車輛慣質(zhì)懸架的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車輛懸架領(lǐng)域，尤其是車輛慣質(zhì)懸架。
【背景技術(shù)】
[0002]2002年，劍橋大學(xué)學(xué)者Smith為找到一種與電容嚴(yán)格對應(yīng)的兩端點元件，提出了慣容器的概念并給出了實現(xiàn)裝置，和機械系統(tǒng)中的彈簧和阻尼器一樣，這種裝置不需要受限于慣性坐標(biāo)系，是一種真正的兩端點元件。它兩端的受力與兩端相應(yīng)的加速度成正比，其比例常數(shù)為“慣質(zhì)系數(shù)”，單位為千克。即F = b (ara2)，F(xiàn)為兩端所受的力，％、&2為兩端相應(yīng)的加速度。慣容器能夠以較小實體質(zhì)量而實現(xiàn)較大慣性質(zhì)量的作用，且具有“通高頻、阻低頻、相位超前的特點”，而彈簧具有“通低頻，阻高頻、相位落后”的特點，理論上慣容器與彈簧相結(jié)合，可衰減全頻率范圍內(nèi)來自路面的振動與沖擊，提升懸架性能。因此已研宄用于車輛懸架、火車懸架和建筑物隔振中，結(jié)果顯示系統(tǒng)的性能有明顯提高。
[0003]隨著慣容器的提出，由慣容器、彈簧和阻尼3種基本元件構(gòu)成的“慣容一彈簧一阻尼”(Inerter-Spring-Damper，簡稱ISD)車輛懸架改善了懸架的隔振性能。慣容器作為新的被動機械元件引入車輛懸架系統(tǒng)，如何有效設(shè)計ISD懸架結(jié)構(gòu)是該領(lǐng)域研宄關(guān)注的重點。目前主要的研宄方法有兩種:一種是“黑箱”法，即對被動機械網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)運用魯棒控制等算法，按照懸架性能指標(biāo)得出目標(biāo)傳遞函數(shù)，再通過網(wǎng)絡(luò)綜合得出具體懸架結(jié)構(gòu)，但這種方法得到的結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜，且容易得到的結(jié)構(gòu)包含杠桿元件，實用性不足；另一種方法是對具體的幾個被動ISD懸架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，研宄性能，由于結(jié)構(gòu)多樣化，這種方法完備性不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種車輛慣質(zhì)懸架，將彈簧、阻尼、慣容器三種基本元件進行相互耦合，通過在單自由度系統(tǒng)的振動響應(yīng)分析，針對車身敏感頻段范圍，從隔振效果的角度出發(fā)，分析二元件耦合隔振機理，提出此車輛慣質(zhì)懸架。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0006]一種車輛慣質(zhì)懸架，其特征在于，包括主彈簧、副彈簧、阻尼器和慣容器，所述副彈簧與所述慣容器并聯(lián)后再與所述阻尼器串聯(lián)，該兩級式結(jié)構(gòu)與主彈簧并聯(lián)。
[0007]進一步，所述主彈簧上端點連接于車身，下端點連接于車輪；所述副彈簧與慣容器并聯(lián)后的上端點連接于車身；所述副彈簧與慣容器并聯(lián)后的下端點與阻尼器的上端點相鉸接；所述阻尼器的下端點連接在車輪上。
[0008]在上述方案中，所述慣容器為齒輪齒條式慣容器。
[0009]在上述方案中，所述慣容器為滾珠絲杠式慣容器。
[0010]在上述方案中，所述慣容器為液壓馬達(dá)式慣容器。
[0011]在上述方案中，所述慣容器為流體螺旋管式慣容器。
[0012]彈簧與阻尼并聯(lián)，除在車身偏頻處隔振效果有小幅下降，其余頻率范圍均具有良好的隔振效果；彈簧與阻尼的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在仿真頻域內(nèi)均具有良好的隔振效果；因此，彈簧與阻尼串并聯(lián)都能起到隔離振動的效果。慣容器與彈簧的并聯(lián)結(jié)構(gòu)在仿真頻率I?10Hz范圍內(nèi)都有減振效果；串聯(lián)結(jié)構(gòu)在I?2Hz車身較敏感頻率范圍有放大振動的影響，所以，慣容器與彈簧在隔振布置上宜采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)。慣容器與阻尼的串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)在仿真頻率范圍內(nèi)振幅傳遞比都小于1，但慣容器與阻尼的串聯(lián)結(jié)構(gòu)在隔振效果上明顯比并聯(lián)結(jié)構(gòu)好，且隨頻率的增大而顯著提高，對整體性能的影響較大，所以，慣容器與阻尼在隔振布置上宜采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0013]因此，由以上分析可知，從振動傳遞的隔振效果上看，彈簧與阻尼串、并聯(lián)皆可，慣容器與彈簧宜并聯(lián)，慣容器與阻尼宜串聯(lián)；本發(fā)明的技術(shù)方案為將慣容器也彈簧并聯(lián)，再與阻尼器串聯(lián)，最后，為避免被動機械元件因承受車身重量導(dǎo)致過載失效的問題，增設(shè)主彈簧與之并聯(lián)。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
[0015](I)相比于傳統(tǒng)被動懸架，一種車輛新型慣質(zhì)懸架結(jié)構(gòu)中彈簧具有蓄放勢能、衰減高頻振動的作用，阻尼器具有消耗振動能量的作用，慣容器具有蓄放動能、衰減低頻振動的作用，三種元件合理應(yīng)用于車輛懸架中，可有效緩沖和吸收路面各頻段內(nèi)的不平度沖擊；
