CN110682757A - 一种机械式主动悬架机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车辆机械式主动悬架机构。主要解决当前主动悬架价格高昂，后期保养成本过高的问题，并使其某些方面的性能有进一步的提高。其特征是悬架中减震弹簧和避震器上端联接一蜗轮摆臂，再通过蜗轮蜗杆机构与车身联接。ECU控制伺服电机驱动蜗杆转动，带动蜗轮摆臂和与其相联接的悬架相对于车身产生升降运动，实现车辆悬架的高低调节。利用一杠杆件调整横置双叉臂悬架的上臂相对于车身的支点，解决悬架在升降过程中的车轮倾角改变过大的问题，并采用一种新型四杆叉形纵置摆臂提高悬架支撑性能，在防倾杆中部设一制动机构，并将断开的防倾杆用牙嵌式离合器结合，避开了防倾杆在传统悬架中的缺点，使其性能更进一步的提升。

Description

一种机械式主动悬架机构

技术领域

本发明涉及一种车辆悬架机构，尤其涉及一种机械式主动悬架机构。

背景技术

理想的车辆悬架系统应该做到：当车辆在颠簸路面、越野路面上行驶时，要求底盘要高一些，悬架要软一些，以提高车辆的通过性和舒适性；当车辆在铺装路面、高速路面上高速行驶时，要求底盘要低一些，悬架要硬一些，以提高车辆的稳定性和操控性。在传统的底盘技术下，操控性和舒适性是天生的一对矛盾，一般只能偏向于一方的调教，设计师们都是尽可能的找到两者的平衡点，在传统的机械式悬架中，防倾杆（又称横向稳定杆）的出现使其有了一个较好的解决方案。防倾杆相当于给悬架加装了一根U形的扭杆弹簧，当左右两侧悬架同时压缩或伸长时，防倾杆并不发挥作用；当车辆转弯时，外侧悬架被压缩，内侧悬架被拉伸，此时防倾杆就会发挥作用，阻止外侧悬架的压缩和内侧悬架的拉伸，从而减小车辆转弯时的侧倾，使悬架在保持较好的舒适性的同时，其操控性也有较好提升。然而目前的防倾杆又有许多局限性，当车辆在坑洼颠簸路面行驶时，防倾杆又会使车辆的舒适性降低，在越野时会影响悬架的伸缩，易使一侧车轮悬空，从而影响其通过性。所以，一种能高能低、能软能硬的主动悬架自然会更受欢迎。目前应用较广的主动悬架系统有空气悬架、液压悬架、和电磁悬架三种。

空气悬架由空气弹簧、可调避震器、气泵等组成，具有调节底盘高低和改变悬挂软硬的能力，能根据需要调整到最佳状态，拥有良好的适用性，是目前应用最多的主动悬架形式。其底盘高度调节主要由空气弹簧长度决定，故调节范围不大，同时也因为空气悬架的结构更复杂，所以价格昂贵，故障率也更高，在频繁的使用过程中会造成气泵过热而影响寿命，空气弹簧一般在 6-8 万公里就需要更换，后期保养成本很高。

液压悬架的每个车轮都有一个液压分泵，通过调节油缸加注油量和阻尼阀门大小来调整悬架高低软硬。相较于空气悬架，液压悬架的负载能力强，体积小，方便布置。不足之处是响应速度慢，调节范围窄，并且使用到一定公里数后需要更换的问题仍然存在，并且液压泵会消耗一部分动力。

电磁悬架是通过调整电流大小来控制避震器中电磁液的黏度，使其阻尼改变，从而调整避震器软硬。特点是反应速度快，安全性高。但是不能调节底盘高低，只能通过避震器来调节悬架软硬，算半主动悬架。

目前的主动悬架系统因为成本太高和性价比较低的因素，只用于一些豪车上。所以迫切需要一款价格便宜又经久耐用，后期保养成本低，又能满足主动悬架各项功能要求的悬架系统，用来满足大众人民的消费需求。

