RU2140364C1

RU2140364C1 - Active suspension strut of front wheel drive car

Info

Publication number: RU2140364C1
Application number: RU98110099A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Вячеславович Чулков; Александр Олегович Харченко; Юрий Константинович Новоселов; Алексей Геннадиевич Прокудин; Александр Дмитриевич Чулков
Original assignee: Севастопольский государственный технический университет
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1998-05-21
Publication date: 1999-10-27

Abstract

FIELD: transport engineering; front independent suspensions of front wheel drive cars with hydraulic telescopic shock absorbing struts. SUBSTANCE: strut has body with parts of hydraulic telescopic shock absorber with adjusting rod inside working rod, piston with bypass valve secured on adjusting rod and rigidity control system arranged between upper end face of piston and lower end face of working rod with plate and spiral springs. Rigidly control system has end face cam secured in lower part of working rod with spiral spring. Axial hole of cam engages with adjusting rod on which lower end face cam is fitted. Lower end face cam is arranged above plate spring being installed for axial displacement without rotation. Cams are installed for engagement with working surfaces. Value h of travel of lower end face cam is found from formula. EFFECT: increased safe speed at negotiating a turn owing to active control of suspension rigidity. 2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к амортизирующим устройствам подвески и может быть использовано в передних независимых подвесках переднеприводных автомобилей с гидравлическими телескопическими амортизаторными стойками. The invention relates to transport machinery, in particular to shock-absorbing suspension devices and can be used in front independent suspensions of front-wheel drive vehicles with hydraulic telescopic shock absorber struts.

Известны конструкции стоек подвески переднеприводного автомобиля (Автомобиль ВАЗ-2108 "Спутник": Устройство и ремонт/ В.А. Вершигора, А.П. Ипатов, K.B. Новокшенов, К.Б. Патков. - М.: Транспорт, 1987, с. 82-83, рис. 81), содержащих корпус с деталями телескопического гидравлического амортизатора, взаимодействующий в нижней части посредством рычага со ступицей колеса и шаровым шарниром, а в верхней части посредством пружины со штоком, верхней опорой стойки с подшипником и резинометаллическим шарниром на кузове автомобиля, ограничителем хода и колпаком. Known designs of struts of the front-wheel drive car suspension (VAZ-2108 "Sputnik" Car: Installation and Repair / V.A. Vershigora, A.P. Ipatov, KB Novokshenov, KB Patkov. - M.: Transport, 1987, p. 82-83, Fig. 81), containing a housing with telescopic hydraulic shock absorber parts, interacting in the lower part by means of a lever with a wheel hub and a ball joint, and in the upper part by means of a spring with a rod, the upper pillar support with a bearing and a rubber-metal joint on a car body , travel stop and cap.

Основным недостатком таких устройств является невозможность регулирования сопротивления усилию сжатия стойки подвески, а также невозможность активного изменения жесткости подвески в зависимости от условий движения автомобиля, например, при его вхождении в поворот. The main disadvantage of such devices is the impossibility of regulating the resistance to the compression force of the suspension strut, as well as the impossibility of actively changing the stiffness of the suspension depending on the driving conditions of the car, for example, when it enters into a turn.

