专利名称：机械式车辆主动悬挂系统的制作方法
技术领域：
本发明是国际专利分类交通运输、一般车辆中的车辆悬挂装置，特别是一种机械 式车辆主动悬挂装置。
背景技术：
现有技术中车辆的悬挂装置，其目的是在车轮与车厢之间形成一减振、缓冲的效 果，以增加车辆运行中的舒适性和减轻振动及降低噪音。其构造是在车轮与车厢之间置有 弹簧或减振钢板。该结构对增加车辆行驶中的舒适性、降低振动和噪音具有一定的效果，现有技术中的主动悬挂系统还有以传感器和电子技术为支撑，多路传感器采集加 速度、速度、位置等信号，传输给控制单元，再由控制单元进行解算，发出指令给执行机构。车辆悬挂系统，尽管结构形式多种多样，但都离不开弹性元件，以此减小车体受到 的冲击，提高舒适性。目前乘用车以螺旋弹簧为主，部分采用了空气弹簧。主动悬挂虽不是个新名词，但其应用并不普遍，纠其根源在于高昂的成本，这又与 所采用的技术有直接的关系。据有关资料记载，采用电子技术的主动悬挂系统仅控制系统 就需约3000美元，其维护费用亦很高。目前制约主动悬挂系统工程应用的主要障碍是，控 制系统电子产品高昂的价格和国外的技术垄断，而这方面又恰恰是我国的弱项。对车辆而言，操纵性和舒适性是一对矛盾。舒适性要求悬挂系统应有较小的刚度， 在不平路面行驶时，乘员才不会感到颠簸；操纵性又要求悬挂系统具有较大的刚度，以在 加、减速和转弯过程中，保持车体的平稳。例如，在刹车时，轮胎受到向后摩擦力的作用，使 车辆产生低头力矩，如果弹簧刚度过小，车头就会急剧下倾。传统的悬挂系统难以解决这一 矛盾，只能在二者之间寻求平衡点。
发明内容
为了解决上述背景技术中的不足之处，本发明的目的是提供一种机械式车辆主动 悬挂装置。本发明的技术解决方案是主动悬挂就是在悬挂系统中引入控制信号，改变系统 固有的特性。就空气悬挂系统而言，在变形较慢的情况下，可以看作弹性系数为常数的弹簧 振子，而引入控制以后，当空气弹簧产生变形而使弹簧腔体中的压力有微小变化时，控制系 统就会打开相应开关，弹簧腔体放气或进气，使压力恢复到初始值，结果是空气弹簧产生了 变形，但弹簧内的压力基本不变，弹簧刚度近乎为0，这种特性使得车辆在凹凸不平的路面 行驶时，车体所受的力基本不变，也就意味着车体保持基本不变，提高了舒适性。本发明的具体结构如下基准室进气开关1经管路与气弹簧主室D内的中立进气开关6连接。中立进气开 关6又与基准室A连通，用于中立控制。气弹簧附室进气开关2既与气弹簧附室相通又与气源连接。气弹簧室放气开关3既与气弹簧附室连通又通大气。基准室放气开关4既与气弹簧主室D内的中立放气开关7连接又通大气。
基准室A与带惯性开关5的气弹簧附室B之间设置有膜片C。气弹簧附室B与气弹簧主室D经管路连接，惯性开关5连接于该管路上并置于气 弹簧附室B内。中立放气开关7与基准室A连接。在中立进气开关6和中立放气开关7之间设置有置于套筒8内的变截面轴9，并与 中立进气开关6和中立放气开关7 —并组成中立机构。惯性开关5由球面支架10、摆锤12和堵塞13三部分构成。球面支架10的构造是带孔15的支座内有一球面，该孔15经管路与气弹簧主室 D连通。摆锤12的构造是球体16上连接一惯性锤14，摆锤12上开有孔11，该孔11可与 孑L 15连通。摆锤12置于球面支架10内。堵塞13螺接于球面支架10的内底面。本发明相比背景技术所具有的优点是主动悬挂装置可以使舒适性和操纵性二者兼得。1.通过在基准室与带惯性开关5的气弹簧附室之间设置膜片，以两室压差作为控 制信号和驱动力，实现以机械方式进行悬挂刚度的自动调节。其结构简单，可靠性高，使主 动悬挂技术走向简单化。因为膜片刚度很小，尽管气弹簧室、基准室被隔离，但相当于还是 连通的，这种结构既提供了控制信号和驱动力，又保证了基准室用于减小支撑刚度，类似于 目前使用的空气弹簧的附室作用。