CN1442325A - 纯机械无能耗的自动悬架 - Google Patents

Abstract

本发明是一种纯机械无能耗的自动悬架。它包括位移、蓄压、减压及增压装置。当车高过低时可将悬架振动能通过增压腔(18)转换为油液压力能并提供给蓄压装置使车高上升；反之当车高过高时，则通过减压装置的位移将高压油释放使车高下降。因此，无论车辆是在满载或空载的情况下，它均能自动调节使车辆始终保持在适中的高度范围内行驶，并可使悬架的刚度系数相对较低些，从而极大地提高了车辆的各项性能。同时本发明还具有结构简单、低成本和无能耗的明显优点，并以纯机械方式进行控制。

Description

纯机械无能耗的自动悬架

一、技术领域

本发明涉及各种车辆的悬架领域。

二、背景技术

悬架是车辆的主要组成部分，它将车身与车轮弹性地连接起来，并承受着多种的作用力。由于传统的被动悬架其弹性元件的刚度不可调节，使其车身高度随着载荷变化而变化的规律不变，也即当车辆在满载或空载时其悬架的静态工作点将处在弹性元件的两端附近工作。因此，这些强调以乘坐舒适性、行使平顺性、操纵稳定性等为使用性能的普通悬架，其在实际中不可避免地只能在各种性能之间作出折衷的选择。

为了全面地提高车辆的各种使用性能，设计人员力图使悬架的高度是进行可调控的。于是出观了主动悬架，它们通常是由油泵或空气压缩机产生控制能量，并根据各种传感器所检测到的各种信息，由电子控制装置经过分析处理后再指令执行器，通过增减其蓄压装置的高压油液或压缩空气的方式来进行控制车高的，从而取得了很好的控制效果，其众多的优越性也是共所周知的。例如北京理工大学出版社1998年8月出版的《现代轿车电控悬架的结构原理和检修》和1999年11月出版的《汽车电控系统理论与设计》以及人民交通出版社1999年5月出版的《汽车电子电腔控制》等，对上述背景已有较详细的描述。但由于它们结构复杂、工艺要求高、成本昂贵及能量消耗等诸多不利因素存在，致使它们只能在极少数的高档豪华车辆上得到使用，故而极度地限制了它们的普及推广。

三、发明内容

为了解决前述所存在的各种问题，能得到一种性能良好、低成本、无能耗且又能自动控制车高(指静态工作点)的悬架。本发明中，将根据车辆在各种不同载荷情况下的悬架不同振动位移状态变化为车高控制信号，并同时利用其行驶时自然所产生的振动能量，通过增压装置的能量转换，将产生油液的压力能来满足车高控制时所需的能量消耗；从而省去了通常的主动悬架所需的大量电子器件及其它器件，且其结构简单紧凑使便于安装在各种车型上，并以纯机械的全自动方式进行控制。因此，与现有的主动悬架相比较，使本发明更突出地具有低成本、无能耗等显著的优点。

技术方案

一种纯机械无能耗的自动悬架：它具有位移装置、蓄压装置、减压装置以及增压装置。也即：

它具有能反映车身(包括车架、车体，以下同)与车轮(包括车桥、车轴，以下同)之间跳动量变化的振动位移装置。该装置包括：主活塞与活塞杆的内端固定构成了主活塞组件，并装在工作缸内将其内腔分隔成压缩腔和伸张腔，其活塞杆的外端与工作缸两者之一将相应地连接在车身上，而另一将相应地连接在车轮上。从而当车辆振动时主活塞将在工作缸内作往复直线运动；或该装置包括：相对固定件(其对应于上述工作缸的位移作用)和相对活动件(其对应于上述活塞杆位移作用)，两者分别与外界(指车身、车轮)相应连接，相对活动件的端点位于相对固定件的两个端点之间可作往复运动(即振动)。

