懸架系統及使用該懸架系統的車輛的製作方法
2023-09-18 09:28:30 2
本實用新型涉及一種懸架系統及使用該懸架系統的車輛。
背景技術：
車輛懸架上設置有彈性阻尼系統，在彈性阻尼系統的作用下，車輛能夠迅速衰減來自路面的衝擊和振動，進而提高車輛的行駛平順性和乘客的乘坐舒適性。
彈性阻尼系統影響的車輛懸架的剛度，為了保證乘坐舒適性和行駛平順性，根據不同的行駛路況彈性阻尼系統需要實時調整懸架的剛度，當車輛遇到凹坑時，車輛的車橋下移，需要減小懸架的剛度，當車輛遇到凸起時，車輛的車橋上跳，此時需要懸架的剛度增大。為了達到這一目的，例如公布日為2012.06.12、公布號為CN 102678808A的中國發明專利申請公開了一種剛度和阻尼聯合調節的減振系統，該減振系統包括彈性元件和阻尼元件，阻尼元件即阻尼器，彈性元件為空氣彈簧，阻尼器為磁流變減振器，空氣彈簧和減振器並聯設置在懸架上連接板和懸架底板之間，懸架安裝在車輛上時，懸架底板與車橋固定連接，懸架上連接板與車身下側固定以承載車身重量，空氣彈簧的上支架與懸架上連接板固定連接，空氣彈簧下支架與懸架底板連接，減振器上支架與懸架上連接板鉸接，減振器下支架與懸架底板鉸接。空氣彈簧上分別連接有附加氣室和供氣系統，空氣彈簧與附加氣室之間設有定位控制閥，空氣彈簧與供氣系統之間設有高度控制閥，高度控制閥由控制杆控制，控制杆一端與高度控制閥連接，另一端與懸架底板鉸接，不同的承載工況下，空氣彈簧的初始工作位置由高度控制閥控制調整，當空氣彈簧處於壓縮或者拉伸狀態時，蓋度控制閥在控制杆作用下開啟其內的充氣閥或排氣閥，供氣系統向空氣彈簧內充氣或者排氣，當空氣彈簧恢復到其平衡位置，閥門關閉，這樣可確保空氣彈簧的工作行程在其平衡位置附近。
上述減振系統雖然能夠改變懸架的剛度，但是，由於該減振系統通過供氣系統向空氣彈簧充氣或排氣來控制懸架的剛度，充氣或者排氣均有閥門控制，因此，充氣或者排氣會出現一定時間的延遲，上述減振系統不能夠及時改變車輛懸架的剛度，車輛在行駛過程中仍然存在車輛行駛平順性差、乘坐舒適性差的技術問題。同時，上述減振系統在安裝時，不僅需要安裝空氣彈簧，在空氣彈簧上連接供氣系統和附加氣室，而且需要對供氣系統和附加氣室進行安裝固定，還要在空氣彈簧與供氣系統之間設置高度控制閥，在空氣彈簧與附加氣室之間設置定位控制閥，高度控制閥由控制杆控制，還要在懸架上連接控制杆，因此，如果在車輛懸架上設置上述減振系統，不僅安裝過程十分複雜繁瑣，而且空氣彈簧的附加結構會佔用很大的空間，為車輛底盤增加負擔。另外，由於上述減振系統的附加結構較多，使得減振系統的結構較為複雜，不便於維修和保養，進而可能增加維修保養的費用。
技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種懸架系統，用以解決現有技術中懸架系統不能根據路況及時改變懸架剛度造成車輛行駛平順性差、乘坐舒適性差的技術問題。
為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案：
一種懸架系統，包括車橋，還包括中心軸線沿上下方向延伸的、一端用於與車架鉸接、另一端與車橋鉸接的彈性元件和軸線沿前後方向延伸的、一端與車橋鉸接、另一端用於與車架鉸接的擺杆，所述彈性元件與車橋的鉸接軸線、擺杆與車橋的鉸接軸線同軸或者平行且均與車橋的軸線平行，所述擺杆的用於與車架鉸接的一端與車架鉸接後低於其與車橋鉸接的一端，所述擺杆能夠繞其與車架鉸接的一端擺動且與水平面形成夾角a，所述彈性元件能夠繞其與車架鉸接的一端擺動且其中心軸線與所述擺杆形成平面夾角或者異面夾角b，所述平面夾角或者異面夾角b的大小為0～90°。
