个侧板，所述侧板内侧设置有第一限位柱和19第二限位柱18；

所述主体缓冲部分包括前后设置第一阻尼器13和第二阻尼器15；两个所述第一阻尼器15的一端设置在球头连接套1的侧壁上，另一端并列设置在前滑动导盘14的一侧面上，滑动导盘14的另一侧面上设置有第一阻尼器13的一端，第一阻尼器13的另一端设置在后滑动导盘10上；所述前滑动导盘14、后滑动导盘10可沿侧板上的导轨滑动，且后滑动导盘10设置在第一限位柱和19第二限位柱18；所述前滑动导盘14设置在第二限位柱19与球头连接套1的侧壁上；

所述连杆锁组部分4包括U型连杆25、摇臂锁钩22和摇臂26；所述U型连杆25的两端分别通过设置在摇臂锁钩22和摇臂26上的连杆铰接螺栓20连接，所述摇臂锁钩22和摇臂26分别通过摇臂铰接螺栓24设置在侧板上，所述摇臂铰接螺栓24上设置有回位弹簧27；所述第一限位柱19设置在摇臂锁钩22和摇臂26外侧区域，第二限位柱18设置在摇臂锁钩22和摇臂26之间的区域；所述第一阻尼器13和第二阻尼器15上设置有弹簧。

进一步的，所述U型连杆25为两个，上下并列设置在摇臂锁钩22和摇臂26上。

进一步的，所述连杆锁组部分对称设置在侧板上。

进一步的，所述后滑动导盘10与前滑动导盘10之前设置有导柱。

进一步的，所述后滑动导盘10T字形结构，该T字形结构的一端套装有电磁线圈。

进一步的，所述球头连接套1凸字形结构的前段部分套装有电磁线圈。

进一步的，所述摇臂锁钩22和摇臂26设置在侧板上开设的凹槽内，且摇臂锁钩22和摇臂26凸出于侧板并延伸至中空结构内。

进一步的，在工作过程中，后滑动导盘10运动到摇臂26位置时，摇臂26被后滑动导盘10压缩从而带动U型连杆25，U型连杆25带动摇臂锁钩22运动，从而使得摇臂锁钩22收缩，前滑动导盘14带动第二阻尼器15开始工作。

如图1所示，此为该装置的整体结构示意图，为了表示清楚内部结构，于是对球头套做了部分剖切；该装置大致由5个部分组成：球头连接套1、球头柱部分2、主体缓冲部分3和连杆锁组部分4。其中球头柱下部通过螺纹部分与主车相连，上部球头部分与球头连接套内球面相嵌合，中部缓冲部分通过球罩内的两组凸起的限位确定前后滑动导盘的初始位置，球罩后部与挂车推杆相连接。当主车前行时，其牵引力依次通过球头柱、球头连接罩、滑动推杆铰接螺栓组、推杆，最终传致挂车。当车辆行车制动时，后车的瞬态冲击力依次经过推杆、滑动导盘、阻尼弹簧组、球头连接罩，球头，最终传递到主车。

如图6和7所示，此为连杆锁组结构示意图。此部分依靠铰接螺栓组23、24与球头套外壁相连，摇臂26、U形连杆25、导盘摇臂锁钩22、通过铰接螺栓组20、21相连，并同铰接螺栓组23、24一起组成了平行四连杆机构。正常情况下导盘摇臂锁钩22、摇臂26与球头套外壁贴合，此时连杆机构处于锁止状态，如图4所示。当挂车的推杆推动后滑动导盘10向前移动触碰到摇臂的一斜边面时，其斜边面的推力F的分力Ft使其绕铰接螺栓组23、24向外旋转，从而带动导盘摇臂锁钩22一起向外旋转直致解除锁止状态。

如图3至5所示，该图为球头连接装置内缓冲机构未被压缩时的位置剖示图。从图4到图5的过程只有第一作用弹簧组起作用。此阶段前滑动导盘被限位凸柱和导盘摇臂锁钩卡死，相当于导盘与球头套刚性固连而不能产生相对位移，此过程中该装置在第一作用弹簧、阻尼器和后滑动导盘的共同作用下形成第一阶段的缓冲，而弹簧的刚度系数K＝K1。

如果当车辆制动时挂车的冲量过大而导致第一弹簧的压缩状态到达图4所表示位置，导盘侧面与摇臂侧面相接触，此后摇臂因后滑动导盘的外推分力使其向外旋转张开，同时通过U型连杆带动摇臂锁钩也向外张开而解除锁止状态，前滑动导盘可纵向移动。而第一弹簧组因被压缩到后滑动导盘与前滑动导盘形成一个整体，所以第一弹簧组不能在被压缩。因第一弹簧组的预压力F0＝K1X1，所以在第一缓冲阶段转换到第二缓冲阶段的过程是柔性过度，也避免了瞬态冲击。随后第2弹簧组起到缓冲作用。此阶段缓冲装置的刚度系数K＝2*K2>K1。

