CN101774341A - 一种具有运动转换螺旋飞轮的车辆悬架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有运动转换螺旋飞轮的车辆悬架，主要由弹簧、阻尼器和运动转换螺旋飞轮并联构成。运动转换螺旋飞轮包括滚珠丝杠、飞轮、轴承和壳体，飞轮与滚珠丝杠是一套螺旋传动装置，通过轴承和壳体实现直线/旋转运动转换。飞轮的半径大于滚珠丝杠的螺距，因而对飞轮惯性质量具有放大的功能。本发明中，运动转换螺旋飞轮具有蓄放能量隔阻低频振动的作用，弹簧具有蓄放能量隔阻高频振动的作用，阻尼器具有消耗振动能量的作用，因此三者的并联结构能够缓冲和吸收路面和车体的各频段振动。本发明结构简单，可以有效提升车辆的安全性、舒适性和操控性等综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆悬架，特指由弹簧、阻尼器和运动转换螺旋飞轮并联构成的车辆悬架。
背景技术
悬架是保证车辆良好的乘坐舒适性、安全性和操控性的重要部件。传统的车辆悬架一般可分为主动悬架、半主动悬架和被动悬架。主动和半主动悬架在理论上具有较高的综合性能，但是由于结构复杂、可靠性差、成本较高，因而投入实际使用仍有相当困难。中国专利200310109174.3公开了一种电机蓄能式主动悬架，该主动悬架采用电机传动***代替液压传动***，改善了原有液力式主动悬架的诸多缺陷，但目前仅是使主动悬架的推广应用成为可能。中国专利200610054068.3对汽车磁流变半主动悬架采用分姿态协调仿人智能控制，为半主动悬架的结构简化提供了思路，但其实际应用效果还有待检验。因此，有必要充分发挥被动悬架的潜力。中国专利200810123830.8公开了一种应用惯性蓄能器的车辆悬架，在图1所示传统的弹簧并联阻尼器的被动悬架的基础上再串联一组惯性蓄能器与阻尼器并联的结构，在理论上使车辆在轮胎动载荷及悬架动行程不增加的前提下，显著提高了乘坐舒适性。但是，该发明一方面增加了悬架的高度，另一方面由于惯性蓄能器与阻尼器没有采用弹簧等支撑元件，在车架的重力作用下其初始位置将会处于行程的极限位置，因此该发明的实用性有待商榷。
发明内容
本发明的目的是针对现有车辆悬架的不足，充分挖掘传统被动悬架的潜力，采用简单的结构来缓冲和吸收路面和车体的各频段振动，有效提升车辆的安全性、舒适性和操控性等综合性能。
本发明主要由弹簧1、阻尼器2、运动转换螺旋飞轮3并联构成，如图2所示。其中运动转换螺旋飞轮包括滚珠丝杠4、轴承5、飞轮6和壳体7。飞轮与滚珠丝杠是一套螺旋传动装置，通过轴承和壳体实现直线/旋转运动转换。当忽略滚珠丝杠4、轴承5和壳体7的自身质量以及运动过程的摩擦时，由于质量为m半径为r的飞轮6的作用，在螺距为p的滚珠丝杠4与壳体7之间的相对激励力F的作用下，滚珠丝杠与壳体之间具有相对位移加速度a，其关系为：F＝(2πr/p)2ma。本发明中飞轮的半径r大于滚珠丝杠的螺距p，则(2πr/p)2＞1。已有技术已知对于传统惯性质量块，其质量m、力F以及加速度a之间的关系为：F＝ma。因此对比运动转换螺旋飞轮可知，在振动激励力的作用下，运动转换螺旋飞轮可以得到比飞轮自身实际质量放大了的“虚质量”。
本发明的目的是这样实现的：采用弹簧、阻尼器和运动转换螺旋飞轮并联构成车辆悬架。运动转换螺旋飞轮具有蓄放能量隔阻低频振动的作用，弹簧具有蓄放能量隔阻高频振动的作用，阻尼器具有消耗振动能量的作用，因此三者的并联结构能够缓冲和吸收路面和车体的各频段振动。通过优选元件弹簧的刚度、阻尼器的阻尼、运动转换螺旋飞轮的飞轮质量、飞轮半径与滚珠丝杠螺距的比值等参数，可以有效提升车辆的安全性、舒适性和操控性等综合性能。