所述彈性元件的中心軸線與擺杆位於同一平面內，所述彈性元件的與車橋鉸接的一端與擺杆的與車橋鉸接的一端分別鉸接在車橋的同一位置處。
還包括阻尼器，所述阻尼器包括用於與車架固連的缸體，所述缸體內上下導向裝配有活塞，缸體與活塞圍成密封的上空腔和下空腔，活塞連接有徑向延伸的撥杆，撥杆與車橋固連並且能夠伴隨著車橋的上下移動而撥動活塞上下導向移動。
所述阻尼器為空氣阻尼器或油阻尼器。
所述彈性元件為螺旋彈簧。
一種車輛，包括車架和懸架系統，所述懸架系統包括車橋，還包括中心軸線沿上下方向延伸的、一端與車架鉸接、另一端與車橋鉸接的彈性元件和軸線沿前後方向延伸的、一端與車橋鉸接、另一端與車架鉸接的擺杆，所述彈性元件與車橋的鉸接軸線、擺杆與車橋的鉸接軸線同軸或者平行且均與車橋的軸線平行，所述擺杆與車架鉸接的一端與車架鉸接後低於其與車橋鉸接的一端，所述擺杆能夠繞其與車架鉸接的一端擺動且與水平面形成夾角a，所述彈性元件能夠繞其與車架鉸接的一端擺動且其中心軸線與所述擺杆形成平面夾角或者異面夾角b，所述平面夾角或者異面夾角b的大小為0～90°。
所述彈性元件的中心軸線與擺杆位於同一平面內，所述彈性元件的與車橋鉸接的一端與擺杆的與車橋鉸接的一端分別鉸接在車橋的同一位置處。
還包括阻尼器，所述阻尼器包括與車架固連的缸體，所述缸體內上下導向裝配有活塞，缸體與活塞圍成密封的上空腔和下空腔，活塞連接有徑向延伸的撥杆，撥杆與車橋固連並且能夠伴隨著車橋的上下移動而撥動活塞上下導向移動。
根據權利要求7所述的車輛，其特徵在於：所述阻尼器為空氣阻尼器或油阻尼器。
所述彈性元件為螺旋彈簧。
本實用新型的有益技術效果：本實用新型的懸架系統包括彈性元件、擺杆，車橋的軸線沿左右方向延伸，彈性元件的中心軸線沿上下方向延伸，擺杆的軸線沿前後方向延伸，該懸架系統使用時，彈性元件的兩端分別與車橋和車架鉸接，彈性元件與車架鉸接的一端為固定端，與車橋鉸接的一端為活動端；擺杆的兩端分別與車橋和車架鉸接，擺杆與車架鉸接的一端為固定端，與車橋鉸接的一端為活動端，擺杆的固定端低於其活動端，擺杆與水平面形成夾角a，彈性元件的中心軸線與擺杆形成平面夾角或者異面夾角b，所述平面夾角或者異面夾角b的大小為0～90°，當車橋上下移動時，彈性元件和擺杆能夠同時繞各自的固定端轉動，夾角a和夾角b能夠同時增大或者同時變小，根據車橋的受力分析得出，車輛的懸架剛度當a和b同時增大時，懸架剛度增大，當a、b同時減小時，懸架剛度減小，且擺杆和彈性元件能夠伴隨車橋的上下移動而轉動，彈性元件和擺杆轉動時，a和b同時變化進而懸架剛度也跟著變化，響應迅速不延遲，且本實用新型的結構簡單，安裝時僅需將彈性元件、擺杆的兩端分別與車橋和車架鉸接即可，方便安裝提高生產效率。
作為本實用新型的進一步改進，擺杆和彈性元件鉸接在車橋的同一位置處，擺杆對車橋的作用力和彈性元件對擺杆的作用力作用在車橋的同一位置處，減少車橋受到的剪切力。
作為本實用新型的進一步改進，阻尼器的缸體內的活塞與缸體圍成密封的上空腔和下空腔，撥杆的一端與車橋固連，另一端與活塞連接，當車橋上下移動時，撥杆隨車橋一起上下移動進而推動活塞上下移動，路面的激勵信息通過機械的方式實時傳遞給阻尼器，在沒有ECU的情況下實現路面工況的識別，保證剛度和阻尼同時隨路面激勵實時調整到最佳狀態。本實用新型中，彈性元件、擺杆與阻尼器聯合作用，當車橋上下跳動時，彈性元件和擺杆改變懸架的剛度，阻尼器能夠實時衰減因路面激勵引起的車橋振動，進而提高車輛的行駛平順性和乘坐舒適性。
