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一种车辆及其悬架结构

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28


一种车辆及其悬架结构

技术领域

本发明涉及车辆悬架技术领域,更具体地说,涉及一种车辆及其悬架结构。

背景技术

汽车在转向时导致失控的原因有两种,一种为轮胎达到侧向力附着极限侧滑,另一种为离心力产生的侧翻力矩过大导致侧翻。商用车以及SUV由于质心较高,其失控原因主要为后者。因此商用车需要对其进行针对性的抗侧翻设计。

现有的抗侧翻手段除了基础的底盘设计与调校外,多为电子辅助系统,比如主动转向技术、半主动/主动悬架技术、和基于汽车电子稳定控制系统(ESC)实现的差动制动技术。

首先,基础的底盘设计与调校对于提升抗侧翻能力的效果有限,随着商用车载重能力的日益提升,其早已无法满足性能需求。其次,通过主动转向或ESC差动制动这一类的电子辅助技术,其在作动时虽能够保护车辆不发生侧翻,但会导致车辆偏离原本的驾驶员预期行驶轨迹,同样有可能产生危险导致乘员伤亡。而主动悬架技术由于耗能大、控制复杂、成本高、寿命短,当前难以大规模应用。

综上所述,如何解决车辆的悬架结构抗侧翻能力有限而增加主动悬架存在成本高耗能大的问题已经成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此,本发明提供了一种车辆及其悬架结构,以解决车辆的悬架结构抗侧翻能力有限而增加主动悬架存在成本高耗能大的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种车辆的悬架结构,包括前轴悬架和后轴悬架,所述前轴悬架和所述后轴悬架这两者中的至少一者包括对称布置于车体的左右两侧的转向悬架;

所述转向悬架包括转向立柱、转向杆组和抗翻杆组;

所述转向立柱的中部与所述转向立柱所在侧的车轮连接;

转向杆组,用于连接所述转向立柱与所述车体,以适配所述车轮的转向动作;

抗翻杆组,包括摆转件、弹性连接件、偏距连杆和推拉杆;所述摆转件的固定端铰接于所述车体的顶部且靠近所述车体的侧部布置,所述摆转件的摆转端包括第一铰接部和第二铰接部;所述弹性连接件的一端铰接于所述车体的顶部且靠近所述车体的中部布置,另一端铰接于所述第一铰接部;所述推拉杆的一端与所述第二铰接部铰接,另一端与所述偏距连杆铰接;所述偏距连杆固定于所述转向立柱的柱身上;

其中,所述偏距连杆与所述转向立柱的连接节点定义为固定节点,所述推拉杆与所述第二铰接部的铰接点定义为第一铰接点,所述推拉杆与所述偏距连杆的铰接点定义为第二铰接点,所述第二铰接点在所述车轮的行走基准面上的投影点,相对所述固定节点与所述第一铰接点连线在所述行走基准面的投影线偏离预设距离,以使所述车轮转弯时,所述弹性连接件具有带动所述车体向弯内侧倾斜的弹力。

可选地,当所述前轴悬架包括对称布置于车体的左右两侧的转向悬架时,所述第二铰接点在所述车轮的行走基准面上的投影点,相对所述固定节点与所述第一铰接点连线在所述行走基准面的投影线向车辆前行的方向偏离预设距离。

可选地,当所述后轴悬架包括对称布置于车体的左右两侧的转向悬架时,所述第二铰接点在所述车轮的行走基准面上的投影点,相对所述固定节点与所述第一铰接点连线在所述行走基准面的投影线向车辆前行的反方向偏离预设距离。

可选地,当所述前轴悬架和所述后轴悬架这两者中均包括对称布置于车体的左右两侧的转向悬架时,所述前轴悬架所连接的车轮与所述后轴悬架所连接的车轮的摆转方向相反。

可选地,所述转向杆组包括上横臂、下横臂、横向连杆和转向横拉杆;

所述上横臂的一端与所述转向立柱的上端铰接,所述上横臂的另一端与所述车体的侧面靠近上部的位置铰接;

所述下横臂的一端与所述转向立柱的下端铰接,所述下横臂的另一端与所述车体的侧面靠近下部的位置铰接;

