CN215435899U

CN215435899U - 一种自适应汽车悬架减震器

Info

Publication number: CN215435899U
Application number: CN202121882672.1U
Authority: CN
Inventors: 赵凯鑫; 田万一; 陈维伟; 朱轩杰; 孙文韬
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2021-08-12
Filing date: 2021-08-12
Publication date: 2022-01-07
Anticipated expiration: 2031-08-12

Abstract

本实用新型涉及一种自适应汽车悬架减震器。所述减震器整体包括减震器主体、自适应弹簧装置、液压减震装置与控制系统；减震器主体包括减震器外壳、弹簧固定架、连接架和连接口，实现整个减震器的固定；自适应弹簧装置部分包括弹簧安装轴、减震弹簧、弹簧刚度调节装置、减震弹簧套筒、齿轮减速装置和驱动装置，实现减震器减震与自适应调节；液压减震装置部分包括液压阻尼器、固定柱和下端固定板，辅助完成减震功能，另外还配备了控制系统，对整个悬架的振动情况等进行检测分析，通过减震结果对减震器进行调节，保证安全性和舒适性。

Description

一种自适应汽车悬架减震器

技术领域

本实用新型涉及汽车悬架结构组件技术领域，具体为一种自适应汽车悬架减震器。

背景技术

汽车悬架的质量往往是车辆标准技术规格中衡量车辆质量的重要指标之一。汽车悬架的作为连接车架和车轴的重要传动部件，悬架质量的高低往往对汽车行驶的安全性和乘坐汽车的舒适程度有着十分重要的影响。在悬架部件中，减震器是影响悬架质量的重要因素。当前在市场中有着许多种类型的减震器，包括普通减震器、智能液体减震器和电磁阻尼减震器等。其中，普通减震器中的被动液压减震器因为其有着成本较低，结构简单等优点而得到广泛的应用，但是被动液压减震器也存在着对不同工况的适应性较差、不便拆装、对于复杂工况的减震处理效果不佳等等问题。智能液体减震器和电磁阻尼减震器虽然对不同工况的适应性较好，但是现有的两种减震器大都存在着成本较高、结构复杂和能量转换效率较低的问题，因此很难进行较大范围的应用。当前市场上应用最为广泛的普通减震器，大多是采用固定刚度的减震弹簧或者液压减速器来进行悬架的减震，这样的结构下，整个悬架装置对不同路况尤其是较为复杂的路况的适应性较差，在很多情况下难以实现较好的减震效果。为了克服当前市面上悬架组件的减震器适应性差、难以实现较好的减震效果的问题，本文提出了一种自适应的悬架减震装置，来提高悬架装置的适应性。

实用新型内容

针对当前市面上大多数类型的悬架减震器在面对不同的工况下，由于减震器的适应性不强、减震效果不佳导致乘坐车辆的舒适程度降低甚至影响到车辆行驶的安全性的问题，本实用新型提供了一种自适应汽车悬架减震器。

为了解决上述问题，本实用新型提供如下技术方案：一种自适应汽车悬架减震器，原理是自适应汽车悬架减震器，通过上方的安装固定环与悬架主体连接固定，减震器的减震弹簧采用双弹簧的形式，对称分布在安装轴的两侧，利用两个弹簧消除减震器的振动，从而减轻达到理想减震效果所需的弹簧刚度。双弹簧都由刚度调节装置进行弹簧刚度的调节，以增强装置的适应性。弹簧刚度调节装置调节弹簧刚度的原理为通过改变减震弹簧的有效弹簧圈数来进行减震弹簧刚度的调节，通过振动传感器对车辆行驶过程中产生的振动信号进行测量，将测得的振动信号上传到装置的控制系统，控制系统对接收到的振动信号进行分析拟合，得到在当前路况和车速下车辆行驶的大致振动频率。之后控制系统分析，为了达到尽可能好的减震效果所需要的弹簧刚度，在分析完成后将控制信号送到刚度调节装置的伺服电机，伺服电机旋转，改变弹簧的刚度。为了应对路况极为复杂的情况，用户可以在车辆行驶时设置传感器的信号接收频率，以便车辆快速对路况做出反应。

该自适应汽车悬架减震器包括减震器主体、自适应弹簧装置、液压减震装置和控制系统，自适应弹簧装置和液压减震装置相连接固定在减震器主体内，所述控制系统包括车辆本身自带的振动传感器和可编程逻辑控制器PLC，可编程逻辑控制器PLC接收振动传感器检测的振动信号，并对自适应弹簧装置进行调节。

