CN115916560A - 可调节架乘高度的双刚度车辆悬架系统 - Google Patents

Abstract

一种弹簧构造包括圆柱形阻尼器(5)、具有第一预定弹性刚度K1的主螺旋弹簧(9)和具有第二预定弹性高度K2的副螺旋弹簧(11)，这些螺旋弹簧围绕圆柱形阻尼器(5)串联布置以提供总的组合弹性刚度KT，致动器(20)构造成压缩和减压螺旋弹簧(9、11)，止挡件(12)构造为在止挡位置停用副螺旋弹簧而使得：当系统处于第一舒适模式时，总悬架弹性刚度由级数等式1/KT＝1/K1+1/K2定义，并且当系统处于第二操纵模式时，总车辆悬架弹性刚度由级数等式KT＝K1定义，由此选择性地且可切换地提供低刚度的最佳架乘舒适性设定和高刚度的最佳操纵较低架乘高度设定。

Description

可调节架乘高度的双刚度车辆悬架系统

技术领域

本发明涉及一种用于轮式车辆的悬架系统，特别地涉及一种提供两种不同操作模式的悬架系统。为了克服必须在最佳驾乘舒适性与最佳道路车辆操纵性能之间做出的固有折衷，本发明提供了一种双模式悬架系统，其中主车用弹簧的刚度可以在最佳操纵设定和最佳驾乘设定之间切换。

背景技术

机动车辆悬架的基本前提是允许车辆的车轮独立地行驶翻越过道路干扰(诸如颠簸)，而不是让整个车辆及其乘员这样地行驶。当乘客未直接受到道路干扰的影响时，乘客的乘坐舒适性得以显著提高。通过仅仅使车轮而不是整个车辆运动而越过道路干扰，也可以实现显著的节能。此外，因为整个车辆质量不会因越过道路干扰而倾斜，所以，在速度增加的情况下，车辆转向控制得以显著增强。

虽然车辆悬架可以以多种方式构造，但通常使用储能介质(通常为某种类型的弹簧)将主车身(称为“簧上质量”)与车轮系统(称为“簧下质量”)隔离。当响应于道路干扰使包括轮毂、制动器和运动控制连杆装置在内的车轮系统能够相对于主车身运动时，弹簧存储能量。一旦干扰过去，弹簧就会释放其所储存的能量而使车轮系统恢复其未受干扰的状态。为了避免在简单弹簧-质量系统中不受控制的振动响应，采用了某种形式的阻尼装置。典型地，基于液压的部件产生与速度成比例的力，以在弹簧运动的两个方向上提供阻力，用以帮助弹簧在其未受干扰的位置返回到零速度。该减振器是辅助部件，其不支撑车辆的重量。

当接近车辆动态响应极限时，悬架系统(包括运动控制连杆装置以及储能和阻尼器部件)成为达到最佳性能水平的制约因素。如果为了提供乘员与道路干扰间的高程度隔离而使弹簧和阻尼器变得相对柔和，则簧上质量倾向于响应驾驶员的转向、加速和制动需求所产生的横向和纵向力而过度运动。这些需求导致了通常所称的“操纵响应”，而乘员隔离的质量被称为“架乘响应”。

通过改变四个车轮角部每一者处的弹性刚度和阻尼系数，可以优化车辆的架乘和操纵性能。通常，越硬的弹性刚度(以每单位位移的力测量)带来越硬实的架乘体验和越好的车身控制，而越软的弹性刚度则提供越柔和的架乘体验但越少的控制。阻尼系数通常直接转成其相关的弹性刚度。不幸的是，在较低的弹性刚度下会产生较佳的架乘响应，而在较高的弹性刚度下会产生较佳的操纵响应。在历史上，这已导致了车辆会转为架乘响应与操纵响应的折衷产物。

