一种汽车稳定平衡悬架论文和设计-杜鹏

全文摘要

本实用新型公开了一种汽车稳定平衡悬架，包括平衡机构和减振机构；平衡机构包括悬架台、四个梯形杆和四个梯形杆弹簧；减振机构包括四个轮臂和四个轮臂弹簧；悬架台侧壁上均匀设置四个梯形杆凸台和四个轮臂凸台，梯形杆凸台和轮臂凸台间隔设置；梯形杆上端转动连接梯形杆凸台，下端转动连接底盘；四个梯形杆位于四棱台的四个侧棱位置上；梯形杆弹簧上端连接梯形杆，下端连接底盘；轮臂上端连接轮臂凸台底部；轮臂弹簧上端连接轮臂凸台顶部，下端连接轮臂。解决了困扰悬架发展的平顺性和稳定性矛盾，悬挂质体在各种运动情况下，始终保持受力平衡状态，保证悬架稳定平衡。同时，本实用新型结构较传统悬架更简单，易于加工制造，制造成本低。

主设计要求

1.一种汽车稳定平衡悬架，其特征在于，包括平衡机构和减振机构；平衡机构包括悬架台(1)、底盘(2)、至少三个梯形杆(3)和数量与梯形杆(3)相同的梯形杆弹簧(4)；减振机构包括至少三个轮臂(5)和数量与轮臂(5)相同的轮臂弹簧(6)；悬架台(1)侧壁上均匀设置数量与梯形杆相同的梯形杆凸台和数量与轮臂相同的轮臂凸台；梯形杆(3)上端转动连接梯形杆凸台，下端转动连接底盘(2)；梯形杆(3)呈棱台状分布，棱台顶面连接悬架台(1)；梯形杆弹簧(4)上端连接梯形杆(3)，下端连接底盘(2)；轮臂(5)上端连接轮臂凸台底部；轮臂弹簧(6)上端连接轮臂凸台顶部，下端连接轮臂(5)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的汽车稳定平衡悬架，其特征在于，所述平衡机构还包括万向节(7)，万向节(7)设置在梯形杆(3)与梯形杆凸台之间以及梯形杆(3)与底盘(2)之间；万向节(7)与梯形杆(3)两端、底盘(2)以及悬架台(1)之间均为螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的汽车稳定平衡悬架，其特征在于，所述轮臂(5)与轮臂凸台底部通过固定铰链连接。

4.根据权利要求1所述的汽车稳定平衡悬架，其特征在于，所述梯形杆弹簧(4)和轮臂弹簧(6)均为阻尼减振弹簧。

5.一种汽车稳定平衡悬架，其特征在于，包括平衡机构和减振机构；平衡机构包括悬架台(1)、底盘(2)以及至少三根连接绳；减振机构包括至少三个轮臂(5)和至少三个轮臂弹簧(6)；悬架台(1)侧壁上均匀设置数量与连接绳相同的连接绳凸台和数量与轮臂相同的轮臂凸台；连接绳上端连接连接绳凸台，下端连接底盘(2)；连接绳呈棱台状分布，棱台顶面连接悬架台(1)；轮臂(5)上端连接轮臂凸台底部；轮臂弹簧(6)上端连接轮臂凸起顶部，下端连接轮臂(5)。

6.根据权利要求5所述的汽车稳定平衡悬架，其特征在于，所述连接绳为钢丝绳或铁链。

7.一种汽车稳定平衡悬架，其特征在于，包括平衡机构和减振机构；平衡机构包括悬架台(1)、至少三个梯形杆(3)和数量与梯形杆(3)相同的梯形杆弹簧(4)；减振机构包括至少三个轮臂(5)和数量与轮臂(5)相同的轮臂弹簧(6)；悬架台(1)侧壁上均匀设置数量与梯形杆相同的梯形杆凸台和数量与轮臂相同的轮臂凸台；梯形杆(3)上端转动连接梯形杆凸台，下端转动连接汽车壳体；梯形杆(3)呈棱台状分布，棱台顶面连接悬架台(1)；梯形杆弹簧(4)上端连接梯形杆(3)，下端连接汽车壳体；轮臂(5)上端连接轮臂凸台底部，下端连接汽车壳体；轮臂弹簧(6)上端连接轮臂凸台顶部，下端连接轮臂(5)。

