专利名称：机械式消扭悬架的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆悬架技术，特别是适用于各种轮式车辆的可消除车身扭转载荷的机械式消扭悬架。
背景技术：
目前，通常机械式汽车悬架(包括板簧悬架，扭杆悬架，螺旋弹簧悬架等)的弹性元件的一端(即下端)直接或间接(通过车轴或杠杆)与车轮连结，另一端(即上端)直接与车身固结，(板簧的“上端”通常是由两点—接卷耳点及吊耳(滑板)点构成)。它们对车身提供四点约束，这四点约束产生对车身的“垂直约束”、“侧倾约束”、“纵倾约束”和“扭转约束”。其中前三个约束是汽车的正常运动所必须的，而“扭转约束”是没有必要的，但却是现有悬架结构所带来的不得已的约束。当车在不平路面上行驶时，车身与车架将受到很大的扭转载荷，同时造成各轮载荷的不均匀分布，因而降低料车轮与地面间的附着力和通过性；而且地面对车轮的不对称扰动，也会加剧车辆在不平路面上行驶时的振动，降低车辆行驶的平顺性。
发明内容
本发明的目的是为克服目前汽车悬架存在的上述缺点，提出一种可适用于各种轮式车辆的多种结构类型的机械式消扭悬架。以有效地消除悬架对车架的扭转约束，从而提高车辆的路面适应性和接地性，改善车辆的行驶平顺性和通过性。
本发明悬架结构的基本原理是通过一系列构件的铰连，将车辆的各轮上的悬架弹性元件进行前后、左右的整体耦连，形成力矩的平衡，使各轮负荷均匀化，从而消减因车轮负荷不均匀所引起车架的扭转负荷。依此构思，可将各种类型悬架构件铰连制成全耦连机械式消扭悬架。即特征在于各轮轴上的弹性元件的“上端”不是固接于车身，而是置于可与车身产生相对运动的构件上，且该构件通过平衡机构，实现下述形式的纵向与横向同时耦连即当平衡机构不转动时，其各弹性元件的“上端”与车身不产生相对运动；而当平衡机构转动时，会造成一对对角的两个“上端”上移，而另一对对角的两个“上端”下移。
以下结合附图1至4所示的一种以板簧作为悬架弹性元件构成的全耦连机械式消扭悬架和图15所示的一种以板簧作为悬架弹性元件构成的全耦连机械式消扭悬架来说明本发明的实现方式。
如图1-4所示，本发明板簧全耦连机械式消扭悬架包括中部(即“下端”)固接在各车轴上的板簧，其特征在于每个板簧的两端(即“上端”)通过铰接的同向换向臂4、4′，7、7′和铰连该两端换向臂的拉杆5、8相耦连，同侧前、后板簧1、2上的换向臂4、4′，7、7′互为反向；同侧前、后板簧1、2通过相邻端的换向臂4′、7铰接的拉杆6呈反向耦连；左右两侧板簧通过一连接机构使其呈反向耦连。
所述的前板簧1后端上的换向臂4′、后板簧2前端上的换向臂7分别通过吊耳3与板簧相铰接，所述的耦连左右两侧板簧的连接机构是一中部铰连在车架上的平衡臂10，其两端通过拉杆9横向铰连在两侧板簧2后端的换向臂7′上。
所述的前、后板簧1、2两端上的换向臂4、4′、7、7′均分别通过吊耳3与板簧相铰接，所述的耦连左右两侧板簧的连接机构是一中部铰连在车架上的平衡臂10，其两端通过拉杆9横向铰连在两侧板簧2后端的换向臂7′上。在前、后板簧1、2的前面还设有一端铰接于车架，其另一端铰接在板簧1、2的前端或车轴上的导向杆11、12。
如图15所示，本发明螺旋弹簧全耦式消扭悬架，包括支承各轮的螺旋弹簧61，其特征在于同侧的两个螺旋弹簧61上端支承在一中部铰接于车架上的三端平衡臂62的两臂端上，左右两侧的三端平衡臂62的中端分别通过推力杆63与中部铰接于车架上的平衡臂10两端相铰连。
