一種集成轉向和驅動功能的直線平移式前懸架系統的製作方法

2023-06-11 00:24:01

一種集成轉向和驅動功能的直線平移式前懸架系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種集成轉向和驅動功能的直線平移式前懸架系統，主要包括具有直線導引功能的二個上懸架導向機構和二個下懸架導向機構、上連接座、下連接座、轉向節、加強件、上球頭副、下球頭副和彈簧減震器，上連接座通過加強件固定連接下連接座，上連接座與二個上懸架導向機構相連接，上連接座與減震器安裝座相連接，下連接座與二個下懸架導向機構相連接。本發明有益的效果：實現了多連杆直線平移式懸架在車輛前軸的應用，車輛處於驅動、轉向以及制動等工況時，直線平移式懸架的導向機構仍使得車輪僅沿直線跳動，車輪定位參數基本保持不變，從而儘可能使得車輪與地面垂直，減少了不平路面對車輪的各向衝擊載荷。
【專利說明】一種集成轉向和驅動功能的直線平移式前懸架系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及汽車前懸架系統，更確切地說，是一種集成轉向和驅動功能的直線平移式前懸架系統。

【背景技術】
[0002]懸架是保證車輪或者車橋與汽車承載系統(車架或者承載式車身)之間具有彈性聯繫並能夠傳遞載荷、緩和衝擊、衰減振動以及調節汽車在行駛過程中車身位置等有關裝置的總稱。一般懸架主要由彈性元件、減震裝置和導向機構三部分組成。其中導向機構的功能是確保車輪與車身或車架之間所有的力和力矩可靠傳遞，並決定車輪相對於車身或車架的位移特性。導向機構決定了車輪跳動時的運動軌跡和車輪定位參數的變化情況，以及汽車前後側傾中心和縱傾中心的位置，在很大程度上影響了整車的操縱穩定性和抗縱傾能力。
[0003]傳統的前懸架系統均帶有轉向功能，對於前驅車型還能夠與驅動系統匹配。根據懸架結構形不同，目前應用最廣泛的前懸架系統主要包括麥弗遜懸架、雙橫臂懸架和非獨立式鋼板彈簧懸架。目前常規的懸架雖然在功能上都能夠滿足懸架設計要求，但是當車輪跳動時，車輪定位參數均會變化。在實際應用中，車輪任何定位參數的變化都會對汽車操縱穩定性或者其他方面性能產生不利影響，比如輪距的變化會導致汽車直線行駛能力下降，同時還造成滾動阻力增大和對轉向系統的影響；車輪外傾角的變化會導致輪胎的異常磨損。
[0004]如何能夠保證車輪跳動時車輪的定位參數不會發生變化是獨立懸架結構創新設計中的一個重點和難點。部分研究人員曾提出幾種具有直線導引功能的懸架，參見【1.趙景山，褚福磊.豎向平移式空間多連杆獨立懸架[P].中國專利:200610113114.2，2007-2-28.12.趙景山，趙盛，馮之敬，褚福磊.一種能夠保持車輪定位參數不變的後獨立懸架[P].中國專利=200910001094.3,2009-7-8.13.張杰，趙景山，資小林，劉向，邱寶象，馮之敬.一種採用滾珠花鍵副的多連杆直線平移式懸架[P].中國專利:201210125268.9，20012-4-25.】【4.資小林，趙景山，張杰，劉向，邱寶象，馮之敬.一種帶有3-RRR伸縮補償機構的多連杆直線導引式獨立懸架[P].中國專利:201110215816.2, 2011-7-29.】。
[0005]但是，上述的一些專利所提出的直線平移式懸架結構只能應用於汽車後軸懸架系統，即單純起到支撐橋的作用，不能實現與轉向和驅動系統的裝配集成，從而無法應用於車輛的前懸架系統。


【發明內容】

