CN111703266B - 一种横置板簧的刚度可调悬架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种横置板簧的刚度可调悬架，包括板簧和套设在所述板簧上的至少两个第一板簧刚度调节组件，其特征在于还包括至少一个第二板簧刚度调节组件，所述第二板簧刚度调节组件通过与至少一个第一板簧刚度调节组件相连接而抵接在所述板簧的板面上，其中，通过所述第一板簧刚度调节组件与所述第二板簧刚度调节组件相配合，所述板簧可以在至少三种刚度调节模式间转换，不同刚度调节模式下的板簧的板簧曲率与板簧可自由摆动臂长彼此独立调节或相互耦合调节。

Description

一种横置板簧的刚度可调悬架

技术领域

本发明涉及车辆悬架系统技术领域，尤其涉及一种横置板簧的刚度可调悬架。

背景技术

现有汽车上对于横置板簧的应用相对纵置板簧较少，而使用横置板簧系统的车辆对于横置板簧安装固定方式大多采用硬点固定结构，刚度不可调节，导致样车试制阶段的零部件开发会产生巨大开发费用，增加成本，而且很多板簧定制成异形，增加模具开发费用。同时板簧两端头与摆臂连接件多采用橡胶材质零部件，橡胶易老化，寿命短，属性易发生变化，而且会污染环境。

现有技术中如公开号为CN209191623U的专利文献所提出的一种新型横置板簧安装结构，属于横置板簧安装结构技术领域，包括摆臂和板簧骨架，板簧骨架的两侧分别转动连接有摆臂，板簧骨架位于板簧本体的上方，板簧本体的两侧分别固定连接有板簧端头转接块，吊耳设置在摆臂和板簧端头转接块之间且摆臂、板簧端头转接块分别与吊耳相转动连接，板簧骨架上设有板簧刚度调节孔，板簧刚度调节孔上螺栓连接有板簧刚度调节块，板簧锁紧块与板簧刚度调节块通过螺栓连接，板簧本体压装于板簧锁紧块和板簧刚度调节块之间，板簧骨架与板簧本体通过螺栓穿过中央刚度调节孔和板簧刚度调节螺丝安装孔相固定连接；具有支持板簧刚度可调、成本低、可靠性高和易于拆装的优点。

针对本领域中目前通用的硬点固定式板簧所存在的刚度不可调的问题，现有技术中如上述专利提出了刚度可调的横置板簧安装结构，其主要是通过驱动两侧滑轮座向两侧运动，滑轮逐渐压迫板簧与上方横梁贴合，使得板簧曲率和板簧可自由摆动臂同时减小，来提高刚度。然而在此类结构下，板簧曲率和板簧可自由摆动臂两者只能同步调节，导致小幅度的调控将引起板簧刚度较大的变化，调节敏感性差，无法适应于不同驾驶工况下的不同刚度需求；同时由于无法实现刚度和平衡位置的独立控制，导致每次调节板簧刚度时，必须对板簧施加较大载荷使其曲率增大或减小，板簧频繁应变，板簧疲劳寿命降低，不利于板簧的长期使用。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对本领域中目前通用的硬点固定式板簧所存在的刚度不可调的问题，现有技术中如上述专利提出了刚度可调的横置板簧安装结构，其主要是通过驱动两侧滑轮座向两侧运动，滑轮逐渐压迫板簧与上方横梁贴合，使得板簧曲率和板簧可自由摆动臂同时减小，来提高刚度。然而在此类结构下，板簧曲率和板簧可自由摆动臂两者只能同步调节，导致小幅度的调控将引起板簧刚度较大的变化，调节敏感性差，无法适应于不同驾驶工况下的不同刚度需求；同时由于无法实现刚度和平衡位置的独立控制，导致每次调节板簧刚度时，必须对板簧施加较大载荷使其曲率增大或减小，板簧频繁应变，板簧疲劳寿命降低，不利于板簧的长期使用。

对此，本发明提出了通过至少两个板簧刚度调节组件相配合而实现至少三种刚度调节模式的横置板簧的刚度可调悬架，通过刚度调节模式分析模块对当前车辆的路况变化、载重变化、载重惯性变化、车辆行驶速率以及车轮接地情况多方面进行检测及分析，能够确定出最符合当前车速和即将面临的行驶路况的最优刚度调节模式，使得在第一板簧刚度调节组件与第二板簧刚度调节组件之间相互配合下的悬架，可实现刚度和平衡位置的独立控制，可以选择板簧曲率和板簧可自由摆动臂两者为同步调节或异步调节，具有良好的抗冲击能力和柔性动力学特性，能够适应于实际行驶时不断变化的车速及路况。同时由于可独立控制刚度与平衡位置的实现，每次调节板簧刚度时，可以仅仅调节板簧支点位置，而无需对板簧施压使得曲率变化，即最小程度避免了由于板簧刚度频繁调节而导致板簧疲劳寿命降低的问题，有利于板簧的长期使用，降低维护成本。

