CN2073824U - 内倾侧车轮悬挂 - Google Patents

Abstract

本实用新型的汽车车轮悬挂，采用非常简单而可 靠的机械结构，即将摇臂与拉杆设置成互相交叉，在 汽车转弯时使车身自然而然地达到向内侧倾斜，也即 向转弯之曲率中心方向倾侧，从而使乘坐感觉自然而 舒适。此外，当在倾斜的地面上行驶时，本实用新型 的车轮悬挂，也能使车身保持接近水平的状态。由于 结构的简单可靠，本实用新型悬挂装置的设计制造非 常容易，维修也与现有技术的一样方便，所以成本低 廉。

Description

内倾侧车轮悬挂

本实用新型涉及汽车车轮的悬挂，具体地是涉及汽车车轮的独立悬挂，特别是汽车车轮的内倾侧独立悬挂。

本实用新型的特点在于，当汽车作曲线行驶例如转弯时，装有本实用新型悬挂的汽车的底盘(本文所指底盘均系不带悬挂者)连同车身，将朝向行驶路线的曲率中心倾侧，如同自行车在转弯时那样向内倾侧。而装有常规悬挂装置的汽车作曲线行驶时，其底盘连同车身总是朝向行驶路线之曲率中心相反的方向倾侧，也即向外倾侧。

在现有技术中，汽车的悬挂一般有三种类型。较老式的一类为带有刚性轮轴(或称桥)的悬挂，左右轮子通过这刚性轮轴刚性地联结在一起，底盘则通过某种弹性装置，诸如钢板弹簧或螺旋弹簧支承在前后轮轴上(图1)。第二类为四只车轮分别通过四根摇臂联接在底盘上，摇臂与底盘之间另布置有弹簧承受载荷，车轮则装在摇臂上，与摇臂作一体运动(图3)。第三类为四只车轮分别通过四根摇臂和四根拉杆联接在底盘上，摇臂与底盘之间另布置有弹簧承受载荷，而摇臂，底盘、拉杆和车轮这四者构成一个四边形(图5)。以上第二、三类型均系独立悬挂，即四只车轮均分别独立作用。

但是，以上这些现有技术的悬挂，都不能使汽车在转弯时向内倾侧。由于离心力的作用，这些悬挂总是使底盘及车身向外倾侧(图2、4和6)造成乘坐感觉不够舒适。

例如图6所示系第三种独立悬挂在转弯时，向外倾侧的状态，其向外倾侧的简化机制是这样的：当汽车转弯时，在重心上作用了一个离心力F_cf，而在左右轮子与地面接触部分则相应产生了与之平衡的向心力F_f1和F_f2。由于这三个力的作用，在左轮上便产生了一个力矩M₁。作用在拉杆E₁B₁上有一个与离心力同向的力F₃，作用在摇臂G₁A₁上有一个与向心力同向的力F₅，这F₃和F₅对底盘产生一个倾侧力矩M_c1；同理，在右轮上产生了一个力矩M₂。作用在拉杆E₂B₂上有一个与离心力同向的力F₄，作用在摇臂G₂A₂上有一个与向心力同向的力F₆，这F₄和F₆对底盘产生倾侧力矩M_c2。这样，在F₃、F₄、F₅和F₆的作用下车身产生了一个总的倾侧力矩M_c，M_c＝M_c1+M_c2从而车身向离心力方向，也就是向外侧方向倾斜。

同理可以看出，现有技术中第一类和第二类悬挂在转弯时也是向外侧倾斜的(图2、4)。

多年来，为解决这个向外倾侧而乘坐不舒服问题，的确出现了许多发明和专利，例如，USP4,589,678；USP4,484,767-A；USP4,487,429，等等。但是为了达到向内倾侧的目的，这些发明均无例外地采用了一些复杂的结构，例如液压或者电动装置。由于结构的复杂性，带来了制造、使用和维修诸方面的难度和成本的提高，所以，目前尚未见到有关汽车厂商采纳而投入使用。