附圖說明
圖1是本實用新型車輛的實施例1的簡化示意圖；
圖2是本實用新型車輛的實施例1中阻尼器的簡化示意圖；
圖3是本實用新型車輛的實施例1中車橋的受力分析圖；
圖中：1、車架，2、螺旋彈簧，3、擺杆，4、車橋，5、缸體，6、撥杆，7、活塞，8、密封圈。
具體實施方式
本實用新型車輛的實施例1，如圖1、圖2所示，包括車架1和懸架系統，車架1用來承載車身重量，懸架系統安裝在車架上。懸架系統包括軸線沿左右方向延伸的車橋4，還包括彈性元件、阻尼器和擺杆3，彈性元件為連接在車架1與車橋4之間的螺旋彈簧2，螺旋彈簧2傾斜設置且中心軸線從上至下向後傾斜，其上端與車架1鉸接，下端與車橋4鉸接，鉸接軸線與車橋的軸線平行。當車橋4上下移動時，螺旋彈簧2繞其上端擺動，稱螺旋彈簧2的上端為固定端，稱螺旋彈簧2的下端為活動端。
擺杆3的前端與車架1鉸接，後端與車橋4鉸接，鉸接軸線均與車橋的軸線平行。擺杆3與車架和車橋鉸接後，擺杆的前端低於後端高度，擺杆3與水平面之間形成一個夾角a，夾角a為銳角。當車橋4相對車架向上跳動時，擺杆3繞其前端鉸接軸線向上擺動，夾角a增大；當車橋相對車架向下跳動時，擺杆3繞其前端鉸接軸線向下擺動，夾角a減小。擺杆的前端可視為固定端，後端可視為活動端。
螺旋彈簧2的中心軸線與擺杆3處於同一平面內，車橋上固設有鉸接支架，螺旋彈簧與擺杆均通過鉸接支架與車橋實現鉸接，保證螺旋彈簧2與擺杆3鉸接在車橋的同一位置處，螺旋彈簧與車橋的鉸接軸線、擺杆與車橋的鉸接軸線同軸。螺旋彈簧2的中心軸線與擺杆3形成平面夾角b，平面夾角b大小為0～90°。在其他實施例中，螺旋彈簧的中心軸線與擺杆的軸線可以異面，螺旋彈簧與車橋的鉸接軸線、擺杆與車橋的鉸接軸線兩者平行，螺旋彈簧與擺杆分別與車橋的不同位置鉸接，螺旋彈簧的中心軸線與擺杆的軸線形成異面夾角b，夾角b的大小為0～90°。
阻尼器為空氣阻尼器，包括缸體5，缸體5與車架1連接，缸體5內上下導向裝配有活塞7，活塞7包括上活塞板和下活塞板，上活塞板與缸體5圍成密閉的上空腔，下活塞板與缸體5圍成密閉的下空腔，上活塞板和下活塞板上均設有密封圈8，保證了阻尼器的密閉性；密封圈8帶有潤滑油，減少活塞運動時的阻力。上活塞板和下活塞板通過連接杆固定連接在一起，上活塞板、下活塞板與缸體圍成中空腔，中空腔的側壁上設有側開口。車橋4上固設有撥杆6，撥杆6由側開口穿入中空腔中並沿活塞7的徑向與活塞7連接；當車橋上下移動時，撥杆隨車橋一起上下移動並推動活塞7上下移動，當活塞7向上移動時，上空腔中的空氣受壓，下空腔中的空氣被受拉，上活塞板和下活塞板分別受到向下的作用力；反之，上空腔中的空氣受拉，下空腔中的空氣受壓，上活塞板和下活塞板分別受到向上的作用力。在撥杆6隨著車橋4上下移動的過程中，為避免撥杆6受到沿其軸向的拉力或者壓力，撥杆6水平導向穿裝在上活塞板和下活塞板之間的連接杆上，使撥杆6與活塞7實現活動連接。
本實施例中，缸體5的上空腔與下空腔內填充氮氣，密封圈8邊界帶有測量氮氣流動的氣體測量裝置，氣體測量裝置連接有報警器，如果上空腔和下空腔內的氣體發生洩漏，氣體測量裝置便可檢測出，並通過報警器向駕駛員發出報警信號，使駕駛人員能夠及時的發現阻尼器的氣密性是否良好，保證車輛行駛的安全性。本實施例中，缸體5為整體式結構，在其他實施例中，缸體還可以包括分體設置的上氣缸和下氣缸，上氣缸中導向設有上活塞，下氣缸中導向設有下活塞，上活塞、下活塞分別與上氣缸、下氣缸圍成密閉的上空腔和下空腔，上活塞與下活塞之間通過連接杆固連。