其工作原理1.汽车的路面垂向输入分析以两轴车辆为例，四轮悬架对车身产生四个垂向约束，对车身起定位作用。对其四轮相应的路面不平度输入qi(i＝1，2，3，4，1-右前轮，2-左前轮，3-左后轮，4-右后轮)，总可以分解为四个分量路面平均垂向输入q，路面平均侧倾输入，路面平均俯仰输入θ，路面对扭输入τ。从对车身平面定位要求来看，在保证汽车平面运动自由的前提下，三个垂向定位已经足够，第四个就造成过定位。若取消一个车轮当然可以消除过定位，但却损害汽车的稳定性。如何在不损害汽车的纵向与横向稳定性的前提下，消除对车身的扭转约束就是本专利要达到的目的。将四轮输入进行变换，可得高程q，侧倾、、纵倾θ、和扭转τ四种模态 其中，B1、B2为前、后轮距，L为轴距；如果在四点支承的条件下可找到四轮悬架间的耦合方式使之保持q，，θ的三个约束，而取消多余的车身对扭转输入τ的约束(设计耦连机构使悬架弹性元件的上端的附加位移满足(Δq1-Δq2)/B1+(Δq3-Δq4)/B2＝0条件，可使扭转输入τ＝0)，并使各轮载荷均匀化，这对行驶在不平路面上的汽车将起消除扭转应力，改善行驶平顺性和通过性非常有利。
2.系统工作过程及原理。
下面以两轴板簧全耦连式消扭悬架车辆(图3)为例，说明该新型悬架机构的工作原理a)当车轮受到路面的垂向位移输入时，拉杆5，6，8，9的受力左右对称，平衡臂10处于力矩平衡状态，换向臂4，7与平衡臂10都处于不动状态。此时新型悬架系统等效于常规悬架系统。
b)当车轮受到路面侧倾角输入时，例如左侧车轮向上，右侧车轮向下运动。适当设计换向臂4，7的传动比使拉杆6两端力相平衡。两侧拉杆9的拉力保持不变，平衡臂10系统仍处于力矩平衡状态，无转动。即，在路面侧倾输入下，新型悬架系统等效于常规悬架。
c)当车轮受到路面俯仰角输入时，前轮向下运动，后轮向上运动。拉杆5，6，8，9的受力左右对称，平衡臂10处于力矩平衡状态，换向臂4，7与平衡臂10都处于不动状态。此时新型悬架系统等效于常规悬架系统。
d)但当车轮受到路面对扭输入时，例如，右前、左后车轮向上运动，左前、右后车轮向下运动，右侧拉杆5，6，8，9向后移动，左侧拉杆5，6，8，9向后移动，由于平衡臂10的平衡作用，左右杆9的力相等。左右侧拉杆5，6，8，9的相对移动，推动平衡臂产生顺时针方向的转动，遂使各悬架的附加垂向力卸载，消除车轮负荷变化及其对车身的扭转负荷。
综上所述，新型悬架系统通过四个悬架作用力对平衡臂或换向平衡杆的力矩平衡，可以抵消路面激励中的对扭分量的影响，使四轮负荷均匀化，从而保证了车辆在不平路面上行驶时，具有良好的接地性，减轻由于(对角)车轮负荷不均匀所引起的车身扭转负荷，改善车辆的行驶通过性和平顺性。
图1是本发明板簧全耦连机械式消扭悬架结构示意图；图2是本发明板簧全耦连机械式消扭悬架另一种结构示意图；图3是本发明板簧全耦连机械式消扭悬架又一种结构示意图；图4是本发明板簧全耦连机械式消扭悬架第四种结构示意图；图5是本发明板簧全耦连机械式消扭悬架第五种结构示意图；图6是本发明板簧全耦连机械式消扭悬架第六种结构示意图；图7是本发明板簧半耦连机械式消扭悬架结构示意图；图8是本发明二合一板簧四轮全耦连机械式消扭悬架结构示意图；图9是本发明扭杆—板簧全耦连机械式消扭悬架结构示意图；图10是本发明扭杆—板簧全耦连机械式消扭悬架另一种结构示意图；图11是本发明扭杆—板簧全耦连机械式消扭悬架又一种结构示意图；图12是本发明扭杆全耦连机械式消扭悬架结构示意图；图13是本发明扭杆全耦连机械式消扭悬架另一种结构示意图；图14是本发明螺旋弹簧全耦连机械式消扭悬架结构示意图；图15是本发明又一种螺旋弹簧全耦连机械式消扭悬架结构示意图；