[0016](2)通過優(yōu)化主、副彈簧剛度、阻尼系數(shù)和慣質(zhì)系數(shù)，車輛平順性評價指標(biāo)中車身加速度均方根值、懸架動行程均方根值與輪胎動載荷均方根值都有明顯改善，行駛平順性和乘坐舒適性顯著提高。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明所述慣質(zhì)懸架的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2為本發(fā)明所述慣質(zhì)懸架的四分之一模型示意圖。
[0019]圖3為車身垂直加速度功率譜密度對比圖。
[0020]圖4為懸架動行程功率譜密度對比圖。
[0021]圖5為輪胎動載荷功率譜密度對比圖。
[0022]附圖標(biāo)記說明如下:1為慣容器；2為副彈簧；3為阻尼器；4為主彈簧；5簧上質(zhì)量；6為簧下質(zhì)量；7為輪胎等效彈簧。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。
[0024]由二元件隔振耦合作用機理可知，在車身振動較為敏感的頻段內(nèi)，彈簧與阻尼串、并聯(lián)皆可，慣容器與彈簧宜并聯(lián)，慣容器與阻尼宜串聯(lián)。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明所述的慣質(zhì)懸架由主彈簧4、副彈簧2、阻尼器3和慣容器I構(gòu)成，慣容器I可為齒輪齒條式、滾珠絲杠式、液壓馬達(dá)式或流體螺旋管式；副彈簧2與慣容器I并聯(lián)，然后再與阻尼器3串聯(lián)，為避免被動機械元件因承受車身重量導(dǎo)致過載失效的問題，最后增設(shè)主彈簧4與之并聯(lián)。
[0026]如圖2所示，主彈簧4上端點連接于簧上質(zhì)量5支點，下端點連接于簧下質(zhì)量6支點；所述副彈簧2與慣容器I并聯(lián)后的上端點連接于簧上質(zhì)量5支點；所述副彈簧2與慣容器I并聯(lián)后的下端點與阻尼器3的上端點相鉸接；所述阻尼器3的下端點連接簧下質(zhì)量6支點；簧下質(zhì)量6的下支點與輪胎等效彈簧7的上支點鉸接連接；如圖所示，Zs、Z。、Zu、Zr分別為車身、阻尼器、輪胎和路面的垂直位移，由路面不平引起的振動與沖擊，高頻部分和低頻部分分別被懸架中的彈簧和慣容器緩沖，并由阻尼器吸收消耗衰減，從而有效改善車輛的行駛平順性。
[0027]通過優(yōu)化主、副彈簧剛度、阻尼系數(shù)和慣質(zhì)系數(shù)，在Matlab環(huán)境下仿真得到車身垂直加速度、懸架動行程和輪胎動載荷功率譜密度如圖3?圖5。從圖中可以看出，在車身共振偏頻處，來自路面不平度的振動沖擊得到顯著的衰減抑制；相比于傳統(tǒng)懸架，一種應(yīng)用慣容器的車輛懸架結(jié)構(gòu)其車身加速度均方根值降幅5.0%，懸架動行程均方根值降幅
10.8%，輪胎動載荷均方根值降幅9.5%，說明本發(fā)明所提供的一種車輛新型慣質(zhì)懸架結(jié)構(gòu)具有一定的工程應(yīng)用價值。
[0028]所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種車輛慣質(zhì)懸架，其特征在于，包括主彈簧(4)、副彈簧(2)、阻尼器(3)和慣容器(I)，所述副彈簧(2)與所述慣容器(I)并聯(lián)后再與所述阻尼器(3)串聯(lián)，該兩級式結(jié)構(gòu)與主彈簧⑷并聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛慣質(zhì)懸架，其特征在于，所述主彈簧(4)上端點連接于車身，下端點連接于車輪；所述副彈簧(2)與慣容器(I)并聯(lián)后的上端點連接于車身；所述副彈簧⑵與慣容器⑴并聯(lián)后的下端點與阻尼器⑶的上端點相鉸接；所述阻尼器⑶的下端點連接在車輪上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的車輛慣質(zhì)懸架，其特征在于，所述慣容器(I)為齒輪齒條式慣容器。
4.如權(quán)利要求1或2所述的車輛慣質(zhì)懸架，其特征在于，所述慣容器(I)為滾珠絲杠式慣容器。
5.如權(quán)利要求1或2所述的車輛慣質(zhì)懸架，其特征在于，所述慣容器(I)為液壓馬達(dá)式慣容器。
6.如權(quán)利要求1或2所述的車輛慣質(zhì)懸架，其特征在于，所述慣容器(I)為流體螺旋管式慣容器。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種車輛慣質(zhì)懸架，屬于車輛懸架領(lǐng)域；本發(fā)明的慣質(zhì)懸架是將副彈簧與慣容器并聯(lián)，然后再與阻尼器串聯(lián)，為避免被動機械元件因承受車身重量導(dǎo)致過載失效的問題，再增設(shè)主彈簧與之并聯(lián)；應(yīng)用本發(fā)明的慣質(zhì)懸架較傳統(tǒng)的懸架性能得到顯著改善，汽車行駛平順性三個評價指標(biāo)，車身垂直加速度均方根值、懸架動行程均方根值以及輪胎動載荷均方根值都有明顯的降低；本發(fā)明提供的車輛新型慣質(zhì)懸架結(jié)構(gòu)在車輛懸架領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用價值。
【IPC分類】B60G15-00
【公開號】CN104691264
【申請?zhí)枴緾N201510037934
【發(fā)明人】陳龍, 楊軍, 沈鈺杰, 楊曉峰, 劉雁玲
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年1月26日