CN205553849U - 车辆主动惯容式动力吸振悬架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车辆主动惯容式动力吸振悬架，包括主弹簧、主动惯容器、副弹簧和阻尼器；主弹簧的上支点与车身连接，主弹簧的下支点与轮胎连接；主动惯容器的上支点与车身连接，主动惯容器的下支点分别与副弹簧和阻尼器的上支点连接；副弹簧的下支点分别与阻尼器的下支点和轮胎连接。本实用新型的车身与主弹簧形成一对车身单自由度振动环节，在共振频率附近形成一个共振峰，同时，主动惯容器、副弹簧和阻尼器形成一套主动式动力吸振器，当车辆行驶时，主动动力吸振器与车身振动环节产生调谐作用，有效削减共振频率附近的振动幅值，主动作动器实时输出主动作动力，削减轮胎振动能量，拓宽悬架减振频域，能明显改善车辆舒适性。

Description

车辆主动惯容式动力吸振悬架

技术领域

本实用新型涉及一种车辆悬架，尤其涉及一种车辆主动惯容式动力吸振悬架。

背景技术

对于车辆悬架来说，动力吸振器可用于减小簧载或非簧载共振频率附近的振幅增益，分别对车身加速度和轮胎动载荷指标有明显的改善。但该方法需要较大的附加质量，在工程上较难实现，因此限制了其在悬架上的应用。惯容器可以以较小的质量实现大质量体的动力特性，令轻型动力吸振悬架成为可能。然而作为两端元件，惯容器引入了来自轮胎的振动能量，导致被动惯容式动力吸振悬架减振频段较窄，对乘坐舒适性的提高有限。

发明内容

本实用新型的目的是解决目前被动惯容式动力吸振悬架减振频段较窄，对乘坐舒适性的提高有限的技术问题。

为实现以上实用新型目的，本实用新型提供一种车辆主动惯容式动力吸振悬架，包括主弹簧、主动惯容器、副弹簧和阻尼器；

所述主弹簧的上支点与车身连接，所述主弹簧的下支点与轮胎连接；

所述主动惯容器的上支点与车身连接，所述主动惯容器的下支点分别与所述副弹簧和所述阻尼器的上支点连接；

所述副弹簧的下支点分别与所述阻尼器的下支点和轮胎连接。

进一步地，所述主动惯容器包括惯容器和主动作动器；

所述惯容器的上支点与所述主动作动器的上支点连接，所述惯容器的下支点与所述主动作动器的下支点连接；

所述主动惯容器通过所述惯容器产生与主动惯容器两端的相对加速度成正比例的不可控惯性力，通过所述主动作动器产生受电机输出转矩控制的主动作动力。

进一步地，所述主动作动力与车身加速度或轮胎加速度成反比例。

进一步地，所述主动惯容器包括电机、飞轮组、轴承、悬架上支座、滚珠丝杆、惯容器外壳、螺母总成和滑动键；所述副弹簧包括上副弹簧和下副弹簧；所述阻尼器包括阻尼器外壳、油封总成、活塞杆、活塞总成和固定座；

所述悬架上支座与车身弹性连接；所述电机的输出轴与所述飞轮组以及所述滚珠丝杆的上端固定连接，所述电机的外壳与所述悬架上支座固定连接，所述滚珠丝杆与所述轴承内圈固定，所述轴承外圈与所述悬架上支座固定，所述悬架上支座与所述惯容器外壳同轴固定连接，所述惯容器外壳与所述阻尼器外壳同轴滑动，所述主弹簧的上端与所述悬架上支座连接，所述主弹簧的下端通过弹簧盘与所述阻尼器外壳连接；

所述螺母总成外周与所述滑动键固定连接，所述螺母总成下端与所述上副弹簧的上端固定，所述螺母总成下端与所述阻尼器的活塞杆固定连接；

所述阻尼器的油封总成与所述阻尼器外壳固定连接，所述上副弹簧的下端与所述阻尼器的油封总成的上端固定连接，所述下副弹簧的上端与所述油封总成的下端固定连接，所述活塞总成与所述活塞杆固定连接，所述下副弹簧的下端与所述活塞总成的上端固定连接，所述阻尼器的固定座与所述阻尼器外壳固定连接，所述固定座与轮胎固定连接。

进一步地，所述活塞杆中空，所述滚珠丝杆能在所述活塞杆内腔中移动。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型结合动力吸振技术和惯容器原理，提出车辆主动惯容式动力吸振悬架，车身与主弹簧形成一对车身单自由度振动环节，在共振频率附近形成一个共振峰，同时，主动惯容器、副弹簧和阻尼器形成一套动力吸振器，当车辆行驶时，动力吸振器与车身振动环节产生调谐作用，有效削减共振频率附近的振动幅值，主动惯容器实时输出与车身或轮胎加速度成反比例的主动作动力，削减轮胎振动能量，拓宽悬架减振频域，能明显改善车辆舒适性；另外，本实用新型所述主动作动力的计算只需要直接使用单个加速度信号，具有更强的鲁棒性和实时性。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理示意图；

