一种含有惯容器的车辆被动悬架结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种含有惯容器的车辆被动悬架结构，包括弹簧、惯容器和阻尼器。基于新机电比拟理论，将机械元件中与电路元件中电容器相对应的惯容器装置运用于车辆悬架结构中，与阻尼器并联后再与副弹簧串联成为两级式结构，由于惯容器和阻尼器元件不能单独承受静载荷，故将该两级式结构与主弹簧并联，形成一种含有惯容器的车辆被动悬架结构。通过仿真分析，运用此结构的车辆被动悬架，其平顺性评价指标轮胎动载荷均方根值显著减小，车身加速度均方根值、悬架动行程均方根值也有所减小，改善了车辆的乘坐舒适性和行驶安全性，使悬架的整体性能得到了提升，具有一定的工程应用价值。
【专利说明】一种含有惯容器的车辆被动悬架结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种车辆被动悬架结构，特指由弹簧、阻尼器和惯容器组成的车辆被动悬架结构。
【背景技术】
[0002]惯容器是基于机电系统的相似性而引人的一个与电容器完全相似的机械元件。传统“力-电流”机电相似系统中，质量只能与一端接地的电容器相似，因此这种相似是不完全对应的；而新“力-电流”机电相似系统中，引入的惯容器则完全与电容器相似，如图5所示。因此，惯容器与电容器一样，均具有“通高频，阻低频”的特点，而弹簧元件与电感元件均具有“通低频，阻高频”的特点，将惯容器元件与弹簧元件综合运用在车辆被动悬架系统中即可缓冲和衰减来自路面不平度各个频率段的冲击与振动，又实现了机械与电子网络之间严格地对应，客观上促进了包括悬架网络在内的机械网络的发展。
[0003]惯容器如同机械系统中的弹簧和阻尼器一样，不需要以惯性坐标系为参考系，是一种真正的两端点元件，它两端的受力正比于相应两端的加速度，其比例常数称为“惯质系数”，单位为千克。其动力学表达式为F =F为两端点所受到的一对力；b为惯质系数；V2和Vl为两端点相应的速度。由于惯容器具有实现方法多样，并能以较小质量达到较大惯性质量，以及空间布置灵活等特点，现已研究用于车辆悬架、火车悬架和建筑物防震系统中。
[0004]近年来发展起来的主动悬架由于其成本高、耗能大等缺点仍未在车辆悬架领域中广泛的应用。而半主动悬架则因为其时滞性使得大规模的应用受到限制。惯容器的引入，使得被动悬架性能的改善具有了更大的潜力，而低碳、环保、节约能源的科技发展趋势，使得被动悬架重新回到了人们的视野，对被动悬架的研究又重新受到重视。
[0005]中国专利200810123830.8公开了一种应用惯性蓄能器的车辆悬架，包括由惯性质量蓄能器和阻尼器组成的并联体，以及由弹簧和阻尼器组成的并联体，两个并联体串联形成两级隔振式车辆悬架。理论上这种悬架能有效缓解乘坐舒适性与行驶安全性之间的矛盾，但由于两级串联式未采用弹性元件支撑保护，在车身重力的作用下很容易因被“击穿”而失效，因此，实用性大大降低。中国专利200910103050.1应用了一种具有运动转换螺旋飞轮装置，其通过飞轮的旋转对质量进行放大，得到“虚质量”，其效果与惯容器相同，然而通过仿真分析该结构无法缓冲和衰减来自路面的高频振动与冲击，工程应用价值仍有待商榷。
[0006]如何将惯容器装置成功的运用于机械隔振系统，提出一种简单可行的机械隔振结构来提升悬架的性能，这一问题已得到众多学者的广泛关注。
【发明内容】
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是:提出一种含有惯容器装置的车辆被动悬架结构，且运用此种结构的悬架性能能够得到有效提升。
[0008]本实用新型采取的技术解决方案是:
[0009]一种含有惯容器的车辆被动悬架结构，车辆被动悬架结构包括弹簧、惯容器和阻尼器，其中惯容器与阻尼器并联后再与副弹簧串联成为两级式结构，该两级式结构与主弹簧并联。
[0010]进一步地，所述主弹簧的上支点与副弹簧的上支点相铰接并连接在车身上；所述惯容器与阻尼器并联后的下支点与主弹簧的下支点相铰接并连接在车轮上。所述惯容器与阻尼器为同轴式安装结构。惯容器的机械实现形式可为滚珠丝杠式或者液压式等。
[0011]元件惯容器具有“通高频，阻低频”的特性，元件弹簧具有“通低频，阻高频”的特性，将惯容器与弹簧串联合理论上可缓冲和衰减全频域范围内来自路面不平度的振动与冲击，提升悬架性能。因此将惯容器与阻尼器并联后再与副弹簧串联成为两级式结构，由于惯容器和阻尼器有别于弹簧的被动元件，需要处于元件各自有效工作行程和位置内才能发挥作用，故对该两级式结构进行并联主弹簧处理，该并联结构位于簧上质量和簧下质量之间，由此形成一种含有惯容器、阻尼器、弹簧的车辆被动悬架结构。
[0012]本实用新型的有益效果是:将惯容器装置运用于车辆被动悬架结构中，相比于传统被动悬架，弹簧元件可缓冲和衰减高频段路面的振动与冲击，惯容器元件可缓冲和衰减低频段路面的振动与冲击，两者串联作用下使得全频域范围内路面不平度冲击得到有效的衰减，车辆平顺性评价指标中车身加速度指标与轮胎动载荷指标明显改善，悬架动行程也略有减小；同时该结构与中国专利201210426429.8三元件并联结构相比，轮胎动载荷功率谱密度在低频段效果更好，车辆的行驶平顺性与操纵稳定性得到提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型一种含有惯容器的车辆被动悬架结构示意图；
