CN1148299C - 悬挂装置 - Google Patents

Abstract

一种悬挂装置，通过连杆机构连接下部框架和上部框架，在上部及下部框架上安装相同磁极相对的永久磁铁而使上部框架浮起，并用由大致平行的2根臂所构成的并联连杆和由多个臂所构成的缩放仪式连杆来构成各个连杆机构，在缩放仪式连杆的一方卡止金属弹簧，在另一方卡止减震器，从而可以较小的行程吸收振动及冲击。

Description

悬挂装置

本发明涉及悬挂装置，详细地说，是涉及将金属弹簧的线性特性与磁弹簧的非线性特性组合、利用在通常使用区域具有线性性质的非线性弹簧特性而以较小的行程来吸收振动及冲击的悬挂装置。

近年来，以汽车技术为代表的各种交通工具的技术获得了瞬息万变的发展，除了运动性能外，还正谋求着安全性和舒适性。对于振动成为引起促使疲劳、视力下降等各种问题的主要原因的乘坐心情的改善，从有效安全方面来看也成为重要的问题。因此，需要一种降低交通工具作用于人体的振动的机构，从而提出了各种振动模式，以可实用化。

一般认为，振动特性有负荷质量依赖性和输入依赖性，负荷质量依赖性与负荷-变位特性的曲率有关，输入依赖性与负荷-变位特性的滞后有关。若以汽车用悬挂座位为例，道路条件、操纵稳定性、阻抗条件等成为悬挂系统中弹簧常数等的调整的要点。

在悬挂系统中，当衰减性较低时，高频区域的振动特性虽然良好，但共振点的振动传递率较高，不能吸收较大的冲击力。相反，当衰减性上升时，虽然可改善共振点的振动特性和冲击力的吸收性，但高频区域的振动特性变得恶化。为使振动吸收和冲击吸收以高次形式平衡，需要行程，但当行程增大时，感觉方面的不舒服感就增大，视线移动和身体摇晃，从而产生踏板操作困难这种汽车操纵方面的问题。

因此，在现有的被动振动模式中，其性能产生界限，为此提出了有源控制。当使用有源控制时，虽然以较小的行程而可获得理想的振动特性，但有源控制由于需通过促动器等对系统施加力而存在着消耗能量的缺点和因控制特性依赖于促动器传感器性能而在其性能方面产生界限。此外，由于利用电能，故在可靠性方面很难说充分满足。

近年来，随着具有保持力、高残留磁通密度的永久磁铁被实用化，使用磁浮、磁性轴承、磁性流体的缓冲器等的磁性控制系统的研究正在兴起。由于磁浮防振技术可以非接触方式支承物体，故摩擦和磨损的问题也较少，可进行高速运动，且具有振动和噪音也小的优点。此外，还有在作为磁铁特征的特殊环境中可使用的优点和力的方向是全方位的优点，利用这种特性的磁浮车辆和磁性轴承等的应用机械正被开发。

但是，使用磁铁磁力的悬浮技术利用吸引力的是占大部分，而利用反斥力的磁路的现状是，因系统的不稳定和反斥力的显著的非线性性质所带来的控制困难，故难以用于振动控制。

鉴于现有技术所存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种将金属弹簧的线性特性与磁弹簧的非线性特性组合、利用在通常使用区域具有线性性质的非线性弹簧特性而以较小的行程来吸收振动及冲击的悬挂装置。

为实现上述目的，在本发明中，技术方案1的发明，是具有下部框架和通过连杆机构而上下移动自如地安装在该下部框架上的上部框架的、在上部及下部框架上安装有同一磁极相对的永久磁铁的悬挂装置，其特点是，包括：将所述连杆机构设在所述上部及下部框架的两侧、由大致平行的2根臂所构成的并联连杆和由多个臂所构成的缩放仪式连杆构成各连杆机构，在该缩放仪式连杆的一方卡止金属弹簧，并在所述缩放仪式连杆的另一方卡止减震器，以将因微小振动而使所述减震器自身振动的弹簧特性作用在所述连杆机构上。