进一步地，所述减震器主体包括减震器外壳、弹簧固定架、连接架和连接口；所述连接架包括上端连接架和下端连接架，上端连接架包括安装固定环和碳纤维管，安装固定环固定在碳纤维管上，碳纤维管下端与弹簧固定架相固定，上端连接架对称分布在减震器安装轴的两侧，下端连接架沿减震器安装轴的方向，与连接口连接。

进一步地，所述自适应弹簧装置设置两个，包括弹簧安装轴、减震弹簧、弹簧刚度调节装置、减震弹簧套筒、齿轮减速装置和驱动装置；所述弹簧安装轴是沿减震弹簧轴线方向对减震弹簧进行导向和辅助减震弹簧固定的装置，弹簧安装轴上方和减震器主体连接固定；减震弹簧一部分在减震弹簧套筒内与减震弹簧套筒固定，减震弹簧的下端和弹簧刚度调节装置连接，能够在弹簧刚度调节装置的带动下旋转；弹簧刚度调节装置下端和齿轮减速装置连接，齿轮减速装置与驱动装置连接，弹簧刚度调节装置在驱动装置及齿轮减速装置的带动下旋转，齿轮减速装置对称分布，分别带动两个弹簧刚度调节装置及两个压缩弹簧旋转。

进一步地，所述液压减震装置包括液压阻尼器、固定柱和下端固定板；所述液压阻尼器的固定柱下方通过螺纹与下端固定板连接，下端固定板在固定柱上可以单自由度上下移动。

进一步地，所述减震弹簧套筒是用来限制在减震弹簧套筒内的减震弹簧作用的装置，所述减震弹簧和减震弹簧套筒之间采用螺纹配合，减震弹簧可以从套筒中旋进旋出。

进一步地，所述减震弹簧套筒采用耐磨材料制成。

进一步地，所述齿轮减速装置包括从动齿轮轴、主动齿轮传动轴和主动齿轮；所述从动齿轮轴对称分布，分别带动两个压缩弹簧旋转，从动齿轮轴上的从动齿轮的宽度大于主动齿轮的宽度，在进行减震弹簧旋出的过程中能够保持从动齿轮轴上的从动齿轮与主动齿轮始终能够啮合；主动齿轮与从动齿轮轴上端啮合的上极限位置和与从动齿轮轴下端啮合的下极限位置分别对应了减震弹簧从减震弹簧套筒中旋出和旋进的极限位置。

进一步地，所述自适应车辆悬架减震器通过上端连接架的安装固定环与悬架主体连接固定。

本实用新型提出了一种自适应悬架减震器，本装置在实际工程作业中，控制系统储存、接收并分析车辆本身自带的振动传感器测得的车辆在一定速度下沿当前路况正常行驶时悬架装置的振动信号和振动传感器实时监测到的车辆行驶过程中的振动信号；根据分析结果判断车辆行驶的路况和速度条件是否发生变化，并根据振动信号的变化计算出适当的弹簧刚度参数，驱动减震器的驱动电机调节减震弹簧的有效工作圈数。若振动传感器测得的车辆行驶过程中的振动信号符合车辆在一定速度下沿之前路况正常行驶时的预测振动信号或者没有很大幅度的变化，控制系统无动作，如果振动传感器测得的车辆行驶过程中的振动信号与车辆在一定速度下沿之前路况正常行驶时的预测振动信号相比有较大幅度的变化，超过了设定的允许值，振动传感器采集一定时间的振动信号，控制系统接受振动信号，分析计算出适宜的弹簧刚度，自适应弹簧装置的驱动电机启动，通过弹簧刚度调节装置对减震弹簧的有效工作圈数进行调节。间隔一定时间后，振动传感器再次采集一定时间的振动信号传到控制系统，控制系统对该段时间的振动信号进行分析拟合，若振动信号与所预测的的振动信号大致符合，则控制系统无动作，若仍不符合则重复上述操作。如果监测到的振动信号超过安全范围，或者有着极为巨大的变化，控制系统会发出报警。振动传感器可以高频率实时监测悬架组件的振动信号，也可以低频率，间隔监测振动信号。

与当前市面上的悬架减震装置相比，本实用新型的有益效果是：

1、利用振动传感器实时监测悬架装置的振动信号，确保振动装置的工况发生变化时能及时发现。

2、采用自适应弹簧装置，根据不同工况的需要，利用弹簧刚度调节装置，改变减震弹簧的有效工作圈数来改变弹簧的刚度，从而达到更好的减震效果。

3、通过控制系统分析振动传感器测得的车辆在一定速度下沿当前路况正常行驶时悬架装置的振动信号和振动传感器实时监测到的车辆行驶过程中的振动信号；根据分析结果判断车辆行驶的路况和速度条件是否发生变化，并根据振动信号的变化计算出适当的弹簧刚度参数，驱动减震器的驱动电机调节减震弹簧的有效工作圈数。