所述横向连杆固定于所述转向立柱的柱身上;

所述转向横拉杆的一端与所述横向连杆铰接,所述转向横拉杆的另一端与所述车体的转向驱动组件连接。

可选地,所述转向驱动组件包括转向器和与所述转向器传动连接的转向齿条,所述转向横拉杆与所述转向齿条靠近所述转向横拉杆的一端铰接连接。

可选地,对称布置于车体左右两侧的所述转向悬架所对应的转向横拉杆分别铰接于同一个所述转向齿条的两个相对端。

可选地,所述弹性连接件包括吸振器和与所述吸振器连接的弹簧件。

可选地,所述吸振器包括第一吸振器和第二吸振器,所述弹簧件连接于所述第一吸振器与所述第二吸振器之间,所述第一吸振器铰接于所述第一铰接部,所述第二吸振器铰接于所述车体顶部且靠近车体中部的位置。

相比于背景技术介绍内容,上述车辆的悬架结构,包括前轴悬架和后轴悬架,前轴悬架和后轴悬架这两者中的至少一者包括对称布置于车体的左右两侧的转向悬架;转向悬架包括转向立柱、转向杆组和抗翻杆组;转向立柱的中部与转向立柱所在侧的车轮连接;转向杆组,用于连接转向立柱与车体,以适配车轮的转向动作;抗翻杆组,包括摆转件、弹性连接件、偏距连杆和推拉杆;摆转件的固定端铰接于车体的顶部且靠近车体的侧部布置,摆转件的摆转端包括第一铰接部和第二铰接部;弹性连接件的一端铰接于车体的顶部且靠近车体的中部布置,另一端铰接于第一铰接部;推拉杆的一端与第二铰接部铰接,另一端与偏距连杆铰接;偏距连杆固定于转向立柱的柱身上;其中,偏距连杆与转向立柱的连接节点定义为固定节点,推拉杆与第二铰接部的铰接点定义为第一铰接点,推拉杆与偏距连杆的铰接点定义为第二铰接点,第二铰接点在车轮的行走基准面上的投影点,相对固定节点与第一铰接点连线在行走基准面的投影线偏离预设距离,以使车轮转弯时,弹性连接件具有带动车体向弯内侧倾斜的弹力。该悬架结构,在实际应用过程中,由于前轴悬架和后轴悬架这两者中的至少一者包括对称布置于车体的左右两侧的转向悬架,而转向悬架具有抗翻杆组,当车辆转弯时,该抗翻杆组能够以自适应的方式带动车体向弯内侧倾斜,以前轴悬架包括对称布置于车体的左右两侧的转向悬架为例,车辆左转时,转向杆组带动转向立柱转动实现车轮转向,由于转向立柱上固定设置有偏距连杆,推拉杆与偏距连杆的铰接点(也即第二铰接点)与转向立柱存在偏置距,也即第二铰接点在车轮的行走基准面上的投影点,相对固定节点与第一铰接点连线在行走基准面的投影线向车辆前行的方向偏离预设距离,因此前轴车轮左转向时,前轴悬架的左侧的抗翻杆组的第二铰接点到其摆转件的距离增加,而推拉杆本身的长度不可变化,因此随着车轮的向左转向,摆转件旋转,前轴悬架的左侧的弹性连接件被拉伸;由于轴悬架的左右侧采用对称布置的方式,因此前轴悬架的右侧的抗翻杆组在左转时,右侧的抗翻杆组的第二铰接点到其摆转件的距离缩短,导致前轴悬架的右侧的弹性连接件被压缩,此时前轴悬架左右侧的弹性连接件给车体(也即簧载质量)的力的方向均向左,且该力不通过侧倾中心,即会产生一个对簧载质量逆时针的侧倾力矩,在该侧倾力矩作用下簧载质量朝转弯中心方向侧倾,左右侧弹性连接件的变形程度降低,最终弹性连接件产生的力矩与离心力、重力产生的力矩自适应平衡,并且由于车体朝转弯中心方向侧倾,其质心的离地高度相比转弯之前离地的高度降低,车体的中心到右侧车轮中心的水平距离相比转弯之前的轮距的一半增大,也即降低了车体的质心相对车轮的行走基准面的高度,同时增大了远离车体转弯中心一侧的车轮相对车体的质心的轮距,继而提升了车辆的底盘抗侧翻能力,对于前轴悬架右转时的原理跟左转时原理类似,另外由于悬架结构的抗翻杆组为自适应被动执行动作,不需要增加抗侧翻电子系统等主动抗侧翻悬架,大大降低了成本和能耗;并且不会受外界条件干扰,可靠性强。