[0006]本發明的目的在於克服現有技術存在的不足，而提供一種集成轉向和驅動功能的直線平移式前懸架系統，該結構能夠與轉向拉杆裝配，並通過帶有兩個球頭銷的轉向節連接件總成，實現前輪轉向的功能；同時轉向節可與輪轂軸承單元裝配，進而安裝等速驅動軸，實現前輪的驅動功能。該懸架系統能夠使得車輪定位參數，例如車輪前束、外傾角、主銷內傾角、主銷後傾角以及輪距、軸距等，在車輪跳動過程中始終保持不變。該懸架的運動學特性是由懸架導向機構的構型決定，所以該懸架的運動學特性對硬點參數不敏感，懸架的布置形式多樣，能夠應用於不同車型的前懸架系統。
[0007]本發明的目的是通過如下技術方案來完成的。這種集成轉向和驅動功能的直線平移式前懸架系統，主要包括具有直線導引功能的二個上懸架導向機構和二個下懸架導向機構、上連接座、下連接座、轉向節、加強件、上球頭副、下球頭副和彈簧減震器，所述的二個上懸架導向機構和二個下懸架導向機構為一種過約束的並聯機構，該機構只具有一個平移自由度，用於實現車輪跳動的導引；上連接座通過加強件固定連接下連接座，上連接座與二個上懸架導向機構相連接，上連接座與減震器安裝座相連接，下連接座與二個下懸架導向機構相連接；加強件上設有上球頭安裝孔、下球頭安裝孔、制動器安裝孔、轉向拉杆安裝孔和輪轂單元安裝孔，上連接座上設有上球頭副並安裝在上球頭安裝孔中，下連接座上設有下球頭副並安裝在下球頭安裝孔中；所述轉向節與二個上懸架導向機構通過上球頭副連結，所述轉向節與二個下懸架導向機構通過下球頭副連結，且上球頭副和下球頭副的安裝軸線共線，該軸線即為轉向主銷軸線；轉向節的擺臂與轉向拉杆通過轉向拉杆安裝孔連結，轉向拉杆進而與齒輪齒條式轉向器連結，通過轉向拉杆帶動轉向節轉動實現車輪轉向；轉向節通過制動器安裝孔安裝有制動器；轉向節通過輪轂單元安裝孔安裝有輪轂單元，輪轂單元一端與車輪連結，另一端與驅動軸連結，通過驅動軸實現車輪驅動；所述彈簧減震器一端通過減震器安裝座與上懸架導向機構連結，另一端與車身連結，用於實現汽車避震和衰減車身振動。
[0008]所述的二個上懸架導向機構和二個下懸架導向機構為上下兩個2-RPR機構，R表示轉動副，P表示移動副，2表示兩條RPR運動鏈；所述的2-RPR機構，其自由度為一個平移自由度，兩條RPR運動鏈所確定的平面的夾角為90° ;二個上懸架導向機構和二個下懸架導向機構包括各二個RPR運動鏈，所述的每個PRP運動鏈中兩個轉動副軸線平行，且垂直於移動副軸線；過所述移動副軸線，且垂直於所述轉動副軸線的平面稱為RPR運動鏈確定的平面；4條RPR運動鏈所確定的4個平面，它們的交線相互平行或者重合。
[0009]所述的上懸架導向機構和下懸架導向機構包括外側連杆、內側連杆、防塵罩、滾珠、保持架和油封，內側連杆安裝在外側連杆內，保持架上設有滾珠，外側連杆上設有防塵罩。
[0010]本發明的有益效果為:首先，本發明提出了一種全新的直線平移式前懸架系統，該前懸架系統較傳統前懸架系統最大的區別在於其導向機構具有直線導引功能，在承受不平路面對車輪各向衝擊的同時，理論上能夠保持車輪定位參數基本不變，進而提高整車的操縱穩定性和行駛平順性。其次，前懸架系統能夠與傳統的齒輪齒條式轉向系統、制動系統、驅動系統進行匹配集成，是對已有的直線平移式後懸架發明專利的擴展，進一步提升了直線平移式懸架導向機構的應用範圍。再者，該前懸架系統的運動學特性與懸架機構的構型相關，對懸架的硬點參數不敏感，只需要保證懸架支鏈所確定的四個平面的交線平行或重合即可，懸架系統的布置方式更加靈活，可以適用於不同的車型。因此該懸架系統是對現有技術的重大突破，與傳統的麥弗遜式、雙橫臂式等前懸架系統相比較，具有車輪定位參數不變、輪胎磨損較小、懸架布置形式靈活及對硬點參數不敏感、提高汽車的操縱穩定性和行駛平順性、適用範圍廣泛等優點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的結構示意圖；