本实用新型的目的在于，采用非常简单而可靠的机械结构，不比现有技术的任何悬挂复杂，在转弯时使车身自然而然地达到向内侧倾斜，从而使乘坐感觉舒适。

附图的简要说明：

图1，第一类现有技术悬挂的结构布置图；

图2，第一类现有技术悬挂的转弯状态图；

图3，第二类现有技术悬挂的结构布置图；

图4，第二类现有技术悬挂的转弯状态图；

图5，第三类现有技术悬挂的结构布置图；

图6，第三类现有技术悬挂的转弯状态图；

图7，本实用新型悬挂的结构布置图；

图8，本实用新型悬挂的转弯状态图；

图9，本实用新型悬挂结构的特例；

图10，本实用新型悬挂结构特例的转弯状态图；

图11，本实用新型实施例1；

图12，本实用新型实施例2。

参阅附图7，对本实用新型悬挂结构进行说明。

WXYZ表示汽车的底盘；

C₁D₁和C₂D₂分别表示弹簧；

C₁X和C₂Y分别表示弹簧C₁D₁和C₂D₂的支座；

I₁J₁和I₂J₂分别表示左右车轮；

E₁G₁K₁和E₂G₂K₂分别表示支承车轮的支承体；

A₁D₁G₂和A₂D₂G₂分别表示左右摇臂，它们的一端G₁和G₂分别与支承体E₁G₁K₁和E₂G₂K₂相铰接，而另一端A₁和A₂则与底盘相铰接；

B₁E₁和B₂E₂分别表示左右拉杆，它们的一端E₁和E₂分别与支承体E₁G₁K₁和E₂G₂K₂相铰接，而另一端B₁和B₂则与底盘相铰接。

支承体E₁G₁K₁和E₂G₂K₂的结构属于现有技术，若该车轮是驱动的，则支承体包含有等速万向联轴节和驱动轴相联接。

支承体E₁G₁K₁和E₂G₂K₂是刚性体，其中E₁G₁与G₁K₁，以及E₂G₂与G₂K₂是刚性固接的一体。

由图中可以看到，支承体E₁G₁K₁和E₂G₂K₂，摇臂A₁D₁G₁和A₂D₂G₂，底盘WXYZ的有关一侧，以及拉杆B₁E₁和B₂E₂也可以分别简化成二个四边形：A₁B₁E₁G₁和A₂B₂E₂G₂，但是本实用新型悬挂结构的特点在于：左摇臂A₁D₁G₁(简化成直线A₁G₁)是与左拉杆B₁E₁设置成互相交叉的；右摇臂A₂D₂G₂(简化成直线A₂G₂)是与右拉杆B₂E₂设置成互相交叉的。也就是说，摇臂与底盘的铰接点A₁和A₂分别位于拉杆与底盘铰接点B₁和B₂的上方。或者说，拉杆与底盘铰接点B₁和B₂分别位于摇臂与底盘铰接点A₁和A₂的下方。

应该指出的是，拉杆B₁E₁和B₂E₂与摇臂A₁G₁和A₂G₂的功能是互换的。如果弹簧C₁D₁和C₂D₂的下支点D₁和D₂分别作用在B₁E₁和B₂E₂杆上，则B₁E₁和B₂E₂变成了摇臂，而杆A₁G₁和A₂G₂则变成了拉杆。但这时本实用新型的特点仍然是：摇臂与拉杆交叉。

另一点应该指出的是，摇臂与支承体的铰接点G和拉杆与支承体的铰接点E可以分别设置在轮轴y的上下两方，也可以同时设置在轮轴y的上方或下方，但以同时设置在轮轴y的上方为佳。

图8表示装有本实用新型悬挂的车辆，在转弯时离心力F_cf的作用下，向内倾侧的状态和受力情况。

由图8可以看到，当汽车转弯时，在重心O上作用了一个离心力F_cf，在左右轮子上同样也在其与地面接触部分相应产生与之平衡的向心力F_f1和F_f2。在这三个力的作用下，在左轮上同样产生一个力矩M₁，在右轮上同样产生一个力矩M₂，同时，作用在左拉杆B₁E₁上也有一个与离心力同向的力F₃，作用在左摇臂A₁G₁上也有一个与向心力同向的力F₅。但是，这时由于本实用新型的结构特征是，拉杆BE与底盘铰接点B，位于摇臂AG与底盘的铰接点A的下方，也就是说与现有技术中这两点的上下位置正好互相交换，换句话说，本实用新型的拉杆与摇臂设置成互相交叉，所以F₃及F₅对底盘所产生的倾侧力矩M正好与现有技术中的相反。同理，作用在右拉杆B₂E₂上也有一个与离心力同向的力F₄；作用在右摇臂A₂G₂上也有一个与向心力同向的力F₆。这两个力F₄和F₆对底盘产生的倾侧力矩M_c2也正好与现有技术中的相反。这样，在F₃、F₄、F₅和F₆的作用下，对底盘连车身便产生了一个总的倾侧力矩M_c＝M_c1+M_c2，其方向正与现有技术相反，从而使车身(连底盘)向着与离心力相反的方向，也即向着向心力的方向—向着内侧方向自然而然地产生倾侧。

在特殊情况下，如果A点与B点重合，则悬挂便成为如图9(9-1)所示的特例。易于看出，这时支承体、摇臂和拉杆三者形成了三角桁架，它是刚性的，实际上，由于三角桁架的刚性结构，它们便可以进一步简化为刚杆A₁D₁G₁和A₂D₂G₂(图9-2)。也就是说拉杆与摇臂合二而一了。

图10表示了图9所示的特例在转弯时的状态和受力情况。经过计算可以得出，当A₁J₁的延长线同A₂J₂的延长线的相交点O’在重心O的上方时，所产生的倾侧力矩M_c使汽车向内倾侧；反之，当O’在重心O的下方时，M_c使汽车车身向外倾侧。经分析，现有技术中的三种类型的悬挂，绝大多数属于后面这种情况，所以其倾侧力矩总是使车身向外倾侧。

关于本实用新型悬挂装置，其自然产生内倾侧的力学分析之公式推导及数值计算，请详见本说明书之附件，在此不再赘述。

本实用新型的悬挂，除了能使车辆在转弯时向内倾侧之外，在倾斜的地面上，亦能使车身保持接近水平的状态，因为，在倾斜的路面上，重力矢量可以分解为两个矢量，一个分量垂直于倾斜的路面，另一分量则平行于倾斜的路面，这后者就相当于转弯时产生的离心力。于是，由于上面已经分析过的力学机制，本实用新型的悬挂将产生一个倾侧力矩，使车身朝着离心力相反的方向倾侧，也就是使车身朝倾斜的反方向倾侧，从而使车身保持接近水平的位置。

本实用新型悬挂的优点就在于，结构十分简单，不比任何现有技术复杂；在转弯时能使车身自然向内倾侧；还能在倾斜的路面上，使车身保持接近水平的状态，从而乘坐感觉自然而舒适。另外，本实用新型悬挂的特例甚而可以在大部分现有的汽车上很方便地进行改装而实施。

