一种悬架作动机构及主动悬架装置

摘要

一种悬架作动机构及主动悬架装置，该悬架作动机构，用于控制车轮上下移动，包括驱动机构、作动轴、摆臂；所述驱动机构连接所述作动轴，用以产生扭矩驱动所述作动轴旋转；所述摆臂一端固定连接于所述作动轴，另一端用以连接所述车轮，所述作动轴旋转时带动所述摆臂围绕所述作动轴的轴线旋转，从而带动所述车轮上下移动。本发明通过驱动机构驱动作动轴旋转，带动摆臂围绕作动轴的轴线旋转，进而带动所述车轮上下移动，因其直接利用摆臂机构对车轮的垂直位置进行控制，故结构简单，传动效率高，且控制算法简单。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种悬架作动机构及主动悬架装置。

背景技术

出于行驶安全考虑，汽车应具有良好的操纵稳定性；出于乘坐舒适性，汽车又应具有良好的平顺性；但是整车操纵稳定性与平顺性存在着设计矛盾，常规被动式悬架系统在这两方面不能兼顾。主动悬挂可以解决这个问题。

目前主动悬架有如下几个形式：液压式，空气式以及电磁式。其中，电磁式是具有众多优势的一类。优势在于，电磁式的效率较高，若与车内电池连接，可实现回收能量的需求。电磁式又分为旋转电机式与直线电机式。相比于直线电机，旋转电机的可控性更强。

目前旋转电机的电磁式悬架主要是摇臂连杆连接式。在整个作动机构中，还需要增加一套摇臂与连杆以传递动力。但因为新增了一套摇臂与连杆，结构复杂。同时，不能充分利用悬架内，特别是摆臂的空间，在布置上会额外占据其它零件的空间。而且通过连杆连接的方式，存在一定运动的非线式，会造成主动控制的复杂性。

前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需摇臂与连杆的悬架作动机构及主动悬架装置。

本发明提供一种悬架作动机构，用于控制车轮上下移动，包括驱动机构、作动轴、摆臂；所述驱动机构连接所述作动轴，用以产生扭矩驱动所述作动轴旋转；所述摆臂一端固定连接于所述作动轴，另一端用以连接所述车轮，所述作动轴旋转时带动所述摆臂围绕所述作动轴的轴线旋转，从而带动所述车轮上下移动。

进一步地，还包括连接于副车架的安装座，所述驱动机构与所述作动轴容纳于所述安装座中，所述作动轴通过轴承可旋转地连接于所述安装座，所述摆臂由固定连接于所述作动轴的一端延伸出所述安装座，通过另一端连接所述车轮。

进一步地，还包括焊接在副车架上的前后车架固定座，所述安装座通过多个衬套软连接于所述前后车架固定座上。

进一步地，所述摆臂与所述车轮之间设有轴节，所述轴节可旋转地连接于所述摆臂端部，且与所述车轮固定连接，以使所述车轮保持竖直状态。

进一步地，所述驱动机构与所述作动轴之间设有用以缓冲所述摆臂传递过来对所述驱动机构的冲击的弹性联轴器。

进一步地，所述弹性联轴器在预设旋转角度范围内具有第一扭转刚性，在超出预设旋转角度范围快速增大到第二扭转刚性，所述第二扭转刚性大于第一扭转刚性。

进一步地，所述旋转角度范围为-M到+N，其中N大于M，旋转角度为-表示反向，即所述驱动机构通过所述弹性联轴器带动车轮上跳的方向，旋转角度为+表示正向，即所述车轮向上运动时通过摆臂使所述弹性联轴器扭转的方向。

