一种平面涡卷弹簧电磁馈能式双横臂主动悬架的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种平面涡卷弹簧电磁馈能式双横臂主动悬架，以电机作为作动器，作动器通过两级齿轮副减速增扭后通过平面涡卷弹簧与车架相连，通过推杆、下横臂与转向节相连。在车轮跳动过程中，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略，控制作动器发出作动力，减小路面不平对车辆产生的影响，进而改善车辆的舒适性、行驶安全性和悬架工作空间。该过程中，电机有时充当发电机将路面不平产生的部分振动能量储存于车载电源中。相较于被动悬架和半主动悬架，本实用新型能更大程度改善悬架性能；而新能源汽车的高压电池能够为电动作动器提供合适的能量来源，并能作为电动作动器再生电能的储存单元。
【专利说明】一种平面涡卷弹簧电磁馈能式双横臂主动悬架
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种车辆双横臂主动悬架，尤其是采用轮边驱动系统且电机作为作动器并具有馈能作用的双横臂主动悬架。
【背景技术】
[0002]车辆悬架主要分为被动、半主动和主动悬架三大类。被动悬架因结构简单，成本较低，被广泛采用，但设计时只能折中于某种特定路面和速度下达到最优性能。半主动悬架结构相对简单，成本相对较低，能根据路面和车速变化调整悬架阻尼，能在一定程度上改善悬架性能。主动悬架能在不同路面和车速下提供不同的主动力，其实质等同于实时调整悬架的刚度和阻尼，能最大程度改善悬架性能，但因结构复杂，能耗和成本较高，其应用和推广受到很大的制约。
[0003]传统主动悬架常采用空气弹簧或液压作动器的形式，其工作需要巨大的能量输入，这在排放和节能要求日益严格的今天，显不适用。馈能式液压主动悬架结构复杂，且由振动回馈得到的液压能量难以储藏和应用。而传统汽车蓄电池电压低能量小，电动主动悬架的发展受到很大制约。在新能源汽车大力发展的今天，高压电池能够为电动作动器提供合适的能量来源，且同时能作为电动作动器再生电能的储存单元。因此，电动主动悬架引起了广泛的研宄兴趣。
[0004]电动主动悬架作动器的形式主要有直线电机式、电机和齿轮齿条式及电机和滚珠丝杆式。直线电机式主动悬架结构相对简单，但是作动器体积相对较大，而高性能电动车常采用分布式轮边或轮毂驱动的形式，轮边布置空间有限。电机和齿轮齿条式因齿轮齿条增速比不够，常需要其他增速机构，或采用更大的电机。滚珠丝杆有较高的正传动效率和逆传动效率，与之相配的电机可采用体积小转速高的高功率密度电机，但滚珠丝杆的传动效率尤其是逆效率还是略低于齿轮传动，且整套作动器大小也较大。此外，这些主动悬架的结构设计多应用于麦弗逊悬架，而主动悬架常用于高性能豪华汽车，且双横臂悬架因其对于车轮定位参数的理想控制而备受青睐。
实用新型内容
[0005]本实用新型提出了一种平面涡卷弹簧电磁馈能式双横臂主动悬架，目的旨在以电机作为作动器，作动器通过两级齿轮副减速增扭后通过平面涡卷弹簧与车架相连，通过推杆、下横臂与转向节相连。在车轮跳动过程中，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略，控制作动器发出作动力，减小路面不平对车辆产生的影响，进而改善车辆的舒适性、行驶安全性和悬架工作空间。该过程中，电机有时充当发电机将路面不平产生的部分振动能量储存于车载电源中。
[0006]本实用新型的技术方案是:
[0007]一种平面涡卷弹簧电磁馈能式双横臂主动悬架，包括第一球铰、电机、上横臂、第二球铰、摇臂齿轮、调整螺母、锁紧螺母、调整螺杆、固定螺栓、平面涡卷弹簧、轴承、第一转动铰、一级小齿轮、二级大齿轮、二级小齿轮、车架、第二转动铰、下横臂、第三球铰、第四球铰、转向节、推杆。