В качестве прототипа выбран гидравлический амортизатор (патент России N 2103185, БИ N 3, 1998), устанавливаемый как в переднюю, так и в заднюю подвеску автомобиля, содержащий гидроцилиндр, размещенные в гидроцилиндре поршень с рабочим штоком, в котором выполнено осевое отверстие, и систему регулирования жесткости. В осевом отверстии рабочего штока установлен с возможностью осевого перемещения дополнительный регулировочный шток, нижняя часть которого взаимодействует с поршнем, а верхняя часть взаимодействует с рабочим штоком посредством резьбового соединения. Система регулирования жесткости включает в себя установленную между верхним торцем поршня и нижним торцем рабочего штока тарельчатую пружину, размещенную внутри конической пружины. При ухудшении дорожных условий дополнительный регулировочный шток посредством внешнего механизма вывинчивают из резьбы рабочего штока, поджимают коническую и тарельчатую пружины, уменьшая зазор перепускного клапана, и тем самым значительно повышают жесткость амортизатора. As a prototype, a hydraulic shock absorber was selected (Russian patent N 2103185, BI N 3, 1998), installed in both the front and rear suspension of the car, containing a hydraulic cylinder, a piston with a working rod in which the axial hole is made, and a system regulation of stiffness. An additional adjustment rod is installed in the axial hole of the working rod with axial movement, the lower part of which interacts with the piston, and the upper part interacts with the working rod by means of a threaded connection. The stiffness control system includes a disk spring installed between the upper end of the piston and the lower end of the working rod, located inside the conical spring. When road conditions deteriorate, the additional adjustment rod is unscrewed from the thread of the working rod by an external mechanism, the conical and disk springs are pressed, reducing the bypass valve clearance, and thereby significantly increase the stiffness of the shock absorber.

Данное устройство позволяет регулировать жесткость амортизатора в достаточно широких пределах, но вместе с тем обладает следующими недостатками:
- необходимость установки специального механизма вращения регулировочного штока, что требует существенных изменений конструкции подвески;
- необходимость установки механического или гидравлического устройства управления механизмом вращения регулировочного штока, что требует конструктивных изменений в системе управления автомобиля;
- невозможность активного регулирования жесткости соответственно правой или левой подвесок при вхождении автомобиля в поворот для предотвращения его опрокидывания (см. "Авторевю" N 3 -1998, с. 20-23).This device allows you to adjust the stiffness of the shock absorber in a fairly wide range, but at the same time it has the following disadvantages:
- the need to install a special rotation mechanism of the adjusting rod, which requires significant changes in the design of the suspension;
- the need to install a mechanical or hydraulic control device for the rotation mechanism of the adjusting rod, which requires structural changes in the vehicle control system;
- the impossibility of actively adjusting the stiffness, respectively, of the right or left suspensions when the car enters into a turn to prevent it from tipping over (see "Auto Review" N 3 -1998, p. 20-23).

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности работы передней подвески за счет активного регулирования ее жесткости при вхождении автомобиля в поворот, повышение безопасной скорости вхождения в поворот. The objective of the invention is to increase the efficiency and reliability of the front suspension due to the active regulation of its stiffness when entering the car into a turn, increasing the safe speed of entering a turn.

Технический результат достигается за счет того, что стойка активной подвески переднеприводного автомобиля содержит корпус с деталями гидравлического телескопического амортизатора с регулировочным штоком внутри рабочего штока, закрепленный на регулировочном штоке поршень с перепускным клапаном, систему регулирования жесткости между верхним торцем поршня и нижним торцем рабочего штока с тарельчатой и спиральной пружинами. Корпус установлен с возможностью взаимодействия в нижней части посредством рычага со ступицей колеса и шаровым шарниром, а в верхней части посредством пружины с рабочим штоком, верхней опорой стойки с подшипником и резинометаллическим шарниром на кузове автомобиля, ограничителем хода и защитным кожухом. Верхняя часть регулировочного штока связана посредством упругой втулки с колпаком, зафиксированным на кузове автомобиля. Система регулирования жесткости содержит закрепленный в нижней части рабочего штока со спиральной пружиной торцовый кулачок, осевым отверстием взаимодействующий с регулировочным штоком, на котором с возможностью осевого перемещения без вращения над тарельчатой пружиной размещен нижний торцовый кулачок. Указанные кулачки установлены с возможностью взаимодействия рабочими поверхностями, а величина хода нижнего торцового кулачка h определяется по формуле:

где φ - угол поворота колеса автомобиля, град:
D - наружный диаметр торцовых кулачков;
α - угол подъема рабочей поверхности торцовых кулачков.The technical result is achieved due to the fact that the front suspension of the front-wheel drive vehicle contains a housing with hydraulic telescopic shock absorber parts with an adjustment rod inside the operating rod, a piston with an overflow valve fixed to the adjustment rod, a stiffness control system between the upper end of the piston and the lower end of the operating rod with a disk and coil springs. The housing is installed with the possibility of interaction in the lower part by means of a lever with a wheel hub and a ball joint, and in the upper part by means of a spring with a working rod, the upper pillar support with a bearing and a rubber-metal joint on the car body, travel limiter and protective cover. The upper part of the adjusting rod is connected through an elastic sleeve with a cap fixed on the car body. The stiffness control system comprises an end cam fixed in the lower part of the operating rod with a coil spring, interacting with an adjusting rod with an axial hole, on which the lower end cam is axially movable without rotation above the cup spring. These cams are installed with the possibility of interaction with the working surfaces, and the stroke of the lower end cam h is determined by the formula:

where φ is the angle of rotation of the wheel of the car, deg:
D is the outer diameter of the end cams;
α is the angle of elevation of the working surface of the end cams.

Системы регулирования правой и левой подвесок автомобиля при прямом расположении колес соответствуют сведенным положениям торцовых кулачков, при правом повороте колес соответствуют разведенному положению торцовых кулачков левой подвески и сведенному положению торцовых кулачков правой подвески, при левом повороте колес - разведенному положению торцовых кулачков правой подвески и сведенному положению торцовых кулачков левой подвески. The systems for adjusting the right and left car suspensions with the direct arrangement of the wheels correspond to the reduced positions of the end cams, with the right turn of the wheels correspond to the divorced position of the end cams of the left suspension and the reduced position of the end cams of the right suspension, with the left turn of the wheels - to the divorced position of the end cams of the right suspension and the reduced position end cams of the left suspension bracket.

Такое выполнение систем регулирования в виде взаимодействующих рабочими поверхностями торцовых кулачков при повороте регулировочных штоков, соответствующем повороту колес автомобиля, позволяет осуществлять активное регулирование жесткости передних подвесок автомобиля. При правом повороте автомобиля увеличивается жесткость левой подвески, при левом повороте - правой подвески, что позволяет повысить безопасность, надежность, комфортность езды на автомобиле, повысить безопасную скорость вхождения в поворот, предотвратить возможное опрокидывание автомобиля. This embodiment of the regulation systems in the form of end cams interacting with the working surfaces when the adjustment rods are rotated corresponding to the rotation of the car wheels allows for active regulation of the stiffness of the front car suspensions. When the car is turned right, the stiffness of the left suspension increases, when it is turned left, the right suspension increases, which improves safety, reliability, driving comfort, increases the safe rate of entry into a turn, and prevents a possible rollover of the car.

На фиг. 1 показан общий вид стойки активной подвески переднеприводного автомобиля, на фиг. 2 - верхняя часть подвески, на фиг. 3 - система регулирования стойки, на фиг. 4 и 5 - системы регулирования жесткости соответственно с разведенными торцовыми кулачками (вид А, фиг. 6) при повышенной жесткости стойки и со сведенными торцовыми кулачками (вид Б, фиг. 7) при нормальной жесткости стойки. In FIG. 1 shows a general view of the active suspension strut of a front-wheel drive vehicle; FIG. 2 - the upper part of the suspension, in FIG. 3 - rack adjustment system, FIG. 4 and 5 - stiffness control systems, respectively, with split end cams (view A, Fig. 6) with increased rack stiffness and with reduced end cams (view B, Fig. 7) at normal rack stiffness.