[0012]圖2為懸架導向機構總成示意圖；
[0013]圖3為轉向節示意圖；
[0014]圖4為上懸架導向機構的結構剖視示意圖；
[0015]圖5為上懸架導向機構的結構示意圖；
[0016]圖6為下懸架導向機構的結構示意圖；
[0017]圖7為2-RRR機構運動學原理圖。
[0018]附圖中的標號分別為:彈簧減震器1，轉向節2，上球頭安裝孔2-1，下球頭安裝孔2-2，制動器3，上懸架導向機構4，上連接座5，下懸架導向機構6，下連接座7，加強件8，轉向拉杆9，驅動軸10，車身11，齒輪齒條式轉向器12，上球頭副13，下球頭副14，制動器安裝孔15，轉向拉杆安裝孔16，輪轂單元安裝孔17，減震器安裝座18，外側連杆19，內側連杆20，防塵罩21，滾珠22，保持架23，油封24。

【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明:
[0020]如圖所示，這種集成轉向和驅動功能的直線平移式前懸架系統，主要包括具有直線導引功能的二個上懸架導向機構4和二個下懸架導向機構6、上連接座5、下連接座7、轉向節2、加強件8、上球頭副13、下球頭副14和彈簧減震器1，所述的二個上懸架導向機構4和二個下懸架導向機構6為一種過約束的並聯機構，該機構只具有一個平移自由度，用於實現車輪跳動的導引，實現車輪僅沿直線跳動，並承受不平路面對車輪各向衝擊。上連接座5通過加強件8固定連接下連接座7，通過一個加強件8連接固定，形成一個整體構件，這種結構設計方式能夠增加懸架系統的整體剛度，提高懸架系統的承載能力，減小由於懸架機構變形導致的車輪定位參數變化量。上連接座5與二個上懸架導向機構4相連接，上連接座5與減震器安裝座18相連接，下連接座7與二個下懸架導向機構6相連接；加強件2上設有上球頭安裝孔2-1、下球頭安裝孔2-2、制動器安裝孔15、轉向拉杆安裝孔16和輪轂單元安裝孔17，上連接座5上設有上球頭副13並安裝在上球頭安裝孔2-1中，下連接座7上設有下球頭副14並安裝在下球頭安裝孔2-2中；所述轉向節2與二個上懸架導向機構4通過上球頭副13連結，所述轉向節2與二個下懸架導向機構6通過下球頭副14連結，且上球頭副13和下球頭副14的安裝軸線共線，該軸線即為轉向主銷軸線；轉向節2的擺臂與轉向拉杆9通過轉向拉杆安裝孔16連結，轉向拉杆9進而與齒輪齒條式轉向器12連結,通過轉向拉杆9帶動轉向節2轉動實現車輪轉向功能；轉向節2通過制動器安裝孔15安裝有制動器3 ;轉向節2通過輪轂單元安裝孔17安裝有輪轂單元，輪轂單元一端與車輪連結，另一端與驅動軸10連結，通過驅動軸10實現車輪驅動；所述彈簧減震器I 一端通過減震器安裝座18與上懸架導向機構4連結，另一端與車身11連結，用於實現汽車避震和衰減車身振動。
[0021]所述的二個上懸架導向機構4和二個下懸架導向機構6為上下兩個2-RPR機構，R表示轉動副，P表示移動副，2表示兩條RPR運動鏈；所述的2-RPR機構，其自由度為一個平移自由度，兩條RPR運動鏈所確定的平面的夾角為90° ;二個上懸架導向機構4和二個下懸架導向機構6包括各二個RPR運動鏈，所述的每個PRP運動鏈中兩個轉動副軸線平行，且垂直於移動副軸線；過所述移動副軸線，且垂直於所述轉動副軸線的平面稱為RPR運動鏈確定的平面；4條RPR運動鏈所確定的4個平面，它們的交線相互平行或者重合。
