本发明公开了一种磁性变刚度悬架弹簧装置，该装置由弹簧上支座、螺旋弹簧、减振缓冲器和弹簧下支座构成，减振缓冲器安装在螺旋弹簧内部，减振缓冲器的上端与弹簧上支座连接，下端与弹簧下支座连接，减振缓冲器利用永久磁铁同极相斥的原理实时调节悬架弹簧装置的刚度特性，根据减振缓冲器结构形式的不同分为上支座式、下支座式和双向式三种形式。该悬架弹簧装置具有变刚度特性，可以使汽车在各种载荷情况下都具有较好的乘坐舒适性；同时，当汽车在恶劣路况下行驶时，该装置可以防止悬架系统发生撞击，避免零部件的早期损坏，提高悬架系统的工作可靠性；充分利用螺旋弹簧的内部空间，结构简单且易于实施。
1.一种磁性变刚度悬架弹簧装置，所述弹簧装置包括弹簧上支座(1)、螺旋弹簧(5)、弹簧下支座(10)和减振缓冲器(11)，其特征是：所述螺旋弹簧(5)上端与弹簧上支座(1)连接，其下端与弹簧下支座(10)连接，所述减振缓冲器(11)安装在螺旋弹簧(5)内部，减振缓冲器(11)的上端与弹簧上支座(1)连接，下端与弹簧下支座(10)连接，减振缓冲器(11)利用永久磁铁同极相斥的原理实时调节悬架弹簧装置的刚度特性；
所述减振缓冲器(11)的结构形式为上支座式，它由上支座磁环(2)、上导向杆(3)、套筒上磁环(4)和导向杆套筒(6)组成，所述上导向杆(3)的下端置于导向杆套筒(6)内部，上导向杆(3)的上端与所述弹簧上支座(1)固定连接，导向杆套筒(6)的下端与所述弹簧下支座(10)固定连接，所述套筒上磁环(4)和上支座磁环(2)采用同极相邻的方式分别安装在导向杆套筒(6)的上端和弹簧上支座(1)的下部，即采用磁环N极-N极或者是S极-S极的方式安装，导向杆套筒(6)上的套筒上磁环(4)沿着上导向杆(3)的方向上下运动使悬架弹簧装置具有变刚度特性。
2.一种磁性变刚度悬架弹簧装置，所述弹簧装置包括弹簧上支座(1)、螺旋弹簧(5)、弹簧下支座(10)和减振缓冲器(11)，其特征是：所述螺旋弹簧(5)上端与弹簧上支座(1)连接，其下端与弹簧下支座(10)连接，所述减振缓冲器(11)安装在螺旋弹簧(5)内部，减振缓冲器(11)的上端与弹簧上支座(1)连接，下端与弹簧下支座(10)连接，减振缓冲器(11)利用永久磁铁同极相斥的原理实时调节悬架弹簧装置的刚度特性；
所述减振缓冲器(11)的结构形式为下支座式，它由导向杆套筒(6)、套筒下磁环(7)、下导向杆(8)和下支座磁环(9)组成，所述下导向杆(8)的下端置入导向杆套筒(6)内部，下导向杆(8)的下端与所述弹簧下支座(10)固定连接，导向杆套筒(6)的上端与所述弹簧上支座(1)固定连接，所述套筒下磁环(7)和下支座磁环(9)采用同极相邻的方式分别安装在导向杆套筒(6)的下端和弹簧下支座(10)的上部，即采用磁环N极-N极或者是S极-S极的方式安装，导向杆套筒(6)上的套筒下磁环(7)沿着下导向杆(8)的方向上下运动使悬架弹簧装置具有变刚度特性。
3.一种磁性变刚度悬架弹簧装置，所述弹簧装置包括弹簧上支座(1)、螺旋弹簧(5)、弹簧下支座(10)和减振缓冲器(11)，其特征是：所述螺旋弹簧(5)上端与弹簧上支座(1)连接，其下端与弹簧下支座(10)连接，所述减振缓冲器(11)安装在螺旋弹簧(5)内部，减振缓冲器(11)的上端与弹簧上支座(1)连接，下端与弹簧下支座(10)连接，减振缓冲器(11)利用永久磁铁同极相斥的原理实时调节悬架弹簧装置的刚度特性；
所述减振缓冲器(11)的结构形式为双向式，它由上支座磁环(2)、上导向杆(3)、套筒上磁环(4)、导向杆套筒(6)、套筒下磁环(7)、下导向杆(8)和下支座磁环(9)组成，所述上导向杆(3)的上端部与所述弹簧上支座(1)固定连接，上导向杆(3)下端置于导向杆套筒(6)的上端部；所述下导向杆(8)的下端部与所述弹簧下支座(10)固定连接，下导向杆(8)的上端部置于导向杆套筒(6)的下端部；所述上支座磁环(2)和套筒上磁环(4)采用同极相邻的方式分别安装在弹簧上支座(1)的下部和导向杆套筒(6)的上端，所述下支座磁环(9)和套筒下磁环(7)同样采用同极相邻的方式分别安装在弹簧下支座(10)的上部和导向杆套筒(6)的下端，而套筒上磁环(4)和套筒下磁环(7)之间则按照异极相邻的方式安装，即减振缓冲器(11)中的所述磁环其磁极由上到下按照N-N-S-S或者是S-S-N-N的方式安装，导向杆套筒(6)上的套筒上磁环(4)和套筒下磁环(7)沿着上导向杆(3)和下导向杆(8)的方向上下运动。
