CN103303094A - 一种汽车横向稳定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在车轮跳动过程中横向稳定刚度随侧倾角变化的横向稳定装置，以解决传统横向稳定装置在悬挂跳动时几何结构影响悬挂跳动以及操纵稳定性欠佳问题。该横向稳定装置包括相互套接在一起的缸筒(4)和杆筒(5)，缸筒(4)使用球形关节轴承(9)与车架(1)相连，杆筒(5)使用球形关节轴承(9)与簧下部分(2)相连。该横向稳定装置在车轮跳动过程中，缸筒(4)和杆筒(5)会产生相对位移，带动浮动活塞(7)产生相对位移，从而引起缸筒(4)和杆筒(5)中气体的压缩和拉伸。当侧倾幅度较大时，横向稳定装置增大侧倾刚度以保证较小的侧倾角；当侧倾较小时，横向稳定装置减小侧倾刚度以保证轮胎与地面的附着，使车辆有良好的行驶性能。该横向稳定装置还可以通过调整充入气体压强来对横向稳定刚度进行调整。

Description

一种汽车横向稳定装置

技术领域

本发明属于汽车制造领域，特别涉及到汽车的横向稳定装置。 

背景技术

现在自卸车上常用的横向稳定杆都是刚性杆件，一侧通过关节轴承与车架相连，另外一侧通过关节轴承与簧下部分相连，这样的结构导致车辆在悬挂上下跳动过程中运动轨迹由几何结构决定，导致车辆的非对称运动。更关键的是，刚性杆件的刚度是恒定的，若刚度较小，车辆抗侧倾能力较低，杆件容易变形，存在安全隐患，若刚度过大，抗侧倾能力提高，但是容易造成轮胎的抓地力不足以及非正常磨损，整车操纵性较差。 

发明内容

本发明的目的是提出一种在车轮跳动过程中横向稳定刚度变化的横向稳定装置，以解决传统横向稳定装置带来的操纵性问题和轮胎非正常磨损问题。 

为了实现上述目的，本发明提供的汽车横向稳定装置包括缸筒和杆筒两个部件，两个部件之间同轴装配，能够有一定的轴向位移，能够缓解侧向振动与冲击，一侧通过关节轴承与车架相连，另外一侧通过关节轴承与簧下部分相连。横向稳定装置缸筒与车架相连，杆筒与簧下部分相连，缸筒和杆筒之间采用同轴的滑动连接，使得在车轮的跳动过程中，可以产生一定的相对位移。滑动活塞和缸筒之间的密封空间充满了稀有气体（一般为氮气），当缸筒和杆筒之间产生相对位移时，装在两侧的横向稳定装置一个拉伸一个压缩，压缩端由于气体压缩压强升高，产生更大的侧向刚度，拉伸端气体膨胀，压强减小，产生较小的推力，但是整体压力压缩端压力远远大于拉伸端，从而实现了刚度的非线性变化。当车辆侧倾幅度较小时，横向稳定装置的刚度较小，可以增强轮胎的接地，保证车辆的行驶操纵性能。当车辆的侧倾幅度较大时，横向稳定装置的刚度较大，提高车辆的防侧倾性能，保证车辆的行驶稳定性。另外缸筒端面装有充气孔，用户可以根据不同的车辆主要运行环境改变充气压力，从而实现刚度 的调节，调节方式简单方便。杆筒头部的密封环能够有效隔绝外界与油液腔之间的连接，保证良好的密封性能。滑动活塞能够将油液腔和气室之间隔开，同时，油液能够为杆筒头部的密封环和滑动活塞的密封环提供润滑作用。 

综上所述，本发明是一种在车轮跳动过程中横向稳定刚度随侧倾角变化的横向稳定装置,可以解决传统横向稳定装置带来的操纵性问题和轮胎非正常磨损问题。 

附图说明

图1为横向稳定装置安装位置效果图； 

图2为横向稳定装置整体效果图； 

图3为横向稳定装置45°视图； 

图4为横向稳定装置正向视图； 

图5为横向稳定装置缸筒效果图； 

图6为横向稳定装置杆筒图； 

图7为横向稳定装置浮动活塞效果图。 

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说明。参见图1、图2和图3，在车辆车架1和簧下部分2之间安装两个对称的横向稳定装置3，横向稳定装置的结构是：缸筒4呈圆柱状，采用铸件机加工结构，缸筒4的外型尺寸和内部结构尺寸可通过车辆实际吨位和安装空间得出；杆筒5呈圆柱状，采用铸件机加工结构，杆筒头部密封圈6的结构和数量布置可根据车辆实际吨位计算缸内压强进行设计，杆筒结构尺寸可根据缸筒结构尺寸和实际安装空间得出；浮动活塞7呈圆柱状，采用铸件机加工结构，浮动活塞密封圈8的结构和数量可根据车辆实际吨位计算缸内压强进行设计，其结构尺寸可根据缸筒结构尺寸和密封要求进行设计。 