图2是图1中主动惯容器的结构原理示意图；

图3是图1中所示悬架的控制原理框图；

图4是本实用新型一个实施例的安装示意图；

图5是本实用新型一个实施例的结构示意图。

图中，1-车身，2-主弹簧，3-轮胎，4-主动惯容器，41-电机，42-飞轮组，43-轴承，44-悬架上支座，45-滚珠丝杆，46-惯容器外壳，47-螺母总成，48-滑动键，5-副弹簧，51-上副弹簧，52-下副弹簧，6-阻尼器，61-阻尼器外壳，62-油封总成，63-活塞杆，64-活塞总成，65-固定座，7-加速度传感器，8-控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型的车辆主动惯容式动力吸振悬架，包括主弹簧2、主动惯容器4、副弹簧5、阻尼器6。主弹簧2的上支点与车身1连接，下支点与轮胎3连接；主动惯容器4的上支点与车身1连接，下支点分别与副弹簧5和阻尼器6的上支点连接；副弹簧5的下支点分别与阻尼器6的下支点和轮胎3连接。即副弹簧5与阻尼器6并联，然后与主动惯容器4串联，作为一个整体与主弹簧2并联。车身1与主弹簧2形成一对车身单自由度振动环节，在共振频率附近形成一个共振峰，主动惯容器4、副弹簧5、阻尼器6形成一套动力吸振器。当车辆行驶时，动力吸振器与车身振动环节产生调谐作用，有效削减共振频率附近的振动幅值。

如图2和3所示，主动惯容器4包括一个惯容器（或称被动惯容器）和一个主动作动器，两者相并联。主动惯容器的总输出力F_Ab=F_A+F_b，其中F_b是惯容器产生的不可控惯性力，F_A是主动作动器产生的可控主动作动力。惯容器的输出力正比于两端相对加速度，即。式中b为惯容系数，x_b、x_s分别为主动惯容器上下端的位移。由于惯容器下端即来自非簧载质量的振动引入了车身，导致被动惯容式动力吸振悬架减振频段较窄，为了减少非簧载质量加速度的影响，令与惯容器并联的主动作动器产生与车身加速度或车轮加速度成反比例的补偿力，可以在一定程度上减少非簧载质量加速度的影响，即或，这样主动惯容器的总输出力为或，非簧载质量加速度对总输出力的影响得到有效降低。

具体地，如图4-5所示，悬架上支座44与车身1弹性连接。电机41输出轴与飞轮组42以及滚珠丝杆45上端固定连接，电机41外壳与悬架上支座44固定连接。滚珠丝杆45与轴承43内圈固定，轴承43外圈与悬架上支座44固定，滚珠丝杆45与悬架上支座44可同轴转动。悬架上支座44与惯容器外壳46同轴固定连接。惯容器外壳46与阻尼器外壳61同轴滑动，承受悬架所受的侧向力。主弹簧2的上端与悬架上支座44连接，主弹簧2的下端通过弹簧盘与阻尼器的外壳61连接。

螺母总成47与滚珠丝杆45形成螺旋运动副。螺母总成47外周与滑动键48固定连接，螺母总成47下端与上副弹簧51的上端固定，螺母总成47下端与阻尼器6的活塞杆63固定连接。活塞杆63中空，滚珠丝杆45可在活塞杆63内腔移动。

阻尼器6的油封总成62与阻尼器外壳61固定连接，滑动键48与阻尼器外壳61内腔的键槽形成滑动副。上副弹簧51的下端与阻尼器6的油封总成62上端固定连接，下副弹簧52的上端与油封总成62的下端固定连接。活塞总成64与活塞杆63固定连接，下副弹簧52的下端与活塞总成64的上端固定连接。阻尼器6的固定座65与阻尼器6的外壳61固定连接，固定座65与轮胎3固定连接。

当车辆静止时，主弹簧5承受车身1的重力，令车身1保持在一定高度。当车辆行驶时，阻尼器外壳62通过弹簧盘带动主弹簧2上下运动，在车身与轮胎之间形成与相对位移成正比的弹性作用力。

当车辆行驶时，来自轮胎的振动带动阻尼器6的固定座65上下运动。阻尼器6的活塞杆63带动活塞64上下运动，阻尼器内的油液通过活塞64上的阻尼孔，在活塞杆63与外壳62之间形成与相对速度成正比的阻尼作用力。

当车辆静止时，上副弹簧51和下副弹簧52产生反向推力，令活塞63停留在阻尼器6的中间位置。当阻尼器6的活塞杆63与外壳61相对运动时，上副弹簧51和下副弹簧52在活塞杆63和外壳61之间形成变化的弹性力，综合体现为副弹簧5作用，即在活塞杆63和外壳62之间形成与相对位移成正比的弹性作用力。