[0008]上横臂通过第一转动铰与车架相连，下横臂通过第二转动铰与车架相连。上横臂通过第一球铰与转向节相连，下横臂通过第四球铰与转向节相连。下横臂通过第三球铰与推杆相连，推杆通过第二球铰与摇臂齿轮相连，摇臂齿轮通过轴承安装于车架上。平面涡卷弹簧一端固连在车架上，另一端通过固定螺栓固连在摇臂齿轮上。摇臂齿轮通过齿轮副与一级小齿轮啮合，一级小齿轮与二级大齿轮固连，二级大齿轮通过齿轮副与二级小齿轮啮合，二级小齿轮与电机通过花键相连，电机与车架固连。
[0009]在车辆运行过程中，上横臂与转向节可绕第一球铰相对转动，上横臂与车架可绕第一转动铰相对转动；下横臂与转向节可绕第四球铰相对转动，下横臂与车架可绕第二转动铰相对转动；推杆与下横臂可绕第三球铰相对转动，推杆与摇臂齿轮可绕第二球铰相对转动；摇臂齿轮可绕轴承所在轴线在车架上转动。
[0010]在车辆运行过程中，车轮上下跳动带动转向节上下跳动，转向节上下跳动带动下横臂绕车架沿着第二转动铰轴线摆动，下横臂摆动带动推杆运动，从而带动摇臂齿轮绕着轴承所在轴线转动。此时，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略发出控制信号，控制信号经驱动电路放大后控制电机作动。当动力通过第四球铰由转向节传递到下横臂，经第三球铰由下横臂传递到推杆，经第二球铰由推杆传递到摇臂齿轮，部分动力经由摇臂齿轮带动平面涡卷弹簧拉伸或压缩；另一部分动力经由摇臂齿轮传递到一级小齿轮，再由二级大齿轮传递到二级小齿轮，进而带动电机作动时，电机充当发电机。当电机动力通过二级小齿轮传递到二级大齿轮，再由一级小齿轮传递到摇臂齿轮，与平面涡卷弹簧力共同作用于摇臂齿轮，再经由第二球铰由摇臂齿轮传递到推杆，经由第三球铰由推杆传递到下横臂，经由第四球铰由下横臂传递到转向节，从而调节转向节的垂向振动时，电机充当电动机。
[0011]当需要调节平面涡卷弹簧的初始力时，松开锁紧螺母和固定螺栓，通过转动调整螺母使调整螺杆沿着导轨移动，当平面涡卷弹簧的初始力达到所需要求时，旋紧锁紧螺母和固定螺栓。
[0012]考虑所述平面涡卷弹簧电磁馈能式双横臂主动悬架的系统结构原理为:1/4车辆振动系统由簧上质量、弹簧、作动器、簧下质量和轮胎组成；控制系统由传感器、整车控制器和驱动电路组成；汽车电源由汽车电池和超级电容并联组成，能兼顾汽车电池能量密度高和超级电容功率密度高的优点，提高驱动系统和储能效率，并延长汽车电池的使用寿命。当汽车行驶在不平路面时，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略发出控制信号，控制信号经驱动电路放大后控制作动器作动从而改善车辆的舒适性、行驶安全性和悬架工作空间。同时回收系统部分振动能量。
[0013]本实用新型的卓越功效在于:
[0014](I)推杆与悬架铰接点位置可调，有效改善轮边驱动系统布置工作空间。
[0015](2)利用作动器作动，有效改善车辆乘坐舒适性和行驶安全性。
[0016](3)部分工况下作动器充当发电机，减少主动悬架能耗，某些工况甚至能够回馈能量，增加续驶里程。
[0017](4)相较于被动悬架和半主动悬架，本实用新型能更大程度改善悬架性能；而新能源汽车的高压电池能够为电动作动器提供合适的能量来源，并能作为电动作动器再生电能的储存单元；此外，双横臂悬架因其对于车轮定位参数的理想控制较传统麦弗逊式主动悬架性能更优。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1本实用新型结构示意图；