本发明提供了一种横置板簧的刚度可调悬架，包括板簧和套设在所述板簧上的至少两个第一板簧刚度调节组件，其特征在于还包括至少一个第二板簧刚度调节组件，所述第二板簧刚度调节组件通过与至少一个第一板簧刚度调节组件相连接而抵接在所述板簧的板面上，其中，通过所述第一板簧刚度调节组件与所述第二板簧刚度调节组件相配合，所述板簧可以在至少三种刚度调节模式间转换，不同刚度调节模式下的板簧的板簧曲率与板簧可自由摆动臂长彼此独立调节或相互耦合调节。

通过所述第一板簧刚度调节组件与所述第二板簧刚度调节组件相配合，面对不同的需要调节板簧刚度的驾驶工况，可以在至少三种刚度调节模式间转换，其分别为通过独立调节板簧曲率来改变板簧刚度、通过独立调节板簧可自由摆动臂长来改变板簧刚度、通过耦合调节板簧曲率与板簧可自由摆动臂长来改变板簧刚度。在该设置下，本发明所提出的刚度可调悬架可实现刚度和平衡位置的独立控制，可以选择板簧曲率和板簧可自由摆动臂两者为同步调节或异步调节，具有良好的抗冲击能力和柔性动力学特性。尤其是在两者为异步调节的刚度调节模式下，调控幅度与板簧刚度之间的调节幅度相当，调节敏感性优异，可以较好地适应于不同驾驶工况下的不同刚度需求。此外，由于可独立控制刚度与平衡位置的实现，每次调节板簧刚度时，可以仅仅调节板簧支点位置，而无需对板簧施压使得曲率变化，即最小程度避免了由于板簧刚度频繁调节而导致板簧疲劳寿命降低的问题，有利于板簧的长期使用，降低维护成本。

根据一种优选实施方式，所述第二板簧刚度调节组件包括设于所述第一板簧刚度调节组件上的至少一个异形滚子，每两个异形滚子间保留有用于连接板簧的第一可调间隔，所述第一可调间隔可基于两异形滚子间的相对初始位置关系和/或相对转动而适应于至少一种刚度调节模式下的不同板簧曲率变化。

现有中轻型汽车上通常采用少片簧，少片簧是由两端薄中间厚、等宽等长的几个钢板所迭加构成的，少片簧的特点在于钢板沿着长度方向中心较厚向两端逐渐变薄，针对应用广泛的少片簧而言，现有技术中如公开号为CN110549806A的专利文献所提出的具有刚度连续调节的汽车横置板簧悬架系统，确实可以达到板簧刚度调节的目的，但其滑轮座的夹持空间固定，导致其应用仅限于钢板厚度均匀一致的单片板簧，无法实际地应用在现应用广泛的少片簧上，应用对象单一。对此，本发明所提出的刚度可调悬架采用了异形滚子组作为第二板簧刚度调节组件。凸轮型异形滚子是本领域中配气系统的重要配件，其通常单个地应用于往复直线运动或摆动机构。但在本发明中，将其两两为一组构成异形滚子组。利用两两复合后所形成的新的间隔可调的特性，不仅可以同时满足厚度一致的单片板簧和厚度变化的少片簧的刚度调节，并且本发明还将其与另一板簧刚度调节组件相结合，不再仅限于传统的单一刚度调节方式。在两种类型板簧刚度调节组件之间的复合作用下，本发明所提出的刚度可调悬架具有至少三种刚度调节模式。刚度调节模式间的转换促进了板簧刚度的调节敏感性，并且在较好地适应于不同驾驶工况下的不同刚度需求的同时，能够最大化保护板簧的疲劳寿命。

根据一种优选实施方式，所述刚度可调悬架还包括导轨驱动机构，所述第一板簧刚度调节组件装配在所述导轨驱动机构上，在导轨驱动机构的正逆向驱动下，每两个第一板簧刚度调节组件同时沿导轨驱动机构的纵向移动，而使得每两个第一板簧刚度调节组件之间的第二可调间隔可适应于至少一种刚度调节模式下的不同板簧可自由摆动臂长变化。

在本申请中导轨驱动机构采用的是齿轮齿条式传动结构，区别于现有技术中所通常采用的如公开号为CN110549806A的专利文献所提出的汽车横置板簧悬架系统，现有方案通常采用丝杠传动实现滑轮座的位置调节，然而丝杠传动在长期使用下将导致传动间隙变大，回程精度变差，不能实现可靠的准确调节。对此，本发明采用了传动精度可高达0.1mm的齿轮齿条传动的驱动机构，一方面，齿轮齿条传动本身就具有比丝杠传动的更优异的传动精度与工作可靠性，齿轮齿条传动机构具有自锁功能，传动调节后无需再给持续的动力输入，节约了能量，另一方面，本发明通过优化驱动机构的结构以及其与板簧之间的相对位置关系，驱动机构中齿条、板簧刚度调节组件与板簧基本处于同一工作平面上，使得驱动机构整体结构紧凑且重心位置较低，能够减小其占用空间且提高车辆行驶稳定性。

