所属技术领域
[0001] 本
发明涉及车辆底盘技术，特别涉及一种自补偿浮动摆臂独立悬挂系统。
背景技术
[0002] 通过参考《
汽车技术》《汽车构造》《详解各种悬挂形式的优缺点》(摘自柳州汽车网2008-8-16)等资料，与国内外
现有技术对比分析，现有的车辆悬挂系统一般分为：非独
力悬挂和独立悬挂两大类。并设有防倾杆装置以减轻车辆转弯时发生的侧倾。
[0003] 非独立悬挂系统的结构特点是两侧
车轮由一根整体式车架相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬挂系统悬挂在车架或
车身的下面。非独立悬挂系统具有结构简单、成本低、强度高、保养容易的优点，但其舒适性及操纵
稳定性都较差，当一侧车轮跳动时，另一侧车轮也在跳动，且车轮侧倾，减少了轮胎接地面积，加重轮胎磨损，降低轮胎对地面的
附着力。且不适合用于前悬挂。如图一所示。
[0004] 独立悬挂系统又有烛式、麦弗逊式、双叉臂式、多
连杆式、双连杆式、四连杆式，拖拽臂式等多种前后悬挂系统。
[0005] 独立悬挂系统是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬挂系统悬挂在车架或车身下面的。其优点是：
质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力；可用
刚度小的较软
弹簧，改善汽车的舒适性；可以使
发动机位置降低，汽车
重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性；左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。不过，独立悬挂系统存在着结构复杂、成本高、维修不便的缺点。现代轿车大都是采用独立式悬挂系统，按其结构形式的不同，独立悬挂系统又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬挂系统等。如图二所示。
[0006] 烛式悬架的结构有一个大缺点：就是汽车行驶时的侧向力会全部由套在主销套筒的主销承受，致使套筒主销间的摩擦阻力加大，磨损也较严重。烛式悬架现已应用不多。
[0007] 麦弗逊式悬挂系统的优点是：结构紧凑，车轮跳动时前轮
定位参数变化小，有良好的操纵稳定性，加上由于取消了上横臂，给发动机及转向系统的布置带来方便；与烛式悬挂系统相比，它的滑柱受到的侧向力又有了较大的改善。麦弗逊式悬挂系统多应用在中小型轿车的前悬挂系统上。虽然麦弗逊式悬挂系统并不是技术含量最高的悬挂系统结构，但它仍是一种经久耐用的独立悬挂系统。
[0008] 单横臂式具有结构简单，侧倾中心高，有较强的抗侧倾能力的优点。但随着现代汽车速度的提高，侧倾中心过高会引起车轮跳动时
轮距变化大，轮胎磨损加剧，而且在急转弯时左右车轮垂直力转移过大，导致后轮外倾增大，减少了后轮侧偏刚度，从而产生高速甩尾的严重工况。单横臂式独立悬挂系统多应用在后悬挂系统上，但由于不能适应高速行驶的要求，目前应用不多。
[0009] 双横臂式独立悬挂系统按上下横臂是否等长，又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬挂系统。等长双横臂式悬挂系统在车轮上下跳动时，能保持主销倾
角不变，但轮距变化大(与单横臂式相类似)，造成轮胎磨损严重，现已很少用。对于不等长双横臂式悬挂系统，只要适当选择、优化上下横臂的长度，并通过合理的布置、就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内，保证汽车具有良好的行驶稳定性。目前不等长双横臂式悬挂系统已广泛应用在轿车的前后悬挂系统上，部分运动型轿车及赛车的后轮也采用这一悬挂系统结构。