为实现车辆车架和簧下部分除了在沿横向稳定装置轴向可有一定的移动外，缸筒和簧下部分的连接以及杆筒和车架之间的连接采用球形关节轴承9进行连接，球形关节轴承9的尺寸设计和转动角度的设计可由实际车辆结构参数以及性能要求决定，一般来说，以保证车辆实际极限转动角度不超过关节轴承允许角度的80%为宜。 

横向稳定装置径向刚度的计算： 

横向稳定装置初始充气压强、缸筒内径的面积和横向稳定装置两端受力的关系为： 

P=(p-1)A 

式中：P为横向稳定装置两端的受力，N； 

p为缸筒内的绝对气压，N/mm²； 

A为有效面积，mm²； 

当载荷变化引起横向稳定装置中空间变化时，缸筒内墙的压力也发生变化，它的变化规律满足气体状态方程： 

$p=p_0{\left(\frac{V_0}{V}\right)}^m$

式中：p为任意时刻缸筒内的绝对气压，N/mm²； 

V为任意时刻缸筒内的容积，mm³； 

P₀为静平衡时缸筒内的绝对气压，N/mm²； 

V₀为静平衡时缸筒内的容积，mm³； 

m为多变系数； 

横向稳定装置的刚度为： 

$K=\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dX}}=(p_0\frac{V_0^m}{V^m}-1)\frac{\mathrm{dA}}{\mathrm{dX}}-\mathrm{Am}{p}_0\frac{V_0^m}{V^{m+1}}\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dX}}(N/\mathrm{mm})$

当汽车振动缓慢或在试验室做静态试验时，气体状态的变化接近等温，可取m=1；当汽车在坏路上行驶振动激烈时，气体状态的变化接近绝热过程，此时可取m=1.4；在一般情况下，可取m=1.33。 

Claims (8)

1.一种汽车横向稳定装置，其特征在于所述横向稳定装置由两组对称机构组成，每个机构包括关节轴承（9）、缸筒（4）、杆筒（5）和浮动活塞（7）,每个缸筒（4）通过关节轴承（9）与车架（1）相连，每个杆筒（5）通过关节轴承（9）与簧下部分（2）相连，缸筒（4）和杆筒（5）之间装有密封件（6）和滑动活塞（7），滑动活塞（7）与杆筒（5）之间充满油液以保证气体的密封。

2.根据权利要求1所述的汽车横向稳定装置，其特征在于缸筒（4）为圆柱状，通过关节轴承（9）与车架（1）相连，当悬挂跳动时，可绕关节轴承（9）在径向一定角度内转动。

3.根据权利要求1所述的气车横向稳定装置，其特征在于缸筒（4）端部留有充气孔以调整活塞内气体压强。

4.根据权利要求1所述的汽车横向稳定装置，其特征在于杆筒（5）为圆柱状，尾部通过关节轴承（9）与簧下部分（2）相连，可绕关节轴承（9）径向在一定角度内转动。

5.根据权利要求1所述的汽车横向稳定装置，其特征在于杆筒（5）头部有三道密封环（6），以阻止油液外漏。

6.根据权利要求1所述的汽车横向稳定装置，其特征在于滑动活塞（7）为圆柱状，中部有一道活塞环（8）。

7.根据权利要求1所述的汽车横向稳定装置，其特征在于滑动活塞（7）将缸筒（4）分成两个密封空间，一侧充满气体，另外一侧充满油液。

8.根据权利要求1所述的汽车横向稳定装置刚度特性可由下述公式得出：

横向稳定装置缸筒内的绝对气压、有效面积和横向稳定装置两端受力的关系为：

P=(p-1)A

式中：P为横向稳定装置两端的受力，N；

p为缸筒内的绝对气压，N/mm²；

A为有效面积，mm²

当载荷变化引起横向稳定装置中空间变化时，缸筒内腔的压力也发生变化，它的变化规律满足气体状态方程：

$p=p_0{\left(\frac{V_0}{V}\right)}^m$

式中：p为任一时刻缸筒内的绝对气压，N/mm²；

V为任一时刻缸筒内的容积，mm³；

p₀为静平衡时缸筒内的绝对气压，N/mm²；

V₀为静平衡时缸筒内的容积，mm³；

m为多变系数；

横向稳定装置的刚度为:

$K=\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dX}}=(p_0\frac{V_0^m}{V^m}-1)\frac{\mathrm{dA}}{\mathrm{dX}}-\mathrm{Am}{p}_0\frac{V_0^m}{V^{m+1}}\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dX}}(N/\mathrm{mm})$

当汽车振动缓慢或在试验室做静态试验时，气体状态的变化接近等温，可取m=1；当汽车在坏路上行驶振动激烈时，气体状态的变化接近绝热过程，此时可取m=1.4；在一般情况下，可取m=1.33。

Images