根据一种优选实施方式，所述刚度可调悬架还包括与车辆驾驶系统相连接的刚度调节模式分析模块，其中，所述车辆驾驶系统可通过若干传感器来采集车辆行驶数据、环境数据以及载重数据中的一个或几个，所述刚度调节模式分析模块包括路况变化检测单元、载重变化检测单元、载重惯性变化检测单元、车辆行驶速率检测单元和车轮接地检测单元中的一个或几个，所述刚度调节模式分析模块基于所述车辆行驶数据、环境数据以及载重数据并结合预储的模式转换判定条件进行分析以确定至少一个刚度调节模式。

车辆在实际行驶过程中，车速和行驶路况是不断变化的，要求车辆兼具行驶安全性和乘坐舒适性，车辆悬架系统刚度调控方式对悬架的性能具有至关重要的作用，它直接影响汽车的操纵稳定性、乘坐舒适性和行驶安全性。对此，现有技术中所通常采用的如公开号为CN110549806A的专利文献所提出的汽车横置板簧悬架系统，当传感器检测到乘坐人数不同，簧载质量发生变化时，其悬架系统控制器基于压力传感器所采集到的载荷数据来相应地调节悬架系统的刚度。此类方案只能针对静载荷来调节合适的悬架刚度，无法适应于实际行驶时不断变化的车速及路况，在行驶过程中簧载质量持续变化，该悬架系统不仅只能滞后性调节，并且调节频率高,板簧频繁应变，板簧疲劳寿命降低，不利于板簧的长期使用。对此，本发明的刚度可调悬架在板簧刚度调节组件的可调控结构上，还设置有刚度调节模式分析模块，其通过对当前车辆的路况变化、载重变化、载重惯性变化、车辆行驶速率以及车轮接地情况多方面进行检测及分析，能够确定出最符合当前车速和即将面临的行驶路况的最优刚度调节模式，使得在第一板簧刚度调节组件与第二板簧刚度调节组件之间相互配合下的悬架具有良好的抗冲击能力和柔性动力学特性，适应于实际行驶时不断变化的车速及路况。由于刚度调节模式分析模块所分析的是前方路况，因此不存在现有技术中滞后性调节的问题，并且在刚度调节频率需求高的行驶状态下，刚度调节模式自动地转换至独立调节板簧自由摆动臂长的模式，无需板簧频繁应变，进而能够有效地延缓板簧的疲劳寿命。

根据一种优选实施方式，所述路况变化检测单元、所述载重惯性变化检测单元、所述车辆行驶速率检测单元和所述车轮接地检测单元中的一个或几个根据所获取到的车辆行驶数据、环境数据以及载重数据中的一个或几个分别计算得出第一数据、第二数据、第三数据和第四数据，所述刚度调节模式分析模块对第一至第四数据进行处理后确定得到至少一个刚度调节模式。

根据一种优选实施方式，所述刚度可调悬架还包括用于获取第五数据的载重变化检测单元，所述载重惯性变化检测单元用于根据当前车辆使用类型确定载荷施加对象，并在初始化时间段内根据由所述载重变化检测单元所获取到的第五数据来确定载荷施加对象在车内的分布情况，基于载荷施加对象与载荷施加对象在车内的分布情况，预判得到第二数据，所述第二数据与所述板簧在车辆行驶过程中由于载重所引起的载荷变化相关。

所述载重惯性变化检测单元与当前车辆中的载荷施加对象相关，这里提及的车辆使用类型主要是中小型轿车和中小型运输车，也就是载荷施加对象可能是乘客、固体形态物品和液体形态物品。针对不同载荷施加对象而言，其惯性即在外力作用下保持静止状态的能力不同，车内载荷施加对象的惯性大小严重影响悬架所受载荷的情况。对此，本申请对车辆中载荷施加对象进行预采集以预判其惯性大小对悬架载荷的影响情况，使得刚度调节需求能够更好地贴合实际行驶状况，并将载重惯性变化与其他多个影响因素相结合，通过特征提取的方式，能够快速处理完成模式转换判定的运算过程，系统响应速度快且可靠度高。

根据一种优选实施方式，所述模式转换判定条件中的每个刚度调节模式对应有不同的特征集合，所述刚度调节模式分析模块是通过对第一至第四数据进行处理以提取特征集合的方式来确定得到至少一个刚度调节模式。通过特征提取以及模式转换判定的方式，摒弃了单一刚度调节模式的传统方法，在可快速完成特征描述集合建立与特征集合匹配的基础上，实现了响应速度快且可靠度高的配置有多刚度调节模式的悬架系统。

根据一种优选实施方式，在不同的刚度调节模式下，所述板簧曲率与所述板簧可自由摆动臂长彼此间对板簧刚度的调节比重由所述特征集合所确定，以使其彼此独立调节或相互耦合调节。