与车辆悬架的已有技术相比，本发明具有以下特点：
1、本发明中元件运动转换螺旋飞轮可以用较小的飞轮实际质量实现较大的传统质量块的惯性作用，而且可以利用振动激励力自身的作用来工作，实现传统质量块无法实现的两端与弹簧和阻尼器并联的连接方式。
2、本发明中元件运动转换螺旋飞轮具有蓄放能量隔阻低频振动的作用，弹簧具有蓄放能量隔阻高频振动的作用，阻尼器具有消耗振动能量的作用，因此三者的并联结构能够缓冲和吸收路面和车体的各频段振动。
3、本发明与主动和半主动悬架的结构相比大为简单，不采用串联结构增加悬架的高度，仅比传统被动悬架增加简单的并联结构就可以实现有效提升车辆的综合性能。
附图说明
图1为传统被动悬架结构示意图；
图2为本发明结构示意图；
图3为应用本悬架的1/4车体模型示意图。
图1、图2、图3中，1-弹簧、2-阻尼器、3-运动转换螺旋飞轮、4-滚珠丝杠、5-轴承、6-飞轮、7-壳体、8-车身等效簧上质量、9-具有运动转换螺旋飞轮的悬架、10-车轮等效簧下质量、11-轮胎等效弹簧、12-路面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步对本发明进行说明。
如图3所示的实施例，1/4车体模型由车身等效簧上质量8、具有运动转换螺旋飞轮的悬架9、车轮等效簧下质量10、轮胎等效弹簧11与路面12。从图中可以看出，由路面不平或车体振动引起的冲击和振动，高频部分和低频部分分别被悬架的弹簧和运动转换螺旋飞轮进行分解和缓冲，并被阻尼器吸收和衰减，从而可以有效提升车辆的安全性、舒适性和操控性等综合性能。
通过对比图1、图2所示的悬架的综合性能指标，可以说明本发明的优越性。悬架对车辆的安全性影响可以用悬架动行程均方根值J1定量评价，对车辆的乘坐舒适性的影响可以用车身垂直振动加速度均方根值J2定量评价，对车辆的操控性的影响可以用轮胎动位移均方根值J3定量评价。而车辆的综合性能可以用这三个指标分别与加权系数q1，q2，q3的乘积J定量评价。
表1 两种悬架最优参数设计结果对比
在某典型路面激励条件和给定的加权系数q1＝1000、q2＝1、q3＝50的条件下，当弹簧1参数分别为50，60，70，80，90，100kN时，分别对传统悬架和实施例的元件参数进行优化，选择两种悬架的最优元件参数：弹簧1刚度、阻尼器2阻尼和运动转换螺旋飞轮3等效惯性，计算其所能达到的最优性能J,如表1所示。与传统被动悬架相比较可知，具有运动转换螺旋飞轮悬架的车辆的综合性能最低提升了4.03％，最高提升了8.60％，平均提升了6.45％。因此，本发明以简单的结构组成的悬架，可以实现对车辆的安全性、舒适性和操控性等综合性能的提升。
Claims (3)
1.一种具有运动转换螺旋飞轮的车辆悬架，主要由运动转换螺旋飞轮、弹簧、阻尼器组成，其特征在于运动转换螺旋飞轮包括滚珠丝杠、飞轮、轴承和壳体，滚珠丝杠与飞轮形成螺旋传动机构，飞轮两个端面与壳体之间均有轴承。
2.根据权利要求1所述的车辆悬架，其特征在于飞轮的半径大于滚珠丝杠的螺距。
3.根据权利要求1所述的车辆悬架，其特征在于运动转换螺旋飞轮、弹簧和阻尼器并联布置。
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| CN200910103050A CN101774341A (zh) | 2009-01-13 | 2009-01-13 | 一种具有运动转换螺旋飞轮的车辆悬架 |
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