本领域中描述了许多自适应与手动双刚度悬架系统。然而，直到最近，没有一个系统能够使用金属储能装置(诸如螺旋弹簧、板弹簧或扭力弹簧)提供性能车辆所需的特性。

Holt等人的PCT/US2017/012588中描述了一种可选择性切换的双刚度悬架系统。推杆激活式内侧弹簧构造包括串联的扭力杆和螺旋弹簧，其每一者有自己的弹性刚度。锁定致动器与螺旋弹簧平行地布置。在第一模式中，允许螺旋弹簧自由移动，使得总弹性刚度既有扭力杆弹性刚度的贡献，也有螺旋弹簧弹性刚度的贡献。在第二锁定模式中，螺旋弹簧的运动被阻止，由此将总弹性刚度改变为扭力杆的弹性刚度。这选择性地提供了低刚度的最佳架乘高度舒适性设定和高刚度的较低架乘高度最佳操纵设定。尽管这种可选择性切换的双刚度悬架系统非常有效，但其推杆构造的使用限制了其在一般高性能车辆上的使用。因此，需要一种可选择性切换的双刚度悬架系统，其可以用于更广泛的自动车辆。

已经进行了多次尝试来设计更普遍适用的双刚度悬架系统。然而，它们中没有一个是提供在高弹性刚度的最佳操纵模式下的较低架乘高度的主动的、可选择性切换的系统。例如，Doerfel的US 2009/0302559描述了一种可非手动调节结构，其具有围绕支柱布置的两个螺旋弹簧。弹簧组件具有主弹簧、滑动件、止挡件和至少一个与主弹簧串联连接的辅助弹簧。在弹簧组件的压缩期间，当辅助弹簧被压缩到预定点时，止挡件接触滑动件以防止辅助弹簧的进一步压缩。还描述了弹簧并联连接的替代布置。Wakeman的US 9162548和Mason的US 9821621描述了类似的结构。两者都不涉及一个弹簧的完全锁定。Mason总体上寻求保持架乘高度，而Wakeman允许驾乘高度从空载或空档状态升高，但不允许降低。两者都不能提供在高弹性刚度的最佳操纵模式下降低架乘高度的方法。

发明内容

在本发明的一个主要方面中，一种可选择性切换的双刚度车辆悬架系统包括：弹簧构造，该弹簧构造通常定向在车辆一个角部的簧下质量与簧上质量之间，包括圆柱形阻尼器、具有第一预定弹性刚度K1的主螺旋弹簧、以及具有第二预定弹性刚度K2的副螺旋弹簧，这些螺旋弹簧围绕圆柱形阻尼器串联布置而提供总的组合弹性刚度KT；致动器，该致动器构造为压缩和减压螺旋弹簧；止挡件，该止挡件构造为在止挡位置停用副螺旋弹簧，使得当所述系统处于第一舒适模式时，总悬架弹性刚度由级数等式1/KT＝1/K1+1/K2定义，并且当所述系统处于第二操纵模式时，总车辆悬架弹性刚度由级数等式KT＝K1定义，由此选择性地进而可切换地既提供低刚度的最佳架乘舒适设定又提供高刚度的最佳操纵较低架乘高度设定。