另外,本发明还提供了一种车辆,包括悬架结构,其中,所述悬架结构为上述任一方案所描述的车辆的悬架结构。由于前述悬架结构具有前述技术效果,因此具有该悬架结构的车辆也应具有相应的技术效果,在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的车轮转弯之前时前轴悬架的两侧对称布置转向悬架的主视结构示意图;

图2为本发明实施例提供的车轮转弯之前时前轴悬架的两侧对称布置转向悬架的俯视结构示意图;

图3为本发明实施例提供的车轮转弯之后时前轴悬架的两侧对称布置转向悬架的主视结构示意图;

图4为本发明实施例提供的车轮转弯之后时前轴悬架的两侧对称布置转向悬架的俯视结构示意图;

图5为本发明实施例提供的车轮转弯之前时前轴悬架和后轮悬架的两侧均对称布置转向悬架的俯视结构示意图;

图6为本发明实施例提供的前轴悬架的车轮转向和后轮悬架的车轮摆转方向相反的俯视结构示意图。

其中,图1-图6中:

车体1、转向立柱2、车轮3、摆转件4、弹性连接件5、偏距连杆6、推拉杆7、第一铰接点8、第二铰接点9、上横臂10、下横臂11、横向连杆12、转向横拉杆13、转向齿条14、前轴悬架15、后轴悬架16、侧翻中心17、质心18、行走基准面19;

转向杆组100;

抗翻杆组200;

另外,图1-图6中,坐标指向X轴与Y轴所在的基准平面即为行走基准面19;Z轴所在方向即为离地高度方向。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种车辆及其悬架结构,以解决车辆的悬架结构抗侧翻能力有限而增加主动悬架存在成本高耗能大的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

参照图1-图6,其中,图1为本发明实施例提供的车轮转弯之前时前轴悬架的两侧对称布置转向悬架的主视结构示意图;图2为本发明实施例提供的车轮转弯之前时前轴悬架的两侧对称布置转向悬架的俯视结构示意图;图3为本发明实施例提供的车轮转弯之后时前轴悬架的两侧对称布置转向悬架的主视结构示意图;图4为本发明实施例提供的车轮转弯之后时前轴悬架的两侧对称布置转向悬架的俯视结构示意图;图5为本发明实施例提供的车轮转弯之前时前轴悬架和后轮悬架的两侧均对称布置转向悬架的俯视结构示意图;图6为本发明实施例提供的前轴悬架的车轮转向和后轮悬架的车轮摆转方向相反的俯视结构示意图。

本发明具体提供了一种车辆的悬架结构,参照图1-图6,包括前轴悬架15和后轴悬架16,前轴悬架15和后轴悬架16这两者中的至少一者包括对称布置于车体1的左右两侧的转向悬架;转向悬架包括转向立柱2、转向杆组100和抗翻杆组200;转向立柱2的中部与转向立柱2所在侧的车轮3连接;转向杆组100,用于连接转向立柱2与车体1,以适配车轮3的转向动作;抗翻杆组200,包括摆转件4(比如羊角)、弹性连接件5、偏距连杆6和推拉杆7;摆转件4的固定端铰接于车体1的顶部且靠近车体1的侧部布置,摆转件4的摆转端包括第一铰接部和第二铰接部;弹性连接件5的一端铰接于车体1的顶部且靠近车体1的中部布置,另一端铰接于第一铰接部;推拉杆7的一端与第二铰接部铰接,另一端与偏距连杆6铰接;偏距连杆6固定于转向立柱2的柱身上;其中,偏距连杆6与转向立柱2的连接节点定义为固定节点,推拉杆7与第二铰接部的铰接点定义为第一铰接点8,推拉杆7与偏距连杆6的铰接点定义为第二铰接点9,第二铰接点9在车轮3的行走基准面19上的投影点,相对固定节点与第一铰接点8连线在行走基准面19的投影线偏离预设距离,以使车轮转弯时,弹性连接件5具有带动车体1向弯内侧倾斜的弹力。