[0019]图2摇臂齿轮与平面涡卷弹簧局部示意图；
[0020]图3本实用新型系统结构原理。
[0021]附图中标号说明:
[0022]I——第一球铰；2——电机；3——上横臂；
[0023]4一一第二球铰；5—一摇臂齿轮；6—一调整螺母；
[0024]7--锁紧螺母；8--调整螺杆；9--固定螺检；
[0025]10一一平面涡卷弹簧；11一一轴承；12—一第一转动铰；
[0026]13--一级小齿轮； 14--二级大齿轮；15--二级小齿轮；
[0027]16——车架；17——第二转动铰；18——下横臂；
[0028]19——第三球铰；20——第四球铰；21——转向节；
[0029]22--推杆。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明。
[0031]下面结合附图1、附图2所示，一种平面涡卷弹簧电磁馈能式双横臂主动悬架，包括第一球铰1、电机2、上横臂3、第二球铰4、摇臂齿轮5、调整螺母6、锁紧螺母7、调整螺杆8、固定螺栓9、平面涡卷弹簧10、轴承11、第一转动铰12、一级小齿轮13、二级大齿轮14、二级小齿轮15、车架16、第二转动铰17、下横臂18、第三球铰19、第四球铰20、转向节21、推杆22。
[0032]上横臂3通过第一转动铰12与车架16相连，下横臂18通过第二转动铰17与车架16相连。上横臂3通过第一球铰I与转向节21相连，下横臂18通过第四球铰20与转向节21相连。下横臂18通过第三球铰19与推杆22相连，推杆22通过第二球铰4与摇臂齿轮5相连，摇臂齿轮5通过轴承11安装于车架16上。平面涡卷弹簧10 —端固连在车架16上，另一端通过固定螺栓9固连在摇臂齿轮5上。摇臂齿轮5通过齿轮副与一级小齿轮13啮合，一级小齿轮13与二级大齿轮14固连，二级大齿轮14通过齿轮副与二级小齿轮15啮合，二级小齿轮15与电机2通过花键相连，电机2与车架16固连。
[0033]在车辆运行过程中，上横臂3与转向节21可绕第一球铰I相对转动，上横臂3与车架16可绕第一转动铰12相对转动；下横臂18与转向节21可绕第四球铰20相对转动，下横臂18与车架16可绕第二转动铰17相对转动；推杆22与下横臂18可绕第三球铰19相对转动，推杆22与摇臂齿轮5可绕第二球铰4相对转动；摇臂齿轮5可绕轴承11所在轴线在车架16上转动。
[0034]在车辆运行过程中，车轮上下跳动带动转向节21上下跳动，转向节21上下跳动带动下横臂18绕车架16沿着第二转动铰17轴线摆动，下横臂18摆动带动推杆22运动，从而带动摇臂齿轮5绕着轴承11所在轴线转动。此时，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略发出控制信号，控制信号经驱动电路放大后控制电机2作动。当动力通过第四球铰20由转向节21传递到下横臂18，经第三球铰19由下横臂18传递到推杆22，经第二球铰4由推杆22传递到摇臂齿轮5。部分动力经由摇臂齿轮5带动平面涡卷弹簧10拉伸或压缩；另一部分动力经由摇臂齿轮5传递到一级小齿轮13，再由二级大齿轮14传递到二级小齿轮15，进而带动电机2作动时，电机2充当发电机2。当电机2动力通过二级小齿轮15传递到二级大齿轮14，再由一级小齿轮13传递到摇臂齿轮5，与平面涡卷弹簧力共同作用于摇臂齿轮5，再经由第二球铰4由摇臂齿轮5传递到推杆22，经由第三球铰19由推杆22传递到下横臂18，经由第四球铰20由下横臂18传递到转向节21，从而调节转向节21的垂向振动时，电机2充当电动机。