另外，技术方案2的发明是，通过在所述上部框架和所述并联连杆的一部分上卡止多个金属弹簧，以产生所述上部框架的提升力。

此外，技术方案3的发明是，向所述减震器的轴向赋予弹性。

技术方案4的发明是，向所述减震器的两端、以及邻接的所述缩放仪式连杆的臂枢装部滑动的方向赋予弹性。

图1是表示本发明的悬挂装置的立体图。

图2是表示图1的悬挂装置一部分的分解立体图。

图3是表示图1的悬挂装置另一部分的分解立体图。

图4是表示图1的悬挂装置其他部分的分解立体图。

图5是表示设在图1悬挂装置上的减震器和其安装部的分解立体图。

图6是表示图5的减震器和在其安装部赋予弹簧特性和未赋予弹簧特性时的动特性的曲线图。

图7是表示图1悬挂装置的输入、输出特性的曲线图，(a)是输入加速度，(b)是输出加速度。

图8是表示图1悬挂装置和现有的悬挂装置的静特性的曲线图。

图9是表示图1悬挂装置和现有的悬挂装置的动特性的曲线图。

图10是表示图1悬挂装置和现有的悬挂装置的输入、输出特性的曲线图，(a)表示台架振动波形，(b)表示臀下振动波形。

图11是表示图5的减震器和在其安装部上设置间隙和未设置间隙时的动特性的曲线图。

图12是表示图5的减震器的负荷上升和负荷下降的曲线图。

图13是表示设在现有的悬挂装置上的减震器的负荷上升和负荷下降的曲线图。

下面，结合附图说明本发明的实施形态。

图1至图4表示本发明的悬挂装置S，其具有安装在振动源侧的车体底架等上的下部框架2和通过连杆机构而上下移动自如地安装在下部框架2上的上部框架4。

连杆机构设在悬挂装置S的两侧，包括分别由2根大致平行的连杆臂6a、8a或6b、8b所构成的并联连杆和分别由4根臂10a、12a、14a、16a或10b、12b、14b、16b所构成的缩放仪式连杆。

并联连杆的连杆臂6a、6b的下端及中间部通过转动轴18、19而转动自如地安装在下部框架2及上部框架4上，而另外的连杆臂8a、8b的下端及上端通过转动轴20、21而转动自如地安装在下部框架2及上部框架4上。另一方面，缩放仪式连杆的下端及上端转动自如地安装在下部框架2及上部框架4上。

另外，在将一方的缩放仪式连杆的2根臂10a、12a连接起来的转动轴22和将另外2根臂14a、16a连接起来的转动轴24上卡止着金属弹簧(例如螺旋弹簧)26的两端，利用该金属弹簧26产生上部框架4的提升力。此外，在将另一方的缩放仪式连杆的2根臂10b、12b连接起来的转动轴28和将另外2根臂14b、16b连接起来的转动轴30上分别通过衬套32、33而卡止着减震器36的两端。图中，34、35表示安装在转动轴28、30周围的橡胶轴衬，橡胶轴衬34、35的一部分滑动插入臂10b、14b的轴孔内。同样，在减震器36的两端轴孔和转动轴28、、30之间也夹装有橡胶轴衬(未图示)。

在下部框架2的前部中央按规定角度通过固定构件38而固定有永久磁铁40，具有与该永久磁铁40的上端面平行地延伸的下端面、且相同磁极相对的永久磁铁42通过固定构件44而固定在上部框架4上，从而利用二个永久磁铁40、42的反斥力来产生上部框架4的提升力。

另外，在固定构件44上固定有杆子46，以卡止多个金属弹簧(例如螺旋弹簧)48、…、48的一端，金属弹簧48、…48的另一端被卡止在杆子50上，而该杆子50被安装在构成并联连杆一部分的2根连杆臂6a、6b的上端上。

图5表示减震器36的安装部，在减震器36的两端，在转动轴28、30的轴向分别设有间隙A、B。另外，由于在臂10b、12b的枢装部及臂14b、16b的枢装部上设有橡胶轴衬34、35，故当各枢装部上施加负荷F1、F2或F3、F4时，臂端部就成为向转动轴28、30的轴向滑动规定距离的结构。