发明内容

本发明的目的是解决目前主动悬架系统价格高昂、结构不耐用、后期保养费用高，以及因底盘高低调节引起的悬架参数改变等问题。

为了解决以上问题，本发明提供一种机械式主动悬架机构，悬架中支撑弹簧和避震器上端和一个摆臂与蜗轮联结为一体的蜗轮摆臂一端联接，蜗轮摆臂另一端与车身铰接，蜗轮摆臂通过与其蜗轮配合联接的蜗杆机构与车身保持一定的位置关系，由ECU控制的伺服电机通过一个减速机构驱动蜗杆转动，带动蜗轮摆臂上下摆动，从而使悬架摆臂一起摆动，实现车辆底盘的高低调节。

在目前常用的横置不等长双叉臂悬架中，上叉臂与车身联接端通过一个杠杆件与车身联接，杠杆件中间支撑点与车身联接，靠近车身的一端与上叉臂联接，外端通过一个连杆与蜗轮摆臂联接，当悬架摆臂处于水平位置时，杠杆件也处于水平位置，当蜗轮摆臂摆动调节底盘高度时，杠杆件随之转动，在水平位置时所处基础上将上叉臂向外侧推动一定位置，补偿因悬架高度调节造成的车轮外倾角的变化，使其始终处于一个允许的范围之内。

在蜗轮摆臂纵向设置中，前悬架采用一种纵置、等长、双四杆叉形摆臂，其四杆叉形摆臂基本结构为，前两根杆一端联结成叉形，两杆的另一端与车身联接形成一个三角结构，后两根杆一端联结成叉形，并与转向节联接，两杆的另一端与前两杆形成的叉形结构联结，形成第二个三角结构。因为等长双纵臂的平行四边形原理，所以在悬架高低调节时，前轮的外倾角、后倾角、轮距等参数始终保持不变；四杆叉形摆臂使悬架无论在横向或是纵向都有很好的支撑性。后悬架采用一种纵置单四杆叉形摆臂，其四杆叉形摆臂的基本结构为，四根杆联成两个叉形，并分上下布置，两交叉端由轮轴座联结为一体，车身联接端合并为一端，成为单摆臂。此种摆臂作为独立后悬挂摆臂在横向和纵向上都有非常好的支撑性，在悬架高低调节时也不会改变轮距和倾角。

在悬架中防倾杆的中部设置一个制动机构，制动盘与防倾杆固定联结，制动卡钳与车身联结，在ECU的控制下完成对制动盘的松开、夹紧动作。当车辆在刹车时制动盘夹紧，可以利用防倾杆减小车辆刹车点头动作；当车辆高速行驶时，夹紧制动盘，可以使悬架变硬，增强车辆的路面反馈性能。

从中间断开为左右两部分的防倾杆由牙嵌式离合器结合在一起，离合器的一半与制动轮盘联结为一体，并与一侧防倾杆固定联结，离合器的另一半与另一侧的防倾杆采用花键联接，可以左右滑动，在分离机构的作用下完成离合器的分离动作，离合器的牙形采用矩形牙，牙顶端倒角成斜面，可移动的半边离合器由一压缩弹簧将其压向另一半离合器，在分离机构松开后，离合器在弹簧作用力下自动结合。当车辆行驶于颠簸的坑洼路面或越野路面时，离合器分离，防倾杆失效，不影响车辆的舒适性和通过性。

防倾杆中间的制动盘表面为带有一定牙形的的凹凸面，使制动盘被夹紧时不会产生滑动。

本发明的有益效果

（1）本发明采用的是在传统的螺旋弹簧式悬架的基础上，利用蜗轮蜗杆机构带动一个支撑减震弹簧的蜗轮摆臂上下摆动来实现悬架的高低调节，因其为纯机械式结构，所以比空气悬架更加稳定耐用，寿命更长，可以终身使用，传统的螺旋弹簧和蜗轮蜗杆等机械构件的制造成本也更加低廉。

