一种主动悬挂机构、系统及车辆

技术领域

本发明涉及汽车悬挂技术领域，尤其涉及一种主动悬挂机构、系统及车辆。

背景技术

悬挂系统是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。典型的悬挂系统结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。

主动悬挂系统是近十几年发展起来的、由电脑控制的一种新型悬挂系统。主动悬挂系统具有控制车身运动的功能。当汽车制动或拐弯时的惯性引起弹簧变形时，主动悬挂系统会产生一个与惯力相对抗的力，减少车身位置的变化。

在某些配置了主动悬挂系统的汽车中，其悬挂系统的中枢是一个微电脑，悬挂系统上的传感器分别向微电脑传送车速、前轮制动压力、踏动油门踏板的速度、车身垂直方向的振幅及频率、转向盘角度及转向速度等数据。电脑不断接收这些数据并与预先设定的临界值进行比较，选择相应的悬挂系统状态。同时，微电脑独立控制每一只车轮上的执行元件，通过控制减振器内油压的变化产生抽动，从而能在任何时候、任何车轮上产生符合要求的悬挂系统运动。

现有的主动悬挂系统主要有空气弹簧悬挂、磁流变液悬挂、电磁悬挂等，但他们各有利弊。以空气弹簧悬挂为例，虽然能够实时调节悬挂的阻尼系数和弹性系数，但是空气弹簧调节复杂，需要电池阀、气泵和管线等复杂机构，系统成本高，同时，空气悬挂响应较慢。以磁流变液悬挂为例，只能调节系统的阻尼系数，不能调节系统的弹性系数。而其它的基于电磁力的悬挂系统，只能实现弹簧功能，仍需装置另外的阻尼器。

因此，需要设计一种新的悬挂结构来解决上述问题。

发明内容

本发明公开了一种主动悬挂机构、系统及车辆，旨在解决现有技术中存在的技术问题。

本发明采用下述技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种主动悬挂机构，包括：

-检测装置，检测装置设置于车体的多个位置，检测装置用于检测车体的运动参数；

-控制装置，控制装置与检测装置信号连接，用于接收上下运动参数，并根据运动参数输出控制指令；

-驱动装置，驱动装置水平设置，并与车架固定连接，驱动装置能够接收来自控制装置的控制指令，并输出旋转运动；

-传动装置，传动装置水平设置，并与驱动装置连接，传动装置能够在驱动装置的驱动下做水平直线运动；

-联动装置，联动装置包括摇臂及叉臂，摇臂一端与传动装置连接，另一端包含第一固定转轴，摇臂能够在传动装置的驱动下绕第一固定转轴转动，叉臂的两端分别与摇臂及车轮连接，叉臂能够在摇臂的联动下驱动车轮做垂直运动。

