Стойка активной подвески переднеприводного автомобиля

 

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. 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. 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 размешен нижний торцовый кулачок. Указанные кулачки установлены с возможностью взаимодействия рабочими поверхностями, а величина хода нижнего торцового кулачка h определяется по формуле. Технический эффект - повышение безопасной скорости вхождения в поворот за счет активного регулирования жесткости подвески. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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".

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.

Формула изобретения

1. Стойка активной подвески переднеприводного автомобиля, содержащая 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, причем 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, отличающаяся тем, что верхняя часть регулировочного штока связана посредством упругой втулки с колпаком, зафиксированным на кузове автомобиля, а 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, причем 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.

2. Стойка по п.1, отличающаяся тем, что системы регулирования правой и левой подвесок автомобиля при прямом расположении колес соответствуют сведенным положением торцовых кулачков, при правом повороте колес соответствует 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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7