Подвеска переменной жесткости транспортного средства

Изобретение относится к области общего машиностроения и представляет собой подвеску переменной жесткости транспортного средства. Подвеска переменной жесткости транспортного средства имеет упругий металлический элемент и балансир, шарнирно соединенный с рычагом, который с помощью закрепленного на нем ролика перемещается по поверхности копира с расчетным профилем опорной поверхности, обеспечивающим заранее заданную оптимальную характеристику подвески с множеством различных значений коэффициента жесткости. Подвеска реализует нелинейную характеристику с минимальными значениями коэффициента ее жесткости на начальных ходах колес при f<0,05 м и расчетным увеличением коэффициента жесткости на ходах колес свыше f>0,05 м. Упругий металлический элемент представляет собой пружину сжатия, передающую усилие на корпус транспортного средства и одним концом закрепленную на рычаге. Поверхность копира с расчетным профилем опорной поверхности и часть рычага с роликом могут быть выполнены в закрытом кожухе, защищающем механизм от абразивного воздействия пыли и грязи. Изобретение повышает качество подрессоривания транспортного средства за счет уменьшения воздействия на водителя высокочастотных ускорений тряски. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области общего машиностроения и представляет собой подвеску переменной жесткости транспортного средства.

Подвески с упругими металлическими элементами, не имеющие устройств для регулирования собственных характеристик, имеют линейную зависимость силы (р) от перемещения колеса (f), передаваемой на корпус машины, и поэтому обладают постоянным коэффициентом жесткости (см. фиг.1).

Коэффициент жесткости (m) есть отношение силы (р) к перемещению колеса (f) и определяется как тангенс угла наклона касательной к точке кривой. Для конкретной конструкции рассматриваемого типа рессоры существует одно значение коэффициента жесткости (m₁).

Подвеска постоянной жесткости обеспечивает наиболее удовлетворительное качество подрессоривания только на режимах, характеризуемых оптимальным соотношением единственного значения коэффициента жесткости рессоры (m), высот (h) и амплитуд (а) неровностей профиля пути.

При невыполнении этих условий подвеска работает либо в режиме жестких ударов ("пробой"), либо в режиме "тряски" (передачи от колес через подвеску на корпус машины высокочастотных ускорений при движении транспортного средства с некоторой скоростью по мелким и частым неровностям высотой h<0,05 м).

Режимы движения "пробой" и "тряска" оказывают на водителя неблагоприятное воздействие, вынуждающее для выхода системы "автомобиль-человек" из указанных выше режимов, как минимум, уменьшить скорость движения.

Подвески описанного выше типа вследствие конструктивной относительной простоты и невысокой стоимости изготовления нашли наибольшее распространение в автомобилестроении.

Одним из примеров обеспечения плавности хода транспортных средств, оснащенных подвесками с линейной характеристикой упругого элемента, является использование параллелограммной подвески колеса (RU 2189322, В60G 3/14, 3/18).

Для устранения недостатков, характерных для подвесок с постоянным коэффициентом жесткости и достижения более оптимальных параметров работы системы подрессоривания используют подвески переменной жесткости, имеющие нелинейную характеристику упругого элемента (см. фиг.2).

Нелинейность такой подвески характеризуется множеством значений коэффициентов жесткости (m₁; ...; m_n) в отличие от одного значения (m₁) (для подвески с постоянной жесткостью).

Наличие множества значений коэффициента жесткости в подвесках с нелинейной характеристикой упругого элемента определяет более расширенный диапазон оптимальных соотношений параметров (m; v; h; a), что обеспечивает удовлетворительное качество подрессоривания в более широком диапазоне значений скоростей движения (v), высот (h) и амплитуд (а) неровностей пути.

Подвески переменной жесткости, как правило, выполняются в виде пневморессор, имеющих в качестве рабочего тела газ. Нелинейность подвески, или степень изгиба кривой, определяется для таких рессор физической характеристики газа, называемой политропой сжатия и имеющей для конкретного газа фиксированное значение. Поэтому изменить в еще большей степени крутизну характеристики пневморессоры (ее нелинейность) для получения "идеальной" ("мягкой" рессоры с малыми значениями коэффициента жесткости на ходах колеса f<0,05 м и "жесткой" рессоры с большими значениями коэффициента жесткости при f>0,05 м) подвески без использования сложных систем автоматического регулирования (CAP) не представляется возможным.

Пневмоподвески характеризуются сложностью конструктивного исполнения (необходимостью обеспечения гарантированного уплотнения замкнутого объема газа, находящегося под большим давлением; нестабильности характеристики из-за колебаний температуры рабочего тела), высокой стоимостью изготовления по отношению к рессорам, в которых в качестве рабочего тела используются упругие металлические элементы.

Целью настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков и повышение качества подрессоривания транспортного средства за счет уменьшения воздействия на водителя высокочастотных ускорений тряски.