该悬架结构,在实际应用过程中,由于前轴悬架15和后轴悬架16这两者中的至少一者包括对称布置于车体1的左右两侧的转向悬架,而转向悬架具有抗翻杆组200,当车辆转弯时,该抗翻杆组200能够以自适应的方式带动车体1向弯内侧倾斜,从而有助于降低车体1的质心18相对车轮的行走基准面19的高度,同时增大了远离车体1转弯中心一侧的车轮3相对车体1的质心18的轮距,继而提升了车辆的底盘抗侧翻能力,且推杆转向悬架结构的抗翻杆组为自适应被动执行动作,不需要增加抗侧翻电子系统等主动抗侧翻悬架,大大降低了成本和能耗;并且不会受外界条件干扰,可靠性强。

以前轴悬架15包括对称布置于车体1的左右两侧的转向悬架为例,参照图3和图4,车辆左转时,转向杆组100带动转向立柱2转动实现车轮3转向,由于转向立柱2上固定设置有偏距连杆6,推拉杆7与偏距连杆6的铰接点(也即第二铰接点9)与转向立柱2存在偏置距,也即第二铰接点9在车轮3的行走基准面上的投影点,相对固定节点与第一铰接点8连线在行走基准面的投影线向车辆前行的方向偏离预设距离,因此前轴车轮3左转向时,前轴悬架15的左侧的抗翻杆组200的第二铰接点9到其摆转件4的距离增加,而推拉杆7本身的长度不可变化,因此随着车轮3的向左转向,摆转件4旋转,前轴悬架15的左侧的弹性连接件5被拉伸;由于轴悬架的左右侧采用对称布置的方式,因此前轴悬架15的右侧的抗翻杆组200在左转时,右侧的抗翻杆组200的第二铰接点9到其摆转件4的距离缩短,导致前轴悬架15的右侧的弹性连接件5被压缩,此时前轴悬架15左右侧的弹性连接件5给车体1(也即簧载质量)的力的方向均向左,且该力不通过侧倾中心,即会产生一个对簧载质量逆时针的侧倾力矩,在该侧倾力矩作用下簧载质量朝转弯中心方向侧倾,左右侧弹性连接件5的变形程度降低,最终弹性连接件5产生的力矩与离心力、重力产生的力矩自适应平衡,并且由于车体1朝转弯中心方向侧倾,其质心18的离地高度H’相比转弯之前离地(也即距离行走基准面19)的高度H降低,车体1的中心到右侧车轮3中心的水平距离L’相比转弯之前的轮距的一半L增大。也即降低了车体1的质心相对车轮3的行走基准面的高度,同时增大了远离车体1转弯中心一侧的车轮3相对车体1的质心的轮距,继而提升了车辆的底盘抗侧翻能力,对于前轴悬架15右转时的原理跟左转时原理类似,另外由于悬架结构的抗翻杆组200为自适应被动执行动作,不需要增加抗侧翻电子系统等主动抗侧翻悬架,大大降低了成本和能耗;并且不会受外界条件干扰,可靠性强。

具体地,采用上述结构的前轴悬架15,侧翻临界横向加速度a增大,a的计算式如下:

a=g*L’/H’;