本发明还提出了一种基于横置板簧的刚度可调悬架的刚度调控方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：基于两异形滚子间的相对初始位置关系和/或相对转动，调控两异形滚子间所保留的用于连接板簧的第一可调间隔，使得所述第一可调间隔适应于至少一种刚度调节模式下的不同板簧曲率变化；在导轨驱动机构的正逆向驱动下，每两个第一板簧刚度调节组件同时沿导轨驱动机构的纵向移动，使得每两个第一板簧刚度调节组件之间的第二可调间隔可适应于至少一种刚度调节模式下的不同板簧可自由摆动臂长变化；所述第一板簧刚度调节组件与所述第二板簧刚度调节组件相配合，所述板簧可以在至少三种刚度调节模式间转换，不同刚度调节模式下的板簧的板簧曲率与板簧可自由摆动臂长彼此独立调节或相互耦合调节。

板簧在空载/满载时的刚度分别与空载/满载的前轴荷相对应，车辆空载和满载时的平顺性相差较小，空满载平顺性均好。本发明中独立悬架的弹性元件/板簧内藏在副车架的横梁中，结构紧凑，缩小了占用空间。该独立悬架使用的弹性元件结构简单、工艺成熟、制造容易、生产成本低。该独立悬架的整体结构简单，便于维护和修理，维修成本也较低。解决了现有商用车后悬架一侧单一弹性元件，空载和满载时的平顺性相差过大的问题。也解决了以往独立悬架负载能力小的问题，能够满足大轴荷商用车的需求。

本发明还提出了一种刚度可调的悬架实验搭建平台，包括大框架、小框架和板簧，所述板簧横跨在所述小框架中，其特征在于所述小框架的上下两承接端面上分别架设有模拟承重台和驱动机构，所述驱动机构上装配有用于套设连接所述板簧的至少一个板簧刚度调节组件，其中，在驱使所述小框架沿所述大框架架体可控式滑移，使得模拟承重台对板簧所施加的载荷参数变化时，可通过驱动机构的正逆向驱动，改变至少两个板簧刚度调节组件间的可调间隙，以达到所述板簧刚度的适应性调节。

进行刚度调节实验时，改变模拟承重台上物体的重量及布置位置，可调控对板簧所施加的载荷大小及载荷分布；控制所述小框架沿所述大框架架体上下滑移，可使模拟承重台对板簧施加的载荷在静载荷与交变载荷之间转换，用以仿真分析板簧性能表现；通过不同驱动机构的正逆向驱动，可改变若干板簧刚度调节组件间的可调间隙，可调间隙直接影响板簧的板簧曲率与板簧可自由摆动臂长，以此试验中可适应性调节所述板簧的刚度，用以研究更适合不同驾驶工况下的优化解决方案。

附图说明

图1是本发明提供的悬架实验搭建平台的简化整体结构示意图；

图2是本发明提供的刚度可调悬架的简化模块连接关系示意图；

图3是本发明提供的板簧刚度调节组件的简化整体结构示意图；和

图4是本发明提供的实施例1中第二板簧刚度调节组件的简化整体结构示意图。

附图标记列表

1： 后大齿轮 2： 前大齿轮

3： 后齿条 4： 车体

5： 板簧 6： 从动小齿轮

7： 连接轴 8： 主动小齿轮

9： 电机轴 10： 前齿条

11： 锁止件 12： 第一板簧刚度调节组件

13： 第二板簧刚度调节组件 14： 异形滚子

15： 导轨驱动机构 16： 刚度调节模式分析模块

17： 车辆驾驶系统 18： 路况变化检测单元

19： 载重变化检测单元 20： 载重惯性变化检测单元

21： 车辆行驶速率检测单元 22： 车轮接地检测单元

23： 大框架 24： 小框架

25： 模拟承重台 111： 焊接块

112： 导轨滑块 113： 滚子

114： 滚子轴

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示出的是本发明提供的悬架实验搭建平台的简化整体结构示意图。

该悬架实验搭建平台包括大框架23、小框架24和板簧5。小框架24可控式滑接在大框架23内部。该板簧5横跨在该小框架24中。该小框架24的上下两承接端面上分别架设有模拟承重台25和驱动机构。

如图1所示，该驱动机构包括后大齿轮1、前大齿轮2、后齿条3、电机轴9、主动小齿轮8、从动小齿轮6、连接轴7和前齿条10。该主动小齿轮8和后大齿轮1通过电机轴9同轴转动。从动小齿轮6和前大齿轮2通过连接轴7同轴转动。主动小齿轮8与从动小齿轮6直接啮合接触。前大齿轮2和后大齿轮1分别与前齿条10和后齿条3啮合，并带动前后齿条向相反方向同速移动，起到驱动的作用。

该下承接端面上还包括锁止机构。该锁止机构包括电机轴9和锁止件11。锁止件11在车体4导轨上滑动。锁止件11包括焊接块111、导轨滑块112、滚子113和滚子轴114。电机轴9与电机相连。电机本身自带自锁功能。该焊接块111焊接在后齿条3上和导轨滑块112上，使得后齿条3与锁止件11一起运动。

该锁止机构中的导轨滑块112，不仅要承载车体4的车体重量，还要在车体4上滑动，因此在车体4上导轨部分表面涂抹有润滑材料。本发明所提出的悬架实验搭建平台相比现有大轴荷商用车，等效均值降低5～12dB,平顺性好。因承载质量比较大，导轨滑块112和滚子113整体均采用合金钢材料。