Сущность изобретения заключается в том, что для подрессоривания транспортного средства используется подвеска с упругим металлическим элементом, оснащенная копиром с расчетным профилем опорной поверхности, обеспечивающим необходимую, заранее заданную оптимальную характеристику подвески с множеством различных значений коэффициента жесткости (m₁; ...; m_n).

Предлагаемое техническое решение реализовано в виде упругого металлического элемента и балансира, шарнирно соединенного с рычагом, который с помощью закрепленного на нем ролика перемещается по поверхности копира с расчетным профилем опорной поверхности, обеспечивающим заранее заданную оптимальную характеристику подвески с множеством различных значений коэффициента жесткости, достаточную для устранения высокочастотной составляющей спектра колебаний, передаваемых на водителя (пассажира) за счет минимальных значений коэффициента жесткости подвески на начальных ходах колес при f<0,05 м и расчетным увеличением коэффициента жесткости на ходах колес свыше f>0,05 м (см. фиг.3).

Изобретение поясняется фигурой 4, на которой изображены: 5 - балансир; 6 - рычаг, шарнирно соединенный с балансиром 5 в точке L; 8 - ролик, закрепленный на рычаге в точке L₁ и перемещаемый по поверхности копира с расчетным профилем опорной поверхности 4; 10 - упругий металлический элемент в виде пружины сжатия 7, одним концом закрепленной на рычаге 6; 9 - эластичный защитный кожух.

Работа подвески осуществляется следующим образом. При наезде на препятствие колесо перемещается вверх, в результате чего усилие от колеса передается через балансир 5 и упругий металлический элемент 10 в виде пружины сжатия 7, закрепленной одним концом на рычаге 6, на корпус транспортного средства 3.

При этом ролик 8 рычага 6 перемещается по поверхности копира с расчетным профилем опорной поверхности. Копир 4, имеющий расчетный профиль опорной поверхности, описываемый некоторой нелинейной функцией, обеспечивает реализацию оптимальной характеристики подвески транспортного средства, так как зависимость между перемещением колеса и изменением расстояния между точками крепления пружины к корпусу транспортного средства 3 и рычага 6, то есть изменением длины пружины, является нелинейной.

Эта нелинейность обусловлена тем, что пара «рычаг-копир» (свободный конец подвижного рычага, перемещаемого с помощью ролика по поверхности копира с расчетным профилем опорной поверхности) играет роль звена, задающего переменное передаточное число между перемещением колеса и соответствующим изменением длины пружины и обеспечивающего таким образом переменную степень сжатия пружины.

Эластичный защитный кожух предохраняет профильную поверхность копира и поверхность ролика от абразивного воздействия песка и грязи.

Достижение эффекта переменной степени сжатия пружины в предлагаемом техническом решении поясняется кинематической схемой (фиг.5) и графиками (фиг.6 и 7).

При перемещении колеса с позиции А до позиции D происходит изменение длины пружины от размера ОА¹ до размера OD¹ по нелинейному закону (фиг.6, где: f - перемещение колеса, s - деформация пружины) за счет движения рычага по нелинейному профилю копира. Причем максимальной длине пружины (размер OA¹) соответствует минимальное усилие ее сжатия, а минимальной длине (размер OD¹) - максимальное усилие сжатия.

Для нелинейной функции деформации пружины от перемещения колеса существует обратная нелинейная функция силы, передаваемой на корпус транспортного средства от перемещения колеса (фиг.7, где: f - перемещение колеса, р - сила, передаваемая на корпус транспортного средства).

В результате использования рассматриваемой конструкции подвески высокочастотные колебания тряски, возникающие при движении транспортного средства с большой скоростью по мелким и частым неровностям, не будут передаваться на водителя.

Основной эффект, достигаемый предлагаемым техническим решением, заключается в обеспечении высокой плавности хода машины при движении на больших скоростях по мелким и частым неровностям за счет устранения высокочастотной составляющей спектра колебаний, передаваемых на водителя (пассажира), вследствие минимальных значений коэффициента жесткости подвески на начальных ходах колес при f<0,05 м (см. фиг.3) и предотвращения пробоев (жестких ударов) подвески из-за расчетного увеличения коэффициента жесткости на ходах колес свыше f>0,05 м.

1. Подвеска переменной жесткости транспортного средства, имеющая упругий металлический элемент и балансир, шарнирно соединенный с рычагом, который с помощью закрепленного на нем ролика перемещается по поверхности копира с расчетным профилем опорной поверхности, обеспечивающим заранее заданную оптимальную характеристику подвески с множеством различных значений коэффициента жесткости, отличающаяся тем, что она реализует нелинейную характеристику с минимальными значениями коэффициента жесткости подвески на начальных ходах колес при f<0,05 м и расчетным увеличением коэффициента жесткости на ходах колес свыше f>0,05 м, при этом упругий металлический элемент представляет собой пружину сжатия, передающую усилие на корпус транспортного средства и одним концом закрепленную на рычаге.

2. Подвеска по п.1, отличающаяся тем, что поверхность копира с расчетным профилем опорной поверхности и часть рычага с роликом выполнены в закрытом кожухе, защищающем механизм от абразивного воздействия пыли и грязи.