具体实施例方式
以下结合附图给出的实施例对本发明结构作进一步详细阐述。
参照图1，一种板簧全耦连机械式消扭悬架，包括固设在各车轴上的板簧1、2，每个板簧的两端通过铰接的同向换向臂4、4′、7、7′和铰连该两端换向臂的拉杆5、8相耦连，同侧前、后板簧1、2上的换向臂4、4′、7、7′互为反向；同侧前、后板簧1、2通过相邻端的换向臂4′、7铰接的拉杆6呈反向耦连；左右两侧板簧通过一中部铰连在车架上的平衡臂10使其呈反向耦连。
前板簧1后端上的换向臂4′、后板簧2前端上的换向臂7分别通过吊耳3与板簧相铰接，所述的平衡臂10之两端通过拉杆9横向铰连在两侧板簧2后端的换向臂7′上。
参照图2、3，一种板簧全耦连机械式消扭悬架，包括固设在各车轴上的板簧1、2，每个板簧的两端通过铰接的同向换向臂4、4′、7、7′和铰连该两端换向臂的拉杆5、8相耦连，同侧前、后板簧1、2上的换向臂4、4′、7、7′互为反向；同侧前、后板簧1、2通过相邻端的换向臂4′、7铰接的拉杆6呈反向耦连；左右两侧板簧通过一中部铰连在车架上的平衡臂10使其呈反向耦连。
所述的前、后板簧1、2两端上的换向臂4、4′、7、7′均分别通过吊耳3与板簧相铰接；所述的平衡臂10之两端通过拉杆9横向铰连在两侧板簧2后端的换向臂7′上。
在前、后板簧1、2的前面还设有一端铰接于车架，其另一端铰接在板簧1、2的前端或车轴上的导向杆11、12。
参照图4，一种板簧全耦连机械式消扭悬架，包括固设在各车轴上的板簧1、2，每个板簧的两端通过铰接的同向换向臂4、4′，7、7′和铰连该两端换向臂的拉杆5、8相耦连，同侧前、后板簧1、2上的换向臂4、4′、7、7′互为反向；同侧前、后板簧1、2通过铰接其相邻端的纵向平衡臂13呈反向耦连；左右两侧板簧通过一中部铰连在车架上的平衡臂10使其呈反向耦连。
所述的前、后板簧1、2两端上的换向臂4、4′、7、7′均分别通过吊耳3与板簧相铰接；所述的平衡臂10之两端通过拉杆9横向铰连在两侧板簧2后端的换向臂7′上。
参照图5，一种板簧全耦连机械式消扭悬架，包括固设在各车轴上的板簧，每个板簧的两端通过铰接的同向换向臂4、4′，7、7′和铰连该两端换向臂的拉杆相耦连，同侧前、后板簧1、2上的换向臂4、4′、7、7′互为反向；同侧前、后板簧1、2通过铰接其相邻端的纵向平衡臂13呈反向耦连；左右两侧板簧通过一中部铰连在车架上的平衡臂10使其呈反向耦连。
所述的前、后板簧1、2两端上的换向臂4、4′、7、7′均分别通过吊耳3与板簧相铰接，所述的平衡臂10之两端通过拉杆8、9和换向臂7′铰连在两侧板簧2上。
参照图6，一种板簧全耦连机械式消扭悬架，包括固设在各车轴上的板簧，每个板簧的两端通过铰接的同向换向臂4、4′，7、7′和铰连该两端换向臂的拉杆相耦连，同侧前、后板簧1、2上的换向臂4、4′，7、7′互为反向；同侧前、后板簧1、2通过铰接其相邻端的纵向平衡臂(13)呈反向耦连；左右两侧板簧通过一连接机构使其呈反向耦连。