滚子113通过滚子轴114固定在导轨滑块112上。当承载车体质量时，滚子113和板簧5直接接触。滚子轴114和焊接块111均采用Q235结构钢，其焊接性、强度和塑性俱佳，使滚子113和板簧5可以有更紧密的接触。当锁止件11在车体4上移动时，因为滚子113和板簧5是滚动摩擦，摩擦力沿滚子113切向，所以摩擦力不会很大。本发明所提出的悬架实验搭建平台将独立悬架、板簧5悬架等完美地结合在一起，并用横置板簧5替代传统的笨重而加工复杂的工字梁等部件，结构简单，成本低，具有巨大实用价值。

使用时，由若干传感器感知车体承载重量的变化，并反馈到控制器上。控制器控制电机正转、反转或停转。电机轴9带动后齿轮1和主动小齿轮8运动。经过中间转矩的传递，最后前齿条10和后齿条3同速反向运动，达到控制锁止件11运动的目的。在锁止件11到达目的位置时，电机自锁。锁止件11的滚子113卡住板簧5。定位在板簧5的中心附近的锁止件11提供了较软的悬架。锁止件11位于板簧5的边缘附近则提供较硬的悬架。

在本发明所提出的悬架实验搭建平台的结构设置下，解决了现有商用车后悬架一侧单一弹性元件，空载和满载时的平顺性相差过大的问题。也解决了以往独立悬架负载能力小的问题，能够满足大轴荷商用车的需求。

板簧5在空载/满载时的刚度分别与空载/满载的前轴荷相对应，车辆空载和满载时的平顺性相差较小，空满载平顺性均好。本发明中独立悬架的弹性元件/板簧5内藏在副车架的横梁中，结构紧凑，缩小了占用空间。该独立悬架使用的弹性元件结构简单、工艺成熟、制造容易、生产成本低。该独立悬架的整体结构简单，便于维护和修理，维修成本也较低。

此外，在本发明所提出的悬架实验搭建平台的结构设置下，该板簧5的板体依次横贯至少一个板簧刚度调节组件(即锁止机构与驱动机构)，且其两端通过两支撑台进行稳固。进行刚度调节实验时，改变模拟承重台25上物体的重量及布置位置，可调控对板簧5所施加的载荷大小及载荷分布；控制该小框架24沿该大框架23架体上下滑移，可使模拟承重台25对板簧5施加的载荷在静载荷与交变载荷之间转换，用以仿真分析板簧5性能表现；通过不同驱动机构的正逆向驱动，可改变若干板簧刚度调节组件间的可调间隙，可调间隙直接影响板簧5的板簧曲率与板簧可自由摆动臂长，以此试验中可适应性调节该板簧5的刚度，用以研究更适合不同驾驶工况下的优化解决方案。

实施例2

本实施例中提供了一种横置板簧的刚度可调悬架。本实施例可以是对实施例1的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

该刚度可调悬架包括两个第一板簧刚度调节组件12和两个第二板簧刚度调节组件13。每个第一板簧刚度调节组件12都装配有一个第二板簧刚度调节组件13。第一板簧刚度调节组件12(即锁止件11)为框架式结构。第二板簧刚度调节组件13由两个异形滚子14(即滚子113)所构成。装配时，两个异形滚子14布置在第一板簧刚度调节组件12的上下两侧内壁上。两异形滚子14之间保留有第一可调间隔，板簧5贯穿第一可调间隔，架设在副车架的横梁中。

通过该第一板簧刚度调节组件12与该第二板簧刚度调节组件13相配合，可以确定三种刚度调节模式。不同刚度调节模式下的板簧5的板簧曲率与板簧可自由摆动臂长彼此独立调节或相互耦合调节。两者彼此独立调节指的是在一种刚度调节模式下，单一调控板簧曲率变化/板簧可自由摆动臂长时，板簧可自由摆动臂长/板簧曲率不受影响而不发生变化；也就是可单一调控板簧曲率变化或板簧可自由摆动臂长。两者相互耦合调节指的是在一种刚度调节模式下，单一调控板簧曲率/板簧可自由摆动臂长时，同时会同步地影响到板簧可自由摆动臂长/板簧曲率发生变化。

通过该第一板簧刚度调节组件12与该第二板簧刚度调节组件13相配合，面对不同的需要调节板簧刚度的驾驶工况，可以在至少三种刚度调节模式间转换，其分别为通过独立调节板簧曲率来改变板簧刚度、通过独立调节板簧可自由摆动臂长来改变板簧刚度、通过耦合调节板簧曲率与板簧可自由摆动臂长来改变板簧刚度。在该设置下，本发明所提出的刚度可调悬架可实现刚度和平衡位置的独立控制，可以选择板簧曲率和板簧可自由摆动臂两者为同步调节或异步调节，尤其是在两者为异步调节的刚度调节模式下，调控幅度与板簧刚度之间的调节幅度相当，调节敏感性优异，可以较好地适应于不同驾驶工况下的不同刚度需求。此外，由于可独立控制刚度与平衡位置的实现，每次调节板簧刚度时，可以仅仅调节板簧支点位置，而无需对板簧5施压使得曲率变化，即最小程度避免了由于板簧刚度频繁调节而导致板簧5疲劳寿命降低的问题，有利于板簧5的长期使用，降低维护成本。