8.一种汽车稳定平衡悬架，其特征在于，包括平衡机构和减振机构；平衡机构包括悬架台(1)、底盘(2)和一根竖向连杆；减振机构包括至少三个轮臂(5)和数量与轮臂(5)相同的轮臂弹簧(6)；竖向连杆垂直设置在悬架台(1)与底盘(2)之间；竖向连杆上端通过万向节(7)连接悬架台(1)，下端与底盘(2)焊接连接；悬架台(1)侧壁上均匀设置数量与轮臂相同的轮臂凸台；轮臂(5)上端连接轮臂凸台底部；轮臂弹簧(6)上端连接轮臂凸台顶部，下端连接轮臂(5)。

9.一种汽车稳定平衡悬架，其特征在于，包括平衡机构和减振机构；平衡机构包括悬架台(1)、底盘(2)和至少三根连接杆；减振机构包括至少三个轮臂(5)和数量与轮臂(5)相同的轮臂弹簧(6)；连接杆呈棱锥状分布，棱锥顶点通过万向节(7)连接悬架台(1)底部，棱锥底面与底盘(2)固定连接；悬架台(1)侧壁上均匀设置数量与轮臂相同的轮臂凸台；轮臂(5)上端连接轮臂凸台底部；轮臂弹簧(6)上端连接轮臂凸台顶部，下端连接轮臂(5)。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于汽车悬架技术领域，涉及一种汽车稳定平衡悬架。

背景技术

汽车悬架是把汽车悬挂质体悬置和架设起来的装置，是联系汽车悬挂质体和非悬挂质体的所有总成部件的总称，它具有承载、传力矩、缓冲、衰振、散能以及调节车身高度等主要功能。按功能原理分有主动悬架、被动悬架及半主动悬架；按导向机构分有相关悬架、独立悬架、半独立悬架；按弹性元件分有钢板弹簧悬架、螺旋弹簧悬架、扭杆弹簧悬架、空气弹簧悬架、油气弹簧悬架以及橡胶弹簧悬架等不同类型。悬架的发展，按导向机构分，首先出现相关悬架，再是独立悬架，最后是半独立悬架；按弹性元件分悬架型式的发展首先是钢板弹簧悬架，再是螺旋弹簧悬架，扭杆弹簧悬架，空气弹簧悬架，最后是油气弹簧悬架。

纵观汽车悬架类型以及各种型式，传统悬架的主要功能是承载、减振、传力矩、稳定，其设计思想以及评价指标体现的是平稳思想，在汽车运动时要求车身保持相对水平。在设计思想上没有根本解决在加、减速运动，或非直线运动时惯性力的平衡问题，认为平顺性和车身稳定性是一对不可调和的矛盾。从受力原理上看传统悬架设计思想或评价指标下的悬架结构，只适合做匀速直线运动，当做非匀速直线运动时呈现失衡状态。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种汽车稳定平衡悬架。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种汽车稳定平衡悬架，包括平衡机构和减振机构；平衡机构包括悬架台、底盘、至少三个梯形杆和数量与梯形杆相同的梯形杆弹簧；减振机构包括至少三个轮臂和数量与轮臂相同的轮臂弹簧；悬架台侧壁上均匀设置数量与梯形杆相同的梯形杆凸台和数量与轮臂相同的轮臂凸台；梯形杆上端转动连接梯形杆凸台，下端转动连接底盘；梯形杆呈棱台状分布，棱台顶面连接悬架台；梯形杆弹簧上端连接梯形杆，下端连接底盘；轮臂上端连接轮臂凸台底部；轮臂弹簧上端连接轮臂凸台顶部，下端连接轮臂。

