一种被动式可变刚度纵向推力杆及安装该纵向推力杆的空气悬架

摘要

本发明提供一种被动式可变刚度纵向推力杆及安装该纵向推力杆的空气悬架，纵向推力杆包括前后吊环、前后弹簧、工作腔、支撑杆、前后活塞、活塞杆、橡胶套、连接杆和油液；空气悬架包括四连杆导向机构、减震器、空气弹簧、连接板和均衡梁；所述四连杆导向机构包括两根纵向推力杆和V形杆；在急加速和急减速工况下，纵向推力杆刚度值变大并相当于一根刚性杆，从而保护空气弹簧免受纵向力，改善汽车的稳定性；在其他行驶工况下，纵向推力杆整体刚度变小，而油液流过中间细长管道又可以产生较大阻尼力，提高汽车行驶的平顺性；实现了不同工况下汽车稳定性与平顺性的兼顾；另外，通过纵向推力杆的刚度可调和阻尼作用，进一步改善四连杆导向机构的特性。

说明书

技术领域

本发明属于汽车空气悬架导向机构研究领域，具体涉及一种用于空气悬架导向机构的被动式可变刚度纵向推力杆及安装该纵向推力杆的空气悬架。

背景技术

随着人们对汽车舒适性及平顺性要求的日益提高，空气悬架越来越受到人们的重视，空气悬架具有刚度较低，刚度可随车辆的载荷变化而变化，在空载或满载下，悬架固有频率基本保持不变，因此，与传统悬架相比，空气悬架可以进一步提高汽车平顺性，使得乘坐舒适性更佳。

空气悬架由于采用了空气弹簧，因此可以实现刚度可调及更好的平顺性，但是由于空气弹簧只能承受垂直载荷，不能承受纵向力和横向力，因此导向机构的主要作用之一是承受和传递垂直力以外的力和力矩。

导向机构有多种形式，包括钢板弹簧、四连杆、A形架等，目前导向机构的优化主要是从导向机构的形式，布置等方面出发，对纵向推力杆主要从材料、强度等方面进行优化设计，但是这些设计与优化并不能很好的解决汽车平顺性与稳定性之间的矛盾。在急减速与急加速工况下，汽车需要更好的稳定性并且保护空气弹簧不受纵向力，因此传统纵向推力杆可以通过传递纵向载荷来保护空气弹簧并提高抗“点头”或“仰头”性，但是在其他工况下，如匀速行驶下，空气弹簧所受纵向力很小，因此汽车平顺性成为主要问题，由于传统的纵向推力杆刚度不可变，因此路面不平引起的振动会通过纵向推力杆传递到车架和车身，从而造成汽车平顺性不佳。另外尽管传统设计中纵向推力杆两端会装有橡胶衬套起到有限的缓冲作用，但是随着冲击次数的增加，橡胶衬套容易疲劳失效甚至脱落，导致汽车平顺性下降。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种被动式可变刚度纵向推力杆及安装该纵向推力杆的空气悬架，兼顾不同工况下对平顺性和稳定性的要求，本发明将纵向推力杆设计为刚度可调，同时还具有阻尼作用，用以衰减路面传递的振动，从而提高汽车平顺性。

本发明的技术方案是：一种被动式可变刚度纵向推力杆，包括前弹簧、前活塞、油液、工作腔、橡胶套、连接杆、后活塞、后弹簧和活塞杆；

所述工作腔的两端分别为圆柱形的前工作腔和后工作腔，中间为直径比前工作腔和后工作腔小的圆柱形中间管道，前工作腔和后工作腔分别通过锥形腔与中间管道两端连通；

所述连接杆的形状与工作腔相同，连接杆的两端分别为圆柱体，中间为直径比圆柱体小的圆柱杆，两端的圆柱体分别经过锥形部分与圆柱杆的两端过渡连接；所述连接杆安装在工作腔内、且连接杆的两端分别位于前工作腔和后工作腔，圆柱杆位于中间管道内、且可左右移动；

所述前活塞和后活塞的一侧分别与连接杆的两端固定连接、且前活塞和后活塞分别与前工作腔和后工作腔间隙配合；

所述前弹簧一端与前工作腔底部连接，另一端与前活塞的另一侧连接；所述活塞杆的一端与后活塞固定为一体，另一端伸出后工作腔的底部；所述后弹簧套在活塞杆上、且一端与后工作腔底部连接，另一端与后活塞的另一侧连接；所述前活塞和后活塞之间的工作腔中注满油液。