该第二板簧刚度调节组件13的每两个异形滚子14间保留有用于连接板簧5的第一可调间隔。异形滚子14可以是具有曲线轮廓的凸轮型滚子。由于两个异形滚子14彼此相对地布置在第一板簧刚度调节组件12的上下两侧内壁上，分别驱动两个异形滚子14相对自转，可调控两个异形滚子14的相邻外壁之间的垂直距离(即第一可调间隔)。现有中轻型汽车上通常采用少片簧，少片簧是由两端薄中间厚、等宽等长的几个钢板所迭加构成的，少片簧的特点在于钢板沿着长度方向中心较厚向两端逐渐变薄，针对应用广泛的少片簧而言，现有技术中如公开号为CN110549806A的专利文献所提出的具有刚度连续调节的汽车横置板簧悬架系统，确实可以达到板簧刚度调节的目的，但其滑轮座的夹持空间固定，导致其应用仅限于钢板厚度均匀一致的单片板簧5，无法实际地应用在现应用广泛的少片簧上，应用对象单一。对此，本发明所提出的刚度可调悬架采用了异形滚子14组作为第二板簧刚度调节组件13。凸轮型异形滚子14是本领域中配气系统的重要配件，其通常单个地应用于往复直线运动或摆动机构。但在本发明中，将其两两为一组构成异形滚子14组。利用两两复合后所形成的新的间隔可调的特性，不仅可以同时满足厚度一致的单片板簧5和厚度变化的少片簧的刚度调节，并且本发明还将其与另一板簧刚度调节组件相结合，不再仅限于传统的单一刚度调节方式。在两种类型板簧刚度调节组件之间的复合作用下，本发明所提出的刚度可调悬架具有至少三种刚度调节模式。刚度调节模式间的转换促进了板簧刚度的调节敏感性，并且在较好地适应于不同驾驶工况下的不同刚度需求的同时，能够最大化保护板簧5的疲劳寿命。

该第一可调间隔可基于两异形滚子14间的相对初始位置关系和/或相对转动而适应于至少一种刚度调节模式下的不同板簧曲率变化。两异形滚子14间的相对转动主要指的是在调节板簧刚度时分别独立驱动两异形滚子14进行自转。两异形滚子14间的相对初始位置关系指的是为使得上下异形滚子14间的第一可调间隔匹配当前的板簧厚度，驱动至少一个异形滚子14进行转动，此时两异形滚子14间可能相同也可能不同的相对姿态即为相对初始位置。以此使得第二刚度调节组件能够匹配不同厚度下的不同板簧5，尤其是适用于厚度变化的少片簧的刚度调节。

该刚度可调悬架还包括导轨驱动机构15(即用于调控第一板簧刚度调节组件12的驱动机构)。该第一板簧刚度调节组件12装配在该导轨驱动机构15(即锁止机构)上。在导轨驱动机构15的正逆向驱动下，两个第一板簧刚度调节组件12可同时沿导轨驱动机构15的纵向移动，改变了两个第一板簧刚度调节组件12之间的第二可调间隔。第二可调间隔的改变，即板簧5上支点位置的移动，使得由板簧5与支撑台之间所限定得到的板簧可自由摆动臂长增大或减小。可适应于至少一种刚度调节模式下的不同板簧可自由摆动臂长变化。

在本申请中导轨驱动机构15采用的是齿轮齿条式传动结构。区别于现有技术中所通常采用的如公开号为CN110549806A的专利文献所提出的汽车横置板簧悬架系统，现有方案通常采用丝杠传动实现滑轮座的位置调节，然而丝杠传动在长期使用下将导致传动间隙变大，回程精度变差，不能实现可靠的准确调节。对此，本发明采用了传动精度可高达0.1mm的齿轮齿条传动的驱动机构，一方面，齿轮齿条传动本身就具有比丝杠传动的更优异的传动精度与工作可靠性，另一方面，本发明通过优化驱动机构的结构以及其与板簧5之间的相对位置关系，驱动机构中齿条、板簧刚度调节组件与板簧5基本处于同一工作平面上，使得驱动机构整体结构紧凑且重心位置较低，能够减小其占用空间且提高车辆行驶稳定性。

该刚度可调悬架还包括与车辆驾驶系统17相连接的刚度调节模式分析模块16。该车辆驾驶系统17可通过若干传感器来采集车辆行驶数据、环境数据以及载重数据。该刚度调节模式分析模块16包括路况变化检测单元18、载重变化检测单元19、载重惯性变化检测单元20、车辆行驶速率检测单元21和车轮接地检测单元22。该刚度调节模式分析模块16用以对若干单元所处理得到的至少一个数据进行综合处理，并执行模式转换判定，以此确定至少一个刚度调节模式。