（2）本发明中底盘的升降高度取决于与螺旋弹簧相连的蜗轮摆臂的长度和摆动角度，与弹簧高度无关。所以与空气悬架相比，本发明的悬架底盘升降范围更大，可以在越野车底盘高度和跑车底盘高度之间自由切换。

（3）本发明采用伺服电机作为驱动单元，与空气悬架和液压悬挂中的空气泵和液压泵相比，其技术成熟结构简单，反应更快，控制更加准确。

（4）本发明中采用的蜗轮蜗杆机构具有良好的自锁特性，伺服电机只在悬架需调整时做功，调整到位后即不需要再做功，所以本悬架系统消耗的能源也更少。

（5）本发明利用一杠杆件来调整双叉臂悬架中的一个叉臂相对车身的联接位置，解决了双叉臂悬架大范围调整高低时轮倾角改变大的问题。

（6）本发明中采用的伺服电机驱动机构，伺服电机自带的编码器可以使行车电脑掌握各悬架的高低位置，从而准确判断车身姿态，减少传感器数量。在车辆转弯和刹车时，空气悬架、液压悬架和电磁悬架都是通过提高弹簧或避震器的硬度来减小车身转弯时的侧倾和刹车时的点头动作。而本发明可以在车辆转弯时，根据各传感器数据，升高外侧悬架，降低内侧悬架；在车辆刹车时，升高两前轮悬架，以此完全抵消车辆转弯时的外倾和刹车时的点头动作，使车身更加平稳舒适。

（7）本发明采用的纵置四杆叉形摆臂可以满足悬架大范围高低调节而各轮距和倾角不变，并且在纵向和横向上都有较好的支撑性能，也为发动机仓腾出更大的空间。

（8）本发明利用防倾杆的扭杆弹簧原理提升车辆制动平稳性，并改变悬架的硬度，提升车辆性能且成本低廉。

（9）本发明防倾杆断开操作简单方便，结构简单耐用，避开了防倾杆的缺点，使其性能发挥的更加出色。

与现有的主动悬架系统相比，本发明的机械式主动悬架机构，结构更加稳定耐用，成本更低，控制更加准确，功能也更加全面。。

附图说明

图1 是根据本发明实施的横置不等长双叉臂悬架三维示意图。

图2 是根据本发明实施的等长双四杆叉形纵臂前悬架的一种实施例结构三维示意图。

图3 是根据本发明实施的四杆叉形单纵臂后悬架的一种实施例结构三维示意图。

图4 是根据本发明实施的纵置前悬架四杆叉形摆臂零件结构实施例示意图。

图5 是根据本发明实施的纵置后悬架采用的四杆叉形摆臂的一种实施例三维示意图。

图6 是根据本发明实施的防倾杆中部制动、离合部件的一种实施例结构三维示意图。

图7 是根据本发明实施的防倾杆离合器实施列分离状态的三维示意图。

图8 是根据本发明实施的杠杆件随蜗轮摆臂的上下摆动而转动的位置变化示意图。

附图中所述零件标号：1、车架；2、下叉臂；3、转向节；4、上叉臂；5、减震弹簧；6、

避震器；7、蜗轮摆臂；8、蜗杆；9、伺服电机；10、减速小齿轮；11、减速大齿轮；12、杠杆件；13、连杆；14、左防倾杆；15、右防倾杆；16、防倾杆拉杆；17、制动盘；18 离合器；19、压紧弹簧；20、离合器分离拨叉；21、制动卡钳；22、前悬架四杆叉形下摆臂；23、前悬架四杆叉形上摆臂；24、后悬架四杆叉形摆臂；25、拉线；

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例。在整个说明书中相同的标号表示同类同名称的零部件，左右对称的机构中的同类零件将省去重复的标号和描述。附图只是为更好的描述本发明的概念，对本发明概念的理解不受限于附图。