它还具有能起到弹性地支承车身相应重量作用的蓄压装置，该装置包括有蓄压缸体及其蓄压腔和弹性介质(指各种的弹簧、气体)，或者是各种的油气弹簧、气液弹簧等。它既可与上述的位移装置相应固定成为整体式构造，亦可由高压油管相应连接成为分体式构造，若按照活塞杆是否承受该蓄压装置的高压油液压力(即压缩腔内是否高压油液)，则可分为承压式和自由式两种情况。因此当增减其高压油液的油量时，便可使车高(即悬架的静态工作点，以下同)相应上升或下降。

它还具有使当车高过高时释放蓄压装置(包括与其相通的腔室，例如承压式构造的压缩腔)高压油液的减压装置。当车辆因轻载或空载而使车高过高其位移装置相对伸张到一预定位置时，对于活塞杆自由式的构造可通过主活塞与工作缸的位移将装在伸张腔或其顶部的减压阀打开，对于承压式的构造则可通过主活塞侧壁的位移将减压的通道接通，从而使车高相应下降。

以及它还具有创新之处在于：可将车辆在车高过低状态下行驶时的悬架振动能量转换为油液压力能的增压装置。该装置包括在位移装置的压缩腔内相应地装有副缸和推力杆，两者至少有其中之一固定于压缩腔的两端(即一端为主活塞组件，另一端则为压缩腔末端部)，并在副缸内装有副活塞使之形成一个增压腔，在增压腔内或推力杆的外侧还装有相对使副活塞复原的复位弹簧，并在上述的增压腔与相对较高压力的油液(即蓄压腔、贮压腔或活塞杆承压式构造的压缩腔)之间装有出油阀，在与相对较低压力的油液(即伸张腔、储油腔或活塞杆自由式构造的压缩腔)之间装有进油阀；

或包括在主活塞组件的内腔中装有副活塞使之形成增压腔，在副活塞的外端面或压缩腔末端部固定有推力杆，在增压腔内或推力杆外侧装有复位弹簧，且增压腔的两端还装有出油阀和进油阀；

或包括在压缩腔末端部固定有副缸，在副缸与工作缸之间装有弹簧及环形的副活塞使之形成增压腔，且其两端分别装有出油阀和进油阀，并在副活塞或主活塞组件上固定有推力管；

亦可在相对固定件和相对活动件的压缩方向两个端点上，至少固定有副缸和推力杆的两者其中之一，并在副缸内装有副活塞使之形成增压腔，在增压腔内或推力杆的外侧还装有复位弹簧。从而车高过低位移装置相对压缩到一预定位置时，通过推力杆或管相对压缩副活塞，使增压腔内油压升高，并经出油阀进入蓄压腔或承压式构造的压缩腔；亦可预先贮存在贮压腔内，之后再经装在压缩腔端部的行程阀的开启将高压油提供给蓄压装置；当压缩行程结束转入伸张行程时，副活塞在复位弹簧的作用下随之复原，使增压腔内压力降低，此时相对较低压力的油液便经进油阀进入增压腔补充；因此经过上述的出油与进油即压油过程之后，使蓄压装置的高压油量增加，进而使车高也随之相应上升。

四、附图说明

以下是各种实施例纵剖图，其中：

图1是实施例1的结构示意图；

图2是实施例2的结构示意简图；

图3是实施例3的结构示意图；

图4是一种增压装置的结构示意图；

图5是实施例4的结构示意简图。

上述各图中的部件名称标号：

1—活塞杆，2—辅助弹簧，3—油封盖，4—导向座，5—悬架弹簧，6—调压的弹簧，7—顶环，8—伸张腔，9—流通阀，10—主活塞，11—限位孔，12—压缩腔，13—副缸，14—浮动活塞，15—蓄压腔，16—补偿阀，17—压缩阀，18—增压腔，19—出油阀，20—油封，21—减压阀，22—凹槽，23—流通槽，24—顶杆，25—储油缸，26—通道，27—弹簧，28—伸张阀，29—推力杆(或管)，30—工作缸，31—副活塞，32—进油阀，33—复位弹簧，34—蓄压缸体，35—端座，36—储油腔，37—止回阀，38—通道，39、40—减压孔，41—缓冲块，42—卡环，43—弹簧座，44、45—通道，46—固定螺母，47—阀座，48—相对固定件，49—相对活动件，50—行程阀，51—蓄压装置，A、B、C—端点。