该刚度可调悬架还包括用于获取第五数据的载重变化检测单元19。该载重变化检测单元19用于在车辆起步时(或视为初始化时间段内)，根据车辆上装设的若干传感器所采集到的测量值，计算得到当前车辆上的载重大小以及载重分布情况。在初始化时间段内，该载重惯性变化检测单元20根据由该载重变化检测单元19所获取到的第五数据来确定载荷施加对象在车内的分布情况。

该载重惯性变化检测单元20用于根据当前车辆使用类型确定载荷施加对象。车辆使用类型例如是小型轿车、中型轿车和中小型运输车，针对小型轿车与中型轿车而言可以确定车辆中的载荷施加对象为乘客或固体物件，此类载荷施加对象在外力作用下处于静止状态，惯性较小。针对中小型运输车而言其运输物品可以通过驾驶员手动录入或是拍照录入，其可能是惯性较小的固体物件，可能是惯性较大的液体物件。载重惯性变化检测单元20与云端服务器相连接，当录入液态运输物体的名称时，可以从云端服务器中查询调取到该液态运输物体在当前环境数据(例如温度)下的表征流体粘滞性的粘度参数(例如雷诺数，雷诺数越小意味着粘性力影响越显著，越大意味着惯性影响越显著)。

该载重惯性变化检测单元20基于载荷施加对象与载荷施加对象在车内的分布情况，预判得到第二数据。该第二数据与该板簧5在车辆行驶过程中由于载重所引起的载荷变化相关。在车辆行驶过程中，车内的载荷施加对象的重量大小、分布情况以及惯性作用均对车辆所受载荷情况具有较大影响，该载重惯性变化检测单元20可以根据云端服务器中的历史车辆数据等，建立在不同驾驶工况下的自变量参数与因变量参数之间的预测关联关系。自变量参数为车内的载荷施加对象的重量大小、分布情况以及惯性作用等。因变量参数为车辆载荷情况(载荷大小和/或载荷分布情况)。

该路况变化检测单元18用以根据所获取到的车辆行驶数据与环境数据中的一个或几个，实时计算得出第一数据。该车辆行驶速率检测单元21用以根据所获取到的车辆行驶数据，实时计算得出第三数据。该车轮接地检测单元22用以根据所获取到的车辆行驶数据，实时计算得出第四数据。第一数据、第三数据与第四数据均与驾驶工况相关。

该刚度调节模式分析模块16基于该预测关联关系，对关于驾驶工况的第一数据、第三数据与第四数据进行处理，可以快速调取得到预测关联关系中所对应的预测第二数据。该刚度调节模式分析模块16基于该模式转换判定条件中的若干特征，对第一至第四数据进行处理，处理后得出特征集合。该模式转换判定条件中的每个刚度调节模式对应有不同的特征集合，以此，该刚度调节模式分析模块16能够确定得到至少一个刚度调节模式。

该若干特征包括第一至第九特征:紧急制动、满载或载荷较大、高速行驶、凸包、深坑、坑洼路段、单侧车轮离地、弯道、平坦道路。刚度调节模式包括第一至第三模式：通过独立调节板簧曲率来改变板簧刚度、通过独立调节板簧可自由摆动臂长来改变板簧刚度、通过耦合调节板簧曲率与板簧可自由摆动臂长来改变板簧刚度。在本发明中所提及的独立调控某一参数来改变板簧刚度，并非只能改变一个参数而其他参数保持不变，而是板簧刚度的变化仅仅是由于某一参数的改变所引起。因此，尤其是针对厚度变化的少片簧而言，在第二模式下需要通过驱动两个第一板簧刚度调节组件12相向或相背移动时，根据预先获取的少片簧的板体参数，驱动第二板簧刚度调节组件13转动，使得第二板簧刚度调节组件13间的第一可调间隙可适应于少片簧的不同板体厚度。

该模式转换判定条件可以设定为包括第一特征和第八特征的第一特征集合，其与第三模式相对应。包括第七特征和第四特征的第二特征集合、包括第七特征和第五特征的第三特征集合、包括第二特征、第三特征和第六特征的第四特征集合，均与第一模式相对应。仅包括第九特征的第五特征集合，与第二模式相对应。当第二板簧刚度调节组件13已达到其对板簧曲率的可调节极限，或当第一板簧刚度调节组件12已达到其对板簧可自由摆动臂长的可调节极限，主动转换刚度调节模式。

在不同的刚度调节模式下，该板簧曲率与该板簧可自由摆动臂长彼此间对板簧刚度的调节比重由该特征集合所确定。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种横置板簧的刚度可调悬架，包括板簧（5）和套设在所述板簧（5）上的至少两个第一板簧刚度调节组件（12），

其特征在于，

还包括至少一个第二板簧刚度调节组件（13），所述第二板簧刚度调节组件（13）通过与至少一个第一板簧刚度调节组件（12）相连接而抵接在所述板簧（5）的板面上，其中，通过所述第一板簧刚度调节组件（12）与所述第二板簧刚度调节组件（13）相配合，所述板簧（5）可以在至少三种刚度调节模式间转换，不同刚度调节模式下的板簧（5）的板簧曲率与板簧可自由摆动臂长彼此独立调节或相互耦合调节，