[0022]所述的上懸架導向機構4和下懸架導向機構6包括外側連杆19、內側連杆20、防塵罩21、滾珠22、保持架23和油封24，內側連杆20安裝在外側連杆19內，保持架23上設有滾珠22，外側連杆19上設有防塵罩21。
[0023]接下來，介紹2-RPR機構的運動學原理，如圖7所示，兩條RPR運動鏈A1B1C1和A2B2C2分別位於Ji1平面、Ji2平面內，運動鏈中兩個轉動副軸線相互平行且始終垂直於相應的平面，移動副的軸線始終與兩端的轉動副軸線垂直。H1平面與H2平面的交線為直線PQo以運動副A1為原點建立坐標系A1X1Y1Z1, Z1軸垂直於31 !平面。設運動副C1的坐標為C1Ua, ya, O),移動副B1的軸線向量為nB1 = [cos a sin a 0]T,則三個運動副的運動螺旋分別為:
[0024]
^1= [O O I O O of，
[0025]
Sm = [O O O Co、<7 sina 0]Γ，
[0026]
^ci = [O O 1-J^ci ^c1 O]。
[0027]那麼運動鏈末端的瞬時運動螺旋可以表達為:
[0028]
Sf = kfS (| + LSin + k,SCi = [O O kx +k3 L cosa -A:； jn sin a + θ]Γ
[0029]所以，當Vk3古0時表示繞Z1軸的轉動；當Vk3 = O且k2cos a -k3ycl>
k2sin a +k3xcl不同時等於零時,具表示位於X1A1Y1平面內的平移運動。所以，運動鏈A1B1C1的末端約束為沿Z1軸的移動和繞Xl、Y1軸的轉動。也就是說，運功連A1B1C1的末端始終只能夠在Ji1平面內運動。同理，運功連A2B2C2的末端始終只能夠在Ji2平面內運動。那麼，當運動鏈A1B1C1與A2B2C2末端為同一個構件，即構成2-RPR機構，則機構末端需要同時在π ι平面與H2平面內運動。所以當兩平面不平行時，機構末端只能夠沿兩平面的交線PQ運動。也就是說2-RPR機構具有直線導引功能。所以，上端與下端2-RPR機構均具有直線導引功能。當上、下端2-RPR機構通過加強件8固鏈在一起時，組成的4-RPR機構同樣具有直線導引功能。每條RPR運動鏈可以提供3個末端約束，那麼四條RPR運動鏈可以提供12個末端約束，而同時機構末端具有一個平移自由度，即有5個自由度被約束住。由於支鏈末端提供的約束數量大於被約束的數目，因而4-RPR機構為過約束並聯機構。
[0030]相對於現有的汽車前懸架系統，本發明具有如下突出優點:首先，本發明提出了一種全新的直線平移式前懸架系統，該前懸架系統較傳統前懸架系統最大的區別在於其導向機構具有直線導引功能，在承受不平路面對車輪各向衝擊的同時，理論上能夠保持車輪定位參數基本不變，進而提高整車的操縱穩定性和行駛平順性。其次，前懸架系統能夠與傳統的齒輪齒條式轉向系統、制動系統、驅動系統進行匹配集成，是對已有的直線平移式後懸架發明專利的進一步補充，進一步提升了直線平移式懸架導向機構的應用範圍。再者，該前懸架系統的運動學特性與懸架機構的構型相關，對懸架的硬點參數不敏感，只需要保證懸架支鏈所確定的四個平面的交線平行或重合即可，懸架系統的布置方式更加靈活，可以適用於不同的車型。因此該懸架系統是對現有技術的重大突破，與傳統的麥弗遜式、雙橫臂式等前懸架系統相比較，具有車輪定位參數不變、輪胎磨損較小、懸架布置形式靈活及對硬點參數不敏感、提高汽車的操縱穩定性和行駛平順性、適用範圍廣泛等優點。