在本发明的进一步方面，主螺旋弹簧和副螺旋弹簧都连接到中间弹簧支座。

在本发明的进一步方面，致动器经由下部弹簧支座作用于副螺旋弹簧。

在本发明的进一步方面，致动器包括液压缸和液压活塞。

在本发明的进一步方面，副螺旋弹簧在减压时被停用。

在本发明的进一步方面，中间弹簧支座包括带有液压活塞的液压缸。

在本发明的进一步方面，副螺旋弹簧在压缩时被停用。

在本发明的进一步方面，液压缸骑置在圆柱形阻尼器的外壁上。

在本发明的进一步方面，止挡件包括圆柱形阻尼器外壁的止挡部分，液压缸的接触部分抵靠在该止挡部分上。

在本发明的进一步方面，悬架系统还包括锁定装置，该锁定装置构造为将副螺旋弹簧保持在致动位置。

在本发明的进一步方面，该悬架系统还包括第三操控模式，其中副螺旋弹簧减压而主螺旋弹簧升高以将架乘高度增加到最佳架乘舒适设定之上。

在本发明的进一步方面，圆柱形阻尼器提供可调节的阻尼，以匹配弹性刚度的变化，从而实现最佳的车辆舒适性和操纵性。

附图说明

图1A示出了安装在常规双叉臂式悬架系统中的前组件单作用缸系统的立体图，该系统用于车辆的一个角部处、通常在前角部处。

图1B、1C和1D示出了从多种角度观察的前组件单作用缸系统的立体隔离图。

图2A示出了单作用缸系统的一部分的正截面图。

图2B示出了单作用缸系统的一部分与某些阻尼器部件的立体图。

图3A、3B和3C分别以多个正视图示出了处于降低、调整和升高的车辆高度构造的安装在常规双叉臂悬架系统中的前组件单作用缸系统。

图4A和4B以系统的成对正截面图与标准图示出了处于降低的车辆高度构造的前组件单作用缸系统。

图4C和4D以成对正截面图与标准图示出了处于调整车辆高度构造的前组件单作用缸系统。

图4E和4F以成对正截面图和标准图示出了处于升高的车辆高度构造的前组件单作用缸系统。

图5A以立体隔离图示出了替代的前组件双作用缸系统。

图5B以立体隔离图示出了图5A的替代前组件双作用缸系统的局部展开部分。

图5C从另一角度示出了图5A的替代前组件双作用缸系统。

图6示出了该双作用缸系统的一部分的正截面图。

图7A示出了安装在常规双叉臂悬架系统中的替代前组件双作用缸系统的正视图。

图7B示出了替代的前组件双作用缸系统的立体隔离图。

前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施方式、示例和替代方案(包括其各个方面或各自的单独特征)可以独立地或以任何组合的方式进行。结合一个实施方式描述的特征可适用于所有实施方式，除非这些特征是不可兼容的。

具体实施方式

在第一实施方式中，悬架系统1包括前组件、单作用缸装置3。圆柱形阻尼器5或支柱在常规的双叉臂7悬架系统中提供减震。与具有绕支柱同轴安装的单螺旋弹簧的常规支柱布置不同，两个螺旋弹簧(通常具有不同的弹性刚度)绕圆柱形阻尼器或支柱5同轴串联安装。它们是具有弹性刚度K1的主螺旋弹簧9和具有弹性刚度K2的副螺旋弹簧11。共同弹簧支座13用于连接两个螺旋弹簧9、11。主螺旋弹簧9在支柱5的自由端16处连接到或抵靠顶部安装件15。下部弹簧支座17连接到或抵靠远离共同弹簧支座13的副螺旋弹簧11。

在包括两个串联连接的弹簧的弹簧系统中，组合弹性刚度KT由等式1/KT＝1/K1+1/K2定义。

液压缸致动器20在下部弹簧支座17与圆柱形阻尼器5的非自由端21之间绕圆柱形阻尼器5安装。尽管描述了优选的液压缸致动器，但是致动器可以包括任何合适的机构，包括电动的、气动的或其他的。

当副螺旋弹簧11完全伸展而使得下部弹簧支座17靠置在下方的悬架部件23上并且致动器20缩回时，副弹簧11不会对总弹性刚度KT做出贡献。在这种情况下，副弹性刚度K2会脱离所述等式，使得弹性刚度定义为1/KT＝1/K1。这对应于更硬的悬架，因为串联的两个弹簧的组合弹性刚度总是低于单独任一弹簧的单弹性刚度。其还对应于较低的架乘高度，以便在诸如平坦的公路或赛道等路况下实现最佳操纵。图3A、4A和4B示出了这种较低的架乘高度构造。

当致动器20在液压压力作用下延伸时，其使副螺旋弹簧11压缩，直到在某一点，弹簧支座13从弹簧止挡件12上抬起，并且副螺旋弹簧11开始根据公式1/KT＝1/K1+1/K2再次对总弹性刚度作出贡献。这对应于较软的悬架，以便获得最佳的架乘舒适性，通常在颠簸路况下最佳。在这种模式下，架乘高度也会增加，这对于车辆与可能存在颠簸的路况之间的车身离地高度来说是优选的。图3B、4C和4D示出了这种舒适架乘高度或调整模式的构造。