1、悬架的高低调节。

如图1、图2 所示，图1为一种不等长双叉臂式前悬架实施例，图2为纵置等长双叉臂式前悬架实施例。减震弹簧5和避震器6的上端和蜗轮摆臂7联接，蜗轮摆臂7的另一端和车架1铰接，因蜗轮的转动幅度并不需要很大，所以蜗轮只取其一部分。蜗杆8联接在车架1上，因为由蜗轮向蜗杆传递力距时，蜗轮蜗杆机构具有良好的自锁性，所以此时蜗轮摆臂相当于是车架的固定机构。当ECU控制伺服电机9转动时，动力经减速小齿轮10和减速大齿轮11传至蜗杆8，蜗杆8转动，带动蜗轮摆臂7上下摆动，蜗轮摆臂7通过避震器6和减震弹簧5带动整个悬架上下摆动，实现悬架的高低调节。

2、横置不等长双叉臂悬架车轮倾角的补偿。

目前的双叉臂悬架基本都是下长上短的不等长双叉臂机构，假设上下摆臂都处于水平位置时，此时的车轮外倾角为正常值，因上摆臂比下摆臂短，所以悬架再向上或向下摆动时，车轮的上端都会向内倾斜，从而改变车轮外倾角。

如图1、图8所示，在本发明中，上叉臂4靠近车架中心的一端与杠杆件12的一端联接，杠杆件12的中间支点与车架1联接，另一端与连杆13联接，连杆13与蜗轮摆臂7联接，当上下叉臂2、4处于水平位置时，杠杆件12 也处于水平位置，杠杆件12与上叉臂4的联接端处于靠近车架中心的一端，此时的车轮外倾角为正常值。当蜗轮摆臂7上下摆动调整悬架高低时，通过连杆13带动杠杆件12转动一定的位置，杠杆件12会将上叉臂4向外推动一定的距离，补偿车轮上端向内倾斜的角度。通过选取杠杆件及蜗轮摆臂与连杆联接位置的合适参数，可以使车轮外倾角在悬架的高低调节范围内始终处于一个允许的范围之内。

3、纵置等长双四杆叉形前悬架的摆臂结构。

等长双摆臂前悬架因平行四边形原理使得其在悬架高低调整过程中车轮的倾角、轮距等参数始终保持不变，并且相较于横置双叉臂悬架可以空出更大的发动机仓空间，因此更加适合可调式悬架。因前轮转向的影响，本发明采用一种双四杆叉形摆臂。

如图2、图4所示，图2为本发明实施的等长四杆叉形双纵臂前悬架的一种实施例结构三维示意图。其悬架高低调整原理与图1所示悬架高低调整原理相同。图4为前双四杆叉形摆臂实施列的结构示意图。图4中a杆和b杆交叉成叉形，可以和车架1形成一个三角结构，c杆和d杆交叉成叉形，并和a、b杆形成的叉形连接成一体，形成第二个三角结构，此种结构使其在横向和纵向都有较好的支撑性能。

4、纵置四杆叉形后悬架的摆臂结构。

如图3、图5所示，图5中a杆和b杆连成一个叉形，c杆和d杆连成一个叉形，并分上下布置，交叉端由轮轴座e部分连成一个整体，另一端上下两叉合为一端，成为单叉臂结构。此种结构摆臂作为独立后悬架摆臂，不仅便于悬架高低调整，而且不论在纵向还是横向都有很好的支撑性能。

5、防倾杆的控制和分离结合。

如图6、图7所示，和一半离合器结合在一起的制动盘17与左防倾杆14固定联结在一起，制动卡钳21与车架1联接在一起，离合器另一半18与右防倾杆15通过花键联接在一起，并可以沿花键轴向移动。当拉线25松开时，离合器18 在压紧弹簧19的作用下压向左侧，此时离合器结合，左右防倾杆14、15相当于一根完整防倾杆，使汽车在保持舒适的较软悬架的同时拥有较好的转弯防倾斜能力。当汽车制动时，制动卡钳21将制动盘17夹紧，此时相当于给前悬架增加了一根扭杆弹簧，使悬架变硬，从而减小汽车刹车点头动作。当汽车高速运动时，夹紧制动盘17可以使悬架变硬，从而提升车辆操控性和路面反馈能力。