4.根据权利要求1、2或3所述的磁性变刚度悬架弹簧装置，其特征在于所述磁环的圆盘直径小于螺旋弹簧的弹簧内径；
所述上支座式和下支座式磁性变刚度悬架弹簧装置中的导向杆长度小于导向杆套筒内筒的长度；
所述双向式磁性变刚度悬架弹簧装置中的上、下导向杆的长度之和小于导向杆套筒内筒的长度；
所述上支座式和下支座式磁性变刚度悬架弹簧装置中的减振缓冲器磁环在自由状态时的间距小于螺旋弹簧的最大变形量；
所述双向式磁性变刚度悬架弹簧装置中的减振缓冲器两对磁环在自由状态时的间距之和小于螺旋弹簧的最大变形量。
磁性变刚度悬架弹簧装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种悬架系统的螺旋弹簧装置，尤其是具有变刚度特性并能够防止悬架系统发生撞击的螺旋弹簧装置。
背景技术
[0002] 目前，汽车悬架系统中的螺旋弹簧装置是由螺旋弹簧和弹簧支座组装而成，它把车桥和车架弹性地连接在一起，传递作用在它们之间的垂直载荷，并依靠螺旋弹簧的变形来吸收能量，缓和汽车在不平路面上行驶时所产生的冲击力，从而保证汽车的行驶平顺性。普通螺旋弹簧在设计完成之后，它的弹性系数是恒定不变的，也就是说它的弹簧刚度不能根据载荷的变化而改变。但是，汽车的载荷在空载和满载时相差甚远，对于载货汽车的后悬架尤为明显，如果螺旋弹簧的刚度是恒定不变的，那么在预期的载荷变化范围内就可能出现以下情况：汽车在满载时满足偏频要求而空载时偏频过大，使行驶平顺性降低，或者是空载时满足偏频要求而满载时动挠度过小，在行驶过程中频繁撞击限位块，另外，刚度不变的螺旋弹簧装置还容易产生共振，来自路面的振动与共振相互叠加，更容易使乘坐人员感到不舒服和疲劳。目前，解决以上问题所采用的方法是改变螺旋弹簧的几何特征来获取变刚度特性，中国专利公告号CN2325586Y，公告日是1999年6月23日，名称为‘变截面材料螺旋弹簧’中公布了一种具有变刚度特性的螺旋弹簧。该专利通过改变螺旋弹簧的簧丝直径使它的弹簧刚度发生变化，解决了汽车在空载和满载时存在的性能冲突。但是，变截面材料螺旋弹簧在制造过程存在着卷制工艺复杂、制造困难等缺点，在实际应用中存在一定的技术问题。
[0003] 汽车在行驶过程中，路面不可能绝对平坦，特别是越野车和全地域车所通过的道路，路面给车轮的反作用力往往是具有冲击性的，该冲击力可能达到很大的数值。冲击力通过悬架弹簧装置传递到车架和车身时，会使乘坐人员感到不舒服，货物也会受到损伤，并引起车辆机件的早期损坏，影响悬架系统的使用寿命。为了改善这种状况，除了采用弹性元件连接车桥与车架之外，还需要在悬架系统中安装限位装置来缓和这种冲击力。当前普遍采用橡胶限位块作为悬架系统的限位装置，但是，当来自路面的冲击力过大时，弹性橡胶体的压缩量会超过50％，橡胶限位块在车桥和车架之间会因为无法避让而导致爆裂和失效，另外，橡胶限位块不能设计很大，所以它的运动行程有限，吸收能量的功能也会受到限制。
发明内容
[0004] 本发明的目的就是为了克服现有的悬架弹簧装置不能根据载荷变化调整弹簧刚度且无法防止悬架系统发生撞击的不足，提供一种磁性变刚度悬架弹簧装置，该装置不仅能够根据汽车的载荷变化实时调整悬架弹簧装置的刚度特性，提高汽车的乘坐舒适性，而且可以缓冲来自于路面的过大冲击力，有效地防止悬架系统发生撞击。