作为优选的技术方案，叉臂包括平行设置的上叉臂和下叉臂，上叉臂与下叉臂均具有内侧端及外侧端；

下叉臂的内侧端与摇臂固定连接，下叉臂的外侧端与车轮连接；

上叉臂的内侧端包括第二固定转轴，上叉臂的外侧端与车轮连接，上叉臂能够在下叉臂的驱动下绕第二固定转轴转动。

作为优选的技术方案，上叉臂与下叉臂之间设有减震弹簧，减震弹簧的上端与第二固定转轴连接，减震弹簧的下端通过第三固定转轴与下叉臂连接。

作为优选的技术方案，摇臂呈L形，包括竖直段与横向段，横向段与下叉臂的平面重合，且横向段与下叉臂固接。

作为优选的技术方案，驱动装置包括伺服电机，伺服电机的输出轴通过联轴器与传动装置连接，用于输出垂直方向的旋转运动。

作为优选的技术方案，传动装置包括丝杠、丝杠螺母和推杆；

丝杠的一端与联轴器固定连接，用于传动垂直方向的旋转运动；

推杆的一端通过丝杠螺母与丝杠连接，丝杠的另一端与联动装置连接，推杆通过丝杠螺母驱动推杆做水平方向的直线运动。

作为优选的技术方案，推杆的一端通过第四固定转轴与摇臂连接。

作为优选的技术方案，驱动装置通过第五固定转轴与车架连接，第五固定转轴与第四固定转轴平行设置。

第二方面，本发明实施例提供了一种主动悬挂系统，包括至少一对如上任一项所述的主动悬挂机构，每对所述主动悬挂结构沿车辆的纵向轴线方向对称布置。

第三方面，本发明实施例提供了一种车辆，所述车辆包括车架、车轮以及如上任一项所述的主动悬挂机构。

上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：

本发明主要提供了一种主动悬挂机构，该主动悬挂机构包括检测装置、控制装置、驱动装置、传动装置及联动装置，其中，检测装置能够检测车身垂直运动的加速度和角加速度，并将运动参数发送至控制装置，控制装置进行判断后输出相应的控制指令至驱动装置，驱动装置平行于车架设置，能够输出竖直方向的旋转运动，传动装置能够将竖直方向上的旋转运动转化为水平方向的直线运动，并将运动加速以增加输出推力，同时驱动联动装置做垂直运动，由于联动装置与车轮相连，因此可以实现车轮在垂直方向上的直线运动，此时，驱动装置能同时实现悬挂弹簧功能和阻尼器两种功能。

具体地，联动装置内设有减震弹簧，减震弹簧可以提供静力支撑，降低了对驱动装置的输出功率和输出扭矩需求，减少了成本。

本发明中的主动悬挂机构结构简单，成本低，由于其对现有的悬架结构改动较小，通过在现有悬架结构上增加零件，容易实现对现有底盘的改造，通过设置多个主动悬挂机构能够使车辆具备主动悬挂功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例提供的主动悬挂机构的立体图。

伺服电机1，联轴器2，丝杠3，推杆4，摇臂5，上叉臂6，下叉臂7，减震弹簧8，第一固定转轴9，第二固定转轴10，第三固定转轴11，第四固定转轴12，第五固定转轴13，车轮14，车架15。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。

显然，所描述的实施例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。

本发明实施例提供了一种主动悬挂机构，可根据汽车的运动状态、路面状况以及载荷等参数的变化，对悬架的刚度和阻尼进行动态地自适应调节，以使汽车主动适应路面状况和行驶状态。

参考图1，所述主动悬挂机构包括检测装置、控制装置、驱动装置、传动装置及联动装置，其中，检测装置包括设置在车身上的多种传感器，用于检测车体的运动参数，并发送至控制装置；控制装置根据各传感器输入的信号，经过运算分析后输出控制信号，控制驱动装置执行相应动作；驱动装置水平设置于车架15上，并与控制装置信号连接，能够根据控制装置的相关指令输出垂直方向的旋转运动；传动装置与驱动装置连接，能够在驱动装置的驱动下做水平直线运动；联动装置包括摇臂5及叉臂，摇臂5一端与传动装置连接，另一端包含第一固定转轴9，摇臂5能够在传动装置的驱动下绕第一固定转轴9转动，叉臂的两端分别与摇臂5及车轮14连接，叉臂能够在摇臂5的联动下驱动车轮14做垂直运动。当驱动装置带动联动装置向靠近驱动装置的方向运动时，摇臂5绕第一固定转轴9向上转动，此时叉臂向上运动，带动车轮14向上运动，能够使得车轮14越过障碍物，提高汽车行驶时的稳定性；当驱动装置带动联动装置向背离驱动装置的方向运动时，摇臂5绕第一固定转轴9向下转动，此时叉臂向下运动，带动车轮14向下运动，以增大车轮14的驱动力。

在一种优选实施方式中，联动装置中还设有减震弹簧8，减震弹簧8可以提供静力支撑，因此不需要驱动装置再输出一个静扭矩来支撑车身，以期降低对驱动装置的输出功率和输出扭矩需求。