[0035]如图2所示，当需要调节平面涡卷弹簧10的初始力时，松开锁紧螺母7和固定螺栓9，通过转动调整螺母6使调整螺杆8沿着导轨移动，当平面涡卷弹簧10的初始力达到所需要求时，旋紧锁紧螺母7和固定螺栓9。
[0036]考虑所述平面涡卷弹簧10电磁馈能式双横臂主动悬架的系统结构原理，如图3系统结构原理所示:1/4车辆振动系统由簧上质量、弹簧、作动器和簧下质量组成；控制系统由传感器、整车控制器和驱动电路组成；汽车电源由汽车电池和超级电容并联组成，能兼顾汽车电池能量密度高和超级电容功率密度高的优点，提高驱动系统和储能效率，并延长汽车电池的使用寿命。当汽车行驶在不平路面时，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略发出控制信号，控制信号经驱动电路放大后控制作动器作动从而改善车辆的舒适性、行驶安全性和悬架工作空间。同时回收系统部分振动能量。
【权利要求】
1.一种平面涡卷弹簧电磁馈能式双横臂主动悬架，包括第一球铰、电机、上横臂、第二球铰、摇臂齿轮、调整螺母、锁紧螺母、调整螺杆、固定螺栓、平面涡卷弹簧、轴承、第一转动铰、一级小齿轮、二级大齿轮、二级小齿轮、车架、第二转动铰、下横臂、第三球铰、第四球铰、转向节、推杆，其特征在于:上横臂通过第一转动铰与车架相连，下横臂通过第二转动铰与车架相连；上横臂通过第一球铰与转向节相连，下横臂通过第四球铰与转向节相连；下横臂通过第三球铰与推杆相连，推杆通过第二球铰与摇臂齿轮相连，摇臂齿轮通过轴承安装于车架上；平面涡卷弹簧一端固连在车架上，另一端通过固定螺栓固连在摇臂齿轮上；摇臂齿轮通过齿轮副与一级小齿轮啮合，一级小齿轮与二级大齿轮固连，二级大齿轮通过齿轮副与二级小齿轮啮合，二级小齿轮与电机通过花键相连，电机与车架固连。
2.根据权利要求1所述的一种平面涡卷弹簧电磁馈能式双横臂主动悬架，其特征在于:上横臂与转向节可绕第一球铰相对转动，上横臂与车架可绕第一转动铰相对转动；下横臂与转向节可绕第四球铰相对转动，下横臂与车架可绕第二转动铰相对转动；推杆与下横臂可绕第三球铰相对转动，推杆与摇臂齿轮可绕第二球铰相对转动；摇臂齿轮可绕轴承所在轴线在车架上转动。
3.根据权利要求1所述的一种平面涡卷弹簧电磁馈能式双横臂主动悬架，其特征在于:车轮上下跳动带动转向节上下跳动，转向节上下跳动带动下横臂绕车架沿着第二转动铰轴线摆动，下横臂摆动带动推杆运动，从而带动摇臂齿轮绕着轴承所在轴线转动；此时，传感器信号输入至整车控制器，整车控制器根据控制策略发出控制信号，控制信号经驱动电路放大后控制电机作动；当动力通过第四球铰由转向节传递到下横臂，经第三球铰由下横臂传递到推杆，经第二球铰由推杆传递到摇臂齿轮；部分动力经由摇臂齿轮带动平面涡卷弹簧拉伸或压缩；另一部分动力经由摇臂齿轮传递到一级小齿轮，再由二级大齿轮传递到二级小齿轮，进而带动电机作动时，电机充当发电机；当电机动力通过二级小齿轮传递到二级大齿轮，再由一级小齿轮传递到摇臂齿轮，与平面涡卷弹簧力共同作用于摇臂齿轮，再经由第二球铰由摇臂齿轮传递到推杆，经由第三球铰由推杆传递到下横臂，经由第四球铰由下横臂传递到转向节，从而调节转向节的垂向振动时，电机充当电动机。
4.根据权利要求1所述的一种平面涡卷弹簧电磁馈能式双横臂主动悬架，其特征在于:当需要调节平面涡卷弹簧的初始力时，松开锁紧螺母和固定螺栓，通过转动调整螺母使调整螺杆沿着导轨移动，当平面涡卷弹簧的初始力达到所需要求时，旋紧锁紧螺母和固定螺栓。
【文档编号】B60G11/14GK204184152SQ201420665546
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年11月10日
【发明者】李坚勤, 殷珺, 卢雯, 陈辛波, 李晏 申请人:同济大学