[0005] 本发明采用如下技术方案：本发明所公开的的磁性变刚度悬架弹簧装置由弹簧上支座、螺旋弹簧、减振缓冲器和弹簧下支座构成，减振缓冲器安装在螺旋弹簧内部，所述螺旋弹簧上端与弹簧上支座连接，其下端与弹簧下支座连接，所述减振缓冲器安装在螺旋弹簧内部，减振缓冲器的上端与弹簧上支座连接，下端与弹簧下支座连接，减振缓冲器利用永久磁铁同极相斥的原理实时调节悬架弹簧装置的刚度特性。
[0006] 本发明根据减振缓冲器结构形式的不同分为上支座式、下支座式和双向式三种形式。上支座式磁性变刚度悬架弹簧装置由弹簧上支座、上支座磁环、上导向杆、套筒上磁环、导向杆套筒和弹簧下支座顺序连接而成，上导向杆的上端与弹簧上支座螺栓连接，导向杆套筒下端与弹簧下支座螺栓连接，上支座磁环和套筒上磁环按照同极相邻的方式分别固定在弹簧上支座下部和导向杆套筒的最上端。当车轮在不平路面上发生跳动时，导向杆套筒和套筒上磁环会沿着上导向杆的方向一起运动，套筒上磁环和上支座磁环之间产生的相互斥力会随着两磁环间距的变化而改变，从而有效地缓冲来自于地面上的冲击力。下支座式磁性变刚度悬架弹簧装置由弹簧上支座、导向杆套筒、套筒下磁环、下导向杆、下支座磁环和弹簧下支座顺序连接而成，导向杆套筒的上端与弹簧上支座螺栓连接，下导向杆下端与弹簧下支座螺栓连接，套筒下磁环和下支座磁环按照同极相邻的方式分别固定在导向杆套筒的最下端和弹簧下支座上部。当悬架系统因垂直载荷变化而运动时，导向杆套筒和套筒下磁环会沿着下导向杆的方向一起运动，套筒下磁环和下支座磁环之间产生的相互斥力也随着两磁环间距的变化而改变，套筒下磁环和下支座磁环之间产生的相互斥力与螺旋弹簧力共同支撑车辆载荷，可以使车辆在不同载荷情况下都能达到较好的乘坐舒适性。双向式磁性变刚度悬架弹簧装置由弹簧上支座、上支座磁环、上导向杆、套筒上磁环、导向杆套筒、套筒下磁环、下导向杆、下支座磁环和弹簧下支座顺序连接而成，上导向杆的上端与弹簧上支座螺栓连接，下导向杆下端与弹簧下支座螺栓连接，上支座磁环和套筒上磁环按照同极相邻的方式分别固定在弹簧上支座下部和导向杆套筒的最上端，套筒下磁环和下支座磁环按照同极相邻的方式分别固定在导向杆套筒的最下端和弹簧下支座上部，套筒上磁环和套筒下磁环之间按照异极相邻的方式进行安装。当悬架系统受到来自地面的冲击力过大时，上、下导向杆穿过导向杆套筒上下运动，当螺旋弹簧接近于完全压并的状态时，两对磁环之间的相互斥力都达到最大值，可以有效地防止悬架系统发生撞击。
[0007] 所述磁环的圆盘直径小于螺旋弹簧的弹簧内径。
[0008] 所述上支座式和下支座式磁性变刚度悬架弹簧装置中的导向杆长度小于导向杆套筒内筒的长度。
[0009] 所述双向式磁性变刚度悬架弹簧装置中的上、下导向杆的长度之和小于导向杆套筒内筒的长度。
[0010] 所述上支座式和下支座式磁性变刚度悬架弹簧装置中的减振缓冲器磁环在自由状态时的间距小于螺旋弹簧的最大变形量。
[0011] 所述双向式磁性变刚度悬架弹簧装置中的减振缓冲器两对磁环在自由状态时的间距之和小于螺旋弹簧的最大变形量。
[0012] 本发明的有益效果是，该悬架弹簧装置具有变刚度特性，可以使汽车在各种载荷情况下都具有较好的乘坐舒适性；同时，当汽车在恶劣路况下行驶时，该装置可以防止悬架系统发生撞击，避免零部件的早期损坏，提高悬架系统的工作可靠性；充分利用螺旋弹簧的内部空间，结构简单且易于实施。
附图说明
[0013] 图1是磁性变刚度悬架弹簧装置结构示意图；
[0014] 图2是上支座式磁性变刚度悬架弹簧装置的剖面构造图；
[0015] 图3是下支座式磁性变刚度悬架弹簧装置的剖面构造图；
[0016] 图4是双向式磁性变刚度悬架弹簧装置的剖面构造图。
[0017] 上述图中：1.弹簧上支座，2.上支座磁环，3.上导向杆，4.套筒上磁环，5.螺旋弹簧，6.导向杆套筒，7.套筒下磁环，8.下导向杆，9.下支座磁环，10.弹簧下支座，11.减振缓冲器。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0019] 本发明所涉及的磁性变刚度悬架弹簧装置由弹簧上支座、螺旋弹簧、减振缓冲器和弹簧下支座构成，减振缓冲器安装在螺旋弹簧内部，本发明根据减振缓冲器结构形式的不同分为上支座式、下支座式和双向式三种形式。