进一步地，所述摆臂与所述车轮之间设有轴节，所述轴节可旋转地连接于所述摆臂端部，且与所述车轮固定连接，以使所述车轮保持竖直状态。

进一步地，还包括安装座，所述作动轴通过轴承固定于所述安装座中；还包括用于将所述安装座软连接于焊接在副车架上的前后车架固定座的多个衬套。

本发明还提供一种主动悬架装置，包括检测机构、控制机构、悬架作动机构，所述检测机构用于收集用户需求、路况及车身状态，实时反馈给所述控制机构，所述控制机构用于根据检测机构收集的信息，控制所述悬架作动机构驱动车轮作出反应，所述悬架作动机构为如上所述的悬架作动机构，所述驱动机构包括电机。

进一步地，所述驱动机构还包括与所述电机相连接的减速机构，所述电机为电磁旋转电机，所述电磁旋转电机接收到控制机构的控制电压时，产生扭矩，通过所述减速机构带动所述摆臂旋转。

进一步地，所述扭矩的计算方式为：在静止或匀速移动状态下调整车辆姿态时，电机需要的扭矩通过公式T`＝K*H*L/(λ*θ*η1*η2)得出，公式中T`为电机扭矩，K为悬架刚性，H为轮心变化高度，L为摆臂的长度，λ为减速机构的减速比，θ为摆臂的转角，η1为减速机构的效率，η2为轮端轮动的效率。

进一步地，所述悬架作动机构对应连接于前轮和/或后轮，对应于前轮/后轮的悬架作动机构设有前侧电机/后侧电机，在制动过程中，所述控制机构控制前侧电机施加叠加悬架弹簧的向下作用力，和/或后侧电机施加抵消悬架弹簧的向上作用力。

进一步地，在转弯过程中，所述控制机构控制位于转弯内侧的电机施加抵消悬架弹簧的向上作用力，和/或位于转弯外侧的电机施加叠加悬架弹簧的向下作用力。

进一步地，在车辆遇到冲击路面时，所述检测机构预先监测前方台阶，在接近台阶时，所述控制机构控制电机施加抵消悬架弹簧的向上作用力，使车轮抬起，在离开台阶顶峰后，所述控制机构控制电机施加叠加悬架弹簧的向下作用力，使车轮下降。

进一步地，在车辆遇到粗糙不平路面时，所述检测机构预先监测前方路谱，所述控制机构根据路谱的上下跳动调整电机的扭矩输出。

进一步地，在快速变向或冲击过后，所述控制机构根据车身的跳动幅度，控制电机在车身上下移动方向上施加反向的作用力。

进一步地，所述控制机构包括角度传感器，所述角度传感器的旋转部分固定连接所述作动轴用以反馈所述摆臂的旋转角度，以与所述摆臂需旋转的角度相比较，形成闭环控制。

本发明提供的悬架作动机构及主动悬架装置通过驱动机构驱动作动轴旋转，带动摆臂围绕作动轴的轴线旋转，进而带动所述车轮上下移动，因其直接利用摆臂机构对车轮的垂直位置进行控制，故结构简单，传动效率高，且控制算法简单。

附图说明

图1为本发明实施例悬架作动机构的结构示意图。

图2为图1所示悬架作动机构中弹性联轴器的扭矩曲线图。

图3为图2所示弹性联轴器与相关元件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本实施例中，悬架作动机构用于控制车轮上下移动，包括电机5、减速机构6、作动轴10、摆臂9、轴承8，弹性联轴器7、安装座4、连接衬套3等。

安装座4是整个机构的平台。通过安装座4连接其它元件，使整个悬架作动机构集成化模块化，方便安装和维护。电机5、减速机构6、作动轴10均容纳于安装座4中。在其它实施例中，也可以不设置安装座4。

电机5、减速机构6构成驱动机构，通过紧固件与安装座4连接，是悬架作动机构的动力来源。在其它实施例中，也可以采用其它驱动机构。本实施例中，电机5为电磁旋转电机。

作动轴10负责将电机的动力传递给摆臂9，使车轮13上下跳动。当电机5具有吸能功能的时候，又可以将轮跳的动力传递给电机5以发电。轴承8用于将作动轴10可旋转地连接于安装座4。本实施例采用两个轴承8，轴承8内径与作动轴10过盈配合，外径与安装座4的内圈过盈配合的固联方式固定在安装座4上，使作动轴10稳定固定。在其它实施例中，也可以采用其它方式将作动轴10固定在安装座4中，或者将作动轴10固定在其他元件上。