本实用新型进一步的改进在于：

平衡机构还包括万向节，万向节设置在梯形杆与梯形杆凸台之间以及梯形杆与底盘之间；万向节与梯形杆两端、底盘以及悬架台之间均为螺栓连接。

轮臂与轮臂凸台底部通过固定铰链连接。

梯形杆弹簧和轮臂弹簧均为阻尼减振弹簧。

本实用新型还公开了：一种汽车稳定平衡悬架，包括平衡机构和减振机构；平衡机构包括悬架台、底盘以及至少三根连接绳；减振机构包括至少三个轮臂和至少三个轮臂弹簧；悬架台侧壁上均匀设置数量与连接绳相同的连接绳凸台和数量与轮臂相同的轮臂凸台；连接绳上端连接连接绳凸台，下端连接底盘；连接绳呈棱台状分布，棱台顶面连接悬架台；轮臂上端连接轮臂凸台底部；轮臂弹簧上端连接轮臂凸起顶部，下端连接轮臂。

连接绳为钢丝绳或铁链。

本实用新型还公开了：一种汽车稳定平衡悬架，包括平衡机构和减振机构；平衡机构包括悬架台、至少三个梯形杆和数量与梯形杆相同的梯形杆弹簧；减振机构包括至少三个轮臂和数量与轮臂相同的轮臂弹簧；悬架台侧壁上均匀设置数量与梯形杆相同的梯形杆凸台和数量与轮臂相同的轮臂凸台；梯形杆上端转动连接梯形杆凸台，下端转动连接汽车壳体；梯形杆呈棱台状分布，棱台顶面连接悬架台；梯形杆弹簧上端连接梯形杆，下端连接汽车壳体；轮臂上端连接轮臂凸台底部，下端连接汽车壳体；轮臂弹簧上端连接轮臂凸台顶部，下端连接轮臂。

本实用新型还公开了：一种汽车稳定平衡悬架，包括平衡机构和减振机构；平衡机构包括悬架台、底盘和一根竖向连杆；减振机构包括至少三个轮臂和数量与轮臂相同的轮臂弹簧；竖向连杆垂直设置在悬架台与底盘之间；竖向连杆上端通过万向节连接悬架台，下端与底盘焊接连接；悬架台侧壁上均匀设置数量与轮臂相同的轮臂凸台；轮臂上端连接轮臂凸台底部；轮臂弹簧上端连接轮臂凸台顶部，下端连接轮臂。

本实用新型还公开了：一种汽车稳定平衡悬架，包括平衡机构和减振机构；平衡机构包括悬架台、底盘和至少三根连接杆；减振机构包括至少三个轮臂和数量与轮臂相同的轮臂弹簧；连接杆呈棱锥状分布，棱锥顶点通过万向节连接悬架台底部，棱锥底面与底盘固定连接；悬架台侧壁上均匀设置数量与轮臂相同的轮臂凸台；轮臂上端连接轮臂凸台底部；轮臂弹簧上端连接轮臂凸台顶部，下端连接轮臂。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

通过平衡机构和减震机构分别解决悬挂质体的平衡问题和减振问题，相互不干扰；通过梯形杆组成一个棱台状的平衡机构，这种可活动的棱台状平衡机构，可以根据加速度大小，适应性调整棱台底平面角度和重心高度，实现了牛顿第二运动定律描述的，加速度的方向跟合外力的方向相同要求。同时，悬挂质体的重心位置在水平运动时相应提高，当水平力消失后，棱台底面恢复水平角度，重心恢复原重心高度，实现了悬挂质体的稳定平衡。悬挂质体在加速运动时，平衡机构根据加速度的变化，自适应调整角度，始终让悬挂质体处于稳定平衡状态。悬挂质体的水平相对运动，是加速运动时的惯性力作用的结果，棱台可以在水平360 度方向范围内调整角度，满足车辆加速、减速以及转弯时的加速平衡。减振机构通过轮臂和轮臂弹簧将震动能量逐渐衰减，达到减震的效果；由于通过平衡机构进行稳定平衡，因此，减振机构不必考虑车身的稳定问题，减震弹簧可以做到更软，降低减震机构的设计和制造难度。同时，本实用新型结构较传统悬架更简单，易于加工制造，制造成本低。