总之，本实用新型悬挂的发明者，通过创造性的智力劳动，发现了本实用新型通例悬挂的结构布置，即摇臂与拉杆交叉布置，以及本实用新型特例悬挂的支承点O’的概念，从而发现了，如果铰接点A布置得比较高(h比较大，对于本实例来说，h₁＝450)使这种型式的悬挂作为本实用新型悬挂的特例，也可以产生很大的正倾侧力矩，也即，使车身向内倾侧的力矩。而这种改进无比简单，但却能产生显著的效果。因此，本实用新型悬挂具有创造性。

根椐上述本实用新型悬挂的构思，可以举出如下的二个实施例，对本实用新型悬挂装置的具体实施结构进一步加以说明。

实施例1

如图11所示，其中y-车轮轴线：z-转向轴轴线，车轮9可绕z轴回转，达到转向的目的；1-支架；2-拉杆；3-弹簧上支座；4-园柱销；5-支承体；6-上转向销；7-万向联轴节壳体；8-支承轴；9-车轮；10-下转向销；11-园柱销；12-弹簧下支座；13-摇臂；14-螺旋弹簧；15-驱动轴；16-园柱销；17-底盘(不带悬挂)；18-园柱销；19-支座；20-联接螺钉；21-驱动轴。

支承体5上有销孔E和G。它通过插在销孔E和G中的园柱销4和11与拉杆2和摇臂13作可转动的联接。

通过园柱销16，拉杆2的另一端B与支架1作可转动的联接。

通过园柱销18，摇臂的另一端A与支座19作可转动的联接。

支架1和支座19都通过联接螺钉(例如20)与底盘17相固接。

支架1的末端和摇臂13上各有一弹簧支座3和12。在这两个支座3和12之间，装有一螺旋弹簧14。

由于与变速箱相联接的等速万向联轴节的变向中心线不与摇臂13在支座19上的铰接销18共线，因此当悬挂动作时，驱动轴15的长度必然有所变化。为此，驱动轴15必须制成滑动的或带有滚动原件的可伸缩结构。

驱动轴15的两端，各有一等速万向联轴节(图中未示)。其一端的等速万向联轴节与底盘中的变速箱出轴相联接，另一端的万向联轴节则装在等速万向联轴节壳体7中，并与驱动轴21相联接。

支承轴8与等速万向联轴节壳体7相固接，车轮9则通过滚动轴承装在支承轴8上。

驱动轴21则穿过空心的支承轴8，并在其末端与车轮9相联接，以驱动车轮旋转。

上转向销6和下转向销10也是固接在等速万向联轴节的壳体7上的。

这样，支承体通过其销孔支承转向销6和10，因而车轮9可绕转向销6和10的轴线z，相对于支承体5而回转。这个回转是通过装在下转向销10末端的转向机构的动作来实现的，从而使车轮转向，整个车辆进行转弯。

实施例2

图12示出了本实用新型悬挂装置特殊情况(A点与B点重合)的具体实施例。图中全部标号的另件名称与实施例1中均相同。其作用及动作原理也已详前文，在此不再赘述。从图中可看出，本实施例已省去拉杆2，而摇臂13与支承体5则制成一体，无须用园柱销11铰接。本特例实施的关键已示于图9-2，即O′必须在重心O的上方。

应该理解的是，本实用新型在这里显示并描述的形式只是作为本实用新型较优越的例子，各部件在形状、尺寸和安排方面的各种改变都可以采取而不偏离本实用新型的构思实质，以及所附权利要求书所提出的保护范围。

                    内倾侧车轮悬挂

                         附件

在本附件中采用力学分析的方法来详细证明本实用新型的悬挂，能使带有该悬挂的汽车在转弯时自然而然地向内倾侧，在分析中，采用11张附图：

图13，车辆直驶时求地面对于左右车轮的反作用力Fr₁和Fr₂

图14，车辆转弯时求地面对于左右车轮的反作用力Fr₁和Fr₂

图15，特例中求弹簧载荷F₁和F₂(车辆直驶)

图16，特例中车辆开始转弯时求底盘的倾侧力矩

图17，通例中求弹簧载荷F₁和F₂(车辆直驶)

图18，通例中车辆开始转弯时求底盘的倾侧力矩

图19，分析时各有关尺寸所采用的代号

图20，第二类型的现有技术的实施尺寸

图21，本实用新型通例悬挂的实施尺寸

图22，本实用新型特例悬挂的实施尺寸

图23，第三类型的现有技本的实施尺寸

先求车辆直驶时车轮反作用力Fr₁和Fr₂，(图13) $F_{r1}=F_{r2}=\frac{W}{2}---\left(1\right)$

再求车辆转弯时车轮反作用力Fr₁和Fr₂以及摩擦力Ff₁和Ff₂(图14)(按照力学通例，力矩的符号取反时针方向为正，顺时针方向为负)。

∑M_J1＝0 $F_{r2}\·l_4-W\·\frac{l_4}{2}-F_{\mathrm{cf}}\·h=0---\left(2\right)$

解Fr₂得 $F_{r2}=\frac{{\mathrm{Wl}}_4+2F_{\mathrm{cf}}\·h}{{2l}_4}---\left(3\right)$

再有    ∑Y＝0

    F_r1+F_r2-W＝0

    F_r1＝W-I_r2            (4)