减速机6的输出轴与弹性联轴器7采用紧固件连接，弹性联轴器7也与作动轴10采用紧固件连接。弹性联轴器7能有效降低从轮端传递过来的冲击与细小振动，保护电机5与减速机构6。利用弹性联轴器7，通过其弹性部件的联接，相比于固联式，可以有效降低从摆臂9传递过来的冲击和振动。

如图2、图3所示，弹性联轴器7在预设旋转角度范围内(本实施例为-0.3度到1.3度)具有第一扭转刚性，在超出预设旋转角度范围快速增大到第二扭转刚性。第二扭转刚性大于第一扭转刚性，接近全刚性水平。这样，弹性联轴器7在较小的预设旋转角度范围内具有弹性，不会立即带动减速机构6与摆臂9转动，既能过滤到较小角度的振动，又能起到缓冲作用，增加弹性联轴器7的使用寿命。

弹性联轴器7的正反转的曲线可存在较大差异，原因是来自车轮的冲击基本上都是下到上方向的，反方向的冲击较小。这可通过弹性联轴器7在分别连接减速机构6与作动轴10时采用特殊的连接方式来实现，如图3所示，弹性联轴器7上与作动轴10相连的部位(45度剖面线所示位置)逆时针相邻的弹性部分较厚，而弹性联轴器7上与减速机构6相连的部位(135度剖面线所示位置)逆时针相邻的弹性部分较薄。这样，对应来自车轮上跳的逆时针扭转将由弹性联轴器的较厚的弹性部分(弹性较大)进行吸收。相反，当电机施加逆时针的扭矩时，因为反方向的厚度较小，弹性较小，车轮可以更快的响应上跳。

旋转角度范围可以定义为-M到+N，其中N大于M，旋转角度为-表示反向，即所述驱动机构通过所述弹性联轴器带动车轮上跳的方向，旋转角度为+表示正向，即所述车轮向上运动时通过摆臂使所述弹性联轴器扭转的方向。本实施例中，如图2所示，M＝0.3度，N＝1.3度。

在其它实施例中，也可以不设置弹性联轴器7，或采用其它结构的弹性联轴器7。

摆臂9一端固定连接于作动轴10，另一端通过轴节14连接于车轮13。摆臂9由固定连接于作动轴10的一端延伸出安装座4，通过另一端连接车轮13。摆臂9连接于作动轴10的一端比连接车轮13的一端要宽，以提高其刚度。摆臂9与作动轴10的配合形式可以是花键与焊接形式。轴节14通过连接球头可旋转地连接于摆臂9端部，且与车轮13固定连接，以使车轮13保持竖直状态。

安装座4通过4个衬套3软连接到焊接在副车架1上的前车架固定座2、后车架固定座12上。衬套3压入到安装座4中，而衬套3通过紧固件连接到车架固定座2、12上。前后车架固定座2、12是副车架的焊接件。衬套3的作用是减振与操稳舒适性的调节。四个衬套3轴向沿车辆前后方向的优点是，降低纵向刚性的同时，加强侧向、垂直与扭转方向的刚度。

本实施例中，主动悬架装置包括检测机构、控制机构、悬架作动机构。检测机构用于收集用户需求、路况及车身状态，实时反馈给控制机构。控制机构用于根据检测机构收集的信息，控制悬架作动机构驱动车轮作出反应。悬架作动机构为如上所述的悬架作动机构。

控制机构包括角度传感器11。角度传感器11位于作动轴10远离弹性联轴器7的另一端。角度传感器11一端通过紧固件固定在安装座4上，角度传感器11内的旋转部分与作动轴10采用紧固件连接，负责精确反馈摆臂9的角度，以与摆臂9需旋转的角度相比较，形成闭环控制。在其它实施例中，也可以不设置角度传感器11。