在车辆运行过程中，重量保持相对不变，而基准室的压力 与之对应，基本不变，气弹簧室与基准室气体隔离，并用基准室压力作为控制基准，是最简 单也是最可靠的方式。2.惯性开关5的设计，可在瞬时改变悬挂刚度，关断控制开关，解决了操纵性与舒 适性的矛盾。通过在球体16上开孔的设计，实现了任一方向的关断功能，这种结构是全新 的。3.管路连接巧妙、复杂、奇特，比如中立控制，是通过基准室A的压力控制间接实 现气弹簧主室的压力控制。正是这种复杂而巧妙的设计，使各种功能得以实现，且相互之间 不产生干扰。4.本发明的机械式主动悬挂系统不需要尖端技术，不涉及复杂工艺，极易推广、应 用，对车辆悬挂装置是一次重大的改革。
图1是本发明的整体结构主视加局部剖视示意图。其中的1为基准室进气开关， 2为气弹簧附室进气开关，3为气弹簧室放气开关，4为基准室放气开关，5为惯性开关，6为 中立进气开关，7为中立放气开关，8为套筒，9为变截面轴，A为基准室，B为气弹簧附室，C 为膜片，D为气弹簧主室。图2、图3是实现中立功能主视示意图。其中图2是充气进行中的主视加局部剖视 示意图。此时，气弹簧室进气开关2处于受压打开状态；而基准室放气开关4则处于受压关 闭状态。图3是处于中立位置的主视加局部剖视示意图。此时，变截面轴9离开顶杆，中立 进气开关6处于关闭状态。
图4、图5是车辆行驶过程中的控制流程主视加局部剖视示意图。其中图4是车辆 遇凹坑时的控制流程示意图，此时，气弹簧附室B压力下降，气弹簧室进气开关2处于打开 状态，气弹簧附室B进气；而基准室放气开关4则处于关闭状态，阻断放气。图5是车辆遇 凸包时的控制流程示意图，此时，气弹簧附室B压力上升，气弹簧室放气开关3处于打开状 态，气弹簧附室B放气。图6是刹车时车辆前轮的控制流程主视加局部剖视示意图。图7是常闭开关的整体结构加局部剖视示意图。图8是常开开关的整体结构加局部剖视示意图。图9是惯性开关5的整体结构加局部剖视示意图。其中的10为球面支架，11为 孔，12为摆锤，13为堵塞，14为惯性锤。图10是摆锤12的整体结构加局部剖视示意图。其中的16为球体。图11是球面支架10的整体结构加局部剖视示意图。其中的15为孔。图12是堵塞13的整体结构加局部剖视示意图。上述附图中的箭头均表示系统来气方向。
具体实施例方式本发明下面结合附图及其实施例作进一步的详述工作原理(1)中立功能的实现为了获得控制基准，空气弹簧必须有中立机构，保证车辆在静止或平稳运行时，不 论载荷大小，车体都处于同一高度。当空气弹簧因为压力变化而改变长度时，中立机构中的 变截面轴9相对套筒8运动，在某个位置，中立进气开关6和中立放气开关7都处于关闭状 态，此时空气弹簧腔体既不进气，也不放气，这就是中立位置(见图幻。当车辆载荷增加时， 弹簧所受载荷随之增加，其长度变短，车体低于中立位置，中立进气开关6的顶杆受到变截 面轴9的挤压，气路打开，系统来气经基准室进气开关1和中立进气开关6进入基准室A， 基准室A内的压力随之升高，膜片C在压差作用下挤压气弹簧室进气开关2，气弹簧室进气 (见图2)，弹簧伸长，当弹簧伸长到中立位置时，中立进气开关6关断，基准室A停止进气， 但因气弹簧室进气开关2尚未回复到中立位置，气弹簧室会继续进气，压力升高，直至膜片 C回复到中立位置，气弹簧室停止进气。当车体高于中立位置时，通过中立放气开关7控制 基准室A放气，膜片C挤压气弹簧室放气开关3，实现气弹簧室放气，使车体回到中立位置。(2)行驶过程的主动控制正常行驶时，气弹簧室、基准室A压力相等，膜片C和空气弹簧处于中立位置。当 行驶中遇到凹坑时，空气弹簧伸长，车轮迅速向下运动，导致气弹簧室气体压力下降，低于 基准室压力，膜片C挤压基准室进气开关2和基准室放气开关4，气弹簧室进气，当气弹簧室 压力恢复到基准室A的压力值后，停止进气(见图4)；当行驶中遇到路面凸起时，气弹簧室 压力升高，膜片C挤压基准室进气开关1和气弹簧室放气开关3，气弹簧室放气。