其中,g为重力加速度常数。

因此,上述结构形式的转向悬架结构,对称布置于车体的两侧时,能够使得车体1产生如前文所述期望的朝弯内侧侧倾的运动,可提高车辆在通过同一曲率弯道的速度上限。

需要说明的是,由于后轴悬架16的工作原理与前轴悬架15的工作原理类似,在此不做更具体的描述。

另外需要说明的是,当前轴悬架15包括对称布置于车体1的左右两侧的转向悬架时,第二铰接点9在车轮3的行走基准面19上的投影点,相对固定节点与第一铰接点8连线在行走基准面19的投影线向车辆前行的方向a偏离预设距离;当后轴悬架16包括对称布置于车体1的左右两侧的转向悬架时,第二铰接点9在车轮3的行走基准面19上的投影点,相对固定节点与第一铰接点8连线在行走基准面19的投影线向车辆前行的反方向b偏离预设距离;当前轴悬架15和后轴悬架16这两者中均包括对称布置于车体1的左右两侧的转向悬架时,前轴悬架15所连接的车轮3与后轴悬架16所连接的车轮3的摆转方向相反。

在一些具体的实施方案中,上述转向杆组100具体可以包括上横臂10、下横臂11、横向连杆12和转向横拉杆13;其中,上横臂10的一端与转向立柱2的上端铰接,上横臂10的另一端与车体1的侧面靠近上部的位置铰接;下横臂11的一端与转向立柱2的下端铰接,下横臂11的另一端与车体1的侧面靠近下部的位置铰接;横向连杆12固定于转向立柱2的柱身上;转向横拉杆13的一端与横向连杆12铰接,转向横拉杆13的另一端与车体1的转向驱动组件连接。其中,转向驱动组件包括转向器和与转向器传动连接的转向齿条14,转向器用于控制转向齿条14运动,转向横拉杆13与转向齿条14靠近转向横拉杆13的一端铰接连接。具体地,以前轴悬架15包括对称布置于车体1的左右两侧的转向悬架为例,参照图3,车辆左转,前轴悬架15从后向前看,转向齿条14向右移动,通过转向横拉杆13拉动转向立柱2绕其主销旋转,转向立柱2带动车轮3摆转实现左转。通过将转向杆组设计成上述结构形式,结构简单且制作方便,能够保证车轮3的正常转向。当然可以理解的是,上述结构形式,仅仅是本发明实施例对于转向杆组结构形式的优选举例而已,实际应用过程中,还可以采用本领域技术人员常用的其他结构形式,在此不做更具体的限定。

需要说明的是,为了保证上横臂10和下横臂11的结构强度,一般优选将上横臂10和下横臂11均设计成三角架的结构形式,可参照图2所示。

进一步的实施方案中,优选将对称布置于车体1左右两侧的转向悬架所对应的转向横拉杆13分别铰接于同一个转向齿条14的两个相对端。通过设计在同一个转向齿条14的两个相对端,既能保证左右轮转向控制的同步性,又能够降低耗材,节约成本。

在一些具体的实施方案中,上述弹性连接件5具体可以包括吸振器和与吸振器连接的弹簧件。通过吸振器能够降低车体在转向时的振动,提高稳定性能,通过弹簧件能够保证弹性连接件5带动车体1向弯内侧倾斜的弹力。

进一步的实施方案中,弹性连接件5包括第一吸振器、第二吸振器和连接于第一吸振器与第二吸振器之间的弹簧件,第一吸振器铰接于第一铰接部,第二吸振器铰接于车体1顶部且靠近车体1中部的位置。通过设计成双吸振器的结构形式,能够大大提升吸振效果,提升转向的稳定性。

另外,本发明还提供了一种车辆,包括悬架结构,其中,所述悬架结构为上述任一方案所描述的车辆的悬架结构。由于前述悬架结构具有前述技术效果,因此具有该悬架结构的车辆也应具有相应的技术效果,在此不再赘述。

需要说明的是,本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

应当理解,本申请中如若使用了“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”,仅是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而,如果其他词语可实现相同的目的,则可通过其他表达来替换该词语。

如本申请和权利要求书中所示,除非上下文明确提示例外情形,“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数,也可包括复数。一般说来,术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素,而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列,方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

其中,在本申请实施例的描述中,除非另有说明,“/”表示或的意思,例如,A/B可以表示A或B;本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,在本申请实施例的描述中,“多个”是指两个或多于两个。

以下,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本申请中如若使用了流程图,则该流程图是用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是,前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反,可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时,也可以将其他操作添加到这些过程中,或从这些过程移除某一步或数步操作。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术分类

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