正常狀態下，車輛的車橋4會受到地面向上的作用力FN、擺杆3斜向前的拉力FL、螺旋彈簧2斜向下的彈力FS，通過受力分析，如圖3中，平移後，彈力FS、拉力FL、作用力FN可圍成一個三角形，其中，拉力FL、作用力FN所在線段形成夾角c，彈力FS與拉力FL所在線段形成夾角d，擺杆3與水平面之間的夾角為a，擺杆與螺旋彈簧之間的夾角為b，可以得出c＝90-a，d＝b。另外，設：螺旋彈簧2的初始長度為L1，螺旋彈簧2壓縮後的瞬時長度為L0，螺旋彈簧2的彈性係數為k；再根據可得出地面對車橋4的作用力FN與螺旋彈簧2的壓縮量(L1-L0)之間的關係式為：
式中：L1-螺旋彈簧2的原始長度，L0-螺旋彈簧2壓縮後的瞬時長度，k-螺旋彈簧2的彈性係數；
由此得出車輛的懸架剛度
而阻尼力F＝(P1-P0)·S
式中：P1為缸體上空腔和下空腔的壓強之和，P0為外界大氣壓強，S為活塞板的面積；
其中P1、P0的變化快慢取決於阻尼器容積的變化速率，當車橋向上或向下跳動較快時，阻尼器內空氣體積的變化速率急劇增大，阻尼力F就會急劇增大，可以實現快速衰減振動量，保證車輛的行駛平穩，乘坐舒適。
車輛在行駛過程中，當車輛遇到上凸路面時，車橋4相對於車架1會向上跳動，車橋4上跳會驅動螺旋彈簧2繞其固定端逆時針擺動，擺杆3繞其固定端向上擺動，螺旋彈簧2逆時針擺動的同時長度會縮短，擺杆3與螺旋彈簧2之間的夾角b增大，sin(b)增大，擺杆3與水平線的夾角a增大，cos(a)值減小，綜合導致車輛的懸架剛度C增大，即隨著車橋上跳量的不斷增大，車輛的懸架剛度C也不斷增大，這樣可減小在車輛過坎時的上跳量，提高行駛平順性和乘坐舒適性。同時，隨著車橋上跳，阻尼器產生的阻尼力隨著上車橋跳速度的增大而急劇增大，車輛在遇到大的突起而產生快速上跳時，阻尼器可產生巨大阻尼力而迅速衰減車輛振動，進而保證車橋能夠穩定的上移，提高車輛行駛平順性和乘坐舒適性。
當車輛遇到下凹路面時，車橋4相對於車架1會向下跳動，車橋4下跳會驅動螺旋彈簧2繞其固定端順時針擺動，擺杆3繞其固定端向下擺動，螺旋彈簧2順時針擺動的同時長度會伸長；螺旋彈簧的中心軸線與擺杆3的夾角b減小，sin(b)減小，擺杆3與水平線的夾角a減小，cos(a)值增大，使得車輛懸架剛度C減小，從而會導致車橋快速下跳；隨著車橋下跳速度增大，阻尼器產生的阻尼力也急劇增大，保證車橋不會產生大幅振動，減弱車輛在通過下凹路面時的振動情況，提高車輛的行駛平順性和乘坐舒適性。綜合以上兩種情況，該懸架系統在車輛通過凹凸路面時，懸架的剛度會實時改變，阻尼器能夠快速衰減路面激勵引起的車輛振動，提高車輛的行駛平順性和乘坐舒適性。
本實施例中，擺杆的固定端位於活動端的前方，螺旋彈簧的中心軸線從上至下逐漸向後傾斜，螺旋彈簧的固定端位於活動端的前方，在其他實施例中，擺杆的固定端可以位於活動端的後方，螺旋彈簧的中心軸線從上至下逐漸向前傾斜，螺旋彈簧的固定端位於活動端的後方。其他實施例中，阻尼器可以省去。阻尼器還可以為油阻尼器或者磁流變減振器。螺旋彈簧還可以替換為氣彈簧或者氣囊。缸體可以與車架固連，也可以兩端分別與車架鉸接。
本實用新型懸架系統的實施例，該懸架系統如上述，為避免重複，在此不做贅述。