[0010] 多连杆式悬挂系统是由(3-5)根杆件组合起来控制车轮的位置变化的悬挂系统。能使车轮绕着与汽车纵轴线成二定角度的轴线内摆动，是横臂式和纵臂式的折衷方案，适当地选择摆臂轴线与汽车纵轴线所成的夹角，可不同程度地获得横臂式与纵臂式悬挂系统的优点，能满足不同的使用性能要求。多连杆式悬挂系统的主要优点是：车轮跳动时轮距和
前束的变化很小，不管汽车是在驱动、
制动状态都可以按司机的意图进行平稳地转向，其不足之处是汽车高速时有轴摆动现象。
[0011] 近年又出现了空气悬挂和主动悬挂，严格来说并不算真正完整的悬挂，不过是代替了传统减震器，对现有悬挂的行程或刚度进行了控制，改善了悬挂的性能。其造价高，可靠性差，寿命短维护不便的问题都不好解决。
[0012] 而解决车辆转弯侧倾问题，则大多采用一根具有弹性的扭力杆把两侧车轮连接起来，实质上就是增强了弹簧的刚度。其不足有二，一是抗侧倾效果不明显，二是部分抵消了独立悬挂的优点，即使车辆不转弯时，一侧车轮跳动时，扭力杆也会带动另一侧车轮一起跳动。
[0013] 由此可见，现有的非独立悬挂与独立悬挂系统，限于固有的结构特征的制约，都无法做到车辆运动时车轮始终保持与路面垂直、轮距、
轴距以及定位参数不发生变化。最复杂的悬挂也只能使轮距、轴距及前轮定位参数变化在可接受的限定范围内，等于是只能在各种互相制约互相矛盾的各参数中选取折中点，而无法让悬挂达到理想性能。这是因为：现有的所有悬挂方案都是基于绕轴运动的方式。而防倾杆把两侧车轮连接起来，则以牺牲独立悬挂的性能来换取有限的防倾作用，不摆脱这种方式，就不会产生理想的
悬挂装置，就难以使车辆的操控性、稳定性、舒适性和安全性理想化。
发明内容
[0014] 为了克服现有悬挂系统性能的不足，本发明摈弃了传统悬挂的绕轴方式和用防倾杆把两侧车轮相连方式。悬挂部分采用浮动摆臂(405)配合补偿器(400)和定位器(411)的方式及防侧倾部分采用
离心力控制
剪刀式防倾杆装置的方式，提供了一种自补偿浮动摆臂独立悬挂系统。包括：自补偿浮动摆臂独立悬挂装置和离心力控制剪刀式防倾杆装置两大机构。两大机构既可配套使用，也可单独使用。前、后轮均适用。实现了在任何路面上，车辆在低、高速、转弯等各种不同状态下，车轮始终沿着车体的垂直方向作直线跳动，使其轮胎与地面的
接触面积最大，主销倾角、车轮前束、车轮外倾、轮距、轴距等各项参数均保持原设定参数不变；同时，在车辆转弯时，离心力控制防侧倾装置自动介入，以大小相等，方向相反的力来平衡侧倾力，以简单的机械机构完成了相当于复杂的主动悬挂的任务，从根本上提高了防侧倾能力，使车辆操控性，安全性，稳定性和舒适性理想化。还能减少轮胎磨损，节省
燃料。
[0015] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案由自补偿浮动摆臂独立悬挂装置和离心力控制剪刀式防倾杆装置两大机构组成。自补偿浮动摆臂独立悬挂装置控制车轮做垂直于车体的直线运动；离心力控制剪刀式防倾杆装置平衡车辆转弯时的侧倾力。两大机构既可配套组合使用，也可单独使用。既适合前轮，也适合后轮，现对两大机构分别加以描述：
[0016] 自补偿浮动摆臂独立悬挂装置主要由补偿器(400)、浮动摆臂(405)、
转向节(410)、定位器(411)、弹簧(412)组成，可有多种组合形式。
[0017]
基础型：如图4，它的补偿
精度理论偏差为0；所述补偿器(400)用以限制所述浮动摆臂(405)的
自由度和提供运动偏差的补偿，包含：∏型
支架(401)，支架(401)用
橡胶套与车体预留位置连接，支架(401)上有限位孔(402)、限位轴(403)、限位滑道(404)，所述补偿器(400)约束所述浮动摆臂(405)运动