所述的前、后板簧1、2两端上的换向臂4、4′，7、7′均分别通过吊耳3与板簧相铰接，所述的耦连左右两侧板簧的连接机构是由平衡杆16两端铰连的铰接在车架上的反向换向臂14、15组成，其两端换向臂14、15通过拉杆9横向铰连在两侧板簧2后端的换向臂7′上。
参照图7，一种板簧半耦连机械式消扭悬架，包括固设在各车轴上的板簧，其特征在于前板簧1之后端和后板簧2之前端分别通过吊耳3铰接互为反向的换向臂4′、7；同侧前、后板簧1、(2)通过相邻端的换向臂4′和7铰接的拉杆6呈反向耦连；左右两侧板簧通过中部铰接在车架上的平衡臂10之两端铰连两侧后板簧2前端的换向臂7上铰接的拉杆9，使其呈反向耦连。
参照图8，一种板簧全耦连机械式消扭悬架，包括两个分别支承连接两个轮轴的板簧21，其特征在于所述的两板簧21的中部分别通过设有摆臂22′的固定座22铰接于车架上，两个摆臂22′通过两端铰接的推力杆23与中部铰接于车架上的平衡臂10相耦连。
参照图9，一种扭杆—板簧全耦连机械式消扭悬架，包括支承连接前轮的两个力臂31、前端固连在力臂31上的纵置的扭杆弹簧32和固设在后轮轴上的两侧板簧40，其特征在于所述的后轮两侧板簧41的两端分别通过依次铰接的换向臂36、拉杆37、换向臂38、吊耳39相耦连；扭杆弹簧32之后端与横向换向臂33固连，左右两横向换向臂33的一端通过横向平衡杆34相铰连，其另一端分别通过吊耳35与同侧的板簧40前端上的换向臂36相铰连。
参照图10，按图9所述的扭杆—板簧全耦连机械式消扭悬架，其特征在于所述的吊耳35通过纵向换向臂41及纵向平衡杆42与换向臂36相铰连。
参照图11，一种扭杆—板簧全耦连机械式消扭悬架，包括支承连接前轮的两个力臂31、一端固连在力臂31上的横置的扭杆弹簧32和固设在后轮轴上的两侧板簧40，其特征在于所述的后轮两侧板簧40的两端分别通过依次铰接的吊耳35、换向臂36、拉杆37、换向臂38相耦连；扭杆弹簧32之另一端分别通过固连的垂臂43及铰连的平衡杆42与同侧的板簧前端换向臂36相铰连；中部铰接于车架上的平衡臂10的两端分别通过拉杆39铰连在板簧40后端换向臂38上。
参照图12，一种扭杆全耦连机械式消扭悬架，包括分别支承连接各轮的力臂31，各力臂31分别固连一纵向设置的扭杆弹簧32，其特征在于同轴两侧的扭杆弹簧32之末端通过垂臂43和拉杆44、44′相铰连，中部铰接于车架上的平衡臂10两端分别铰连在前、后的拉杆44、44′上。
参照图13，一种扭杆全耦连机械式消扭悬架，包括分别支承连接各轮的力臂31，各力臂31分别固连一横向设置的扭杆弹簧32，其特征在于各扭杆弹簧32之末端固连一垂臂43，同侧前、后的垂臂43铰连在一个拉杆45上，中部铰接于车架上的平衡臂10的两端铰连在两侧拉杆46的一端上，两侧拉杆46的另一端分别铰连在后端垂臂43上。
参照图14，一种螺旋弹簧全耦连机械式消扭悬架，包括支承各轮的导向臂51和螺旋弹簧52；其特征在于同侧前、后导向臂51的一端通过中间连接有螺旋弹簧52的拉杆53相铰连，中部铰接于车架上的平衡臂10之两端与两侧拉杆53相铰连。
参照图15，一种螺旋弹簧全耦式消扭悬架，包括支承各轮的螺旋弹簧61，其特征在于同侧的两个螺旋弹簧61上端支承在一中部铰接于车架上的三端平衡臂62的两臂端上，左右两侧的三端平衡臂62的中端分别通过推力杆63与中部铰接于车架上的平衡臂10两端相铰连。
权利要求