从(3) $F_{r1}=W-\frac{{\mathrm{Wl}}_4+2F_{\mathrm{cf}}\·h}{{2l}_4}$ $=\frac{{\mathrm{Wl}}_4-2F_{\mathrm{cf}}\·h}{{2l}_4}---\left(5\right)$

又有    ∑X＝0

    F_f1+F_f2-F_cf＝0        (6)

且摩擦力与反作用力成正比 $\frac{F_{f1}}{F_{r1}}=\frac{F_{f2}}{F_{r2}}---\left(7\right)$ $F_{f1}=F_{f2}\·\frac{F_{r1}}{F_{r2}}---\left(8\right)$

代入(6) $F_{f2}\·\frac{F_{r1}}{F_{r2}}+F_{f2}-F_{\mathrm{cf}}=0---\left(9\right)$

解Ff₂得 $F_{f2}=F_{\mathrm{cf}}\·\frac{F_{r2}}{F_{r1}+F_{r2}}---\left(10\right)$

从(3)，(5)，(10) $F_{f2}=F_{\mathrm{cf}}\·\frac{{\mathrm{Wl}}_4+2F_{\mathrm{cf}}\·h}{2{\mathrm{Wl}}_4}---\left(11\right)$

代回(6) $F_{f1}+F_{\mathrm{cf}}\·\frac{W{l}_4+2F_{\mathrm{cf}}\·h}{2{\mathrm{Wl}}_4}-F_{\mathrm{cf}}=0---\left(12\right)$

解Ff₁得 $F_{f1}=F_{\mathrm{cf}}\·\frac{{\mathrm{Wl}}_4-2F_{\mathrm{cf}}\·h}{2{\mathrm{Wl}}_4}---\left(13\right)$

以上直驶时和转弯时的地面对于车轮的反作用力Fr₁和Fr₂值，以及转弯时的地面摩擦力Ff₁和Ff₂值都是一样的。

现在进行本实用新型特例悬挂的力学分析

首先决定弹簧C₁D₁与C₂D₂在车辆直驶时的受力F₁，F₂。

对照图15-3及图19 $a_2=\frac{l_2-l_3}{2}---\left(14\right)$ $b_2=\frac{l_4-l_3}{2}---\left(15\right)$

再从图15-3

∑M_▲2＝0

    F_r2·b₂-F₂·a₂                                    (16)

解F₂，得 $F_2=F_{r2}\·\frac{b_2}{a_2}---\left(17\right)$

从(1)，(14)，(15) $F_2=\frac{W}{2}\·\frac{\frac{l_4-l_3}{2}}{\frac{l_2-l_3}{2}}$ $=\frac{(l_4-l_3)W}{2(l_2-l_3)}---\left(18\right)$

由于车辆直驶时左右对称，故 $F_1=F_2=\frac{W(l_4-l_3)}{2(l_2-l_3)}---\left(19\right)$

再考察车辆开始转弯时(即已进行转弯，但车身尚未倾侧)的情况先考察左悬挂(图16-2)。要注意的是，这时车身尚未倾侧，弹簧长度尚未变化，因此，弹簧受F₁，F₂仍然是式(19)所示大小。

∑X＝0

     F₅-F_f1＝0                                    (20) $F_5=F_{f1}=F_{\mathrm{cf}}\·\frac{W{l}_4-2F_{\mathrm{cf}}\·h}{2{\mathrm{Wl}}_4}---\left(21\right)$

∑Y＝0

     F₉+F_r1-F₁＝0                                 (22)

从(5)，(19) $F_9=\frac{{\mathrm{Wl}}_4(l_4-l_2)+2F_{\mathrm{cf}}\·h(l_2-l_3)}{2l_4(l_2-l_3)}---\left(23\right)$

同理，对于右悬挂(图16-3)

∑X＝0

    F₆-F_f2＝0                                (24) $F_6=F_{f2}=F_{\mathrm{cf}}\·\frac{{\mathrm{Wl}}_4+2F_{\mathrm{cf}}\·h}{2{\mathrm{Wl}}_4}---\left(25\right)$

∑Y＝0    F₁₀+F_r2-F₂＝0                      (26)

从(3)，(19) $F_{10}=\frac{{\mathrm{Wl}}_4(l_4-l_2)-2F_{\mathrm{cf}}\·h(l_2-l_3)}{2l_4(l_2-l_3)}---\left(27\right)$

考察底盘(图16-1)

对照图16和图19

对照图16和图19 $e_1=e_2=\frac{l_2}{2}---\left(28\right)$ $f_1=f_2=\frac{l_3}{2}---\left(29\right)$

    g＝h-h₁                                  (30)

求力F₁，F₂，F₅，F₆，F₉和F对于重心O的矩M_o

∑M_o＝F₂·e₂-F₁·e₁-(F₅+F₆)·g

      +F₉·f₁-F₁₀·f₂                        (31) $\mathrm{\Σ}{M}_o=F_{\mathrm{cf}}\·(\frac{h\·l_3}{l_4}-(h-h_1))---\left(32\right)$ $=F_{\mathrm{cf}}\·(h_1-h\·\frac{l_4-l_3}{l_4})---\left(33\right)$

现在引进一个概念(图22)，即车轮I₁J₁和I₂J₂的接地点J₁，J₂和摇臂K₁A₁和K₂A₂在底盘上的支点A₁，A₂的连线J₁A₁和J₂A₂的延长线的交点O′，并称之为支承点。支承点O’离地面的高度为h′，接下来决定h′的值。