Предложенная стойка состоит из корпуса 1, в нижней части связанного посредством рычага 2 со ступицей 3 колеса и шаровым шарниром 4. Корпус 1 средней частью через рычаг 5 соединяется с тягой рулевого привода. Верхняя часть корпуса 1 через опорные чашки 6, 7 и пружину 8 взаимодействует с рабочим штоком 9, на котором расположены буфер 10 хода сжатия с защитным кожухом 11. Рабочий шток 9 взаимодействует с верхней опорой 12 стойки в сборе с подшипником 13, причем последний размещен на рабочем штоке 9 и зафиксирован вместе с ограничителем хода 14 посредством гайки 15. Внутри рабочего штока 9 расположен с возможностью поворота относительно последнего регулировочный шток 16, верхней частью взаимодействующий через упругую резинометаллическую втулку 17 с колпаком 18, зафиксированном совместно с опорой 12 самоконтрящимися гайками 19 на кузове 20 автомобиля. Внутри корпуса 1 стойки расположен гидроцилиндр 21 с клапаном сжатия 22 в нижней части и закрепленным на регулировочном штоке 16 поршнем 23. Над поршнем 23 установлена тарелка 24 перепускного клапана, тарельчатая пружина 25, а также с возможностью осевого перемещения на регулировочном штоке 16 нижний торцовый кулачок 26. Осевое отверстие кулачка 26 соответствует профилю сечения регулировочного штока 16, в зоне их взаимодействия имеющего лыски 27, благодаря которым нижний торцовый кулачок 26 имеет возможность поворота только совместно с регулировочным штоком 16. The proposed rack consists of a housing 1, in the lower part connected by a lever 2 with a wheel hub 3 and a ball joint 4. The housing 1 with the middle part through a lever 5 is connected to the steering gear rod. The upper part of the housing 1 through the supporting cups 6, 7 and the spring 8 interacts with the working rod 9, on which are located the compression stroke buffer 10 with the protective casing 11. The working rod 9 interacts with the upper support 12 of the stand assembly with the bearing 13, the latter being placed on the working rod 9 and is fixed together with the stroke limiter 14 by means of the nut 15. Inside the working rod 9 is located with the possibility of rotation relative to the last adjusting rod 16, interacting with the upper part through the elastic rubber-metal sleeve 17 with the cap 18, fixed together with the support 12 self-locking nuts 19 on the car body 20. Inside the rack housing 1 there is a hydraulic cylinder 21 with a compression valve 22 in the lower part and a piston 23 fixed to the adjusting rod 16. A bypass valve plate 24, a disk spring 25 is mounted above the piston 23, and also a lower end cam 26 with axial movement on the adjusting rod 16 The axial hole of the cam 26 corresponds to the cross-sectional profile of the adjusting rod 16, in the area of their interaction having flats 27, due to which the lower end cam 26 can only be rotated together with the adjusting rod 16 m.

В нижней части рабочего штока 9 в резьбовом отверстии закреплен торцовый кулачок 28, через осевое отверстие которого проходит регулировочный шток 16, а между указанным кулачком и тарелкой 24 перепускного клапана установлена спиральная пружина 29. Торцовый кулачок 28 и нижний торцовый кулачок 26 установлены с возможностью взаимодействия рабочими поверхностями, имеющими равные углы подъема α и наружный диаметр D. Величина хода h нижнего торцового кулачка 26 в направлении сведения с торцовым кулачком 28 зависит от величины L - максимального зазора между тарелкой 24 и нижним торцовым кулачком 26, соответствующего свободному состоянию тарельчатой пружины 25 (то есть работающей только цилиндрической пружине 29). L₁ - величина минимального зазора между тарелкой 24 и нижним торцовым кулачком 26, соответствующая сжатому состоянию тарельчатой пружины 25 (L₁ < H, где H - ее высота в свободном состоянии).In the lower part of the working rod 9, an end cam 28 is fixed in the threaded hole, through which the adjusting rod 16 passes, and a spiral spring 29 is installed between the specified cam and the bypass valve plate 24. The end cam 28 and the lower end cam 26 are installed with the possibility of interaction between the workers surfaces having equal elevation angles α and an outer diameter D. The stroke h of the lower end cam 26 in the direction of alignment with the end cam 28 depends on the value of L - the maximum clearance m between the plate 24 and the lower end cam 26, corresponding to the free state of the disk spring 25 (that is, only working coil spring 29). L ₁ - the minimum clearance between the plate 24 and the lower end cam 26, corresponding to the compressed state of the disk spring 25 (L ₁ <H, where H is its height in the free state).