优选地，检测装置包括若干传感器，用于实时或定时采集车身的各类运动状态，并将采集的运动参数发送至控制装置。

优选地，检测装置包括车身加速度传感器、车身高度传感器、车速传感器、转向盘转角传感器等；其中，车身加速度传感用于检测车身上下方向的振动，间接反映汽车行驶的路面情况；车身高度传感器用于检测车身相对于车桥的位移，反映车身的平顺性及车身高度；车速传感器通过检测车轮14的转速获得车速信息，用于计算车身可能的侧倾程度。

进一步地，各个传感器的设置位置可参考现有主动悬挂系统中的各传感器设置位置，由于不同厂家的车辆具有不同的车型，因此传感器的实际设置位置不尽相同，在此不再一一列举。

优选地，控制装置包括输入电路、微处理器、输出电路、电源电路等、程序软件等，微处理器为ECU，ECU能够根据各传感器输入的信号，经过运算后输出控制信号，以控制驱动装置输出特定的功率，通过传动装置和联动装置调节主动悬挂机构的刚度、阻尼及车身高度，以确保汽车在行驶过程中的操纵稳定性和平顺性。

在一种优选实施方式中，控制装置输出的控制指令包括驱动装置输出功率的大小及方向，通过对这两个参数进行调节，能够实现对主动悬挂机构刚度和阻尼的调节。

在一种优选实施方式中，控制装置根据检测装置的信号自动输出对驱动装置的控制指令，实现主动悬挂机构的刚度、阻尼的自动调节。

在另一种优选实施方式中，控制装置还包括模式选择开关，以手动控制主动悬挂机构的刚度和阻尼。

在一种优选实施方式中，控制装置对驱动装置的自动或手动控制可以并存，驾驶员可以根据实际驾驶情况进行选择。

优选地，驱动装置包括伺服电机1，伺服电机1固定安装于车架15上，且水平设置，保证其输出轴的旋转方向为输出旋转；更优选地，伺服电机1的下方设有第五固定转轴13，第五固定转轴13与联动装置中的第一固定转轴9平行设置，当摇臂5绕第一固定转轴9转动时，伺服电机1亦可绕第五固定转轴13转动一定幅度，一方面，能保证摇臂5绕第一固定转轴9正常转动，避免传动装置因两端不处于同一直线而弯折变形，另一方面，能够保证车轮14只能够在垂直方向上直线运动，而不至于产生歪斜。

优选地，传动装置包括丝杠3、丝杠3螺母及推杆4，伺服电机1的输出轴通过联轴器2与丝杠3连接，用于输出垂直方向的旋转运动并驱动丝杠3转动，丝杠3螺母与丝杠3螺旋配合，随着丝杠3的旋转，丝杠3螺母在丝杠3上做直线运动，能够将电机的运动减速，增大推力，起到减速机的作用；推杆4的一端通过与丝杠3螺母连接，推杆4的另一端与联动装置连接，丝杠3通过丝杠3螺母驱动推杆4做水平方向的直线运动，以进一步驱动联动装置实现上下运动。

优选地，摇臂5呈L形，包括竖直段与横向段；优选地，叉臂包括平行设置的上叉臂6和下叉臂7，摇臂5的横向段与下叉臂7固接，摇臂5的横向段不仅与下叉臂7的平面重合，且与上叉臂6平行设置。

优选地，上叉臂6与下叉臂7均具有内侧端及外侧端，上叉臂6与下叉臂7的外侧端与车轮14连接，上叉臂6的内侧端包括第二固定转轴10，下叉臂7的内侧端与摇臂5的横向段固接，由于摇臂5能够在推杆4的驱动下进行转动，因此下叉臂7能够跟随摇臂5的转动而转动，上叉臂6能够在下叉臂7的驱动下绕第二固定转轴10转动，最后实现车轮14的在垂直方向的直线运动。