悬架作动机构对应连接于前轮和/或后轮，对应于前轮/后轮的悬架作动机构设有前侧电机/后侧电机。也就是说，可只在前轮连接悬架作动机构，也可只在后轮连接悬架作动机构，还可以在前后轮上都连接悬架作动机构。悬架作动机构连接前轮时，其电机称为前侧电机；悬架作动机构连接后轮时，其电机称为后侧电机。本实施例是在前后轮上都连接悬架作动机构。

主动悬架装置的工作过程描述如下。

当电机5接收到控制机构的控制电压时，产生扭矩。通过减速机构6的减速后，输出轴扭矩增大为原来电机5的70-90倍。输出轴的扭矩通过弹性联轴器7传递到作动轴10。因为作动轴10与摆臂9是固联，所以摆臂9会在扭矩作用下围绕着作动轴10的轴线旋转，从而带动与摆臂9连接的轴节14进行上下移动，达到控制车轮13上下移动。在控制车轮上跳时，电机5的扭矩在克服弹簧的刚度在压缩时所做的功；而在下跳时电机5的扭矩则在克服提升车辆时所做的功。

(1)在静止或匀速移动状态下调整车辆姿态时，电机施加扭矩到摆臂产生垂直的作用力，抵消或叠加悬架弹簧的作用力，使车辆抬高。

设电机扭矩为T`，减速机构输出扭矩为T。减速机构的效率是η1，减速比为λ。则有：

T＝T`*η1*λ

摆臂与轴节的连接球头受到电机的垂直直线的力为F，摆臂的长度为L，摆臂的转角为θ，则有：

F＝T*θ/L

其中，F同时为克服悬架轮端刚性产生的力，悬架刚性为K，轮心变化高度为H，轮端轮动的效率为η2，则有：

F＝K*H/η2

因此可得：

T`＝K*H*L/(λ*θ*η1*η2)

此时，为调整车辆姿态，可以根据公式得出电机需要的扭矩，从而在控制机构上进行控制。

(2)在制动过程中，控制机构控制前侧电机施加叠加悬架弹簧的向下作用力，后侧电机施加抵消悬架弹簧的向上作用力。以使车头抬起，减小车辆的点头角。

(3)在加速过程中，控制机构控制前侧电机施加抵消悬架弹簧的向上作用力，后侧电机施加叠加悬架弹簧的，向下的作用力。使车头抬起，减小车辆的抬头角。

(4)在转弯过程中，控制机构控制转弯内侧电机施加抵消悬架弹簧的向上作用力，使内侧车身下降；控制机构控制转弯外侧电机施加叠加悬架弹簧的向下作用力，使外侧车身抬高。从而减小侧倾或施加反向侧倾。

(5)在车辆遇到冲击路面时，检测机构预先监测前方台阶，在接近台阶时，控制机构控制电机施加抵消悬架弹簧的向上作用力，使车轮抬起，减小路面对车轮的作用力。在离开台阶顶峰后，控制机构控制电机施加叠加悬架弹簧的向下作用力，使车轮下降，避免车身下落。从而保持车身的平稳过渡。

(6)在车辆遇到粗糙不平路面时，检测机构预先监测前方路谱，控制机构控制根据路谱的上下跳动调整电机的扭矩输出，从而适应路面的跳动，保持车身的平稳。

(7)在快速变向或冲击过后，控制机构控制根据车身的跳动幅度，车身上下移动方向上施加反向的作用力，从而达到阻尼的作用。这个功能通过输出电路以及电池的控制，可以回收振动能量。

本发明实施例直接利用摆臂机构对车轮的垂直位置进行控制，结构简单，传动效率高，且控制算法简单。适用于所有装配有摆臂的悬架形式，包括麦弗逊式悬架，多连杆式悬架。且本发明电机不局限于布置于摆臂的前方，可以根据整车的布置形式布置，灵活性高。

在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。