现说明上述结构的悬挂装置S的动作。

下部框架2安装在车体底架等的振动源一侧上，而在上部框架4上安装座位。当乘坐人员乘坐在座位上时，乘坐人员的负荷就由二个永久磁铁40、42的反斥力、卡止在缩放仪式连杆上的金属弹簧26的弹力和卡止在上部框架4上的金属弹簧48、…、48的弹力所支承。

该悬挂装置S如后所述具有非线性的弹簧特性，在使来自振动源一侧的输入衰减成一定振幅的同时，利用连杆机构将衰减后的振动进一步变换成微小振动，通过用连杆机构的纵向及横向的弹簧功能(该弹簧功能由设在减震器36两端部上的橡胶轴衬和间隙及连杆的挠曲所赋予)来吸收该微小振动，从而不使减震器36动作而仅由弹簧系统来吸收。

在输入冲击力的情况下或在振幅增大的共振区域，超过连杆机构的弹簧功能而直接作用在减震器36上，冲击力被衰减。

再详细地说，输入到下部框架2上的振动如图5箭头所示，向连杆机构或减震器36的所有方向传播。这里，向减震器36的轴向施加的微小振动由设在其两端部上的橡胶轴衬所吸收，而向两端部的转动轴28、30的轴向(以下称作滑动方向)施加的微小振动由设在所述橡胶轴衬及二个臂10b、12b或14b、16b之间的橡胶轴衬34、35所吸收。

对于某个悬挂装置S，将图5所示的间隙A、B分别设成3mm，对连杆机构和减震器36的转动轴28、30的轴向移动量进行测定后，获得如下的结果。

负荷	移动量	间隙	总计松动量
				F1，F2：各10kg	5.5mm	A：3mm	8.5mm
F3，F4：各10kg	3.5mm	B：3mm	6.5mm

因此，负荷-挠曲曲线在上述总计间隙量的范围内表示弹簧常数k≈0的非线性的弹簧特性，减震器36动作前的微小振动由该弹簧功能吸收。

图6表示在图1悬挂装置S中如上所述对连杆机构赋予弹簧特性的情况和无弹簧特性情况的输入振幅为10mm时的动特性，通过将弹簧特性赋予连杆机构就可适当衰减输入振动。另外，卸下减震器36后的动特性是和将弹簧特性赋予连杆机构后的动特性大致相同的。

另外，图7表示将2Hz～10Hz的振动施加在图1悬挂装置S上后的输入加速度与输出加速度的关系，输入振动与其频率无关地被衰减成大致一定振幅的输出加速度。

图8及图9是表示图1的悬挂装置S、从该悬挂装置S上卸下减震器36后的悬挂装置和现有的悬挂装置的静特性及动特性的曲线图。图中，写成「现有例子1」的装置是使用衰减力较大的减震器，写成「现有例子2」的装置是使用衰减力较小的减震器。另外，在制作动特性曲线时，使用三轴加振机。

关于静特性，对于「现有例子1」的装置可抑制行程，而「现有例子2」的装置虽然振动及冲击特性都良好，但行程变大。另外，图1的本发明的悬挂装置S的行程比现有例子小，但显示出与「现有例子2」大致等同的特性。此外，与无减震器的情况相比，由于在使弹簧常数不变的同时由减震器36来提高衰减性以改善冲击特性，故增大了行程。

本发明的悬挂装置S通过将金属弹簧的线性特性和磁弹簧的非线性特性组合，就可赋予在通常使用区域具有线性性质的非线性弹簧特性，与现有装置相比，整体行程较小。

另一方面，关于动特性，本发明的悬挂装置与现有的装置相比，其振动传递率整体较小，共振频率也不仅向低频侧移动，而且以较小的行程来吸收振动及冲击。

图10表示本发明的悬挂装置与现有装置中加速度的变化的台架振动波形和臀下振动波形，在本发明的悬挂装置中，在无减震器的情况下加速度大，但通过设置减震器就可降低加速度。

另外，图11是表示在减震器36的轴向或滑动方向设置和未设置间隙(松动)的场合的动特性的曲线图，是在首都高速道上以80km/h进行行驶时的数据(被试者体重为60kg)。