上述方案中，所述前工作腔和后工作腔的锥形腔靠近中间管道的两端内壁分别装有橡胶套。

上述方案中，还包括前吊环和支撑杆；所述前吊环底端与支撑杆一端焊接为一体，前吊环与车架或车桥采用螺栓连接，支撑杆另一端与前工作腔焊接固定。

上述方案中，还包括后吊环；所述后吊环底端与活塞杆的一端焊接为一体，后吊环与车桥或车架采用螺栓连接。

一种安装有所述被动式可变刚度纵向推力杆的空气悬架，包括四连杆导向机构、减震器、空气弹簧、连接板和均衡梁；

所述四连杆导向机构包括两根纵向推力杆和V形杆；

所述连接板下端与纵向推力杆的一端连接，上端安装在车架上，所述V形杆安装于主减速器与车架之间、且夹角端固定在主减速器的外壳上、另外两端分别固定在车架上；

所述均衡梁安装在车桥上，空气弹簧与减震器安装在均衡梁与车架之间。

本发明的有益效果是：

1.急加速或急减速工况下，汽车稳定性为首要问题，由于中间连接杆两侧锥形部分与工作腔壁上的橡胶套接触，导致纵向推力杆刚度值变大并相当于一根刚性杆，可以更好地承担纵向力及大部分载荷转移，从而使得纵向推力杆可以保护空气弹簧免受纵向力，提高汽车抗“点头”和“仰头”性能，改善稳定性。

2.其他工况下，汽车平顺性为首要问题，由于连接杆不与工作腔壁上的橡胶套接触，并随着前后活塞往复运动，因此纵向推力杆刚度值变低，通过车桥传递到车架的冲击减小，另外通过活塞的往复运动可以缓冲车桥与车架之间的振动，而工作腔中的油液流过中间细长管道又可以产生较大阻尼力，油液的阻尼特性可以衰减振动能量，所以此时的纵向推力杆可以缓冲吸收由于路面不平等因素引起的车架与车桥之间的纵向振动冲击，实现汽车乘坐舒适性与平顺性的提高。

3.本发明使得纵向推力杆可以兼顾不同工况下汽车对稳定性与平顺性的侧重，解决传统纵向推力杆刚度不可调，只注重保护空气弹簧免受纵向力和汽车稳定性，却损害一般工况下汽车的平顺性和舒适性的问题。

4.本发明在不同工况下，刚度调节响应迅速，且属于被动调节，无需消耗额外能量，结构简单，安装方便实用。

5.本发明所述安装该纵向推力杆的空气悬架包括纵向推力杆与V形杆形成的四连杆导向机构，本发明主要承受纵向力并且可以根据不同工况进行刚度调节，V形杆主要承受横向力以及一部分纵向力，通过本发明的刚度可调和阻尼作用，进一步改善四连杆导向机构的特性，使得四连杆导向机构既可以在急加速和急减速工况下保护空气弹簧，提高汽车稳定性，又可以在其他工况下降低刚度，改善汽车平顺性。

附图说明

图1为本发明一实施方式的纵向推力杆结构示意图；

图2为本发明一实施方式的急减速工况下纵向推力杆工作状态示意图；

图3为本发明一实施方式的急加速工况下纵向推力杆工作状态示意图；

图4为本发明一实施方式的其他工况下纵向推力杆工作状态示意图；

图5为本发明一实施方式的采用本发明的空气悬架左视图；

图6为本发明一实施方式的采用本发明的空气悬架俯视图。

图中，1、前吊环；2、支撑杆；3、前弹簧；4、前活塞；5、油液；6、工作腔；7、橡胶套；8、连接杆；9、后活塞；10、后弹簧；11、活塞杆；12、后吊环；13、减震器；14、V形杆；15、车架；16、空气弹簧；17、均衡梁；18、车桥；19、车轮；20、纵向推力杆；21、连接板；22、主减速器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1所示为本发明所述被动式可变刚度纵向推力杆的一种实施方式，所述被动式可变刚度纵向推力杆，包括前吊环1、支撑杆2、前弹簧3、前活塞4、油液5、工作腔6、橡胶套7、连接杆8、后活塞9、后弹簧10、活塞杆11和后吊环12。

所述工作腔6的两端分别为圆柱形的前工作腔601和后工作腔602，中间为直径比前工作腔601和后工作腔602小的圆柱形中间管道603，前工作腔601和后工作腔602分别通过锥形腔与中间管道603两端连通；所述前工作腔601和后工作腔602的锥形腔靠近中间管道603的两端内壁分别装有橡胶套7。

所述连接杆8的形状与工作腔6相同，连接杆8的两端分别为圆柱体，中间为直径比圆柱体小的圆柱杆，两端的圆柱体分别经过锥形部分与圆柱杆的两端过渡连接；所述连接杆8安装在工作腔6内、且连接杆8的两端分别位于前工作腔601和后工作腔602，圆柱杆位于中间管道603内、且可左右移动。

所述前活塞4和后活塞9的一侧分别与连接杆8的两端固定连接、且前活塞4和后活塞9分别与前工作腔601和后工作腔602间隙配合。

所述前弹簧3一端与前工作腔601底部连接，另一端与前活塞4的另一侧连接；所述活塞杆11的一端与后活塞9固定为一体，另一端伸出后工作腔602的底部；所述后弹簧10套在活塞杆11上、且一端与后工作腔602底部连接，另一端与后活塞9的另一侧连接；所述前活塞4和后活塞9之间的工作腔中注满油液6。