1.一种板簧全耦连机械式消扭悬架，包括固设在各车轴上的板簧，其特征在于每个板簧的两端通过铰接的同向换向臂(4、4′)、(7、7′)和铰连该两端换向臂的拉杆(5)、(8)相耦连，同侧前、后板簧(1)、(2)上的换向臂(4、4′)、(7、7′)互为反向；同侧前、后板簧(1)、(2)通过相邻端的换向臂(4′)、(7)铰接的拉杆(6)呈反向耦连；左右两侧板簧通过一连接机构使其呈反向耦连。
2.根据权利要求1所述的板簧全耦连机械式消扭悬架，其特征在于所述的前板簧(1)后端上的换向臂(4′)、后板簧(2)前端上的换向臂(7)分别通过吊耳(3)与板簧相铰接，所述的耦连左右两侧板簧的连接机构是一中部铰连在车架上的平衡臂(10)，其两端通过拉杆(9)横向铰连在两侧板簧(2)后端的换向臂(7′)上。
3.根据权利要求1所述的板簧全耦连机械式消扭悬架，其特征在于所述的前、后板簧(1)、(2)两端上的换向臂(4、4′)、(7、7′)均分别通过吊耳(3)与板簧相铰接，所述的耦连左右两侧板簧的连接机构是一中部铰连在车架上的平衡臂(10)，其两端通过拉杆(9)横向铰连在两侧板簧(2)后端的换向臂(7′)上。
4.根据权利要求3所述的板簧全耦连机械式消扭悬架，其特征在于在前、后板簧(1)、(2)的前面还设有一端铰接于车架，其另一端铰接在板簧(1)、(2)的前端或车轴上的导向杆(11)、(12)。
5.一种板簧全耦连机械式消扭悬架，包括固设在各车轴上的板簧，其特征在于每个板簧的两端通过铰接的同向换向臂(4、4′)、(7、7′)和铰连该两端换向臂的拉杆(5)、(8)相耦连，同侧前、后板簧(1)、(2)上的换向臂(4、4′)、(7、7′)互为反向；同侧前、后板簧(1)、(2)通过铰接其相邻端的纵向平衡臂(13)呈反向耦连；左右两侧板簧通过一连接机构使其呈反向耦连。
6.根据权利要求5所述的板簧全耦连机械式消扭悬架，其特征在于所述的耦连左右两侧板簧的连接机构是一中部铰连在车架上的平衡臂(10)，其两端通过拉杆(9)横向铰连在两侧板簧(2)后端的换向臂(7′)上。
7.根据权利要求5所述的板簧全耦连机械式消扭悬架，其特征在于所述的平衡臂(10)，之两端通过拉杆(8)、(9)和换向臂(7′)铰连在两侧板簧(2)上。
8.根据权利要求5所述的板簧全耦连机械式消扭悬架，其特征在于所述的耦连左右两侧板簧的连接机构是由平衡杆(16)两端铰连的铰接在车架上的反向换向臂(14)、(15)组成，其两端换向臂(14)、(15)通过拉杆(9)横向铰连在两侧板簧(2)后端的换向臂(7′)上。
9.一种板簧半耦连机械式消扭悬架，包括固设在各车轴上的板簧，其特征在于前板簧(1)之后端和后板簧(2)之前端分别通过吊耳(3)铰接互为反向的换向臂(4′)、(7)；同侧前、后板簧(1)、(2)通过相邻端的换向臂(4′)和(7)铰接的拉杆(6)呈反向耦连；左右两侧板簧通过中部铰接在车架上的平衡臂(10)之两端铰连两侧后板簧(2)前端的换向臂(7)上铰接的拉杆(9)，使其呈反向耦连。
10.一种板簧全耦连机械式消扭悬架，包括两个分别支承连接两个轮轴的板簧(21)，其特征在于所述的两板簧(21)的中部分别通过设有摆臂(22′)的固定座(22)铰接于车架上，两个摆臂(22′)通过两端铰接的推力杆(23)与中部铰接于车架上的平衡臂(10)相耦连。