五、具体实施方式

下面以实施例的形式，并结合附图，对本发明的技术方案与原理作进一步的描述。

见图1。它是一种活塞杆自由式的整体式构造。其位移装置包括主活塞10与活塞杆1的内端固定构成了主活塞组件，并装在工作缸30内将其内腔分隔成压缩腔12和伸张腔8，其活塞杆1的外端和工作缸30两者分别通过相应的固定件与外界连接。储油缸25同心地装于工作缸30的外侧且两端固定形成了储油腔36。

其蓄压装置包括蓄压缸体34同心装于储油缸25的外侧且其下端固定，并在两者之间装有环形的浮动活塞14使之形成蓄压腔15，且在浮动活塞14与活塞杆1的外端固定件(图中未示出)之间装有弹簧6。

其减压装置包括在伸张腔8顶部的导向座4内装有减压阀21，伸张腔8内装有弹簧27和顶环7，且减压阀21的顶杆24向下伸出其阀座的端面正对于顶环7的上方；蓄压腔15的油液经通道26及上述的减压阀21和流通槽23、凹槽22与储油腔36相通(图中未示出该相通的通道)。

以及其增压装置包括：副缸(13)固定于压缩腔12的末端部，并在其内装有副活塞31和弹簧33形成了增压腔18，在增压腔18与相对较高油压的蓄压腔15之间装有出油阀19并装在增压腔底部，增压腔18与相对较低油压的压缩腔12之间装有进油阀32并装在副活塞31上；推力杆29(在该实施例中其由加长了的活塞杆内端替代)则固定于主活塞组件(推力杆29亦可固定于副活塞31的外端面)。

其工作原理：当车辆在车高适中的情况下行驶时，主活塞10处于工作缸30的中间附近振动，弹簧5和6随之被压缩或放松。当车辆因重载或满载而使车身高度在过低状态下行驶时，主活塞10将处工作缸30的下端附近振动。当推力杆29相对压缩副活塞31时，增压腔18内油压升高并经出油阀19进入蓄压腔15内，使车高相应上升。当压缩行程结束转为伸张行程时，出油阀19关闭；同时，副活塞31在复位弹簧33的弹力作用下复原，使增压腔18形成相对的负压，则压缩腔12的低压油经进油阀32进入增压腔18内进行补充。

当上述的压油与进油即增压过程持续若干次(或许要稍多几次)之后，即一般可在数秒至数十秒种的时间之内，便可使车高调到适中的理想高度。当然该过程通常又取决于增压腔与压缩腔及蓄压腔的截面比例关系、增压行程距离、增压腔的密封性、位移速度、路面情况及车高状态等具体的情况，而有所变化。也正因它需要有一定的时间过程，所以当车辆在适中高度行驶时因路面突变使位移位置过度压缩而发生偶然的增压时，也不于于引起对车高变化有较大的影响，且该影响也是极短暂的，因悬架偶然的过度压缩之后，通常易导致相应的偶然过度伸张，而此时便可对过高的油压进行减压；反之也是如此。

由于增压腔在压油时对位移装置产生了一定的阻力作用，其可起到部份地代替限位弹簧的限位作用，使悬架反弹力与反弹速度相应下降；因此，它在车高调节的无形之中又进一步提高了车辆的平顺性。

当车辆因空载或轻载而使车身高度在过高状态下行驶时，主活塞10处于工作缸30的上端附近振动；当主活塞10通过弹簧27和顶环7推动顶杆24时，则减压阀21开启，蓄压腔15的高压油液便经通道26、流通槽23及凹槽22进入储油腔36内，使车高相应下降。由于减压通道流通量相对较小，因此当主活塞组件因偶然的过度伸张而进行减压时，其对车高变化的影响也很小。