[0014]图2是传统被动悬架结构示意图；
[0015]图3是本实用新型一种含有惯容器的车辆被动悬架单轮模型图；
[0016]图4是轮胎动载荷功率谱密度对比图；
[0017]图5为新“力-电流”机电相似系统对照图；
[0018]图中，1.惯容器，2.阻尼器，3.副弹簧，4.主弹簧，5.簧上质量，6.簧下质量，7.轮胎等效弹簧。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例做进一步说明。
[0020]图1中，惯容器I与阻尼器2为并联结构，且同轴受力与运动。主弹簧4上支点与副弹簧3上支点相铰接并连接在车身上；惯容器I与阻尼器2并联后的下支点与主弹簧4的下支点相铰接并连接在车轮上，由此完成一种含有惯容器的车辆被动悬架结构的安装。
[0021]在图2中，弹簧4的上支点与阻尼器2的上支点相铰接并连接在车身上，弹簧4的下支点直接与阻尼器2的下支点相铰接并连接在车轮上。由此完成传统被动悬架结构的安装。
[0022]图3所示为本实用新型含有惯容器的车辆被动悬架单轮模型，其由惯容器1、阻尼器2、副弹簧3、主弹簧4、簧上质量5、簧下质量6、轮胎等效弹簧7组成。
[0023]如图3所示含有惯容器的车辆被动悬架结构中，将惯容器I与阻尼器2并联安装，其并联上支点与副弹簧3的下支点相铰接。主弹簧4的上支点与副弹簧3的上支点相铰接，主弹簧4的下支点与惯容器I和阻尼器2并联下支点相铰接，将此结构安装于簧上质量5与簧下质量6之间，连接点相铰接。簧下质量6的下支点与轮胎等效弹簧7的上支点铰接连接。
[0024]如图3所示，含有惯容器的车辆被动悬架工作时，由路面不平引起的冲击和振动，其高频部分被主弹簧4、副弹簧3与阻尼器2缓冲和衰减，低频部分被惯容器I与阻尼器2缓冲和衰减，即全频域范围内对来自路面不平引起的振动与冲击进行缓冲和衰减。
[0025]本实用新型将惯容器装置合理地应用于车辆被动悬架结构，目的在于提高车辆的行驶平顺性与操纵稳定性。通过建立其1/4车体仿真模型，对比含有惯容器的车辆被动悬架结构与传统被动悬架结构在随机路面激励下的性能指标，具体参数见表I ;同时对比含有惯容器的车辆被动悬架结构与中国专利201210426429.8三元件并联结构的轮胎动载荷功率谱密度图，结果见图4，验证本实用新型的优势。在随机路面位移输入下对评价悬架性能的三个指标:车身加速度均方根BA、悬架动行程均方根SWS、轮胎动载荷均方根DTL进行评价。
[0026]表I随机路面激励下悬架单轮模型系统响应均方根值对比
[0027]
~悬架结构I 车速 Os) ~BA(m!s2)~罵(m)^~DTUkN)~
传统被动悬架101.76430.01710.7781
202.96710.02871.3086
304.02170.03891.7737
含有惯容器的101.59040.01600,6459
车雛动悬架20~ °.0269議
303.62240.03641.4717
[0028]通过对比分析发现,与传统被动悬架相比,本实用新型的车辆被动悬架在10m/s、20m/s和30m/s时其车身加速度均方根、悬架动行程均方根、轮胎动载荷均方根均有所减小，其中轮胎动载荷均方根减小了 17%，车身加速度均方根减小了 10%，悬架动行程均方根减小了 6%，其性能明显优于传统被动悬架；与中国专利201210426429.8三元件并联结构相t匕，一种含有惯容器的车辆被动悬架轮胎动载荷功率谱密度图低频段减振效果明显改善。本实用新型提高了车辆行驶安全性的同时又改善了乘坐舒适性，使悬架的整体性能得到了提升。
【权利要求】
1.一种含有惯容器的车辆被动悬架结构，其特征是，车辆被动悬架结构包括弹簧、惯容器(I)和阻尼器(2)，其中惯容器(I)与阻尼器(2)并联后再与副弹簧(3)串联成为两级式结构，该两级式结构与主弹簧(4)并联。
2.根据权利要求1所述的一种含有惯容器的车辆被动悬架结构，其特征在于，所述惯容器(I)与阻尼器(2)并联后的上支点与副弹簧(3)的下支点相铰接；所述主弹簧(4)的上支点与副弹簧(3)的上支点相铰接，主弹簧(4)的下支点与惯容器(I)和阻尼器(2)并联后的下支点相铰接。
3.根据权利要求1或2所述的一种含有惯容器的车辆被动悬架结构，其特征在于，所述的惯容器(I)的机械实现形式为滚珠丝杠式或液压式。
4.根据权利要求1或2所述的一种含有惯容器的车辆被动悬架结构，其特征在于，所述惯容器(I)与阻尼器(2)为同轴式安装结构。
【文档编号】B60G15/06GK203974458SQ201420084554
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】陈龙, 蒋涛, 张孝良, 汪若尘, 沈钰杰 申请人:江苏大学