从图19，图22 $\frac{\stackrel{\‾}{A_{1}H}}{\stackrel{\‾}{J_{1}H}}=\frac{\stackrel{\‾}{O^{\′}L}}{\stackrel{\‾}{J_{1}L}}$ $\frac{h_1}{\frac{l_4-l_3}{2}}=\frac{h^{\′}}{\frac{l_4}{2}}$ $h_1=h^{\′}\·\frac{l_4-l_3}{l_4}---\left(34\right)$ 或 $h^{\′}=h_1\·\frac{l_4}{l_4-l_3}---\left(35\right)$

把(34)代入(33)，得 $\mathrm{\Σ}{M}_o=F_{\mathrm{cf}}\·(h^{\′}\·\frac{l_4-l_3}{l_4}-h\·\frac{l_4-l_3}{l_4})$ $=F_{\mathrm{cf}}\·\frac{l_4-l_3}{l_4}\·(h^{\′}-h)---\left(36\right)$

从(33)可以看出，如果重心O的高度h保持不变的话，摇臂在底盘上的铰接点A₁，A₂的高度h₁越大，悬挂对于底盘的倾侧力矩∑M_o越大，并且如果 $h_1>h\·\frac{l_4-l_3}{l_4}---\left(37\right)$ 的话，则∑M_o为正值，即使车辆向内倾侧。

反之，如果h₁越小，则悬挂对于底盘的倾侧力矩∑M_o也越小，并且如果 $h_1<h\&CenterDot;\frac{l_4-l_3}{l_4}---\left(38\right)$ 的话，则∑M_o为负值，即使车辆向外倾侧。

在特殊情况下，悬挂对于底盘的倾侧力矩为零，这时，从(36)

     h′-h＝0                                     (39)

亦即

     h′＝h                                       (40)

即重心O与支承点O′等高

如果

     h′＞h                                       (41)

则支承点O′高于重心O，

     h′-h＞0                                     (42)

其时倾侧力矩为正，车辆向内倾侧

如果

     h′＜h                                       (43)

则支承点O′低于重心O

     h′-h＜0                                     (44)

其时倾侧力矩为负，车辆向外倾侧。

以上是对于本实用新型特例悬挂的力学分析

以下进行对于本实用新型一般情况悬挂的力学分析。

首先，决定车辆直驶时的弹簧受力F₁，F₂，

从图17-3，考察车轮I₂J₂

    ∑X＝0

    F₄·Cosβ＝0，F₄＝0                               (45)

∑Y＝0

    F_r2-F₈-F₄·Sinβ＝0                              (46)

从(1)，(46) $F_8=\frac{W}{2}---\left(47\right)$

考察摇臂A₂D₂G₂

∑M_A2＝0

     F₈·b₂-F₂·a₂＝0                                      (48)

从(47)，(15)，(14) $\frac{W}{2}\&CenterDot;\frac{l_4-l_3}{2}-F_2\&CenterDot;\frac{l_2-l_3}{2}=0$ $F_2=\frac{W}{2}\&CenterDot;\frac{l_4-l_3}{l_2-l_3}---\left(49\right)$

由于车辆直驶，左右对称，故 $F_1=F_2=\frac{W(l_4-l_3)}{2(l_2-l_3)}---\left(50\right)$

再来考察车辆开始转弯时(车身尚未倾侧)弹簧的长度尚未改变，因此弹簧受力仍然不变，即仍然是 $F_1=F_2=\frac{W(l_4-l_3)}{2(l_2-l_3)}---\left(51\right)$

从图18-2，考察左车轮

∑M_G1＝0

    F₃·Cosα·(h₄-h₃)+F₃·Sinα·d₁-F_f1·h₃

           ＝0                                                 (52)

解F₃，从(13) $F_3=\frac{F_{\mathrm{cf}}{h}_3({\mathrm{Wl}}_4-2F_{\mathrm{cf}}\&CenterDot;h)}{2{\mathrm{Wl}}_4((h_4-h_3)\mathrm{Cos\&alpha;}+d_1\mathrm{Sin\&alpha;})}---\left(53\right)$

    从(13)，(53)

∑X＝0

    F₅-F₃Cos-F_f1＝0 $F_5=\frac{F_{\mathrm{cf}}({\mathrm{Wl}}_4-2F_{\mathrm{cf}}\&CenterDot;h)(h_4\mathrm{Cos\&alpha;}+d_1\mathrm{Sin\&alpha;})}{2{\mathrm{Wl}}_4((h_4-h_3)\mathrm{Cos\&alpha;}+d_1\mathrm{Sin\&alpha;})}---\left(54\right)$

从(5)，(53)

∑Y＝0，F_r1+F₃Sinα-F₇＝0 $F_7=\frac{{\mathrm{Wl}}_4-2F_{\mathrm{cf}}\&CenterDot;h}{2l_4}(1$ $+\frac{F_{\mathrm{cf}}{h}_3\mathrm{Sin\&alpha;}}{W((h_4-h_3)\mathrm{Cos\&alpha;}+d_1\mathrm{Sin\&alpha;})})---\left(55\right)$

    考察左摇臂G₁D₁A₁(图18-2)

∑Y＝0

    F₇+F₉-F₁＝0                               (56)

从(55)，(51) $F_9=\frac{W(l_4-l_3)}{2(l_2-l_3)}-\frac{{\mathrm{Wl}}_4-2F_{\mathrm{cf}}\&CenterDot;h}{2l_4}(1$ $+\frac{F_{\mathrm{cf}}{h}_3\mathrm{Sin\&alpha;}}{W((h_4-h_3)\mathrm{Cos\&alpha;}+d_1\mathrm{Sin\&alpha;})})---\left(57\right)$