优选地，摇臂5与推杆4的连接处设有第四固定转轴12，第四固定转轴12与第一固定转轴9、第二固定转轴10、第五固定转轴13平行，当推杆4带动摇臂5转动时，推杆4与摇臂5之间的夹角亦会随之改变，此时摇臂5在绕第一固定转轴9转动时，还通过第四固定转轴12与推杆4发生相对转动，以保持推杆4的平行状态，同时保证摇臂5能够正常转动。

由于上叉臂6与下叉臂7保持平行，且上叉臂6与下叉臂7的外侧端与车轮14内侧连接，车轮14内侧的边长是恒定的，也即，上叉臂6、下叉臂7、摇臂5及车轮14形成一稳定的平行四边形结构，在摇臂5绕第一固定转轴9转动时，只会影响上叉臂6、下叉臂7相对于平面的夹角(二者一直保持平行状态)，而不会影响车轮14的垂直状态，车轮14在上叉臂6、下叉臂7的限位下今年够实现垂直方向上的直线运动，保证了行车过程中的稳定性。

优选地，上叉臂6与下叉臂7之间设有减震弹簧8，减震弹簧8的上端与第二固定转轴10连接，减震弹簧8的下端通过第三固定转轴11与下叉臂7连接。

一方面，在车辆停止时和断电状态下，减震弹簧8能够保持车身垂直方向位置，以免主动悬挂系统失电后车身趴窝损坏底盘；另一方面，减震弹簧8能够提供一个基础弹力，来支撑车身，这样就不不需要伺服电机1输出一个静扭矩来支撑车身，节省了伺服电机1的输出功率和输出扭矩，伺服电机1只负责动态下的力矩输出。因此可以选用较小功率的伺服电机1，就能达到同样的控制效果。

在本实施例中，检测装置能够测量车体上下方向的运动速度和加速度，并将采集到的参数发送至控制装置，由控制装置根据控制算法判断后输出控制指令至伺服电机1，伺服电机1水平放置，并能够输出一定的功率，伺服电机1的输出轴由联轴器2联结到丝杠3，丝杠3将伺服电机1的旋转运动转换为丝杠3螺母和推杆4的直线运动，推杆4推动摇臂5转动，摇臂5推动下叉臂7摆动，摆动的下叉臂7和上叉臂6配合，实现伺服电机1旋转运动和车轮14垂直运动之联动，通过伺服电机1可以主动缓冲由于地面颠簸造成的冲击力，使得车辆不发生大幅上下跳动，以实现车身的振动抑制功能。

在本发明一个实施例中，提供了一种主动悬挂系统，主动悬挂系统包括一对上述的主动悬挂结构，每对主动悬挂结构沿车辆的纵向轴线方向对称布置，以分别连接两侧的车轮14。

在本发明一个实施例中，还提供了一种车辆，所述车辆包括车架15、车轮14以及上述主动悬挂机构，全部主动悬挂机构均固定于底盘的车架15上，每个主动悬挂结构连接一个车轮14，此时，沿车辆的纵向轴线方向对称布置的每对主动悬挂机构组成一主动悬挂系统，控制装置能够根据车速和路面的变化自动地调节相应伺服电机1的功率，一方面可以实现每个主动悬挂机构刚度(弹性系数)和阻尼的控制，另一方面能实现车身(底盘)高度的控制。

例如，在车身转弯时，通过实时调整底盘内外侧悬挂的弹性系数，使得内侧弹性系数降低，外侧弹性系数升高，以解决车辆转弯侧倾问题；刹车时，增加前部悬挂的弹性系数，解决刹车时车辆前部下沉问题。同时，伺服电机1又起到阻尼器的作用，吸收车轮14和上叉臂6、下叉臂7的振动能量，使得车轮14的上下振动快速收敛，达到减振的目的，提高乘坐舒适性。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。