11.一种扭杆一板簧全耦连机械式消扭悬架，包括支承连接前轮的两个力臂(31)、前端固连在力臂(31)上的纵置的扭杆弹簧(32)和固设在后轮轴上的两侧板簧(40)，其特征在于所述的后轮两侧板簧(40)的两端分别通过依次铰接的换向臂(36)、拉杆(37)、换向臂(38)、吊耳(39)相耦连；扭杆弹簧(32)之后端与横向换向臂(33)固连，左右两横向换向臂(33)的一端通过横向平衡杆(34)相铰连，其另一端分别通过吊耳(35)与同侧的板簧(40)前端上的换向臂(36)相铰连。
12.根据权利要求11所述的扭杆-板簧全耦连机械式消扭悬架，其特征在于所述的吊耳(35)通过纵向换向臂(41)及纵向平衡杆(42)与换向臂(36)相铰连。
13.一种扭杆-板簧全耦连机械式消扭悬架，包括支承连接前轮的两个力臂(31)、一端固连在力臂(31)上的横置的扭杆弹簧(32)和固设在后轮轴上的两侧板簧(40)，其特征在于所述的后轮两侧板簧(40)的两端分别通过依次铰接的吊耳(35)、换向臂(36)、拉杆(37)、换向臂(38)相耦连；扭杆弹簧(32)之另一端分别通过固连的垂臂(43)及铰连的平衡杆(42)与同侧的板簧前端换向臂(36)相铰连；中部铰接于车架上的平衡臂(10)的两端分别通过拉杆(39)铰连在板簧(40)后端换向臂(38)上。
14.一种扭杆全耦连机械式消扭悬架，包括分别支承连接各轮的力臂(31)，各力臂(31)分别固连一纵向设置的扭杆弹簧(32)，其特征在于同轴两侧的扭杆弹簧(32)之末端通过垂臂(43)和拉杆(44)、(44′)相铰连，中部铰接于车架上的平衡臂(10)两端分别铰连在前、后的拉杆(44)、(44′)上。
15.一种扭杆全耦连机械式消扭悬架，包括分别支承连接各轮的力臂(31)，各力臂(31)分别固连一横向设置的扭杆弹簧(32)，其特征在于各扭杆弹簧(32)之末端固连一垂臂(43)，同侧前、后的垂臂(43)铰连在一个拉杆(45)上，中部铰接于车架上的平衡臂(10)的两端铰连在两侧拉杆(46)的一端上，两侧拉杆(46)的另一端分别铰连在后端垂臂(43)上。
16.一种螺旋弹簧全耦连机械式消扭悬架，包括支承各轮的导向臂(51)和螺旋弹簧(52)；其特征在于同侧前、后导向臂(51)的一端通过中间连接有螺旋弹簧(52)的拉杆(53)相铰连，中部铰接于车架上的平衡臂(10)之两端与两侧拉杆(53)相铰连。
17.一种螺旋弹簧全耦式消扭悬架，包括支承各轮的螺旋弹簧(61)，其特征在于同侧的两个螺旋弹簧(61)上端支承在一中部铰接于车架上的三端平衡臂(62)的两臂端上，左右两侧的三端平衡臂(62)的中端分别通过推力杆(63)与中部铰接于车架上的平衡臂(10)两端相铰连。
全文摘要
本发明涉及适用于各种轮式车辆的可消除车身扭转载荷的机械式消扭悬架。下端固接在车轮轴上的各悬架弹性元件的上端置于一铰支于车身的连接机构上，使之可与车身产生相对运动并实现下述形式的纵向与横向同时隅连；同侧前、后弹性元件通过一连接机构使其呈反向耦连；左右两侧弹性元件通过一连接机构使其呈反向耦连。即是将车辆各轮上的悬架单元进行前后、左右的整体耦连，形成力矩的平衡，使各轮负荷均匀化，从而消减因车轮负荷不均匀所引起车架的扭转负荷，并改善车轮对地面的附着，提高汽车的平顺性和通过性。依此构思，可将各种不同类型悬架构成全耦式消扭悬架。
文档编号B60G21/00GK1557646SQ20041001067
公开日2004年12月29日 申请日期2004年2月12日 优先权日2004年2月12日
发明者郭孔辉 申请人:吉林大学