此外，为了避免在增压过程中造成对车辆平顺性的影响，可使副缸13的内径从其外端口(即敞开的端口)向内的一段距离内逐渐递减的方式，从而使力的变化较为平稳，并可因此而提高车高的控制效果。

见图2。与图1结构相比，其主要区别在于：蓄压装置的蓄压缸体(34)固定于活塞杆1的外端部，并在其内装有环形的浮动活塞14使之形成蓄压腔15，且在浮动活塞14与储油缸25的固定件之间装有弹簧6，活塞杆1内还设有通道38使蓄压腔15的油液经出油阀19与增压腔18相通。以及其减压装置包括在伸张腔8内的活塞杆1凸肩内设有减压孔39和40，并在其中装有止回阀37，且减压阀21的上端面承座于该凸肩并盖住减压孔39，减压阀21的下方装有弹簧；当车高过高主活塞10相对伸张到一定位置时，通过弹簧27的压缩将减压阀21打开，蓄压腔15的高压油液便经通道38、减压孔39、止回阀37及减压孔40释放在伸张腔8内，从而使车高相应下降。其增压装置则包括：副缸13固定于主活塞组件(制成一体)，副活塞31装于其内使之形成增压腔18，并在该腔内装有复位弹簧33，推力杆29固定于副活塞31的外端面(其亦可装在工作缸30的下端部即压缩腔12的末端部)，并在推力杆的外端还装有缓冲块41。

见图3。与前述的各实施例相比，其增压装置则为：副缸13固定于压缩腔12的末端部即工作缸30的下端部，并在副缸13与工作缸30之间装有环形的副活塞31和复位弹簧33，使之形成增压腔18，且该腔的两端分别装有出油阀19和进油阀32，并在副活塞31的外端面固定有推力管29(该推力亦可固定于主活塞组件)。当增压腔18压油时，其油液经出油阀19至蓄压装置的蓄压腔15。该实施例的增压装置也有一定的效果，但其结构要复杂些。此外，当减压时，蓄压腔15的高压油液将释放在伸张腔8内。

见图4。该增压装置包括副活塞31装在副缸13内形成增压腔18；推力杆29的上端与主活塞组件固定，其下端则与装在相对悬空的副缸13内的副活塞31固定；在推力杆29的外侧还装有复位弹簧33，其两端分别承座于主活塞组件和副缸13之间；并在增压腔18的两端分别装有出油阀19和进油阀32。此外当将与主活塞组件固定的推力杆29改为与工作缸30的下端部(即压缩腔12的末端部)相应固定时，其也可达到增压的目的。

见图5。该实施例的位移装置包括有一相对固定件48和相对活动件49，两者分别相应地连接在车身和车轮上；相对活动件49的端点A位于相对固定件48的端点B和端点C之间，当车身振动时，端点A在端点B和C之间作往复运动。其增压装置包括在端点A的下方固定有副缸13，并在其内装有副活塞31使之形成增压腔18，且在该腔内还装有复位弹簧33，在副活塞31的外端面还装有推力杆29；并在增压腔18与蓄压装置51(例如：油气弹簧、气液弹簧等)的高压油液之间装有出油阀19，与储油腔36之间装有进油阀32。其减压装置包括在端点A的上方装有减压的行程阀50(即二位二通机动换向阀)，其进油口与蓄压装置51的高压油液相通，其出油口则与储油腔36相通。该实施例也有一定的效果，但其结构较复杂些。

Claims (10)

1、一种纯机械无能耗的自动悬架，它包括主活塞(10)与活塞杆(1)的内端固定构成了主活塞组件，并装在工作缸(30)内将其内腔分隔成伸张腔(8)和压缩腔(12)；其特征是：它还包括有副缸(13)和推力杆(29)，两者至少有其中之一固定于压缩腔(12)的两端，并在副缸(13)内装有副活塞(31)使之形成增压腔(18)，在增压腔(18)内或推力杆(29)外侧还装有复位弹簧(33)；且上述的增压腔(18)与相对较高压力的油液之间装有出油阀(19)，与相对较低压力的油液之间装有进油阀(32)。