附图说明

图1为本实用新型的汽车稳定平衡悬架结构示意图；

图2为本实用新型的汽车稳定平衡悬架结构俯视图；

图3为本实用新型的汽车稳定平衡悬架梯形结构平衡原理示意图。

其中：1-悬架台；2-底盘；3-梯形杆；4-梯形杆弹簧；5-轮臂；6-轮臂弹簧；7-万向节；8-悬挂质体惯性力；9-悬挂质体重力；10-梯形底面反作用力；11-梯形旋转中心。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1和2，一种汽车稳定平衡悬架，包括平衡机构和减振机构；平衡机构包括悬架台1、底盘2、万向节7、至少三个梯形杆3和数量与梯形杆3相同的梯形杆弹簧4；减振机构包括至少三个轮臂5和数量与轮臂5相同的轮臂弹簧6。

悬架台1侧壁上均匀设置数量与梯形杆相同的梯形杆凸台和数量与轮臂相同的轮臂凸台；梯形杆3上端通过万向节铰链连接梯形杆凸台，下端通过万向节铰链连接底盘2；梯形杆3呈棱台状分布，棱台顶面连接悬架台1；梯形杆弹簧4 上端铰链连接梯形杆3，下端铰链连接底盘2，梯形杆弹簧4为阻尼弹簧；万向节7设置在梯形杆3与梯形杆凸台之间以及梯形杆3与底盘2之间；万向节7与梯形杆3两端、底盘2以及悬架台1均为螺栓连接。梯形杆3可以用钢丝绳或铁链替代；钢丝绳或铁链上可以不用再设置弹簧。也可以不需要底盘2，直接利用汽车壳体连接，即将梯形杆3和梯形杆弹簧4直接与汽车壳体铰链连接组成平衡机构。平衡机构还可以通过一根竖向连杆实现，竖向连杆上端通过万向节7与悬架台1铰链连接，连杆底端与底盘2面垂直焊接。当底盘2水平摆动时，竖向连杆与底盘2一起摆动，竖向连杆在垂直方向形成的角度始终等于底盘2在水平面上形成的角度，实现底盘2上承载物的稳定平衡。平衡机构还可通过梯形杆3向上延伸形成的三角锥体实现，三角锥体顶端通过万向节7与悬架台1铰链连接，实现水平方向的自由摆动，三角锥底角相互间为固定连接。

轮臂5上端与轮臂凸台底部通过固定铰链连接；轮臂弹簧6上端铰链连接轮臂凸台顶部，下端铰链连接轮臂5，轮臂弹簧6为阻尼弹簧。

悬架台1形状、梯形台高度以及梯形杆3角度等，可以根据车辆布置要求确定，只要能满足设计最大倾角和自由度即可。

万向节也可以由满足自由度要求的其它转动结构代替。

本实用新型汽车稳定平衡悬架的原理分析：

汽车悬挂质体承放于底盘2上，或以车厢底盘代替底盘2，四个梯形杆3的上下八个角通过万向节7和悬架台1、底盘2构件铰接，形成四棱台，四棱台呈悬挂于悬架台1上，在水平360度方向上能自由摆动。当汽车加、减速或转弯时悬挂质体根据受力自适应达到受力的稳定平衡。这个平衡机构不仅能够对悬挂质体水平方向的受力进行平衡，还能对处于坡道或左右倾斜路面时车身的平衡作用。减振机构由悬架台1和四个轮臂5及减振弹簧6组成，轮臂5与悬架台1铰接于汽车底盘2相对水平中心处，也是车辆的水平重心处。轮臂5由悬架台1水平中心处伸向四角，使得轮臂5能最长化，确保纵横方向的力矩都最大化，有利于传递轮胎发出的力矩，同时由于四个轮臂5都从水平重心处伸出，转动轴在重心附近，当某一个轮臂5上下跳动时，对重心的上下受力影响较小，有利于车身的减振效果。