所述第二板簧刚度调节组件（13）包括设于所述第一板簧刚度调节组件（12）上的至少两个异形滚子（14），每两个异形滚子（14）间保留有用于连接板簧（5）的第一可调间隔，所述第一可调间隔可基于两异形滚子（14）间的相对初始位置关系和/或相对转动而适应于至少一种刚度调节模式下的不同板簧曲率变化。

2.根据权利要求1所述的刚度可调悬架，其特征是，所述刚度可调悬架还包括导轨驱动机构（15），所述第一板簧刚度调节组件（12）装配在所述导轨驱动机构（15）上，在导轨驱动机构（15）的正逆向驱动下，每两个第一板簧刚度调节组件（12）同时沿导轨驱动机构（15）的纵向移动，而使得每两个第一板簧刚度调节组件（12）之间的第二可调间隔可适应于至少一种刚度调节模式下的不同板簧可自由摆动臂长变化。

3.根据权利要求2所述的刚度可调悬架，其特征是，所述刚度可调悬架还包括与车辆驾驶系统（17）相连接的刚度调节模式分析模块（16），其中，

所述车辆驾驶系统（17）可通过若干传感器来采集车辆行驶数据、环境数据以及载重数据中的一个或几个，

所述刚度调节模式分析模块（16）包括路况变化检测单元（18）、载重变化检测单元（19）、载重惯性变化检测单元（20）、车辆行驶速率检测单元（21）和车轮接地检测单元（22）中的一个或几个，所述刚度调节模式分析模块（16）基于所述车辆行驶数据、环境数据以及载重数据并结合预储的模式转换判定条件进行分析以确定至少一个刚度调节模式。

4.根据权利要求3所述的刚度可调悬架，其特征是，所述路况变化检测单元（18）、所述载重惯性变化检测单元（20）、所述车辆行驶速率检测单元（21）和所述车轮接地检测单元（22）中的一个或几个根据所获取到的车辆行驶数据、环境数据以及载重数据中的一个或几个分别计算得出第一数据、第二数据、第三数据和第四数据，所述刚度调节模式分析模块（16）对第一至第四数据进行处理后确定得到至少一个刚度调节模式。

5.根据权利要求4所述的刚度可调悬架，其特征是，所述刚度可调悬架还包括用于获取第五数据的载重变化检测单元（19），所述载重惯性变化检测单元（20）用于根据当前车辆使用类型确定载荷施加对象，并在初始化时间段内根据由所述载重变化检测单元（19）所获取到的第五数据来确定载荷施加对象在车内的分布情况，基于载荷施加对象与载荷施加对象在车内的分布情况，预判得到第二数据，所述第二数据与所述板簧（5）在车辆行驶过程中由于载重所引起的载荷变化相关。

6.根据权利要求5所述的刚度可调悬架，其特征是，所述模式转换判定条件中的每个刚度调节模式对应有不同的特征集合，所述刚度调节模式分析模块（16）是通过对第一至第四数据进行处理以提取特征集合的方式来确定得到至少一个刚度调节模式。

7.根据权利要求6所述的刚度可调悬架，其特征是，在不同的刚度调节模式下，所述板簧曲率与所述板簧可自由摆动臂长彼此间对板簧刚度的调节比重由所述特征集合所确定，以使其彼此独立调节或相互耦合调节。

8.一种基于权利要求1至7任一项所述的横置板簧的刚度可调悬架的刚度调控方法，

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

基于两异形滚子（14）间的相对初始位置关系和/或相对转动，调控两异形滚子（14）间所保留的用于连接板簧（5）的第一可调间隔，使得所述第一可调间隔适应于至少一种刚度调节模式下的不同板簧曲率变化；

在导轨驱动机构（15）的正逆向驱动下，每两个第一板簧刚度调节组件（12）同时沿导轨驱动机构（15）的纵向移动，使得每两个第一板簧刚度调节组件（12）之间的第二可调间隔可适应于至少一种刚度调节模式下的不同板簧可自由摆动臂长变化；

所述第一板簧刚度调节组件（12）与第二板簧刚度调节组件（13）相配合，所述板簧（5）可以在至少三种刚度调节模式间转换，不同刚度调节模式下的板簧（5）的板簧曲率与板簧可自由摆动臂长彼此独立调节或相互耦合调节。

9.一种基于权利要求1至7任一项所述的横置板簧的刚度可调悬架的实验搭建平台，包括大框架（23）、小框架（24）和板簧（5），所述板簧（5）横跨在所述小框架（24）中，

其特征在于，

所述小框架（24）的上下两承接端面上分别架设有模拟承重台（25）和驱动机构，所述驱动机构上装配有用于套设连接所述板簧（5）的至少一个板簧刚度调节组件，其中，在驱使所述小框架（24）沿所述大框架（23）架体可控式滑移，使得模拟承重台（25）对板簧（5）所施加的载荷参数变化时，可通过驱动机构的正逆向驱动，改变至少两个板簧刚度调节组件间的可调间隙，以达到所述板簧刚度的适应性调节。

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