2、根据权利要求1所述的自动悬架，其特征是：所述的副缸(13)固定于压缩腔(12)末端部，所述的推力杆(29)固定于副活塞(31)或主活塞组件，且所述的出油阀(19)装在增压腔(18)与蓄压腔(12)之间，进油阀(32)装在增压腔(18)与压缩腔(12)之间。

3、根据权利要求1所述的自动悬架，其特征是：所述的副缸(13)固定于主活塞组件，所述的准力杆(29)固定于副活塞(31)或压缩腔(12)末端部，且所述的出油阀(19)装在增压腔(18)与蓄压腔(15)之间，所述的进油阀(32)装在增压腔(18)与压缩腔(12)之间。

4、根据权利要求1所述的自动悬架，其特征是：所述的推力杆(29)其中一端与主活塞组件或压缩腔(12)末端部固定，而另一端则与装在相对悬空的副缸(13)内的副活塞(31)固定。

5、根据权利要求1或2、3、4所述的自动悬架，其特征是：储油缸(25)固定于工作缸(30)的外侧；蓄压缸体(34)同心装于储油缸(25)的外侧且一端固定，并在两者之间装有环形的浮动活塞(14)使之形成蓄压腔(15)，且在浮动活塞(14)与活塞杆(1)的外端固定之间装有弹簧(6)。

6、根据权利要求1或2、3、4所述的自动悬架，其特征是：储油缸(25)固定于工作缸(30)的外侧；蓄压缸体(34)固定于活塞杆(1)的外端部，并在其内装有浮动活塞(14)使之形成蓄压腔(15)，且在浮动活塞(14)与储油缸(25)的固定件之间装有弹簧(6)；活塞杆(1)内还设有通道(38)使蓄压腔(15)的油液经所述的出油阀(19)与增压腔(18)相通。

7、根据权利要求1或2、3、4所述的自动悬架，其特征是：在伸张腔(8)内或其顶部的导向座(4)内装有减压阀(21)，伸张腔(8)内装有弹簧(27)，蓄压腔(15)的油液经上述减压阀(21)与工作腔或储油腔(36)相通。

8、一种纯机械无能耗的自动悬架，它包括主活塞(10)与活塞杆(1)的内端固定构成了主活塞组件，并装在工作缸(30)内将其内腔分隔成伸张腔(8)和压缩腔(12)；其特征是：它还包括在主活塞组件的内腔中装有副活塞(31)使之形成增压腔(18)，并在副活塞(31)或压缩腔(12)末端部固定有推力杆(29)，在增压腔(18)内或推力杆(29)外侧装有复位弹簧(33)，且上述增压腔(18)的两端分别装有出油阀(19)和进油阀(32)。

9、一种纯机械无能耗的自动悬架，它包括主活塞(10)与活塞杆(1)的内端固定构成了主活塞组件，并装在工作缸(30)内将其内腔分隔成伸张腔(8)和压缩腔(12)；其特征是：在压缩腔(12)末端部固定有副缸(13)，在副缸(13)与工作缸(30)之间装有环形的副活塞(31)使之形成增压腔(18)，且其两端分别装有出油阀(19)和进油阀(32)，并在副活塞(31)或主活塞组件上固定有推力管(29)。

10、一种纯机械无能耗的自动悬架，它包括相对固定件(48)和相对活动件(49)，两者分别与外界相应连接，相对活动件(49)的端点(A)位于相对固定件(48)的端点(B)和端点(C)之间；其特征是：它还包括有副缸(13)和推力杆(29)，两者至少有其之一固定于端点(A)和端点(C)，并在副缸(13)内装有副活塞(31)使之形成增压腔(18)，在增压腔(18)内或推力杆(29)外侧装有复位弹簧(33)；且上述增压腔(18)与蓄压装置(51)的高压油液之间装有出油阀(19)，与储油腔(36)之间装有进油阀(32)；并包括在端点(A)或端点(B)上装有减压的行程阀(50)，其进油口与蓄压装置(51)的高压油液相通，其出油口与储油腔(36)相通。

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