对于在正常变化路况下行驶而言，可以通过将致动器20锁定在与圆柱形减震器5相关的特定位置来选择最佳架乘舒适性设定和高度或调整模式。在所示的液压致动器20中，这通过关闭阀25以阻止液压流体流27进出致动器20来实现。

致动器20可以包括可滑动地密封到液压活塞29的液压缸19，该液压活塞又可滑动地与圆柱形阻尼器5的外壁密封。液压活塞29的位置由液压缸19的内壁35、圆柱形阻尼器5的外壁31和活塞29限定形成的液压室33中的液压流体的体积确定。活塞29可以接触下部弹簧支座17，使得液压活塞29和下部弹簧支座7相对于圆柱形阻尼器5一前一后地往复运动。如前所述，密封件39防止液压流体在这些部件之间逸出，同时允许相对低摩擦的往复运动。可以关闭阀25来固定液压室33中的液压流体的体积，以将致动器20锁定在用于悬架系统调整模式的位置。

对于某些车辆操控目的而言，更进一步提高车辆高度是有利的。例如，如果车辆必须沿着陡峭的车道下降以进入道路，则额外的车辆高度会有利于防止车辆的一些部分与车道或路面接触。在这种情况下，致动器20可以进一步延伸以升高车辆的前部。如图3C、4E和4F中所示，处于该额外升高位置的系统可以称为操控模式。在操控模式下，无意以任何显著速度驾驶车辆，但在某些情况下，这是一个有用的选择。

在第二实施方式中，如图5A-5C、6和7A-7B所示，该系统包括前组件、双作用缸装置。与第一实施方式中的单作用缸布置一样，第二实施方式的悬架系统包括圆柱形阻尼器5且具有串联连接并围绕圆柱形阻尼器5同轴安装的主螺旋弹簧9和副螺旋弹簧11。然而，在该实施方式中，连接螺旋弹簧9、11的弹簧支座13还包括沿圆柱形阻尼器5移动的往复液压缸41。此外，副螺旋弹簧11在其远离弹簧支座13的远侧端处相对于附接圆柱形阻尼器5的悬架部件23固定。因此，通过液压缸41从弹簧之间的位置产生对弹簧9、11的压缩或减压。

液压缸41安装成沿着圆柱形阻尼器5的外壁37的一部分往复运动。液压室位于液压缸41与圆柱形阻尼器5的外壁37之间的活塞的任一侧。通过向液压室43、45中的一个液压室供应液压流体，迫使液压缸41沿圆柱形阻尼器5在一个方向上移动。在所示实施方式中，第一液压室43中增加的液压流体压力迫使液压缸41压缩主螺旋弹簧9进而升高车辆高度。相较而言，第二液压室43中增加的液压流体压力迫使液压缸41压缩副螺旋弹簧11进而降低车辆高度。当车辆充分下降时，可以关闭阀25以停止液压室43、45中的液压流体的进一步流动。这将液压缸41相对于圆柱形阻尼器5锁定，并且由于液压缸41受到限制而不能移动，因此也将副螺旋弹簧11锁定而不能对总弹性刚度KT做出贡献。在该最佳操纵模式中，总弹性刚度KT等于主螺旋弹性刚度K1，进而弹性刚度由等式1/KT＝1/K1控制。

当阀25打开进而允许副螺旋弹簧11再次对总弹性刚度作出贡献时，弹性刚度再次由公式1/KT＝1/K1+1/K2控制。在作为最佳舒适模式的该调整模式中，液压缸41在主螺旋弹簧9和副螺旋弹簧11的压缩作用控制下自由纵向移动，液压流体在第一液压室43与第二液压室45之间自由流动，并且架乘高度保持高于最佳操纵模式。