[0020] 图1为磁性变刚度悬架弹簧装置结构示意图，该装置由弹簧上支座1、螺旋弹簧5、弹簧下支座10、减振缓冲器11组成，螺旋弹簧5上端与固定在车架上的弹簧上支座1连接，螺旋弹簧5的下端与固定在车桥上的弹簧下支座10连接，减振缓冲器11安装在悬架弹簧5内部，它的上、下端分别与弹簧上支座1和弹簧下支座10用螺栓固定。
[0021] 图2为上支座式磁性变刚度悬架弹簧装置的剖面构造图，该装置由弹簧上支座1、上支座磁环2、上导向杆3、套筒上磁环4、螺旋弹簧5、导向杆套筒6和弹簧下支座10组成。弹簧上支座1固定在车架上，上支座磁环2位于上导向杆3的上部，采用螺栓将其固定在弹簧上支座1上，套筒上磁环4按照同极相邻的方式用螺栓固定在导向杆套筒6的最上端，即上支座磁环2和套筒上磁环4按照N-N或者S-S的方式安装，套筒上磁环4的圆盘直径小于螺旋弹簧5的弹簧内径，防止运动过程中发生碰撞，导向杆套筒6下部与弹簧下支座10用螺栓固定。当车轮在不平路面上发生跳动时，套筒上磁环4和导向杆套筒6会沿着上导向杆3的方向一起运动，套筒上磁环4和上支座磁环2之间产生的相互斥力会随着两磁环间距的变化而改变，从而有效地缓冲来自于地面上的冲击力。
[0022] 图3为下支座式磁性变刚度悬架弹簧装置的剖面构造图，该装置由弹簧上支座1、螺旋弹簧5、导向杆套筒6、套筒下磁环7、下导向杆8、下支座磁环9和弹簧下支座10组成。利用螺栓将套筒下磁环7固定在导向杆套筒6的下端，下支座磁环9位于下导向杆8的下端，并采用螺栓与弹簧下支座10固定在一起，套筒下磁环7和下支座磁环9安装方向为同极相邻，即套筒下磁环7和下支座磁环9按照N-N或者是S-S的方式安装。下导向杆8可以在导向杆套筒6中滑动，下导向杆8的长度小于导向杆套筒6内筒的长度，防止螺旋弹簧
5完全压并时造成下导向杆80损坏。当悬架系统因垂直载荷变化而运动时，来自路面的振动会使螺旋弹簧5发生变形，导向杆套筒6和套筒下磁环7会沿着下导向杆8的方向一起移动，套筒下磁环7和下支座磁环9产生的相互斥力可以实时调整弹簧装置的刚度特性，从而使车辆达到较好的乘坐舒适性。
[0023] 图4为双向式磁性变刚度悬架弹簧装置的剖面构造图，该装置由弹簧上支座1、上支座磁环2、上导向杆3、套筒上磁环4、螺旋弹簧5、导向杆套筒6、套筒下磁环7、下导向杆8、下支座磁环9和弹簧下支座10组成，弹簧上支座1和上支座磁环2用螺栓依次固定在上导向杆3的上部，下支座磁环9和弹簧下支座10用螺栓依次固定下导向杆8下部，导向杆套筒6的两端分别套在上导向杆3的下部和下导向杆8的上部，导向杆套筒6可以沿着上导向杆3和下导向杆8的方向上下运动，套筒上磁环4和套筒下磁环9分别用螺栓固定在导向杆套筒6的上端和下端，套筒上磁环4与上支座磁环2之间按照同极相邻的方式进行安装，套筒下磁环7与下支座磁环9之间也按照同极相邻的方式进行安装，而套筒上磁环4和套筒下磁环7之间则按照异极相邻的方式安装，即减振缓冲器11的磁环由上到下按照N-N-S-S或者是S-S-N-N的方式进行安装。当车辆受到的冲击力过大时，螺旋弹簧5接近于完全压并的状态，上支座磁环2和套筒上磁环4及套筒下磁环7与下支座磁环9之间的相互斥力均达到最大值，可以最大限度地缓冲来自路面的冲击力，防止悬架系统因撞击造成零部件损坏。
[0024] 以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并且因此使得本领域的技术人员能够做出和使用本发明。但这仅仅是一个较佳的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和方法作一定的变更当视为等同变化的等效实施例。