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При прямолинейном движении автомобиля системы регулирования его левой и правой подвесок соответствуют сведенным состояниям торцовых кулачков 26 и 28 (фиг. 5 и 7). При этом тарельчатая пружина 25 находится в свободном состоянии, а поджим тарелки 24 к поршню 23 осуществляет в обеих стойках цилиндрическая пружина 29, обеспечивая "мягкий ход" левой и правой передних подвесок автомобиля. The proposed device operates as follows. With the rectilinear movement of the car, the regulation systems of its left and right suspensions correspond to the reduced states of the end cams 26 and 28 (Figs. 5 and 7). In this case, the disk spring 25 is in a free state, and the pressure plate 24 to the piston 23 carries out a cylindrical spring 29 in both racks, providing a "soft ride" of the left and right front car suspensions.

При вхождении автомобиля в правый поворот на машину действует центробежная сила инерции, вызывая боковой крен наружу поворота, то есть влево, и стремясь выбрать с нагруженной стороны ход левой подвески на сжатие до упора. Однако при этом жесткость левой подвески в момент поворота колеса со ступицей 3 резко увеличивается за счет того, что корпус 1 стойки совместно с рабочим штоком 9 поворачиваются относительно кузова 20 в подшипнике 13. Так как регулировочный шток 16 хвостовиком взаимодействует через упругую втулку 17 и колпак 18 с кузовом 20, поворачивающийся относительно регулировочного штока 16 рабочий шток 9 с торцовым кулачком 28 переводят нижний торцовый кулачок 26 в разведенное состояние на величину h (фиг. 4 и 6). При этом тарелка 24 поджимается более жесткой тарельчатой пружиной 25 до величины L₁, не превышающей ее высоты H в свободном состоянии. Стойка левой подвески таким образом в момент поворота автомобиля вправо переводится в положение "жесткого хода", противодействуя крену автомобиля. Стойка правой подвески при этом остается в положении "мягкого хода", так как ее торцовые кулачки остаются в сведенном состоянии (фиг. 5 и 7) и тарелку 24 поджимает только цилиндрическая пружина 29.When a car enters a right turn, a centrifugal inertia force acts on the car, causing a lateral roll to the outside of the turn, that is, to the left, and striving to choose from the loaded side the course of the left suspension bracket against compression. However, the stiffness of the left suspension at the moment of rotation of the wheel with the hub 3 increases sharply due to the fact that the rack body 1 together with the working rod 9 rotate relative to the body 20 in the bearing 13. Since the adjusting rod 16 shank interacts through the elastic sleeve 17 and the cap 18 with the body 20, the working rod 9 rotated relative to the adjusting rod 16 with the end cam 28 translates the lower end cam 26 into the diluted state by the value h (Figs. 4 and 6). In this case, the plate 24 is pressed by a more rigid disk spring 25 to a value of L ₁ not exceeding its height H in the free state. Thus, the left suspension strut thus at the moment of turning the car to the right is translated into the "hard drive" position, counteracting the vehicle roll. The rack of the right suspension remains in the "soft travel" position, since its end cams remain in the reduced state (Figs. 5 and 7) and only the coil spring 29 compresses the plate 24.

При вхождении автомобиля в левый поворот аналогичным образом стойка правой передней подвески переводится в положение "жесткого хода", а стойка левой подвески остается в положении "мягкого хода". When the car enters the left turn in the same way, the front right suspension strut is moved to the "hard drive" position, and the left suspension strut remains in the "soft ride" position.