在解除行车制动后前车的相对速度大于挂车，于是滑动导盘相对球头套有向后的位移，在前滑动导盘到达其初始位置之前，因其受到的第二弹簧组的作用力F2始终大于第一组的最大压缩力F1＝F0，所以此阶段两滑动导盘没有相对位移呈刚性连接状态。当前滑动导盘的侧面触碰到导盘锁钩时，锁钩因受外推分力而向外张开，前滑动导盘便可沿导轨回到起始位置。锁钩在回位弹簧的作用下又锁死前导盘，随后第一作用弹簧组开始伸张，后滑动导盘回位。

综上：本发明装置在行车制动过程中可缓冲挂车多变的瞬态冲击力，并且在解除制动后各导盘又能平稳的回到起始位置。这样就改善了车辆行驶过程中的稳定性。

为进一步提高车辆行车制动的稳定性，本装置还可以开启电磁缓冲部分。其由一对电磁铁如图2所示，其由安装于前车的电控单元ECU，D/A转换器，集成运算放大器、球头连接套内的一对电磁铁和安装在挂车和球头连接机构之间的加位移传感器组成。驾驶员可根据所牵引的不同挂车质量来选择不同的挡位，并以此为外部触发条件来使ECU执行相对应的子程序。位移传感器将检测到后车制动时的相对纵向位移信号发送给ECU，然后ECU内部存有的程序和算法将该信号转换成相对应的数字信号，再经D/A转换器，集成运算放大器后输出不同占空比下所对应的PWM波从而改变输出的有效电压，最终让两电磁线圈中流过等大反向的电流，产生一对排斥力以抵消挂车制动时的一部分瞬态冲击。

对磁场力的计算：

为了简化计算，可以假设电磁铁只有一层漆包线，实际情况是有多层的。设制动过程中的某时刻通电线圈经过的电流为I，电磁铁的横截面积为S，且其单位长度有N匝线圈。则由麦克斯韦方程得

整理得：

其中u₀为磁导率，L₁为第一滑动导盘上电磁线圈的长度，L₂为球头套壳体上电磁线圈的长度，N单位长度上线圈的匝数，U为电源所能提供的最大电压值，U_i为不同档位下输出的有效电压值，K_总为电磁辅助系统所设置的总挡位数，K_i为相应的挡位数，X_总为后滑动导盘在球头连接套内的相对总位移，X为后滑动导盘在球头连接机构内的相对位移，R为电磁辅助系统电路上的总电阻，I为通过电磁线圈的有效电流。

由此可以得出当开启电磁辅助缓冲装置后：

第一缓冲阶段装置的刚度系数:

第二缓冲阶段装置的刚度系数:

由此进一步适应车辆复杂多变的制动工况和不同载荷的挂车要求，从而改善车辆行驶的稳定性。

图8为装置工作时的流程图，当主车制动时如果挂车的冲量较小，则导盘在挂车推杆的推力作用下纵向位移较小。此阶段第一作用弹簧组起作用。如果挂车的冲量过大时第一缓冲阶段的弹簧被压缩到最大的位移挂车仍然还有很大冲击力，则在此后第2弹簧组起作用。如果驾驶员开启电磁缓冲辅助装置根据挂车制动时产生的纵向加速度的大小额外增加相应的反推力，以改变缓冲装置的刚度，提升缓冲能力。

图9为球头机构开启电磁辅助装置后，球头连接装置在不同挡位下所得到的刚度系数数随位移变化关系图。开启电磁辅助缓冲装置后，位移传感期工作。当车辆制动时，如果存在前车和后车制动不同步而产生相对的纵向位移。位移传感器会将其采集到的前车与后车相对纵向位移信号发送给ECU，然后ECU内部存有的程序和算法将该信号转换成相对应的数字信号，再经D/A转换器，集成运算放大器后输出不同占空比下所对应的PWM波从而改变输出的有效电压，最终让两电磁线圈中流过等大反向的电流，产生一对排斥力以抵消挂车制动时的一部分瞬态冲击。在第一缓冲阶段，球头连接缓冲装置的刚度系数K由前面所推导的公式所得：