参见图3，粗实线为不受水平方向力，棱台未变形时棱台侧面结构，粗虚线为受水平方向惯性力时棱台变形后棱台侧面结构图。棱台侧棱的延长虚线交点为棱台机构的旋转中心11，悬挂质体的重心处于棱台底面和棱台旋转中心11之间时，才能产生稳定平衡效果。四个梯形杆3的上下八个角由万向节7链接，组成四棱台，四棱台上表面悬挂于悬架台1保持不动，当车辆加、减速运动，或转弯时承载于棱台底面上的悬挂质体受惯性力作用，棱台变形，棱台底面发生倾斜。当车辆向左做加速运动时，由于惯性力作用，棱台侧棱处的梯形杆3和棱台底面相对向右摆动，棱台底面发生一个水平面上的倾斜角度，其产生的反作用力为梯形底面反作用力10，与悬挂质体重力9的合力为合外力8，方向为加速度方向，达到悬挂质体的受力平衡。变形后的棱台底面与水平面的夹角为θ，受力与角度的关系是tanθ＝ma\/mg＝a\/g，既θ角度的正切等于悬挂质体的加速度比悬挂质体的重力加速度，加速度越大棱台倾斜的角度越大。棱台结构的受力适应性变化，满足了牛顿第二运动定律描述的，加速度的方向跟合外力的方向相同，达到平衡。同时悬挂质体向右摆动时，重心随之升高，势能增大，惯性力减小时，重心随之下降，当惯性力消失时重心高度恢复到原位，实现了悬挂质体的稳定平衡。

设计思想上不再局限于“平稳”要求车身运动时保持相对水平，外倾角度不大于限值，而是追求“稳定平衡”，这种平衡是根据汽车运动变化自适应调节，让悬挂质体在运动过程中始终处于平衡状态，实现稳定平衡。在结构上是由平衡机构和减振机构组成，两机构分别解决悬挂质体的平衡问题和减振问题，相互不干扰。减振可以根据设计需要做的尽可能软而不影响平衡问题。传统悬架设计认为的“平顺性和车身稳定性是一对不可调和的矛盾”的问题在此则不成问题。由于结构上有平衡机构，在设计范围内，悬架被击穿的可能性不会出现。平衡机构所发挥的稳定平衡作用，使车辆在起、停、加、减速和转弯等运动时更顺畅，乘坐更舒适。

实验对比例

通过本实用新型汽车稳定平衡悬架和非平衡装置，进行车载运动实验，量化对比两种装置的平顺性、平衡性和舒适性。

将盛满水的水杯分别呈放于汽车稳定平衡悬架和非平衡装置上，进行对比试验，对比水杯内溢出的水量。呈放于汽车稳定平衡悬架和非平衡装置上的水杯，运动前盛满水，在每个运动动作后将溢出水杯的水加满，最后统计一个运动行程内溢出的水量。对汽车稳定平衡悬架和非平衡装置分别做四个运动行程，分别求其平均值，得出一个运动行程内溢出的水量的平均值进行对比。

综合路面为3.3km，2个上坡，2个下坡，6次启动，6次停车，11个左转， 7个右转。每个运动行程内，本实用新型汽车稳定平衡悬架用时平均381s，溢出水167.75g；非平衡装置用时448s，溢出水416.5g。

通过比较可以得到：相同的路面、行程和运动操作，非平衡装置比本实用新型汽车稳定平衡悬架多用时67s的情况下溢出水是本实用新型汽车稳定平衡悬架的2.48倍。说明本实用新型汽车稳定平衡悬架的平顺性、平衡性和舒适性综合相比非平衡装置有1.48倍的大幅度提高。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

设计图

一种汽车稳定平衡悬架论文和设计

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