同理，对于右悬挂，从图18-3

∑M_G2＝0

    F₄Cosβ·(h₄-h₃)+F₄Sinβ·d₂-F_f2·b₃＝0

从(11)                                           (58) $F_4=\frac{F_{\mathrm{cf}}{h}_3({\mathrm{Wl}}_4+2F_{\mathrm{cf}}h)}{2W{l}_4((h_4-h_3)\mathrm{Cos\&beta;}+d_2\mathrm{Sin\&beta;})}---\left(59\right)$

∑X＝0

    F₆-F₄Cosβ-F_f2＝0                      (60)

从(11)，(59) $F_6=\frac{F_{\mathrm{cf}}({\mathrm{Wl}}_4+2F_{\mathrm{cf}}h)(h_4\mathrm{Cos\&beta;}+d_2\mathrm{Sin\&beta;})}{2W{l}_4((h_4-h_3)\mathrm{Cos\&beta;}+d_2\mathrm{Sin\&beta;})}---\left(61\right)$

∑Y＝0

    F_r2-F₈-F₄Sinβ＝0                      (62)

从(3)，(59) $F_8=\frac{{\mathrm{Wl}}_4+2F_{\mathrm{cf}}h}{2l_4}(1-$ $\frac{F_{\mathrm{cf}}{h}_3\mathrm{Sin\&beta;}}{W((h_4-h_3)\mathrm{Cos\&beta;}+d_2\mathrm{Sin\&beta;})})---\left(63\right)$

对于右摇臂A₂D₂G₂

∑Y＝0

    F₈+F₁₀-F₂＝0                                      (64)

从(51)，(63) $F_{10}=\frac{W(l_4-l_3)}{2(l_2-l_3)}-\frac{{\mathrm{Wl}}_4+2F_{\mathrm{cf}}h}{2l_4}(1-$ $\frac{F_{\mathrm{cf}}{h}_3\mathrm{Sin\&beta;}}{W((h_4-h_3)\mathrm{Cos\&beta;}+d_2\mathrm{Sin\&beta;})})---\left(65\right)$

从图18-1，可以得到左右悬挂对于底盘所作用诸力F₁，F₂，F₃，F₄，F₅，F₆，F₉和F₁₀所产生的倾侧力矩M_o

    ∑M_o＝F₂·e₂-F₁·e₁+F₃Cosα·i+ F₄Cosβ·i

          +F₃Sinα·f₁+F₄Sinβ·f₂-(F₅+F₆)·g

          +F₉·f₁-F₁₀·f₂                                (66)

对照图18和图19，有 $e_1=e_2=\frac{l_2}{2}---\left(67\right)$ $f_1=f_2=\frac{l_3}{2}---\left(68\right)$

    g＝h-h₁                                           (69)

    i＝h-h₂                                           (70) $d_1=d_2=\frac{l_4-l_1}{2}---\left(71\right)$ $\mathrm{Tan\&alpha;}=\mathrm{Tan\&beta;}=\frac{h_4-h_2}{\frac{l_4-l_3}{2}-d_2}$ $=\frac{2(h_4-h_2)}{l_1-l_3}$ $\mathrm{\&alpha;}=\mathrm{\&beta;}=\mathrm{ArcTan}\frac{2(h_4-h_2)}{l_1-l_3}---\left(72\right)$ 从(50)，(53)，(59)，(54)，(61)，(57)，(65)，(67)，(68)，(69)，(70)，(71)，(72)

因(66)比较复杂，把它分段简化 $F_2\&CenterDot;e_2-F_1\&CenterDot;e_1$ $=\frac{W(l_4-l_3)}{2(l_2-l_3)}\&CenterDot;\frac{l_2}{2}-\frac{W(l_4-l_3)}{2(l_2-l_3)}\&CenterDot;\frac{l_2}{2}$ $=0---\left(73\right)$ $F_3\mathrm{Cos\&alpha;}\&CenterDot;i+F_4\mathrm{Cos\&beta;}\&CenterDot;i$ $=F_3\mathrm{iCos\&alpha;}+F_4\mathrm{iCos\&alpha;}=(F_3+F_4)\mathrm{iCos\&alpha;}$ $=\frac{F_{\mathrm{cf}}{h}_3\mathrm{iCos\&alpha;}}{(h_4-h_3)\mathrm{Cos\&alpha;}+d_1\mathrm{Sin\&alpha;}}---\left(74\right)$ $F_3\mathrm{Sin\&alpha;}\&CenterDot;f_1+F_4\mathrm{Sin}{\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;f}_2$ $=F_3{f}_1\mathrm{Sin\&alpha;}+F_4{f}_1\mathrm{Sin\&alpha;}=\left(F_3+F_4\right)f_1\mathrm{Sin\&alpha;}$ $=\frac{F_{\mathrm{cf}}{h}_3{f}_1\mathrm{Sin\&alpha;}}{(h_4-h_3)\mathrm{Cos\&alpha;}+d_1\mathrm{Sin\&alpha;}}---\left(75\right)$ 从(74)，(75) $F_3\mathrm{Cos\&alpha;}\&CenterDot;i+F_4\mathrm{Cos\&beta;}\&CenterDot;i+F_3\mathrm{Sin}{\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;f}_1+F_4\mathrm{Sin}{\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;f}_2$ $=\frac{F_{\mathrm{cf}}{h}_3(\mathrm{iCos\&alpha;}+f_1\mathrm{Sin\&alpha;})}{(h_4-h_3)\mathrm{Cos\&alpha;}+d_1\mathrm{Sin\&alpha;}}---\left(76\right)$ $(F_5+F_6)\&CenterDot;g$ $=\frac{F_{\mathrm{cf}}g(h_4\mathrm{Cos\&alpha;}+d_1\mathrm{Sin\&alpha;})}{(h_4-h_3)\mathrm{Cos\&alpha;}+d_1\mathrm{Sin\&alpha;}}---\left(77\right)$ $F_9{f}_1-F_{10}{f}_2$ $=F_9{f}_1-F_{10}{f}_1=(F_9-F_{10}){\&CenterDot;f}_1$ $=\frac{2F_{\mathrm{cf}}h\&CenterDot;f_1}{l_4}-\frac{F_{\mathrm{cf}}{h}_3{f}_1\mathrm{Sin\&alpha;}}{(h_4-h_3)\mathrm{Cos\&alpha;}+d_1\mathrm{Sin\&alpha;}}---\left(78\right)$