4、如果监测到的振动信号超过安全范围，或者有着极为巨大的变化，控制系统会发出报警。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型自适应弹簧装置示意图；

图3为控制系统振动信号分析示意图；

图4为本实用新型控制原理图；

其中：1-减震器主体，1.1-减震器外壳，1.2-弹簧固定架，1.3-连接架，1.4-连接口，1.3.1-上端连接架，1.3.1.1-安装固定环；1.3.1.2-碳纤维管；1.3.2-下端连接架，2-自适应弹簧装置，2.1-弹簧安装轴，2.2-减震弹簧，2.3-弹簧刚度调节装置，2.4-减震弹簧套筒，2.5-齿轮减速装置，2.6-驱动装置，2.5.1-从动齿轮轴，2.5.2-主动齿轮轴，2.5.3-主动齿轮，3-液压减震装置，3.1-液压阻尼器，3.2-固定柱，3.3-下端固定板。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-图2所示，该实施例提供了一种自适应悬架减震器，包括减震器主体1、自适应弹簧装置2、液压减震装置3和控制系统，自适应弹簧装置2和液压减震装置3相连接固定在减震器主体1内，所述控制系统包括车辆本身自带的振动传感器和可编程逻辑控制器PLC，可编程逻辑控制器PLC接收振动传感器检测的振动信号，并对自适应弹簧装置2进行调节。

该减震器主体1主要包括减震器外壳1.1、弹簧固定架1.2、连接架1.3和连接口1.4等部分，其中减震器外壳1.1起着对整个减震器的保护和支撑作用，连接架1.3包括上端连接架1.3.1和下端连接架1.3.2，上端连接架1.3.1包括安装固定环1.3.1.1和碳纤维管1.3.1.2，安装固定环1.3.1.1固定在碳纤维管1.3.1.2上，碳纤维管1.3.1.2下端与弹簧固定架1.2相固定，弹簧固定架1.2在减震器中起着对减震弹簧2.2的导向作用，避免减震弹簧2.2因受力过大而发生装置的错位，为了减少弹簧装置的磨损，在弹簧固定架1.2的内侧应采用耐磨材料层。上端连接架1.3.1和减震弹簧2.2一样对称分布在减震器安装轴的两侧，起着连接固定的作用，下端连接架1.3.2沿减震器安装轴的方向，与连接口1.4连接。所述连接口1.4上方与下端连接架1.3.2相连，下方与车辆相连，在进行拆卸时，只需要取下连接架1.3和连接口1.4，简单方便，能够实现减震器的便捷拆装。

该自适应弹簧装置2设置两个，包括弹簧安装轴2.1、减震弹簧2.2、弹簧刚度调节装置2.3、减震弹簧套筒2.4、齿轮减速装置2.5和驱动装置2.6，其中，弹簧安装轴2.1是沿减震弹簧2.2轴线方向对减震弹簧2.2进行导向和辅助减震弹簧2.2固定的装置，其最外层采用耐磨材料层来减轻与减震弹簧擦碰产生的磨损，弹簧安装轴2.1沿轴向置于弹簧刚度调节装置2.3、减震弹簧套筒2.4内部，减震弹簧2.2套装在弹簧安装轴2.1外部，弹簧安装轴2.1上方和减震器主体1连接固定，下方与齿轮减速装置2.5相连接，减震弹簧2.2反映了悬架系统的刚度参数，减震弹簧2.2一部分在减震弹簧套筒2.4内，由于被减震弹簧套筒2.4固定，因此无法被压缩和伸长，另一部分在减震弹簧套筒2.4外部，能够被压缩和伸长。减震弹簧2.2的下端和弹簧刚度调节装置2.3连接，能够在弹簧刚度调节装置2.3的带动下旋转。齿轮减速装置2.5与驱动装置2.6连接，弹簧刚度调节装置2.3在驱动装置2.6及齿轮减速装置2.5的带动下旋转，齿轮减速装置2.5对称分布，分别带动两个弹簧刚度调节装置2.3及两个减震弹簧2.2旋转。