所述前吊环1底端与支撑杆2一端焊接为一体，前吊环1与车架或车桥采用螺栓连接，支撑杆2另一端与前工作腔601焊接固定。

所述后吊环12底端与活塞杆11的一端焊接为一体，后吊环12与车桥或车架采用螺栓连接。

图2所示为急减速工况下纵向推力杆工作状态示意图，所述纵向推力杆安装在后悬架中，前吊环1和后吊环12分别安装在车架15和车桥18上，且纵向推力杆20安装位置在车桥18前方，在急减速过程中，由于惯性，车桥18与车架15瞬时速度差很大，车桥18与车架15产生较大相对运动，车桥18瞬时速度小于车架15，车桥18与车架15之间纵向力很大，车桥18拉动后活塞9迅速向后移动，带动连接杆8也向后移动，导致连接杆8的前锥形部分与前工作腔601锥形腔壁的橡胶套7接触，并受到阻碍，无法继续移动，橡胶套7起到缓冲作用，减小刚度变化产生的冲击，此时纵向推力杆整体相当于一个刚性杆，纵向力由车桥通过橡胶套7、前工作腔601内壁、支撑杆2和前吊环1传递到车架，纵向推力杆整体刚度迅速变大且相当于一个刚性杆。

图3所示为急加速工况下纵向推力杆工作状态示意图，当汽车急加速时，车桥瞬时速度大于车架，车桥18与车架15之间纵向力很大，车桥18推动后活塞9迅速向前运动，带动连接杆8也向向前移动，导致连接杆8的后锥形部分与后工作腔602锥形腔壁的橡胶套7接触，并受到阻碍，无法继续移动，橡胶套7起到缓冲作用，此时纵向推力杆整体相当于一个刚性杆，纵向力由车桥18通过橡胶套7、后工作腔602内壁、支撑杆2和前吊环1传递到车架15。

图4所示为其他工况下纵向推力杆工作状态示意图，在其他行驶工况下，由于车身加速度较低以及路面状况等因素导致车架与车桥之间存在微小高频振动，空气弹簧所受纵向力远小于急加速和急减速工况，车架15与车桥18之间的微小高频振动，使得前活塞4和后活塞9带动连接杆8在工作腔6中做往复运动，拉伸前弹簧3和后弹簧10，使得纵向推力杆整体刚度降低，由于此时车桥18与车架15之间纵向力较小，而且前弹簧3和后弹簧10刚度较大，所以连接杆8移动距离较小，连接杆8的锥形部分不会与工作腔6内壁上的橡胶套7接触，同时前活塞4和后活塞9推动油液在细长的中间管道603中流动，产生阻尼力。车架15与车桥18之间的纵向振动通过纵向推力杆传递至车架，由于刚度较低，因此车桥18传递到车架15的冲击减小，汽车舒适性及平顺性得到提高。另外由于油液流过细长的中间管道603会产生较大阻尼力，因此可以衰减车架15与车桥18之间的振动，进一步提高平顺性。

图5和6所示为安装有所述被动式可变刚度纵向推力杆的空气悬架示意图，包括四连杆导向机构、减震器13、空气弹簧16、连接板21和均衡梁17。

所述四连杆导向机构包括两根纵向推力杆20和V形杆14；所述连接板21下端与纵向推力杆20的一端连接，上端安装在车架上，所述V形杆14安装于主减速器22与车架15之间、且夹角端固定在主减速器22的外壳上、另外两端分别固定在车架15上；所述均衡梁17安装在车桥18上，空气弹簧16与减震器13安装在均衡梁17与车架15之间。

两根可变刚度纵向推力杆20主要负责承受纵向力以及针对不同工况变换刚度，V形杆14主要承受横向力和一部分纵向力，采用本发明的四连杆导向机构不仅可以在加速和制动工况下承担纵向和横向载荷从而保护空气弹簧16以及提高汽车稳定性，还可以在其他工况下，降低刚度并增加阻尼从而提高汽车平顺性。

本发明一方面可以在急加速和急减速工况下，由于中间连接杆8两侧锥形部分与工作腔壁上的橡胶套7接触，导致纵向推力杆20刚度值变大并相当于一根刚性杆，从而使得纵向推力杆20可以保护空气弹簧16免受纵向力，并承担更多的载荷转移，提高汽车抗“点头”和“仰头”性，改善汽车的稳定性。另一方面，在其他行驶工况下，由于连接杆8不与工作腔壁上的橡胶套7接触，并随着前后活塞往复运动，使得纵向推力杆20整体刚度变小，而工作腔6中的油液5流过细长的中间管道603又可以产生较大阻尼力，所以此时的纵向推力杆20可以缓冲吸收由于路面不平等因素引起的车架15与车桥18之间的纵向振动冲击，提高汽车行驶的平顺性，实现了不同工况下汽车稳定性与平顺性的兼顾。另外，纵向推力杆20主要与V形杆14组成四连杆导向机构，纵向推力杆20承担大部分的纵向力，V形杆主要承受侧向力和一部分纵向力，通过纵向推力杆20的刚度可调和阻尼作用，进一步改善四连杆导向机构的特性。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。