把(73)，(76)，(77)，(78)代回(66)，简化为 $\mathrm{\&Sigma;}{M}_o=F_{\mathrm{cf}}(\frac{{\mathrm{hl}}_3}{l_4}$ $+\frac{1}{(h_4-h_3)(l_1-l_3)+(l_4-l_1)(h_4-h_2)}\&CenterDot;$ $\&CenterDot;(h_3(h-h_2)(l_1-l_3)$ $-\left((h-h_1)(h_4(l_1-l_3\right)$ $+(l_4-l_1)\left(h_4-h_2))\right)---\left(79\right)$

以上系本实用新型悬挂的倾侧力矩的力学一般解析式，对于第三种类型的现有技术悬挂，也可借用以上表达式，对照图19和图23，令：

         l₁＝l₄                                     (80)

         h₂＝h₄                                     (81)

         h₁＝h₃                                     (82)

把(80)，(81)，(82)代入(79)，则(79)变为 $\mathrm{\&Sigma;}{M}_o=F_{\mathrm{cf}}h\&CenterDot;\frac{l_3-l_4}{l_4}---\left(83\right)$

以上仅系数学表达式，无数值(量)的概念，为了能雄辩地说明问题，在此对各对比实施给定一些数值，它们是，

对本实用新型一般悬挂            图21  式(79)

对本实用新型特例悬挂            图22  式(33)

对第二类型现有技术悬挂          图20  式(33)

对第三类型现有技术悬挂          图23  式(83)

在本分析中，取W＝2000，F_cf＝500，重心高h＝550

对本实用新型一般悬挂，对照图21，图19，式(79)      F_cf＝500                                    (84)h＝550                                       (85)

  L₁＝1354                                    (86)L₃＝818                                     (87)

  L₄＝1524                                    (88)h₁＝450                                     (89)h₂＝409                                     (90)

  h₃＝450                                     (91)

  h₄＝574                                     (92)

对本实用新型特例悬挂，对照图22，图19，式(33)F_cf＝500                                    (93)

  h＝550                                       (94)h₁＝450                                     (95)L₄＝1524                                    (96)

  L₃＝818                                     (97)

对第二类型现有技术悬挂，对照图20，图19，式(33)F_cf＝500                                    (98)h＝550                                       (99)

  h₁＝250                                     (100)L₄＝1524                                    (101)L₃＝818                                     (102)

对第三类型现有技术悬挂，对照图23，图19，式(83)F_cf＝500                                    (103)

  h＝550                                       (104)

  L₃＝818                                     (105)L₄＝1524                                    (106)把以上各数据代入各有关公式得对本实用新型一般悬挂代入式(79)得∑M_o＝+150000    向内倾侧                       (107)

对本实用新型特例悬挂 $\mathrm{\&Sigma;}{M}_o=F_{\mathrm{cf}}(h_1-h\&CenterDot;\frac{l_4-l_3}{l_4})$ $=+97500$ 向内倾侧                                        (108)

对第二类型现有技术悬挂 $\mathrm{\&Sigma;}{M}_o=F_{\mathrm{cf}}(h_1-h\&CenterDot;\frac{l_4-l_3}{l_4})$ $=-2500$ 向外倾侧                                        (109)对第三类型现有技术悬挂 $\mathrm{\&Sigma;}{M}_o=F_{\mathrm{cf}}\&CenterDot;h\&CenterDot;\frac{l_3-l_4}{l_4}$ $=-127300$ 向外倾侧                                        (110)