姿态；浮动摆臂(405)：所以称为浮动，是在补偿器(400)、的约束下，每个点都在运动平面内做复合运动，浮动摆臂(405)尾端轴(406)在限位滑道(404)上滑动和转动，中端滑道(407)在限位轴(403)上既转动又滑动，前端孔(408)与转向节(410)铰接，并通过转向节(410)与减震器(411)固接，前端孔(408)中心沿减震器(411)轴线的延长线或平行线垂直移动；定位器(411)：垂直安装于车体的减震器(411)兼作定位器(411)，减震器(411)下端与转向节(410)用
螺栓固接，减震器(411)的轴线的延长线落在浮动摆臂(405)前端孔(408)中心上或和前端孔(408)中心的运动直线平行；
[0018] 对减震器(411)无特殊要求，只要
阀杆强度足够，可直接选用现有的减震器，减震弹簧(412)可以套装在减震器(411)上，也可以安装在转向节(410)上，以减少作用在减震器(411)和浮动摆臂(405)及补偿器(400)上的力矩为宜。
[0019] 浮动摆臂(405)的前端孔(408)与中端滑道(407)之间可以弯曲以适应车体结构，但摆臂上的(406)、(407)、(408)三个轴心应在一条直线上，以简化设计。
[0020] 用于补偿器(400)与浮动摆臂(405)滑道上的轴(403)、(406)应有
套管或
轴承以提高寿命。滑动和转动部位应润滑和密封。
[0021] 浮动摆臂(405)的前端孔(408)中心的运动直线(即车轮跳动直线)偏差是由补偿器(400)的限位滑道(404)控制的，滑道的中心线是补偿曲线，补偿曲线的精度直接决定车轮运动直线的偏差，故实际制造应尽量提高精度。现在的普通制造技术已经能把精度控制在0.01-0.03mm之间，对于现有技术的车辆车轮的约20mm的摆动偏差已经是提高了上千倍。可忽略不计。
[0022] 其运动过程是：当车轮遇路面突起时，车轮与转向节(410)上升，带动浮动摆臂(405)前端上升，因补偿器(400)上的限位轴(403)的纵向约束，迫使浮动摆臂(405)绕限位轴(403)转动，同时浮动摆臂(405)尾端轴(406)因受补偿器(400)上的限位滑道(404)的横向约束，只能沿滑道滑动和转动并迫使浮动摆臂(405)中端滑道(407)在限位轴(403)上横向滑动，限位滑道(404)的曲线补偿了浮动摆臂(405)前端的运动偏差，保证了浮动摆臂(405)前端的垂直直线运动。同理，车轮下降时，浮动摆臂(405)前端同样作直线运动。
[0023] 变化型：如图5，把滑道(504)置于浮动摆臂(505)上，但换位后的滑道(504)的方向是相反的，而且须重新设计，其他与基本型相同，它的补偿精度理论偏差仍为0，利于降低制造成本，但支架(501)体积有所增大。
[0024] 也可以把图4所示基本型变为图6所示
曲柄型，但这种形式的补偿精度略差，运动直线偏差约在0.2mm内，方法是：支架(601)上不设滑道，增加一定位轴(612)、定位孔(613)，曲柄(614)，与尾端轴(606)，浮动摆臂(605)组成曲柄偏心机构，曲柄型便于制造，降低成本，也是实用选择。
[0025] 还可以把图4的基本型变化为如图7的形式，滑道(704)、(707)都置于支架(701)上，浮动摆臂(700)上只有轴(703)(706)、但中端滑道(707)长度略有增加，支架(701)体积不变。
[0026] 再可以有：如果实际悬挂要求的行程比较小，则可以把补偿曲线偏向一侧或在相应的方向缩短一部分，如图8，可以大幅减小支架体积，总之，可以变换出多种形式，也可以灵活组合，适应车体布局的需要。
[0027] 可以采用传统方法调整各项参数，对悬挂性能无影响。
[0028] 所述离心力控制剪刀式防倾杆装置如图12，主要由离心力控制
离合器(1202)，连杆(1203)，杠杆(1204)组成，连接于车体(1201)悬挂支架(1205)上；
[0029] 所述离心力控制离合器(1202)包括：安装与车体(1201)上的安装支架(1301)，支架(1301)固装于车体(1201)上，