所述齿轮减速装置2.5包括从动齿轮轴2.5.1、主动齿轮传动轴2.5.2和主动齿轮2.5.3。从动齿轮轴2.5.1对称分布，分别带动两个减震弹簧2.2旋转，从动齿轮轴2.5.1上的从动齿轮的宽度大于主动齿轮2.5.3的宽度，因此，在进行弹簧2.2旋出的过程中能够保持从动齿轮轴2.5.1上的从动齿轮与主动齿轮2.5.3始终能够啮合。主动齿轮2.5.3与从动齿轮轴2.5.1上端啮合的上极限位置和与从动齿轮轴2.5.1下端啮合的下极限位置分别对应了减震弹簧2.2从减震弹簧套筒2.4中旋出和旋进的极限位置。

所述弹簧刚度调节装置2.3上端和减震弹簧2.2连接，能够带动减震弹簧2.2转动，下端和从动齿轮轴2.5.1连接，在从动齿轮轴2.5.1的带动下旋转。随着从动齿轮轴2.5.1带动减震弹簧2.2旋转，减震弹簧2.2从减震弹簧套筒2.4中旋进或旋出，减震弹簧2.2的有效圈数变化，减震弹簧套筒2.4是用来限制在套筒内的减震弹簧2.2作用的装置，减震弹簧2.2和减震弹簧套筒2.4之间采用螺纹配合，减震弹簧2.2可以从减震弹簧套筒2.4中旋进旋出，为了减少磨损，减震弹簧套筒2.4采用耐磨材料制成。

所述驱动装置2.6包括联轴器和伺服电机，伺服电机与控制系统的编程逻辑控制器PLC信号连接，伺服电机接受来自控制系统的控制信号，根据控制信号对自适应弹簧装置2进行调节。在本装置中要注意，由于要对减震弹簧2.2的有效圈数进行调节，减震弹簧2.2不能采用市场上常见的标准螺旋弹簧，所采用的减震弹簧2.2应保证弹簧有一端没有支撑圈，从而方便利用弹簧刚度调节装置2.3带动减震弹簧2.2从减震弹簧套筒2.4中旋出。减震弹簧2.2的刚度K随着有效圈数的变化而变化，K的大小与减震弹簧2.2的有效工作圈数n的关系大致可拟合为双曲线的关系，即K＝C/n。C为与减震弹簧2.2丝径大小和中径大小相关的常数。其次弹簧刚度调节装置2.3在对减震弹簧的有效工作圈数进行调节时由于减震弹簧2.2螺旋运动会使弹簧刚度调节装置2.3产生轴向运动，此时其会使从动齿轮轴2.5.1产生一个轴向位移，为了使主动齿轮2.5.3和从动齿轮保持啮合，所以将从动齿轮的宽度设置为远大于主动齿轮2.5.3的宽度，从而确保装置的正常运行。同时，为了确保装置的正常运行，两边减震弹簧套筒2.4的螺纹应反向，确保两边同时旋进同时旋出。

该液压减震装置3包括液压阻尼器3.1、固定柱3.2和下端固定板3.3。液压阻尼器3.1的固定柱3.2下方通过螺纹与下端固定板3.3连接，下端固定板3.3在固定柱3.2上可以单自由度上下移动。

本实用新型的控制系统控制原理如图3-图4所示，控制系统包括振动传感器和可编程逻辑控制器PLC,主要包括模拟控制、逻辑控制、多机通信、时序控制等功能。控制系统储存、接收并分析振动传感器测得的车辆在一定速度下沿当前路况正常行驶时悬架装置的振动信号和振动传感器实时监测到的车辆行驶过程中的振动信号；根据分析结果判断车辆行驶的路况和速度条件是否发生变化，并根据振动信号的变化计算出适当的弹簧刚度参数，驱动减震器的驱动电机调节减震弹簧2.2的有效工作圈数。若振动传感器测得的车辆行驶过程中的振动信号符合车辆在一定速度下沿之前路况正常行驶时的预测振动信号或者没有很大幅度的变化，控制系统无动作，如果振动传感器测得的车辆行驶过程中的振动信号与车辆在一定速度下沿之前路况正常行驶时的预测振动信号相比有较大幅度的变化，超过了设定的允许值，振动传感器采集一定时间的振动信号，控制系统接受振动信号，分析计算出适宜的弹簧刚度，自适应弹簧装置的驱动电机启动，通过弹簧刚度调节装置2.3对减震弹簧2.2的有效工作圈数进行调节。间隔一定时间后，振动传感器再次采集一定时间的振动信号传到控制系统，控制系统对该段时间的振动信号进行分析拟合，若振动信号与所预测的的振动信号大致符合，则控制系统无动作，若仍不符合则重复上述操作。如果监测到的振动信号超过安全范围，或者有着极为巨大的变化，控制系统会发出报警。振动传感器可以高频率实时监测悬架组件的振动信号，也可以低频率，间隔监测振动信号。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种自适应汽车悬架减震器，其特征在于：包括减震器主体(1)、自适应弹簧装置(2)、液压减震装置(3)和控制系统，自适应弹簧装置(2)和液压减震装置(3)相连接固定在减震器主体(1)内，所述控制系统包括汽车本身自带的振动传感器和可编程逻辑控制器PLC，可编程逻辑控制器PLC接收振动传感器检测的振动信号，并对自适应弹簧装置(2)进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种自适应汽车悬架减震器，其特征在于：所述减震器主体(1)包括减震器外壳(1.1)、弹簧固定架(1.2)、连接架(1.3)和连接口(1.4)；所述连接架(1.3)包括上端连接架(1.3.1)和下端连接架(1.3.2)，上端连接架(1.3.1)包括安装固定环(1.3.1.1)和碳纤维管(1.3.1.2)，安装固定环(1.3.1.1)固定在碳纤维管(1.3.1.2)上，碳纤维管(1.3.1.2)下端与弹簧固定架(1.2)相固定，上端连接架(1.3.1)对称分布在减震器安装轴的两侧，下端连接架(1.3.2)沿减震器安装轴的方向，与连接口(1.4)连接。