活塞杆63带动螺母总成47上下运动，滑动键48防止螺母总成47绕阻尼器外壳61转动。螺母总成47带动滚珠丝杆45旋转，滚珠丝杆45带动飞轮组42和电机41的转子转动，飞轮组41的惯性作用在滚珠丝杆45上，在滚珠丝杆45与螺母总成47之间产生与相对加速度成正比的惯性作用力F_b。

通过加速度传感器7采集车身或轮胎加速度信号，输入控制器8，控制器8计算得到电机的目标主动转矩值，对电机41施加电流，令电机41的转子和外壳之间产生所需的主动转矩，主动转矩通过电机41输出轴施加到滚珠丝杆45上，在滚珠丝杆45与螺母总成47之间产生与控制目标对应的主动作动力F_A。

若电机41施加转矩（式中P为滚珠丝杆 45的导程，x_s为车身位移），则主动惯容器的输出力为：

（式中J为飞轮组41的总转动惯量，），即通过控制电机41输出转矩达到车身加速度补偿效果。

若电机41施加转矩，则主动惯容器的输出力为：

，即通过控制电机41输出转矩达到车轮加速度补偿效果。

定义车身1质量M_s、轮胎3质量M_u、轮胎3刚度K_t、主动惯容器4惯容系数b、主动惯容器4主动作动力F_A、副弹簧5刚度k、阻尼器6阻尼系数c、路面位移q、轮胎3位移x_u、主动惯容器4下支点位移x_b、车身1位移x_s。

将车身加速度、轮胎动位移、悬架动行程的均方根值σ_acc、σ_tires、σ_travel除以传统悬架的相应指标，得到归一化目标，再将各目标乘以相应的权重系数，定义优化公式。

式中：

以改善车身加速度为主要目标，式中权重系数分别取为α=0.5、β=0.35、γ=0.15，分别经计算得到主动和被动悬架的最优参数组，以最优参数组计算20m/s车速通过B级路面的平顺性指标振动响应均方根值，比较可知：相较于无补偿的被动惯容悬架，主动惯容悬架在车身加速度和悬架动行程方面有较大程度改善，轮胎动位移方面则略有不足；相较于传统被动悬架则在车身加速度和悬架动行程方面优势更为明显。

下表为本实用新型的主动惯容式动力吸振悬架与其他两种形式悬架的对比结果，证明本实用新型的主动惯容式动力吸振悬架能明显改善车辆舒适性。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.车辆主动惯容式动力吸振悬架，其特征在于，包括主弹簧、主动惯容器、副弹簧和阻尼器；

所述主弹簧的上支点与车身连接，所述主弹簧的下支点与轮胎连接；

所述主动惯容器的上支点与车身连接，所述主动惯容器的下支点分别与所述副弹簧和所述阻尼器的上支点连接；

所述副弹簧的下支点分别与所述阻尼器的下支点和轮胎连接。

2.如权利要求1所述的车辆主动惯容式动力吸振悬架，其特征在于，所述主动惯容器包括惯容器和主动作动器；

所述惯容器的上支点与所述主动作动器的上支点连接，所述惯容器的下支点与所述主动作动器的下支点连接。

3.如权利要求1-2任一项所述的车辆主动惯容式动力吸振悬架，其特征在于，所述主动惯容器包括电机、飞轮组、轴承、悬架上支座、滚珠丝杆、惯容器外壳、螺母总成和滑动键；所述副弹簧包括上副弹簧和下副弹簧；所述阻尼器包括阻尼器外壳、油封总成、活塞杆、活塞总成和固定座；

所述悬架上支座与车身弹性连接；所述电机的输出轴与所述飞轮组以及所述滚珠丝杆的上端固定连接，所述电机的外壳与所述悬架上支座固定连接，所述滚珠丝杆与所述轴承内圈固定，所述轴承外圈与所述悬架上支座固定，所述悬架上支座与所述惯容器外壳同轴固定连接，所述惯容器外壳与所述阻尼器外壳同轴滑动，所述主弹簧的上端与所述悬架上支座连接，所述主弹簧的下端通过弹簧盘与所述阻尼器外壳连接；

所述螺母总成外周与所述滑动键固定连接，所述螺母总成下端与所述上副弹簧的上端固定，所述螺母总成下端与所述阻尼器的活塞杆固定连接；

所述阻尼器的油封总成与所述阻尼器外壳固定连接，所述上副弹簧的下端与所述阻尼器的油封总成的上端固定连接，所述下副弹簧的上端与所述油封总成的下端固定连接，所述活塞总成与所述活塞杆固定连接，所述下副弹簧的下端与所述活塞总成的上端固定连接，所述阻尼器的固定座与所述阻尼器外壳固定连接，所述固定座与轮胎固定连接。

4.如权利要求3所述的车辆主动惯容式动力吸振悬架，其特征在于，所述活塞杆中空，所述滚珠丝杆能在所述活塞杆内腔中移动。