可以在圆柱形阻尼器5的外壁37上设置抵靠液压缸41的接触部分49壁止挡件47。当足够的液压流体被迫入到第一液压室43时，接触部分49抵靠壁止挡件47，这进一步提高了车辆高度。通过关闭阀25以再次停止第一液压室43和第二液压室45之间的液压流体的流动，可以保持该升高高度的操控模式。

应注意的是，可调节的阻尼系统非常有利于与所描述的悬架系统一起使用，以补偿弹性刚度和架乘高度上的变化。

还应理解的是，尽管在所示实施方式中公开了特定的部件布置，但其他布置将从中受益。尽管示出、描述和要求保护了特定的步骤序列，但应当理解的是，除非另有指示，否则这些步骤可以以任何顺序执行、分离或组合，并且仍将受益于本发明。

尽管不同的示例具有图示中所示的特定部件，但本发明的实施方式不限于那些特定组合。可以将其中一个示例中的一些部件或特征与另一个示例的特征或组件组合使用。

尽管已经公开了示例实施方式，但本领域普通技术人员将认识到的是，某些修改将在权利要求的范围内。因此，应研究以下权利要求，以确定其真实范围和内容。

Claims (12)

1.一种可选择性切换的双刚度车辆悬架系统，包括：弹簧构造，该弹簧构造被构造为定向在车辆的一个角部的簧下质量与簧上质量之间，包括圆柱形阻尼器、具有第一预定弹性刚度K1的主螺旋弹簧和具有第二预定弹性刚度K2的副螺旋弹簧，所述主螺旋弹簧和所述副螺旋弹簧围绕所述圆柱形阻尼器串联布置以提供总的组合弹性刚度KT；

致动器，该致动器构造为压缩和减压所述主螺旋弹簧和所述副螺旋弹簧；

止挡件，该止挡件构造为在止挡位置停用所述副螺旋弹簧；

使得当所述双刚度车辆悬架系统处于第一模式时，总悬架弹性刚度由级数等式1/KT＝1/K1+1/K2定义，而当所述双刚度车辆悬架系统系统处于第二模式时，车辆的总悬架弹性刚度则由级数等式KT＝K1定义，由此选择性地且可切换地在第一模式下提供低刚度的最佳架乘舒适性设定以及在第二模式下提供高刚度的最佳操纵较低架乘高度设定。

2.根据权利要求1所述的双刚度车辆悬架系统，其中，所述主螺旋弹簧和所述副螺旋弹簧都连接到中间弹簧支座。

3.根据权利要求1或2所述的双刚度车辆悬架系统，其中，所述致动器经由下部弹簧支座作用于所述副螺旋弹簧。

4.根据权利要求3所述的双刚度车辆悬架系统，其中，所述致动器包括液压缸和液压活塞。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的双刚度车辆悬架系统，其中，所述副螺旋弹簧在减压时被停用。

6.根据权利要求2所述的双刚度车辆悬架系统，其中，所述中间弹簧支座包括具有液压活塞的液压缸。

7.根据权利要求6所述的双刚度车辆悬架系统，其中，所述副螺旋弹簧在压缩时被停用。

8.根据权利要求7所述的双刚度车辆悬架系统，其中，所述液压缸骑置在所述圆柱形阻尼器的外壁上。

9.根据权利要求8所述的双刚度车辆悬架系统，其中，所述止挡件包括所述圆柱形阻尼器的外壁的止挡部分，所述液压缸的接触部分抵靠在所述止挡部分上。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的双刚度车辆悬架系统，还包括锁定装置，所述锁定装置构造将所述副螺旋弹簧保持在所述止挡位置。

11.根据权利要求6所述的双刚度车辆悬架系统，还包括第三操控模式，其中所述副螺旋弹簧减压进而所述主螺旋弹簧被升高，以将架乘高度增加到所述最佳架乘舒适性设定之上。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的双刚度车辆悬架系统，其中，所述圆柱形阻尼器提供可调节的阻尼来匹配弹性刚度上的变化，以便获得最佳的车辆舒适性和操纵性。

Images