不同挡位下所对应的K₁不同，挡位越高，K₁值越大。所以当驾驶员在根据拖挂的房车的不同载重质量确定相对应的挡位后，当球头缓冲装置内的推杆有相对纵向位移后，缓冲装置的刚度系数就会随相对位移X的增加而向对应地呈线性增长。从而提高了车辆行车制动时的稳定行能，也进一步提高了驾驶员的舒适性。

车辆在行车制动过程中如果后车的制动力矩小于前车，则后车相对于前车有相对运动，后车过大的冲击力就可通过推杆作用于球头套内的滑动导盘，使滑动导盘在球头套内也有纵向的相对位移，从而使螺旋弹簧发生形变，对挂车施加反作用力以达到缓和挂车的冲击力。在挂车的质量或总体冲量较小的情况下，球头连接套内的滑动导盘的相对位移小，这时第一弹簧组起作用。当后车质量或冲量大时滑动导盘的相对位移变大到一定位置时后，则第二弹簧组起作用。

如果为了进一步提高车辆制动的平稳性，驾驶员可以选择开启电磁缓冲辅助装置所设定的不同的挡位，并以此为触发条件使ECU执行相应段的子程序。ECU接收安装在挂车上和球头连接套之间的位移传感器所检测到的其纵向相对位移信号，并通过ECU内部已存有的程序运算处理后所得到的数字信号结果经D/A转换器，集成运算放大器，最终使连接套内的一对电磁铁产生相互排斥作用，相当于增加连接套内弹簧的刚度，以优化缓冲性能。

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 (8)

1.一种刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置，其特征在于，包括球头连接套(1)、主体缓冲部分和连杆锁组部分(4)；所述球头连接套(1)为凸字形结构，且凸字形结构的后端为中空结构，所述主体缓冲部分设置在球头连接套(1)后端中空结构内；中空结构包括两个侧板，所述侧板内侧设置有第一限位柱和(19)第二限位柱(18)；

所述主体缓冲部分包括前后设置第一阻尼器(13)和第二阻尼器(15)；两个所述第一阻尼器(15)的一端设置在球头连接套(1)的侧壁A上，另一端并列设置在前滑动导盘(14)的一侧面上，前滑动导盘(14)的另一侧面上设置有第一阻尼器(13)的一端，第一阻尼器(13)的另一端设置在后滑动导盘(10)上；所述前滑动导盘(14)、后滑动导盘(10)可沿侧板上的导轨滑动，且后滑动导盘(10)设置在第一限位柱和(19)第二限位柱(18)之间；所述前滑动导盘(14)设置在第二限位柱(19)与球头连接套(1)的侧壁A之间；

所述连杆锁组部分(4)包括U型连杆(25)、摇臂锁钩(22)和摇臂(26)；所述U型连杆(25)的两端分别通过设置在摇臂锁钩(22)和摇臂(26)上的连杆铰接螺栓(20)连接，所述摇臂锁钩(22)和摇臂(26)分别通过摇臂铰接螺栓(24)设置在侧板上，所述摇臂铰接螺栓(24)上设置有回位弹簧(27)；所述第一限位柱(19)设置在摇臂锁钩(22)和摇臂(26)两者之外区域，第二限位柱(18)设置在摇臂锁钩(22)和摇臂(26)两者之间的区域；所述第一阻尼器(13)和第二阻尼器(15)上设置有弹簧。

2.根据权利要求1所述的刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置，其特征在于，所述U型连杆(25)为两个，上下并列设置在摇臂锁钩(22)和摇臂(26)上。

3.根据权利要求1所述的刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置，其特征在于，所述连杆锁组部分(4)对称设置在球头连接套(1)两侧的侧板上。

4.根据权利要求1所述的刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置，其特征在于，所述后滑动导盘(10)与前滑动导盘(10)之前设置有导柱。

5.根据权利要求1所述的刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置，其特征在于，所述后滑动导盘(10)T字形结构，该T字形结构的一端套装有电磁线圈。

6.根据权利要求5所述的刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置，其特征在于，所述球头连接套(1)凸字形结构的前段部分套装有电磁线圈。

7.根据权利要求1所述的刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置，其特征在于，所述摇臂锁钩(22)和摇臂(26)设置在侧板上开设的凹槽内，且摇臂锁钩(22)和摇臂(26)凸出于侧板并延伸至中空结构内。

8.根据权利要求1所述的刚度可变的拖挂式房车球头连接缓冲装置，其特征在于，在工作过程中，后滑动导盘(10)运动到摇臂(26)位置时，摇臂(26)被后滑动导盘(10)压缩从而带动U型连杆(25)，U型连杆(25)带动摇臂锁钩(22)运动，从而使得摇臂锁钩(22)收缩，前滑动导盘(14)带动第二阻尼器(15)开始工作。