推力轴承(1302)置于支架(1301)上，带重锤(1304)的摆杆(1303)置于推力轴承(1302)上，
花键轴(1305)插入摆杆(1303)、推力轴承(1302)、支架(1301)内，摆杆(1303)上的花键孔与花键轴(1305)配合，弹簧(1306)套装于花键轴(1305)上，拉簧(1307)连接在摆杆(1303)和定位销柱(1308)上，确保无离心力时的定位和离心力消失时的摆杆复位以及减震，当带重锤(1304)的摆杆(1303)发生偏转时，花键轴(1305)与摆杆(1303)的花键孔错位，花键轴(1305)被摆杆(1303)卡住；摆杆(1303)复位时，花键轴与摆杆的花键孔对位，花键轴可滑动。重锤偏转为合，重锤复位为离。
[0030] 所述拉簧(1307)拉力、所述重锤(1304)大小及摆杆(1303)长短要适当，所述摆杆(1303)转动要灵活，以保证车辆转弯时离合器的介入和脱离的适当时机。
[0031] 所述杠杆(1204)使用刚性或弹性金属材料，所述杠杆(1204)一端绞接于一侧车轮支架(1205)或与车轮同步运动的部件上，如减震器(1207)下端，所述杠杆(1204)中部置于车体(1201)中部的支架(1206)上，并允许少量滑动，所述杠杆(1204)另一端铰接于车体(1201)另一侧连杆(1203)一端，连杆(1203)另一端铰接于离心力控制离合器(1202)上，离心力控制离合器(1202)安装于另一侧车体(1201)上；上述部件成对交叉对称安装，逞剪刀状，两交叉的杠杆(1204)形成以车体(1201)中部的支架(1206)为
顶点的两个对顶角(对顶角相等)，当一侧车轮与车体的距离因侧倾力发生变化时，另一侧车轮与车体的距离也同步同量的变化，达到了自动平衡的作用。前轮一对，后轮一对，也可成对只安装于前轮或后轮。具体应用时，可根据车体形状、
空间布局和受力大小等其他指标决定杠杆(1204)的形状，尺寸和强度，以达到最佳效果。
[0032] 它的工作过程是：车辆直行时，带重锤的摆杆(1303)不摆动，离心力控制离合器(1202)不介入，杠杆(1204)与离心力控制离合器(1202)弹性连接，杠杆(1204)在车轮支架(1205)或减震器(1207)带动下，绕车体中心
支点(1206)空跳，车轮跳动与车体无关。
[0033] 当车辆向左侧转弯时，侧倾力指向右侧，逞右侧车体下沉，左侧车体上升的现象。车体两侧摆杆的重锤受离心力作用发生偏转，拉动离合机构合上，使右侧车轮经杠杆与车体左侧刚性连接(可通过加橡胶套
隔震)，拉动车体左侧向下降，而左侧车轮则经杠杆顶升车体右侧向上升。即指向一侧的侧倾力经杠杆支点改变方向传递到对侧，侧倾力小，反侧倾力亦小，侧倾力越大，反侧倾力也越大，形成了与侧倾力大小相等，方向相反的反侧倾力，以平衡侧倾。同时，还可使车体自动降低。同理，当车辆向右转弯时，与上述过程相对应，作用完全相同。原理很简单，就是利用了对顶角相等、作用力反作用力相等的原理。
[0034] 可以将浮动摆臂(405)的尾端延长，延长部分的端点经离合器(1202)与补偿器(400)支架(401)连接，可简化结构和节省材料。
[0035] 更简便的方法是，去掉离心力控制离合器(1202)，把弹性杠杆(1204)直接铰接到车体(1201)上，这样，在不平的路面直行时和现有的防侧倾装置一样，等于提高了弹簧(412)的刚度，牺牲了独立悬挂的部分性能，类似于现有防侧倾技术，但是抗侧倾的作用仍然优于现有技术。
[0036] 本发明可根据需要，进行简单组合，以适应不同用途、不同结构布局的的车辆的不同需要，详见
实施例。