从图11得知，当在轴向或滑动方向设置橡胶轴衬(有间隙或松动)时，利用其弹簧特性而在减震器周围构成弹簧-质量系统，从而在降低高频区域的振动传递率的同时，也降低处于共振点的振动传递率。

图12及图13表示设在本发明悬挂装置S上的减震器36和在现有悬挂装置中将减震器与上部框架及下部框架直接连接时的负荷上升和负荷下降，在本发明的情况下，调整成在朝上冲击及朝下冲击状态下产生效果的状态。衰减力自身也利用连杆部的分力来提高效率。另外，所谓负荷上升，是指施加在上部框架4相对下部框架2分离时的减震器36上的负荷，所谓负荷下降，是指施加在上部框架4向下部框架2移动时的减震器36上的负荷。

另外，在上述实施形态中，其结构是做成在二个臂10b、12b或14b、16b的枢装部和减震器36的端部之间设置间隙，但也可在该间隙的部分安装螺旋弹簧以赋予弹性。

另外，在上述实施形态中，是将减震器36配置在缩放仪式连杆的外侧的，但也可将减震器36配置在内侧，当使其接近永久磁铁40、42时，由永久磁铁40、42的吸引力来赋予弹性。

此外，当采用将设在减震器36两端部上的橡胶轴衬的内面做成正圆以外的形状的异形橡胶轴衬时，可稳定弹簧常数。

另外，也可使用金属弹簧或空气弹簧，来代替在上述实施形态中使用的磁弹簧。

本发明因如上所述那样构成，故可获得如下的效果。

在本发明中，采用技术方案1的本发明，由于在上部及下部框架上安装相同磁极相对的永久磁铁而使上部框架浮起、设在上部及下部框架两侧上的各个连杆机构包括由大致平行的2根臂所构成的并联连杆和由多个臂所构成的缩放仪式连杆，在缩放仪式连杆的一方卡止金属弹簧，而在缩放仪式连杆的另一方卡止减震器，故可利用金属弹簧的线性特性和磁弹簧的非线性特性而提供在通常使用区域具有线性性质的非线性弹簧特性，从而能以较小的行程吸收振动及冲击。

另外，采用技术方案2的发明，由于通过在所述上部框架和所述并联连杆的一部分上卡止多个金属弹簧，以产生所述上部框架的提升力，故可通过适当设定磁弹簧的弹簧常数和金属弹簧的弹簧常数而提供具有任意弹簧特性的悬挂装置。

此外，采用技术方案3的发明，由于，向所述减震器的轴向赋予弹性，故由磁弹簧所具有的非线性特性和连杆机构衰减的微小振动不会传递给减震器，可改善特别在高频区域的振动特性。

采用技术方案4的发明，由于向减震器的两端、以及邻接的缩放仪式连杆的臂枢装部滑动的方向赋予弹性，故利用连杆机构变换的微小振动不会传递给减震器，可改善高频区域及低频区域的振动特性。

Claims (4)

1.一种悬挂装置，具有下部框架和通过连杆机构而上下移动自如地安装在该下部框架上的上部框架，在上部及下部框架上安装有相同磁极相对的永久磁铁，

包括将所述连杆机构设在所述上部及下部框架的两侧、由大致平行的2根臂所构成的并联连杆和由多个臂所构成的缩放仪式连杆构成各连杆机构，在该缩放仪式连杆的一方卡止金属弹簧，其特征在于，在所述缩放仪式连杆的另一方卡止减震器，以将因微小振动而使所述减震器自身振动的弹簧特性作用在所述连杆机构上。

2.如权利要求1所述的悬挂装置，其特征在于，通过在所述上部框架和所述并联连杆的一部分上卡止多个金属弹簧，以产生所述上部框架的提升力。

3.如权利要求1或2所述的悬挂装置，其特征在于，向所述减震器的轴向赋予弹性。

4.如权利要求3所述的悬挂装置，其特征在于，向所述减震器的两端、以及邻接的所述缩放仪式连杆的臂枢装部滑动的方向赋予弹性。

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