[0031]除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式，凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種集成轉向和驅動功能的直線平移式前懸架系統，其特徵在於:主要包括具有直線導引功能的二個上懸架導向機構(4)和二個下懸架導向機構(6)、上連接座(5)、下連接座(7)、轉向節(2)、加強件(8)、上球頭副(13)、下球頭副(14)和彈簧減震器(1)，所述的二個上懸架導向機構(4)和二個下懸架導向機構(6)為一種過約束的並聯機構，該機構只具有一個平移自由度，用於實現車輪跳動的導引；上連接座(5)通過加強件(8)固定連接下連接座(7)，上連接座(5)與二個上懸架導向機構(4)相連接，上連接座(5)與減震器安裝座(18)相連接，下連接座(7)與二個下懸架導向機構(6)相連接；加強件⑵上設有上球頭安裝孔(2-1)、下球頭安裝孔(2-2)、制動器安裝孔(15)、轉向拉杆安裝孔(16)和輪轂單元安裝孔(17)，上連接座(5)上設有上球頭副(13)並安裝在上球頭安裝孔(2-1)中，下連接座⑵上設有下球頭副(14)並安裝在下球頭安裝孔(2-2)中；所述轉向節⑵與二個上懸架導向機構⑷通過上球頭副(13)連結，所述轉向節(2)與二個下懸架導向機構(6)通過下球頭副(14)連結，且上球頭副(13)和下球頭副(14)的安裝軸線共線，該軸線即為轉向主銷軸線；轉向節⑵的擺臂與轉向拉杆(9)通過轉向拉杆安裝孔(16)連結，轉向拉杆(9)進而與齒輪齒條式轉向器(12)連結，通過轉向拉杆(9)帶動轉向節(2)轉動實現車輪轉向；轉向節⑵通過制動器安裝孔(15)安裝有制動器(3);轉向節⑵通過輪轂單元安裝孔(17)安裝有輪轂單元，輪轂單元一端與車輪連結，另一端與驅動軸(10)連結，通過驅動軸(10)實現車輪驅動；所述彈簧減震器(I) 一端通過減震器安裝座(18)與上懸架導向機構(4)連結，另一端與車身(11)連結，用於實現汽車避震和衰減車身振動。
2.根據權利要求1所述的集成轉向和驅動功能的直線平移式前懸架系統，其特徵在於:所述的二個上懸架導向機構(4)和二個下懸架導向機構(6)為上下兩個2-RPR機構，R表示轉動副，P表示移動副，2表示兩條RPR運動鏈；所述的2-RPR機構，其自由度為一個平移自由度，兩條RPR運動鏈所確定的平面的夾角為90° ;二個上懸架導向機構(4)和二個下懸架導向機構(6)包括各二個RPR運動鏈，所述的每個PRP運動鏈中兩個轉動副軸線平行，且垂直於移動副軸線；過所述移動副軸線，且垂直於所述轉動副軸線的平面稱為RPR運動鏈確定的平面；4條RPR運動鏈所確定的4個平面，它們的交線相互平行或者重合。
3.根據權利要求1或2所述的集成轉向和驅動功能的直線平移式前懸架系統，其特徵在於:所述的上懸架導向機構(4)和下懸架導向機構(6)包括外側連杆(19)、內側連杆(20)、防塵罩(21)、滾珠(22)、保持架(23)和油封(24)，內側連杆(20)安裝在外側連杆(19)內，保持架(23)上設有滾珠(22)，外側連杆(19)上設有防塵罩(21)。
【文檔編號】B60G3/20GK104210547SQ201410437690
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】張 傑, 劉向, 周賢勇, 李伯華, 資小林, 趙景山 申請人:萬向錢潮股份有限公司, 萬向集團公司