通过控制， 基本保持了气弹簧室压力不变，保持了车体的相对稳定。这里需要对基准室进气开关1和 基准室放气开关4的作用加以说明，如前所述，当车辆遇凹坑时弹簧会伸长，基准室进气开 关2打开给气弹簧室充气，但如果没有基准室放气开关4的存在(因为此时弹簧高于中立位置，开关7处于打开放气状态)，就会出现同时充、放气现象，影响调节能力，并造成浪费， 有了基准室放气开关4，就可以在气弹簧室进气时关断放气管路。(3)俯仰和侧倾控制在加、减速和转弯过程中，都会因为车轮所受摩擦力与重心不重合而产生附加力 矩，使车体出现俯仰或侧倾趋势。对其控制的最大难点在于它与行驶过程的控制要求相反， 以前轮为例，正常行驶遇凸起时是车轮向上运动，导致气弹簧室压力升高，要求放气。刹车 时是车体向下运动，同样是气弹簧室压力升高，不但不允许放气，还要设法增大刚度，以减 小车辆低头趋势。摆锤12在相对车体没有加速度时，球面支架10上的孔15和摆锤12上的孔11 相通，当车辆有水平方向的加速度时，摆锤12会在惯性力的作用下，绕支撑球面转动，孔错 开，关断气弹簧室与附室的连通，支撑刚度迅即增加，大大减少俯仰或侧倾的作用。同时因 为气流不通，膜片C不再产生变形，1号 4号控制开关失去作用，巧妙解决了两种条件下的矛盾。供车辆悬挂用。
权利要求
1.一种机械式车辆主动悬挂装置，由进气开关、放气开关、套筒、变截面轴、摆锤和堵塞 构成，其特征在于基准室进气开关(1)经管路与气弹簧主室(D)内的中立进气开关(6)连 接；中立进气开关(6)又与基准室(A)连通；气弹簧附室进气开关(2)既与气弹簧附室相通 又与气源连接；气弹簧室放气开关( 既与气弹簧附室连通又通大气；基准室放气开关(4) 既与气弹簧主室(D)内的中立放气开关(7)连接又通大气；基准室(A)与带惯性开关(5) 的气弹簧附室(B)之间设置有膜片(C)；气弹簧附室(B)与气弹簧主室(D)经管路连接，惯 性开关(5)连接于该管路上并置于气弹簧附室(B内)；中立放气开关(7)与基准室(A)连 接；在中立进气开关(6)和中立放气开关(7)之间设置有置于套筒(8)内的变截面轴(9)。
2.根据权利要求1中所述的机械式车辆主动悬挂装置，其特征在于惯性开关(5)由 球面支架(10)、摆锤(1 和堵塞(1 三部分构成，摆锤(1 置于球面支架(10)内，堵塞 (13)螺接于球面支架(10)的内底面。
3.根据权利要求1中所述的机械式车辆主动悬挂装置，其特征在于球面支架(10)的构 造是带孔(1 的支座内有一球面，该孔(1 经管路与气弹簧主室(D)连通。
4.根据权利要求1中所述的机械式车辆主动悬挂装置，其特征在于摆锤(1 的构造 是球体(16)上连接一惯性锤(14)，摆锤(12)上开有孔(11)，该孔(11)可与孔(15)连
全文摘要
一种机械式车辆主动悬挂装置，解决了现有技术的不足，即采用电子技术的该装置仅控制系统就需3000美元，其维护费用亦高。其特征是基准室(A)经管路与带惯性开关(5)的气弹簧附室(B)之间设置有膜片(C)。基准室(A)、气弹簧附室(B)与气弹簧主室(D)经管路连接。其优点是膜片(C)以两室压差作为控制信号和驱动力，实现以机械方式进行悬挂刚度的自动调节。惯性开关(5)可在瞬时改变悬挂刚度，关断控制开关，解决了操纵性与舒适性的矛盾。球体(16)上的孔，实现了任一方向的关断功能。管路连接巧妙、复杂、奇特，使诸功能得以实现，且相互间无干扰。无复杂工艺，极易推广、应用，对车辆悬挂装置是一次重大的改革。供车辆悬挂用。
文档编号B60G17/052GK102092260SQ200910102930
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者单永秀 申请人:贵州云马飞机制造厂