  对比

本实用新型一般悬挂

  倾侧力矩＝+150000     向内倾侧

本实用新型特例悬挂

  倾侧力矩＝+97500      向内倾侧

第二类型现有技术悬挂

  倾侧力矩＝-2500       向外倾侧

第三类型现有技术悬挂

    倾侧力矩＝-127300         向外倾侧

以下六点应加以注意

1.现有技术悬挂即使采用较高的摇臂铰接点A，使h’＞h，倾侧力矩仍然将是非常小的，不足以产生显著的倾侧，因为从(37)，即使 $h_1>h\&CenterDot;\frac{l_4-l_3}{l_4}$ ，从而使车辆向内倾侧，但这仅仅是质的飞跃，而不是量的飞跃，还需要有足够大小的倾侧力矩才能使车辆产生显著的倾侧。对于本实用新型特例悬挂来讲，倾侧力矩是+97500(通例是150000，还要大)需要用它来克服弹簧C₁D₁和C₂D₂的抗力，对于弹簧C₁D₁和C₂D₂是一对力偶。已知两根弹簧的开档是L₂＝1218，因此这个力偶是80，再从式(51)，弹簧满载受力为 $F_1=F_2=\frac{W(l_4-l_3)}{2(l_2-l_3)}$ $=\frac{2000(1524-818)}{2(1218-818)}$ $=1765(W=2000)$ 力偶80与弹簧满载受力1765相比，占0.045这个百分之四点五的附加载荷，以可使弹簧产生百分之四点五的附加变形，使车身显著的倾侧。再来看现有技术悬挂，通常现有技术悬挂的摇臂的铰接点A是比较低的，即h₁比较小，一般不超出车轮的中点，如果取车轮直径为600，即半径为300，即如取h₁为300，则倾侧力矩将为 $\mathrm{\&Sigma;}{M}_o=F_{\mathrm{cf}}(h_1-h\&CenterDot;\frac{l_4-l_3}{l_4})$ $=500(300-550\&CenterDot;\frac{1524-818}{1524})$ $=+22500$ 它的确是正的倾侧力矩，但如果把力矩22500换算成作用弹簧上的力偶则仅是 $\frac{22500}{1218}=18$ 拿这个力偶18来同弹簧满载受力1765相比，仅是 $\frac{18}{1765}=0.01$ 仅占1％，这个微弱的力偶不足以车身产生能觉察到的倾侧。所以说，这种现有技术充其量仅能使车身不向外倾侧。

2.本实用新型悬挂的结构与第二类现有技术悬挂的结构有很大的不同，其不同点在于，第二类型现有技术悬挂摇臂的铰接点A，部署得非常低，即h₁非常小(本实例中h₁＝250)而本实用新型特例悬挂摇臂的铰接点A却部署得非常高，即h₁非常大(本实例中h₁＝450)这不仅仅是尺寸上的不同，而且是本质上的不同，第二类型现有技术悬挂的铰点的高度h₁小，因此仅能使车身向外倾侧(即使h₁大到能产生正的倾侧力矩，但这个正的倾侧力矩的量也是非常小的，仅22500)而本实用新型特例悬挂由于摇臂铰接点高(h₁＝450)，它对车身产生一个很大的正的倾侧力矩，(+97500)，使车身产生向内倾侧，这个大的倾侧力矩与现有技术的倾侧力矩比较是后者的 $\frac{97500}{22500}=4.3$ 或者说，本实用新型特例悬挂，对于车身的倾侧效果，要比现有技术悬挂大得多。

长期以来，第二类型现有技术一直采用很小的h₁值，使车身向内倾侧问题，一直未能解决。本实用新型悬挂的发明者，通过智力劳动，发现了本实用新型通例悬挂的结构布置，(摇臂与拉杆交叉布置)和实用新型特例悬挂的支承点O′的概念。从而发现了如果铰接点A布置得比较高(h₁比较大，对于本实例来说，h₁＝450)，则这种型式的悬挂，作为本实用新型悬挂的特例，也可以产生很大的正倾侧力矩，使车身向内倾侧。而这种改动，无比简单，但能产生很显著的进步。因此我们说本实用新型是具有发明性的。

3.在前面的推导中，曾两次用到这样的描述，即“车辆转弯，但车身尚未倾侧”、这种说法，可能不容易为人们所接受，即既然“转弯”何以“尚未倾侧”，我们可以采用另外一种提法，即“在车辆直驶时，如果在车辆的重心上，施加一个水平向右的力(例如离心力)，在这种情况下，车身将向那个方向倾侧，并且倾侧力矩是多大。

4.在本附件中，没有提及第一种类型的悬挂的分析。这是因为，第一种类型的悬挂是一种非常老式的悬挂，它的向外倾侧的特性，太明显了，从未引起争议，因此，就不必多费笔墨了。

5.本力学分析不是常规的分析，因为分析对象不是处于完全的平衡状态中，它在水平方向和垂直方向的确是平衡的，即既不沿水平方向运动又不沿垂直方向运动，因此可以用∑X＝0，∑Y＝0.但沿着旋转方向，它是不平衡的，因此不能用∑M＝0.这里要找的正是这个∑M。

6.在式(79)中，如果直接令h₁-h₂，也可以获得式(33)。

Claims (3)

1.一种汽车车轮悬挂装置，包括车轮支承体(5)，一端与底盘(17)铰接而另一端与上述支承体(5)铰接(11)的摇臂(13)，一端与底盘(17)铰接而另一端与上述支承体(5)铰接(4)的拉杆(2)和带有支座的弹簧(14)，其特征在于，所述的摇臂(13)与所述的拉杆(2)被设置成互相交叉。

2.按权利要求1所述的车轮悬挂装置，其进一步特征在于，所述摇臂(13)与支承体(5)的铰接点(11)，和所述拉杆(2)与支承体(5)的铰接点(4)，可以分别设置在轮轴线y的上下两方，也可以同时设置在轮轴线y的上方或下方，以其同时设置在轮轴线y的上方为佳。

3.一种汽车车轮悬挂装置，包括车轮支承体(5)，一端与底盘(17)铰接(18)而另一端与上述支承体(5)固接的摇臂(13)和带有支座的弹簧(14)，其特征在于，所述右摇臂(13)与底盘(17)的铰接点(18)，即(A₂)，同右车轮中间园与地面接触点(J₂)的连线(J₂A₂)的延长线与左摇臂与底盘的铰接点(A₁)同左车轮中间园与地面接触点(J₁)的连线(J₁A₁)延长线的相交点O′位于整车设计重心点O之上方。

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