[发明专利]一种悬架用惯性与刚度切换装置

说明书

本发明提供了一种悬架用惯性与刚度切换装置，包括上半球、气室、橡胶油气隔膜、下半球、液压缸上腔、活塞、限压阀、液压缸下腔、底座、活塞杆、阻尼阀、连接管路、双向液压马达和飞轮。上半球可以产生刚度，液压马达连接飞轮产生惯性力。活塞杆外端连接车轮，底座与车身相固结，连接管路与液压缸接口处安装有阻尼阀，装置在低频振动下表现为惯性力，高频振动下表现为弹性力。本发明所实现的惯性与刚度自动切换，在被动悬架的车辆基础上改了其善乘坐舒适性与操纵稳定性，使车辆悬架系统能够在全频域范围内都处于较好的工作状态，并且无需外加主动控制的电子元件以及复杂的控制机构。

技术领域

本发明属于车辆悬架系统技术领域，尤其涉及一种悬架用惯性与刚度切换装置。

背景技术

汽车悬架是车身与车轮之间一切传动装置的总称，路面作用在车轮上的垂直反力，纵向反力和倾向反力以及这些力所产生的力矩都要通过悬架传递到车身。悬架的作用就是在传递这些力和力矩的同时，缓和由不平路面传给车架或车身的冲击载荷，抑制车轮的不规则振动，提高车辆乘坐舒适性和行驶安全性，并减少由动载荷引起的零部件和货物损坏。

基于传统隔振理论设计的悬架系统只具有弹性与阻尼特性，缺乏惯性特性，不能有效解决减振效果的优异性与设备工作空间、动载荷之间的矛盾，减振效果不够理想。近年来发展起来的主动悬架和半主动悬架虽然能够有效的缓解上述矛盾，能够使车辆具有良好的动态响应特性，但主动悬架结构复杂、成本昂贵、可靠性差、响应慢、耗能大，大规模应用仍有困难；半主动悬架虽然能耗低，但时滞问题的存在限制了其性能的发挥，因此国内外相关研究人员都在积极探索改善车辆悬架综合性能的新技术。

剑桥大学学者SIMTH于2003年提出了惯容器的思想，并设计出齿轮齿条式惯容器与滚珠丝杠式惯容器，实现了机械与电子网络之间严格的对应。惯容器在机械网络中的作用与电容在电学网络中的作用相似，具有“通高频、阻低频”的特性。因此，在低频段，含有惯容器的车辆悬架的隔振性能较传统悬架有了很大的改善。但是在高频段，惯容器的隔振效果却非常有限，与传统悬架几乎没有什么不同，甚至有时候还会有所恶化。特别对于滚珠丝杠式惯容器和齿轮齿条式惯容器，由于其存在不可避免的“背隙”问题，在小振幅的高频振动下，容易导致惯容器受杆端轴承背隙的影响较为严重，悬架的性能会有所下降。近几年，出现了一些可控惯质系数的惯容器装置，但是在惯容器上增加主动控制环节，悬架就不再是被动悬架，变为主动或半主动悬架，有违惯容器设计能够改善被动悬架的车辆的乘坐舒适性与操纵稳定性的初衷。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提出了一种悬架用惯性与刚度切换装置，能够使得悬架系统在低频振动下的阻抗同时含有刚度特性、阻尼特性和惯性特性，而高频振动下的阻抗仅含有刚度特性和阻尼特性；并且依据弹簧与电感所具有相似的“阻高频”特性，该装置被设计能够加强悬架系统的弹性特性，使得悬架在全频域内都具有较优的隔振性能。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术的目的：

一种悬架用惯性与刚度切换装置，包括圆柱状的液压缸，所述液压缸由活塞分隔成上阻尼腔和下阻尼腔，所述上阻尼腔顶部设有与其相通的球状封闭结构，所述封闭结构中设有弹性油气隔膜，所述弹性油气隔膜将封闭结构分隔为上半球和下半球，所述上半球与油气隔膜之间构成气室，所述上阻尼腔和下阻尼腔通过连接管路连接惯容器，且上阻尼腔、下阻尼腔与连接管路的接口处均安装有阻尼阀，所述活塞底端固接活塞杆，所述下阻尼腔外部底端固接有底座，实现装置与车身相固结，且活塞杆依次穿过下阻尼腔、底座后连接车轮，所述活塞上安装有限压阀，以防止装置内部压力过大。所述下半球、上阻尼腔、下阻尼腔内均充满传力介质调谐流体，优选为具有低粘度、非腐蚀性的安全环保流体，所述气室内的气体为惰性气体，优选为所述惰性气体为氮气。

上述方案中所述惯容器可以为双向液压马达和飞轮，所述飞轮位于双向液压马达外部，且与液压马达相连惯容器，还可以为螺旋管路。

本发明可以达到的技术效果是：