Величина хода h нижнего торцового кулачка, например для автомобиля ВАЗ-2108 (максимальный зазор L=6 мм, наружный диаметр торцовых кулачков D=28 мм, угол подъема рабочей поверхности кулачков α =20^o максимальный угол поворота колеса φ =40^o) в результате расчетов по предложенной формуле составляет:
h = 3.14 • 40/360 •28•tg20^o = 3.55 (мм)
Высота тарельчатой пружины в сжатом состоянии, обеспечивающем "жесткий ход" подвески при вхождении автомобиля в поворот:
L₁ = L - h = 6 - 3.55 - 2.45 (мм)
Таким образом, сопротивление усилию сжатия амортизаторных стоек переднеприводных автомобилей активно регулируется в зависимости от дорожных условий, увеличиваясь со стороны более нагруженной внешней подвески при вхождении в поворот. Повышается эффективность и надежность работы подвески, так как простота конструктивной реализации на базе штатных элементов исключает отказы функционирования. Устройство легко встраивается в серийные конструкции подвесок переднеприводных автомобилей, не изменяя их габаритов. Повышается безопасная скорость вхождения в поворот за счет уменьшения бокового крена и исключается возможность опрокидывания автомобиля.The value of the stroke h of the lower end cam, for example, for a VAZ-2108 car (maximum clearance L = 6 mm, outer diameter of the end cams D = 28 mm, elevation angle of the working surface of the cams α = 20 ^o maximum angle of rotation of the wheel φ = 40 ^o ) as a result calculations according to the proposed formula is:
h = 3.14 • 40/360 • 28 • tg20 ^o = 3.55 (mm)
The height of the Belleville spring in a compressed state, providing a "hard ride" suspension when the car enters into a turn:
L ₁ = L - h = 6 - 3.55 - 2.45 (mm)
Thus, the resistance to compression force of the shock absorber struts of front-wheel drive cars is actively regulated depending on road conditions, increasing from the side of a more loaded external suspension when entering a turn. The efficiency and reliability of the suspension increases, since the simplicity of the structural implementation on the basis of standard elements eliminates operational failures. The device is easily integrated into serial designs of suspensions of front-wheel drive cars without changing their dimensions. The safe rate of entry into the turn is increased by reducing the lateral roll and eliminates the possibility of the car toppling over.

Claims

1. The active suspension of the front-wheel drive vehicle, comprising a housing with hydraulic telescopic shock absorber parts with an adjustment rod inside the operating rod, a piston with an overflow valve fixed to the adjustment rod, a stiffness control system between the upper end of the piston and the lower end of the operating rod with plate and coil springs, the housing is installed with the possibility of interaction in the lower part by means of a lever with the wheel hub and ball joint, and in the upper part by rifles with a working rod, the upper pillar support with a bearing and a rubber-metal hinge on a car body, a travel stop and a protective cover, characterized in that the upper part of the adjusting rod is connected by means of an elastic sleeve with a cap fixed on the car body, and the stiffness control system contains the bottom of the working rod with a spiral spring end cam, an axial hole interacting with the adjustment rod, on which with the possibility of axial movement without time scheniya diaphragm spring disposed over the lower end face cam, the said cams mounted to engage the working surfaces, and the stroke of the lower mechanical cam h is defined by the formula

where φ is the angle of rotation of the wheel of the car, deg;
D is the outer diameter of the end cams;
α is the angle of elevation of the working surface of the end cams.

2. The rack according to claim 1, characterized in that the control systems of the right and left suspension brackets of the car with the wheels directly located correspond to the reduced position of the end cams, when turning the wheels right, it corresponds to the split position of the end cams of the left suspension and the reduced position of the end cams of the right suspension, with the left turning the wheels - the divorced position of the end cams of the right suspension and the reduced position of the end cams of the left suspension.