[0037] 本发明的有益效果是：主要的，第一、两侧车轮互不影响，完全独立。第二、一杆代多杆，完成多杆都不能完成的理想的运动。节省空间，材料，减少重量，降低成本。第三：无论车轮如何跳动，车轮的运动轨迹始终垂直于车体。这就能保证不管什么路况，轮胎的接地面积最大，附着力也大，而且轮距、轴距始终不变(轮距、轴距变化完全被补偿器(500)、消化掉，左、右、前、后轮对地面垂直投影距离不变)即车轮的跳动对车体的稳定没有影响。配合离心力控制防侧倾装置，整车的操控性、稳定性，安全性和舒适性将产生质的飞跃。
[0038] 由于车轮是做垂直方向上的直线运动，使车辆在各种运行状态下，，悬挂的主销倾角、车轮前束、车轮外倾等各项参数均保持原设定参数不变，即车轮跳动和悬挂参数互不影响，这就为各项参数最佳化调整奠定了基础。(经分析判断，采用浮动悬挂后，有可能使原参数概念失去意义，即无需考虑参数调整)从而减少大量的实验、调整，
修改。使设计、制造、安装、调试变得异常简单，高效。
[0039] 相应的，接地面积大，传递动力好。车轮运动姿态更合理，前进阻力更低，减少了轮胎磨损，提高了轮胎寿命。有效降低动力损耗，节省燃料。简化了复杂的受力关系，操控更顺畅，
[0040] 运动特性不受装置长度影响，装置可长可短；安装方向在与运动直线垂直的平面内可任意选择，适应不同的安装空间，增大了布局的灵活性。
[0042] 减震器(511)、弹簧(512)等相关部件也相应处于直线运动状态，从而大幅提高使用寿命。
[0043] 行程范围大，路面适应性强，为加入空气悬挂或主动悬挂建立了理想的悬挂平台。
[0044] 纯机械机构，可靠性100％。
[0045] 容易制造，成本低廉。是现有传统悬挂系统的最佳换代技术
[0046] 浮动摆臂(405)与补偿器(400)的组合所具有的直线运动特性，还可应用于其他机械机构中。
附图说明
[0047] 图1：非独立悬挂示意图。
[0048] 图2：独立悬挂示意图。
[0049] 图3：多连杆独立悬挂示意图。
[0050] 图4：自补偿浮动摆臂独立悬挂装置示意图，基本型。
[0051] 图5：变化型，Y型摆臂，2个滑道都在摆臂上。
[0052] 图6：变化型，曲柄型，取消了补偿滑道。
[0053] 图7：变化型，两个滑道都在支架上。
[0054] 图8：如果实际悬挂要求的行程比较小，则可以把补偿曲线偏向一侧或在相应的方向缩短一部分，可以大幅减小支架体积。
[0055] 图9：A型臂
[0056] 图10：常用型，90度垂直布置。
[0057] 图11：任意方向布置。
[0058] 图12：防倾装置示意图。
[0059] 图13：离心力控制离合器。具体实施方式：
[0060] 根据实际需要，选择一种悬挂类型，在车体的相应位置上预设加强的，受力强度和运动空间满足悬挂要求的安装底座；同时预设防侧倾装置的安装底座。用橡胶套隔震直接安装上车即可。悬挂和防倾装置没有干扰关系，可独立设计使用。具有纵向成对组合的悬挂自身具备定位功能，无需定位器。无纵向组合的悬挂组合需与减震器配套使用。也可任选悬挂类型与副车架组合为前、后悬挂总成，大规模生产。
[0061] 实施例一：
[0062] 基本型，如图9，单组，横置，由浮动摆臂(405)、补偿机构(400)、转向节(410)、定位减震器(411)组成，结构最简单，基本性能完全满足要求，为保证制动性能，可加宽摆臂或直接设计成A型以增加强度。
[0063] 实施例二：
[0064] 常用型，如图10，两组装置逞90度分布，受力合理结构较简单，其纵置的摆臂(405)和补偿器(400)、只在制动时或车轮遇阻时承受拉力，固可细小些，以减少质量[0065] 实施例三：
[0066] 灵活布置，如图11，垂直于车体的平面内任意方向安装，与基本型相似。
[0067] 实施例四：
[0068] 倾斜安装，浮动摆臂、补偿机构、转向节、定位减震器，一同同角度倾斜安装，以适应车体结构，但在运动时轴距有所改变，而且倾斜角度不可过大。
[0069] 实施例五：
[0070] 用于其他机械机构，可省去笨重的
导轨。