当车辆在颠簸坑洼路面行驶时，防倾杆会影响车辆的舒适性，在越野路面行驶时防倾杆会限制悬架的伸缩，易使车轮悬空，影响通过性。此时只需收紧拉线25，离合器分离拨叉20即可将离合器18拨到右边，使左右防倾杆断开，如图7所示。

车辆行至平整路面后，拉线25松开，在压紧弹簧19的作用下离合器恢复结合状态。离合器牙顶倒角成斜面可以保证其进入正确的结合位置。

6、悬架的主动控制。

每一个悬架都由一个独立的伺服电机控制，因此，在车辆转弯时可以调整外侧悬架升高，内侧悬架降低，高速时可以调整前后悬架的高度，伺服电机自带的编码器可以实时反馈各个蜗轮摆臂的位置，非常便于行车电脑控制悬架的姿态。

以上所述仅为本发明的实施例，故不能以此限定本发明的实施范围。

Claims (8)

1.一种机械式主动悬架机构，其特征在于：悬架中减震弹簧和避震器的上端和一个摆臂与蜗轮结为一体的蜗轮摆臂一端联接，蜗轮摆臂另一端与车身铰接，蜗轮摆臂通过与其蜗轮配合的蜗杆机构与车身保持一定的位置关系，由ECU控制的伺服电机通过一个减速机构驱动蜗杆转动，带动蜗轮摆臂上下摆动；悬架中蜗轮摆臂可以横向、斜向或纵向布置，在横置不等长双叉臂悬架中，上叉臂与车身联接端通过一个杠杆件与车身联接，杠杆件中间支撑点与车身联接，一端与上叉臂联接，另一端通过一个连杆与蜗轮摆臂联接；蜗轮摆臂纵向设置时，前悬架采用一种纵置、等长、双四杆叉形摆臂结构，后悬架采用一种纵置单四杆叉形摆臂结构。

2.一种机械式主动悬架机构，其特征在于：在悬架中防倾杆的中部设置一个制动机构，其制动盘与防倾杆固定联结，制动卡钳与车身联结，在ECU的控制下制动卡钳完成对制动盘的松开、夹紧动作。

3.根据权利要求 1 所述的一种机械式主动悬架机构，其特征在于：在横置不等长双叉臂悬架中，杠杆件的安装位置要求为，当杠杆件处于水平位置时，悬架的上、下摆臂也处于水平位置，杠杆件与上摆臂的联接点处于靠近车架中心的里端，杠杆件与连杆的联接点处于外端。

4.根据权利要求 1 所述的一种机械式主动悬架机构，其特征在于：在纵置摆臂前悬架中，其四杆叉形摆臂基本结构为，前两根杆一端联结成叉形，另一端与车身联接形成一个三角结构；后两根杆一端联结成叉形，并与转向节联接，两杆的另一端与前两杆形成的叉形结构联结，形成第二个三角结构。

5.根据权利要求1所述的一种机械式主动悬架机构，其特征在于：在纵置摆臂后悬架中，其四杆叉形摆臂的基本结构为，四根杆联成两个叉形，并分上下布置，两交叉端由轮轴座联结为一体，两叉的另一端合并在一起，成为单摆臂。

6.根据权利要求2所述的一种机械式主动悬架机构，其特征在于：从中间制动盘处断开为左右两部分的防倾杆由牙嵌式离合器结合在一起，离合器的一半与制动盘联结为一体，并与一侧防倾杆固定联结；离合器的另一半与另一侧的防倾杆采用花键联接，并可以左右滑动，在离合器分离机构的作用下完成离合器的分离。

7.根据权利要求2所述的一种机械式主动悬架机构，其特征在于：联接制动盘与防倾杆的牙嵌式离合器的牙形采用矩形牙或梯形牙，牙顶端倒角成斜面，可移动的半边离合器由一压紧弹簧将其压向另一半离合器，在分离机构松开后，离合器在弹簧作用力下自动结合。

8.根据权利要求2所述的一种机械式主动悬架机构，其特征在于：防倾杆中间的制动盘表面为带有一定牙形的的凹凸面。

Images