3.根据权利要求1所述的一种自适应汽车悬架减震器，其特征在于：所述自适应弹簧装置(2)设置两个，包括弹簧安装轴(2.1)、减震弹簧(2.2)、弹簧刚度调节装置(2.3)、减震弹簧套筒(2.4)、齿轮减速装置(2.5)和驱动装置(2.6)；所述弹簧安装轴(2.1)是沿减震弹簧(2.2)轴线方向对减震弹簧(2.2)进行导向和辅助减震弹簧(2.2)固定的装置，弹簧安装轴(2.1)上方和减震器主体(1)连接固定；减震弹簧(2.2)一部分在减震弹簧套筒(2.4)内与减震弹簧套筒(2.4)固定，减震弹簧(2.2)的下端和弹簧刚度调节装置(2.3)连接，能够在弹簧刚度调节装置(2.3)的带动下旋转；弹簧刚度调节装置(2.3)下端和齿轮减速装置(2.5)连接，齿轮减速装置(2.5)与驱动装置(2.6)连接，弹簧刚度调节装置(2.3)在驱动装置(2.6)及齿轮减速装置(2.5)的带动下旋转，齿轮减速装置(2.5)对称分布，分别带动两个弹簧刚度调节装置(2.3)及两个减震弹簧(2.2)旋转。

4.根据权利要求1所述一种自适应汽车悬架减震器，其特征在于：所述液压减震装置(3)包括液压阻尼器(3.1)、固定柱(3.2)和下端固定板(3.3)；所述液压阻尼器(3.1)的固定柱(3.2)下方通过螺纹与下端固定板(3.3)连接，下端固定板(3.3)在固定柱(3.2)上可以单自由度上下移动。

5.根据权利要求3所述的一种自适应汽车悬架减震器，其特征在于：所述减震弹簧套筒(2.4)是用来限制在套筒内的减震弹簧(2.2)作用的装置，所述减震弹簧(2.2)和减震弹簧套筒(2.4)之间采用螺纹配合，减震弹簧(2.2)可以从减震弹簧套筒(2.4)中旋进旋出。

6.根据权利要求3或5所述的一种自适应汽车悬架减震器，其特征在于：所述减震弹簧套筒(2.4)采用耐磨材料制成。

7.根据权利要求3所述的一种自适应汽车悬架减震器，其特征在于：所述齿轮减速装置(2.5)包括从动齿轮轴(2.5.1)、主动齿轮传动轴(2.5.2)和主动齿轮(2.5.3)；所述从动齿轮轴(2.5.1)对称分布，分别带动两个减震弹簧(2.2)旋转，从动齿轮轴(2.5.1) 上的从动齿轮的宽度大于主动齿轮(2.5.3)的宽度，在进行减震弹簧(2.2)旋出的过程中能够保持两个从动齿轮轴(2.5.1)上的从动齿轮与主动齿轮(2.5.3)始终能够啮合；主动齿轮(2.5.3)与从动齿轮轴(2.5.1)上端啮合的上极限位置和与从动齿轮轴(2.5.1)下端啮合的下极限位置分别对应了减震弹簧(2.2)从减震弹簧套筒(2.4)中旋出和旋进的极限位置。

8.根据权利要求2所述的一种自适应汽车悬架减震器，其特征在于，所述自适应汽车悬架减震器通过上端连接架(1.3.1)的安装固定环(1.3.1.1)与悬架主体连接固定。